Введение к работе
Актуальность работы. Современной технике требуется большой ассортимент теплоносителей, обладающих специфическими в каждой из отраслей промышленности комплексами теплофизических, коррозионных и других свойств.
В связи с этим встает задача разработки и использования разнообразных охлаждающих жидкостей, обладающих определенным комплексом эксплуатационных характеристик.
Ни одно химическое соединение в чистом виде не соответствует полностью всем предъявляемым требованиям.
Применение низкотемпературных охлаждающих жидкостей на основе глицерина не всегда экономически выгодно, так как водные растворы глицерина обладают комплексом недостаточно благоприятных теплофизических свойств: недостаточно низкой температурой замерзания, слишком высокой вязкостью, вспениваемостью при циркуляции и сравнительной дефицитностью.
Использование низкотемпературных теплоносителей - антифризов на основе этиленгликоля нежелательно в связи с его токсичностью. Этиленгликоль сосудистый и протоплазматический яд, окисляясь и соединяясь в организме с кальцием крови, образует щавелевокислый кальций, который изменяет щелочно-кислое равновесие крови в сторону ацидоза. Он оказывает выраженное воздействие на ЦНС, сосуды, печень, почки.
Концентрированные водные растворы солей (рассолы) находят все более широкое применение в установках с использованием солнечной и, геотермальной энергий, системах очистки сточных вод, в энергетических установках на тепловых и атомных электростанциях, в процессах химической технологии и других отраслях современной техники; Водные растворы электролитов имеют малую токсичность и температуру замерзания в пределах -20 С -50 С, но в большинстве случаев вызывают интенсивную коррозию конструкционных материалов, особенно при температуре выше +20 С.
Исследование водных растворов солей, пригодных для приготовления низкотемпературных пожаро- и взрывобезопасных, экологически чистых жидкостей с хорошими теплофизическими качествами является актуальной задачей, решение которой позволит сделать более эффективной работу систем обогрева и охлаждения в обитаемых космических объектах, в газо- и нефтеперерабатывающей аппаратуре, лазерной промышленности в условиях весьма низких температур. Особый интерес в этом отношении представляют малоизученные водные растворы хлорида лития, замерзающие при весьма низких температурах - до -70 С.
Цель работы - исследование водных растворов хлорида лития как основного компонента пожаро- и взрывобезопасной, экологически
чистой низкотемпературной жидкости для систем обогрева и охлаждения в обитаемых космических объектах, в газо- и нефтеперерабатывающей аппаратуре, в лазерной промышленности в условиях весьма низких температур.
Научная новизна. Получены не изученные раньше данные по теплоемкости водных растворов хлорида лития различных концентраций в широком интервале температур. Построена зависимость теплоемкости от состава раствора хлорида лития при 20 С. Установлен факт изменения в гидратной оболочке ионов, на основании зависимости показателя преломления от концентрации растворов хлорида лития при 17,3 С.
Исследованы фазовые равновесия в системе хлорид лития -вода в интервале концентраций от 0 до 35% (по массе). Составлены уравнения, описывающие зависимость температуры плавления от концентрации растворов. На основании ограниченного количества экспериментальных данных по положению кривой ликвидус в системе хлорид лития - вода рассчитаны неисследованные участки фазовой диаграммы этой системы. Оценены термодинамические свойства фаз LiCl-2H20, LiCl-3H20, LiCl-5H20.
Установлено, что 24%-ный водный раствор хлорида лития может служить основным, экологически чистым компонентом низкотемпературного теплоносителя, при условии введения в него ингибирующих композиций. Определены теплофизические характеристики данного раствора при различных температурах. Исследована возможность применения в качестве ингибиторов коррозии в 24%-ном растворе хлорида лития малотоксичных веществ (уротропина, тетрабората и силиката натрия, производных антрахинона).
Практическая ценность работы. Результаты лабораторных испытаний показали возможность применения водных растворов хлорида лития как основного компонента пожаро- и взрьшо-безопасной, экологически чистой низкотемпературной жидкости в теплообменных системах обитаемых космических объектах, в газо- и нефтеперерабатывающей аппаратуре, в компрессорах перекачки природного газа, в системах охлаждения дизелей на буровых установках в условиях весьма низких температур.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались на семинарах кафедры химии МПУ, на научных конференциях профессорско-преподавательского состава О-ЗПИ.
По материалам диссертации опубликовано 8 работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав (обзора литературы, методики проведения эксперимента, главы 3 и 4 посвящены экспериментальным результатам и их обсуждению), выводов по результатам исследования, списка использованной литературы из 167 наименований.