Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Разработка и исследования экологически безопасного теплоносителя (антифриза) на основе этилового эфира диэтиленгликоля

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Содержание диссертации, кандидата химических наук, Ермачков, Александр Сергеевич

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1 История применения антифризов. .2 Классификация, структура и состав антифризов.

1.3 Антифризы на основе солей и области их применения.

1.4 Антифризы на основе органических соединений и области их применения.

1.5 Требования, которым должны отвечать образцовые охлаждающие жидкости (антифризы).

1.6 Преимущества и недостатки современных антифризов

Глава 2. Методы исследований.

Глава 3. Результаты исследований.

Глава 4. Обсуждение результатов исследований.

Введение Диссертация по географии, на тему "Разработка и исследования экологически безопасного теплоносителя (антифриза) на основе этилового эфира диэтиленгликоля"

Актуальность работы. Современные промышленность и производства широко используют теплообменные аппараты. Во многих теплообменных аппаратах в качестве теплоносителей используются низкозамерзающие жидкости-антифризы. В большинстве случаев антифризы применяются для охлаждения, например: в двигателях внутреннего сгорания, системах охлаждения при производстве и хранении пищевых продуктов (пивная и молочная промышленность) и т.д. Так же целесообразно использование антифризов для нагревания: отопительные системы железнодорожных вагонов, автомобилей, жилых объектов.

В настоящее время в большинстве случаев в качестве охлаждающей жидкости используются антифризы, основу которых составляет этиленгликоль. Эти-ленгликолевые антифризы, используемые на протяжении многих лет, хорошо зарекомендовали себя в качестве теплоносителей, но они имеют ряд существенных недостатков: высокая токсичность, пожароопасность, взрывоопасность, высокая вязкость при низких температурах, повышение температуры замерзания при концентрировании.

Наряду с антифризами, имеющими органическую основу, известны и применяются во многих областях промышленности солевые антифризы. Они, как правило, менее токсичны, но также имеют ряд недостатков: отложение солей при концентрировании, невозможность использования в двигателях внутреннего сгорания, недостаточно широкий температурный диапазон использования.

В последнее время повсеместно проводятся исследования с целью улучшения эксплуатационных характеристик охлаждающих жидкостей, а в связи с ухудшающейся экологической обстановкой и повышающимися экологическими требованиями - для уменьшения токсичного воздействия на человека и окружающую среду [27].

Можно выделить два основных направления научных исследований, которые проводятся для достижения этой цели:

1. Изменение основы антифризов для расширения диапазона эксплуатационных температур, снижения токсичности и улучшения вязкостных характеристик.

2. Замена экологически опасных присадок и ингибиторов коррозии, поиск новых, более эффективных ингибиторов коррозии и присадок. Исследования в области возможности применения иной, чем этиленгликоль, органической основы антифриза, привели к созданию охлаждающих жидкостей на основе пропиленгликоля. Одними из первых, кто предложил заменить токсичный этиленгликоль (ЛД5о=5,5г/кг) на нетоксичный пропиленгликоль (ЛД5о=32,5г/кг) являются учёные из США [53, 77]. Пропиленгликоль, в отличие от этиленгликоля, практически не токсичен, не опасен при вдыхании паров и случайном приёме внутрь. Токсичность пропиленгликоля и глицерина одного и того же порядка. В США пропиленгликоль с 1942 года признан безопасным для применения в пищевых продуктах, фармацевтических и косметических препаратах [20].

Известны антифризы на основе смесей этиленгликоля и диэтиленгликоля, этиленгликоля и пропиленгликоля, этиленгликоля и этилкарбитола (этилового эфира диэтиленгликоля). Эти охлаждающие жидкости содержат в своём составе ядовитый этиленгликоль, концентрации которого уменьшены и менее токсичный или не токсичный второй компонент. Антифризы, созданных на таких смесях, менее токсичны, чем этиленгликолевые антифризы.

Во втором направлении исследований достигнуты значительные положительные результаты, благодаря которым в настоящее время разработаны и используются антифризы, не содержащие или в значительно меньшем количестве содержащие опасные для окружающей среды присадки и ингибиторы коррозии металлов, включающие амины и фосфаты.

Существенным недостатком охлаждающих жидкостей на основе пропиленгликоля является уменьшение рабочего температурного диапазона, вследствие значительно большей вязкости при низких температурах. Такие антифризы пригодны для использования при температурах не ниже -35°С, то есть они неприменимы в Российском климате и значительно дороже, чем антифризы на основе этиленгликоля.

В связи с этим, остаётся актуальной проблема исследования иных веществ, пригодных для создания нетоксичных антифризов с широким диапазоном использования.

Цель работы. Исследование свойств растворов веществ - продуктов гидратации окисей этилена и пропилена, возможность использования их как основ для изготовления и использования экологически безопасных охлаждающих жидкостей.

Основные задачи.

1. Поиск и исследование растворов новых веществ, пригодных для использования в качестве охлаждающих жидкостей.

2. Экспериментальное исследование эффективных присадок и ингибиторов коррозии для новой охлаждающей жидкости.

3. Разработка рецептуры и технологии производства нового антифриза.

Заключение Диссертация по теме "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов", Ермачков, Александр Сергеевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

В результате проведённой работы, исследованы свойства растворов следующих продуктов гидратации окисей этилена и пропилена: лапрола-202, ла-прола-24-503, этилового эфира этиленгликоля (этилцеллозольва), этилового эфира диэтиленгликоля (этилкарбитола), смеси 1,2 пропиленгликоля и этилкарбитола.

Выявлены наиболее подходящие по эксплуатационным и экологическим свойствам вещества и их концентрации ддя использования в качестве основы для низкозамерзающих охлаждающих жидкостей (антифризов).

Разработана композиция эффективных ингибиторов коррозии металлов в водных растворах этилового эфира диэтиленгликоля. Разработана рецептура и изучены свойства экологически безопасной охлаждающей жидкости «ЭКОСОЛ», которую целесообразно применять взамен токсичных антифризов на основе этиленгликоля.

Ввиду широкого рабочего температурного диапазона (от минус 70°С до плюс 106°С), улучшенных вязкостных характеристик и безопасности антифриза «ЭКОСОЛ», целесообразно его применение вместо токсичных и горючих этиленгликолевых антифризов типа «ТОСОЛ», «ЛЕНА» и других, а так же вместо антифризов на основе 1,2 пропиленгликоля, которые при низких температурах обладают слишком высокой вязкостью, что затрудняет прокачку и циркуляцию антифриза в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

Итогом работы является рецептура, технология изготовления и методы контроля качества морозостойкого экологически безопасного антифриза «ЭКОСОЛ».

Разработаны, утверждены и зарегистрированы в Госстандарте России технические условия на антифриз «ЭКОСОЛ» (Приложение 1).

Госсанэпидемслужбой России выдан сертификат (гигиеническое заключение) № 77.фу.02.238.П.00066.02.00 от 9 февраля 2000г, в котором подтверждена экологическая безопасность антифриза «ЭКОСОЛ» (указано, что антифриз «ЭКОСОЛ» «по степени воздействия на человека относится к веществам безопасным») и указаны рекомендуемые области применения: для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, отопления коттеджей и железнодорожных вагонов в качестве теплоносителя в замкнутых системах, в холодильных установках в качестве охлаждающей жидкости (Приложение 2).

Независимый испытательный центр «Антип» по испытаниям на пожарную безопасность веществ, материалов и изделий (лицензия ГУГПС МВД РФ № ИН.006) провёл испытания антифриза на пожароопасность, и в заключении указывается, что «антифриз «ЭКОСОЛ» является трудногорючей жидкостью» (Приложение 3).

Опытная эксплуатация автомобилей и автобусов ПАТП г. Видное (Ленинский район Московской области) подтвердила целесообразность использования в качестве охлаждающей жидкости антифриза «ЭКОСОЛ» (Приложение 4).

Библиография Диссертация по географии, кандидата химических наук, Ермачков, Александр Сергеевич, Москва

1. Абдуллаева М.Д. Разработка и исследование теплоносителей на основе смесей солей: Автореф. дис. канд. хим. наук. -М., 1988. -с.3-15.

2. Аликаев В.А., КостюнинаВ.Ф. Зоогигиена. М.: Колос, 1983,- с.134-138.

3. Алцыбеева А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов / Справочник. -Л., 1968.

4. Антифриз // Реферативный журнал. Вып.66 Коррозия и защита от коррозии. -М.: ВИНИТИ, 1997.-№ 5. -163.

5. Антифриз // Реферативный журнал. Вып.66 Коррозия и защита от коррозии. -М.: ВИНИТИ, 1997.-№ 1.-138.

6. Антифриз // Реферативный журнал. Вып.66 Коррозия и защита от коррозии. -М.: ВИНИТИ, 1997.-№ 2. -206.

7. Антифриз // Реферативный журнал. Вып.66 Коррозия и защита от коррозии. -М.: ВИНИТИ, 1999.-№ 5. 22с.

8. Антифриз // Реферативный журнал. Вып.66 Коррозия и защита от коррозии. -М.: ВИНИТИ, 1999.-№ 4. 25с.

9. Антифриз // Химическая энциклопедия: В 5 т. / Редкол.: Кнунянц И.Л. (гл. ред.) и др. М.: Сов. энцикл., 1988. - т.1. - 183с.

10. Антифриз и содержащая его водная жидкость // Реферативный журнал. Вып.66 Коррозия и защита от коррозии. -М.: ВИНИТИ, 1998.-№ 1. 25с.

11. Антропов Л.И., Макушин Е.М., Панасенко В.Ф. Ингибиторы коррозии металлов. -К., 1981.

12. Баранник В.П., Баранник П.В. Жидкости, которые заливают в автомобили // Химия в школе. -М.: Школа-Пресс, 1995. №6. - с, 4-7.

13. Баранник В.П., Ермачков А.С. «Экосол»: новый шаг России в страну тепла и холода // Химия и бизнес. 1999. №35. - 76с.

14. Белокурова И.Н., Садовникова И.Г. Ингибитор коррозии для антифризов. Патент №2125074, Россия, 1999.

15. Белокурова И.Н., Чижов Е.Б., Есенин В.Н., Ашихмин Г.П., Шамсутдинов В.Г., Зайончковский С.И., Степанов С.С., Атаев Г.Г. Антифриз. Патент №2050397, Россия, 1995.

16. Бесфосфатный антифриз // Реферативный журнал. Вып.66 Коррозия и защита от коррозии. -М.: ВИНИТИ, 1997.-№ 5.-164.

17. Богданова Т.И., Шехтер Ю.Н. Ингибированные нефтяные составы для защиты от коррозии. М., 1984.

18. Борисов А.В., Попандопуло И.В., Матросова Г.И., Тимашев А.П., Рудаков В.А., Мизельков A.M., Парфенов В.Н., Парфенов А.Н., Соколов B.C., Куликов Г.Н., Курбатов В.А., Заяц В.И., Товкало Л.Г., Упадышев Ю.В. Антифриз. Патент №2105024, Россия, 1998.

19. Водная композиция ингибитора коррозии // Реферативный журнал. Вып.66 Коррозия и защита от коррозии. М.: ВИНИТИ, 1999. - № 7. - 25с.

20. Вредные вещества в промышленности. Под редакцией Н.В.Лазарева. Изд. 6-ое. Л.: Химия, 1971. - Т.1.- 32 с.

21. Вредные вещества в промышленности: Органические вещества: Новые данные с 1974 по 1984г. / Справочник. Под общей ред. Э.Н. Левиной и И.Д. Гадаскиной. -Л.: Химия, 1985. с.339-342.

22. Гигиена труда и охрана здоровья рабочих нефтяной и нефтехимической промышленности: Труды Уфимского НИИ гигиены труда. Уфа, 1968. Т.4. -295с.

23. Гликоли и опыт их применения в нефтяной и газовой промышленности. -М.: ВНИИОЭНГ, 1970. 128с.

24. Григорьев В.П., Экилик В.В. Химическая структура и защитное действие ингибиторов коррозии. Ростов-н/Д, 1978.

25. Добрышин К.Д., Кириллов В.В., Окунев А.С., Свердлова В.П. Вещества, используемые в холодильной технике. С.-Пб., 1995.-253с.

26. Дымент О.Н., Казанский К.С., Мирошников A.M. Гликоли и другие производные окисей этилена и пропилена. -М.: Химия, 1976. 376с.

27. Ермачков А.С. Экологически безопасная жидкость для передачи тепла и холода: Материалы Международной конференции по фундаментальным наукам «Ломоносов 2000». Секция «Химия». - М., 2000. - с.91.

28. Есенин В.Н., Чижов Е.Б., Белокурова И.Н., Чернилин А.Ю. Ингибитор коррозии для антифризов. Патент №2104330, Россия, 1998.

29. Жидкости охлаждающие низкозамерзающие: ГОСТ 28084-89 (СТ СЭВ 2130-80). -Введ. 01.07.90, -М., 1989.

30. Ильин Л.А. и др. // Журнал Всесоюзного химического общества им. Д.И.Менделеева. М., 1990. - т.35. - №4. - с.440-447.

31. Ингибирующая коррозию композиция и метод её использования // Реферативный журнал. Вып.66 Коррозия и защита от коррозии. -М.: ВИНИТИ, 1998. -№ 9. -24с.

32. Ингибитор коррозии для антифризов // Реферативный журнал. Вып.66 Коррозия и защита от коррозии. -М.: ВИНИТИ, 1999. № 2. - 36 с.

33. Ингибитор коррозии для антифризов // Реферативный журнал. Вып.66 Коррозия и защита от коррозии. -М.: ВИНИТИ, 1999. -№ 5. 22с.

34. Ингибитор коррозии для антифризов // Реферативный журнал. Вып.66 Коррозия и защита от коррозии. -М.: ВИНИТИ, 1999. № 3. - 26с.

35. Ингибитор коррозии для антифризов // Реферативный журнал. Вып.66 Коррозия и защита от коррозии. -М.: ВИНИТИ, 1998. № 9. - 24с.

36. Ингибиторы коррозии // Химическая энциклопедия: В 5 т. / Редкол.: Кнунянц И.Л. (гл. ред.) и др.-М.: Сов. энцикл., 1990. т.2. - с.221-222.

37. Итоги науки и техники // Сер. Коррозия и защита от коррозии. -М., 1978. -т. 7.

38. Кеше Г. Коррозия металлов. Пер. с нем. -М., 1984.

39. Колотыркин Я.М. Металл и коррозия. -М., 1985.

40. Коррозия / Справочник. Пер. с англ. под ред. Шрайера Л.Л. -М., 1981.

41. Коррозия металлов // Химическая энциклопедия: В 5 т. / Редкол.: Кнунянц И.Л. (гл. ред.) и др.-М.: Сов. энцикл., 1990. т.2. - с.480-482.

42. Кубышкина Е.К. Разработка и исследование теплоносителей на основе ацетата калия: Автореф. дис. канд. хим. наук. М., 1992. - с. 3-16.

43. Лезина Н.М. Исследование растворов хлорида лития как экологически-чистого компонента низкозамерзающих жидкостей носителей тепла и холода: Автореф. дис. канд. хим. наук. - М., 1997, - с.3-20.

44. Ленкеев И.С. Автомобильные материалы. Учебное пособие. Киев: Изд-во Академии Наук УССР, 1949. 98с.

45. Малиновский М.С. Окиси олефинов и их производные. М.: Госхимиздат, 1961. - 553с.

46. Мартынюк Н.П., Коропчан А.П. Автомобильные эксплуатационные материалы.-М.: 1993. -231с.

47. Машковский М.Д. Лекарственные средства. М., 1993. - ч.2. - с.358-364.

48. Методы определения токсичности и опасности химических веществ / под ред. И.В.Саноцкого. М., 1970.

49. Натрия хлорид // Химическая энциклопедия: В 5 т. / Редкол.: Кнунянц И.Л. (гл. ред.) и др.-М.: Сов. энцикл., 1992. т.З. - 189 с.

50. Павлов В.П. Автомобильные эксплуатационные материалы. М.: Транспорт, 1976. - 157с.

51. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справ, изд.: в 2 книгах / А.Н. Баратов, А.Я. Корольченко, Г.Н. Кравчук и др.- М., Химия, 1990. кн.1 - с.435-437.

52. Применение четвертичных имидазолов в качестве ингибиторов коррозии цветных металлов и содержащие их концентраты антифризов и охлаждающие жидкости // Реферативный журнал. Вып.66 Коррозия и защита от коррозии. М.: ВИНИТИ, 1999. - № 4. - 25с.

53. Пропиленгликолевые антифризы дебютируют в качестве безопасной альтернативы // Реферативный журнал. Вып.66. Коррозия и защита от коррозии.- М.: ВИНИТИ, 1996. № 1. - 185.

54. Пропиленгликоли // Химическая энциклопедия: В 5 т. / Редкол.: Зефиров Н.С. (гл. ред.) и др.-М.: Сов. энцикл., 1995. т.4.-с.103-104.

55. Различные области применения холода. -М.: Агропромиздат, 1985.

56. Розенфельд И.Л., Персианцева В.П., Ингибиторы атмосферной коррозии. -М., 1985.

57. Рустамов М.И., Кулиев Р.Ш., Алимарданов Р.С., Садыхова Б.А. Антифриз: Авторское свидетельство №1075725, СССР, 1996.

58. Состав антифриза // Реферативный журнал. Вып.66 Коррозия и защита от коррозии. -М.: ВИНИТИ, 1999. № 3. - 26с.

59. Справочник по производству мороженного. М.: Издательство пищевой промышленности, 1970. -432с.

60. Токсикология новых промышленных химических веществ / Под редакцией

61. A.А.Летавета и И.В.Саноцкого. М.: Медицина, 1967. - Вып.9. - 161с.

62. Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Теория коррозии и коррозионно-стойкие конструкционные сплавы. -М., 1986.

63. Филимошкин А.Г., Воронин Н.И. Химические реакции полимеров пропилена и этилена. Томск, 1990.

64. Халдеев Г.В., Плешкова М.В., Пак В.Д., Чуклинов Л.В., Яганова Н.Н. Антифриз. Патент №2126027, Россия, 1999.

65. Хаттон Р.Е. Жидкости для гидравлических систем. Пер. с англ. Под ред.

66. B.В. Вайнштока. М.: «Химия», 1965, - 362с.

67. Хитрюк В.А. Специальные жидкости для мобильной сельскохозяйственной промышленности. Челябинск.: Челябинский университет, 1995. 126с.

68. Целлозольвы // Химическая энциклопедия: В 5 т. / Редкол. Зефиров Н.С. (гл. ред.) и др.-М.: Сов. энцикл., 1998. т.5. - с.334.

69. Чижов Е.Б., Есенин В.Н., Ашихмин Т.П., Шамсутдинов В.Г., Галиев Р.Г., Ворожейкин А.П., Зайончковский С.И., Степанов С.С., Агаев Г.Г., Юдельсон Я.Д. Антифриз. Патент №2050397, Россия, 1995.

70. Чижов Е.Б., Есенин В.Н., Белокурова И.Н., Пятак Т.П., Чернов Ю.А., Бурцев A.M., Федяй А.В., Амосов С.В. Ингибитор коррозии для антифризов. Патент №2095388, Россия, 1996.

71. Чижов Е.Б., Есенин В.Н., Чернилин А.Ю. Ингибитор коррозии для антифризов. Патент №2118404, Россия, 1998.

72. Шлугер М.А., Ажогин Ф.Ф., Ефимов М.А. Коррозия и защита металлов. -М., 1981.

73. Brown J. Michael, Ohilsea James R., McBride Richard D. Corrosion inhibitor composition and metod of use. United States Patent №5512212, 1996.

74. Chemicals Reagents Merck. Darmstadt. Germany, 1999.

75. Finney J.D., Probit-analysis, Camb., 1980.

76. Friedman E.A. et al. Amer. J. Med., 1962, v.32. - p.291-302.

77. Gessner P.K. et al. Biochem. J., 1961, v.79. - p.482-489.

78. Greaney James P. Phosphate free antifreeze formulation. United States Patent №5422026, 1995.

79. Propylenglycol-based antifreeze debuts as a «safer» alternative // Chemical engi-neering.USA. 1993. -№11. -p.19.

80. Turcotte David E., Lyon James Т., Conville John J., DeSai Shrikant V., Chwalik Robert. Aqueous corrosion inhubitor formulation. United States Patent5702631, 1997.

81. Uekusa Hidehako, Matsuzaki Kouzou. Engine antifreeze coolant composition. United States Patent №5387360, 1995.