Nghiên cứu sản xuất chất tải lạnh gốc glycol phục vụ ngành công nghiệp thủy sản và công nghiệp thực phẩm

Ketnooi.com kho tai lieu mien phi lon nhat VN

B ÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT CHẤT TẢI LẠNH
GỐC GLYCOL PHỤC VỤ CÁC NGÀNH CÔNG NGHIỆP
THUỶ SẢN VÀ CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

Chủ nhiệm đề tài : KS. TRƯƠNG NGỌC ĐỨC
Cơ quan chủ trì:

CÔNG TY CP PHÁT TRIỂN PHỤ GIA
VÀ SẢN PHẨM DẦU MỎ (APP)

Hµ néi, th¸ng 12 n¨m 2009


Bộ Công thơng

Tổng Công ty HOá chất Việt nam
Công ty CP Phát triển phụ gia và sản phẩm dầu mỏ

B O CO TNG KT TI CP B
NGHIấN CU SN XUT CHT TI LNH
GC GLYCOL PHC V CC NGNH CễNG NGHIP
THU SN V CễNG NGHIP THC PHM
Thc hin theo hp ng s 134.09.RD/H-KHCN ngy 05/03/2009 gia B
Cụng Thng v Cụng ty CP Phỏt Trin Ph Gia v Sn Phm Du M

7594
18/01/2010

Hà nội tháng 12 năm 2009


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU........................................................................................................................... 1
I.

TỔNG QUAN TÀI LIỆU....................................................................................... 2

1.1.

Khái niệm về chất tải lạnh...................................................................................... 2

1.2.

Yêu cầu đối với chất tải lạnh ................................................................................. 3

1.3.

Nguyên lý làm việc của hệ thống làm lạnh............................................................ 4

1.4.

Các chất tải lạnh thông dụng.................................................................................. 5

1.5.

Tổng quan về chất tải lạnh gốc glycol.................................................................... 7

1.5.1. Thành phần............................................................................................................. 7
1.5.2. Các tính chất của chất tải lạnh gốc glycol.............................................................. 9
1.6.

Vấn đề ăn mòn và bảo vệ ăn mòn trong hệ thống làm lạnh....................................11

1.7.

Các lĩnh vực công nghiệp sử dụng chất tải lạnh..................................................... 14

1.8.

Tình hình nghiên cứu chất tải lạnh gốc glycol trong và ngoài nước...................... 15

1.9.

Kết luận trên cơ sở phân tích tổng quan tài liệu và đề xuất hướng nghiên cứu..... 17

II.

THỰC NGHIỆM.................................................................................................... 19

2.1.

Nguyên liệu hóa chất sử dụng................................................................................ 19

2.1.1. Chất nền glycol...................................................................................................... 19
2.1.2. Phụ gia chống ăn mòn ........................................................................................... 20
2.1.3. Phụ gia chống tạo bọt............................................................................................. 20
2.2.

Các phương pháp và tiêu chuẩn đánh giá.............................................................. 20

III.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................................... 29

3.1.

Thành phần chất tải lạnh gốc glycol....................................................................... 29

3.1.1. Xác định hợp chất glycol sử dụng trong chất tải lạnh........................................... 29
3.1.2. Khảo sát lựa chọn tỷ lệ sử dụng phụ gia chống ăn mòn......................................... 31
3.1.3. Khảo sát lựa chọn tỷ lệ phụ gia chống tạo bọt....................................................... 32
3.1.4. Thành phần của chất tải lạnh gốc glycol................................................................ 32
3.2.

Phương pháp điều chế............................................................................................ 33

3.3.

Nghiên cứu các tính chất đặc trưng của chất của chất tải lạnh gốc glycol............. 34

3.3.1. Tác dụng hạ điểm đông đặc của chất tải lạnh nghiên cứu...................................... 35


3.3.2. Độ nhớt của chất tải lạnh nghiên cứu..................................................................... 36
3.3.3. Tác dụng tăng nhiệt độ sôi...................................................................................... 37
3.3.4. Nhiệt độ chớp cháy của chất tải lạnh..................................................................... 38
3.3.5. Tỷ trọng.................................................................................................................. 38

3.3.6. Trị số kiềm dư của chất tải lạnh............................................................................. 39
3.3.7. Độ tạo bọt của chất tải lạnh.................................................................................... 41
3.3.8. Độ bền oxy hoá....................................................................................................... 42
3.3.9. Khả năng tương thích với vật liệu cao su............................................................... 43
3.3.10.Xác định khả năng chống ăn mòn của chất tải lạnh............................................... 44
3.4.

Công thức điều chế chất tải lạnh............................................................................ 48

3.5.

Quy trình công nghệ sản xuất chất tải lạnh.............................................................49

3.6.

Thử nghiệm hiện trường......................................................................................... 52

3.7.

Khả năng thương mại hoá...................................................................................... 54

IV.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................ 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO


MỞ ĐẦU
Trước kia chất tải lạnh thường được sử dụng ở nước ta là các dung dịch muối như

NaCl, CaCl2 ... Tuy nhiên, các dung dịch muối này là những môi trường xâm thực rất
mạnh và là nguyên nhân dẫn đến ăn mòn kim loại có mặt trong hệ thống, gây ra sự phá
huỷ trang thiết bị làm giảm hiệu quả kinh tế và ảnh hưởng tới quá trình sản xuất.
Gần đây, do nhu cầu phát triển sản xuất, đổi mới công nghệ trong ngành thực
phẩm, các trang thiết bị công nghệ mới đòi hỏi các sản phẩm phục vụ kèm theo phải
đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật cao của máy móc, thiết bị. Vì vậy chất tải lạnh cũng
dần được chuyển đổi từ các dung dịch muối sang loại môi chất khác nhằm khắc phục
được các nhược điểm của các chất tải lạnh truyền thống.
Do là sản phẩm mới sử dụng cho trang thiết bị, công nghệ mới nên hiện tại ở
nước ta chưa có sản phẩm chất tải lạnh được sản xuất trong nước mà phải sử dụng các
sản phẩm nhập ngoại hoặc được cung ứng bởi các hãng nước ngoài.
Qua việc đánh giá phân tích tình hình sử dụng trong nước, có thể thấy nghiên
cứu sản xuất chất tải lạnh đáp ứng được nhu cầu chất tải lạnh đối với các hệ thống làm
lạnh trong các nhà máy chế biến thuỷ sản và chế biến thực phẩm.
Việc nghiên cứu thành công chất tải lạnh gốc glycol sẽ góp phần ổn định sản
xuất cho các nhà máy chế biến thuỷ sản và thực phẩm do chủ động được nguồn cung
chất tải lạnh trong nước đồng thời tiết kiệm ngoại tệ khi phải nhập ngoại sản phẩm
cùng loại.
Bằng việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu sản xuất chất tải lạnh gốc glycol phục
vụ các ngành công nghiệp thực phẩm và công nghiệp thuỷ sản”, Công ty APP sẽ áp
dụng kết quả nghiên cứu để đưa sản phẩm vào thực tế ứng dụng, phục vụ kịp thời nhu
cầu sử dụng và sản xuất với giá cả cạnh tranh trên thị trường, đáp ứng nhu cầu ngày
càng cao của khách hàng.
Mục tiêu của đề tài là:
ƒ Nghiên cứu sản xuất chất tải lạnh đạt tiêu chuẩn.
ƒ Xây dựng quy trình sản xuất và thử nghiệm tính năng chất tải lạnh
ƒ

Đưa chất tải lạnh vào sử dụng trong thực tế

1


I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Khái niệm về chất tải lạnh. [3,5,6]
Chất tải lạnh là môi chất trung gian tải lạnh từ máy và thiết bị lạnh đến hộ tiêu
thụ lạnh. Chất tải lạnh còn được gọi là chất tải lạnh thứ cấp hay môi chất lạnh thứ cấp
(secondary refrigerant) để phân biệt với môi chất lạnh sơ cấp (primary refrigerant) làm
môi chất tuần hoàn trong máy lạnh.
Hệ thống lạnh dùng chất tải lạnh là hệ thống gián tiếp. Sản phẩm được làm lạnh
gián tiếp qua chất tải lạnh. Người ta sử dụng chất tải lạnh trong các trường hợp sau :
- Khó sử dụng trực tiếp dàn bay hơi để làm lạnh sản phẩm.
- Môi chất lạnh có tính độc hại và có ảnh hưởng không tốt đến môi trường và
sản phẩm bảo quản, chất tải lạnh trung gian được coi là vòng tuần hoàn an toàn.
- Khi có nhiều hộ tiêu thụ lạnh và khi hộ tiêu thụ lạnh ở xa trung tâm cung cấp
lạnh. Ở đây, nếu dùng dàn bay hơi trực tiếp sẽ rất bất tiện vì đường ống môi chất dài
và phức tạp, tốn môi chất lạnh, việc phát hiện rò rỉ khó khăn, tổn thấp áp suất lớn, việc
phân phối đều môi chất lỏng cho các dàn bay hơi cũng khó khăn. Tất cả các nhược
điểm này đều có thể khắc phục khi dùng chất tải lạnh. Ví dụ đối với một kho lạnh có
nhiều buồng với nhiều dàn lạnh bảo quản thực phẩm việc dùng vòng tuần hoàn chất tải
lạnh có nhiều ưu điểm về vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa hơn.
Nhược điểm cơ bản của hệ thống lạnh dùng chất tải lạnh là :
- Hiệu suất nhiệt kém hơn, tổn thất exergi lớn hơn, do phải làm lạnh gián tiếp
qua vòng tuần hoàn chất tải lạnh, hiệu nhiệt độ bay hơi và buồng lạnh tăng, hệ số lạnh
giảm và hiệu quả chu trình lạnh giảm.
- Thiết bị kồng kềnh hơn vì tốn thêm nhiều thiết bị cho vòng tuần hoàn chất tải
lạnh : bơm, dàn, bể dãn nở...
- Vốn đầu tư ban đầu tăng.
Tuy nhiên, khi xét từng trường hợp ứng dụng cụ thể, nhiều khi hệ thống gián
tiếp lại đơn giản và kinh tế hơn.

Có thể phân loại chất tải lạnh theo các đặc điểm sau:
- Căn cứ vào dạng, có thể phân loại ra chất tải lạnh khí, lỏng hoặc rắn.

2


- Căn cứ vào thành phần hoá học có thể phân ra các loại chất tải lạnh vô cơ, hữu
cơ như nước, nước muối, dung dịch cồn, rượu, các hydrocacbon và các loại freôn.
- Căn cứ vào tính chất sử dụng phân ra chất tải lạnh sử dụng một lần như nước
đá, đá khô, nitơ lỏng và chất tải lạnh tuần hoàn như nước muối, glycol...
1.2. Yêu cầu đối với chất tải lạnh. [3]
Chất tải lạnh lý tưởng cần có các tính chất sau đây :
- Điểm đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ làm việc của hệ thống nhiều. Trong
thực tế, phải có hiệu nhiệt độ an toàn là 5oC, ví dụ nếu yêu cầu nhiệt độ làm việc của
hệ thống là -15oC thì nhiệt độ đông đặc của chất tải lạnh ít nhất phải đạt -20oC hoặc
thấp hơn nữa.
- Nhiệt độ sôi phải đủ cao để không bị bay hơi tốt thất vào môi trường khi máy
lạnh không hoạt động, nghĩa là phải không dễ bay hơi. Đối với các chất dễ bay hơi như
cồn, rượu... phải cho tuần hoàn trong hệ thống kín để tránh tổn thất do bay hơi.
- Không được ăn mòn thiết bị, gây han rỉ đối với máy móc và thiết bị, làm giảm
tuổi thọ, gây ra các hỏng hóc.
- Không ảnh hưởng đến các vật liệu làm kín.
- Dễ dàng kiểm tra nhiệt độ đông đặc.
- Không cháy, không gây nổ.
- Không độc hại với cơ thể sống, không làm mất phẩm chất hàng hoá bảo quản.
- Hệ số dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng càng lớn càng tốt vì chất tải lạnh cần có
tính chất trao đổi nhiệt tốt và khả năng trữ lạnh lớn.
- Độ nhớt và khối lượng riêng càng nhỏ càng tốt vì độ nhớt nhỏ, tổn thất áp suất
trên đường ống giảm, công tiêu tốn cho việc tuần hoàn chất tải lạnh giảm ; khối lượng
riêng nhỏ cũng làm giảm công bơm đồng thời tăng hệ số trao đổi nhiệt.

- Cần có tính kinh tế tốt nghĩa là rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển và bảo quản.
Không có chất tải lạnh lý tưởng đáp ứng đầy đủ các tính chất trên. Trong thực
tế, chỉ có chất tải lạnh có cả các ưu nhược điểm. Khi ứng dụng trong các trường hợp cụ
thể cần phải chọn chất tải lạnh sao cho nó phát huy được các ưu điểm và hạn chế đến
mức thấp nhất các nhược điểm của nó.

3


1.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống làm lạnh. [2,14,20]
Hệ thống làm lạnh bao gồm một số bộ phận chính sau : Thùng chứa dung dịch
chất tải lạnh, bơm dung dịch và hệ thống làm lạnh trung tâm bao gồm máy nén một
cấp, dàn bay hơi làm lạnh dung dịch chất tải lạnh ; dàn ngưng tụ chất tải lạnh sơ cấp.
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống làm lạnh được thể hiện trên hình 1.1.

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống làm lạnh
Nguyên lý làm việc của hệ thống làm lạnh : Chất tải lạnh từ thùng chứa được
trao đổi nhiệt với chất tải lạnh sơ cấp (ví dụ NH3) nhờ hệ thống làm lạnh trung tâm.
Chất tải lạnh sau khi đã hấp thụ nhiệt từ chất tải lạnh sơ cấp sẽ được bơm đến các hộ
tiêu thụ lạnh.Các hộ tiêu thụ lạnh là các thùng chứa sản phẩm được thiết kế dạng áo
bọc ngoài có chất tải lạnh thứ cấp tuần hoàn.
Hệ thống làm lạnh thứ cấp được cấu tạo từ nhiều vật liệu khác nhau bao gồm các
kim loại và hợp kim khác nhau và các vật liệu làm kín khác như nhựa, polime, cao su...
Tuỳ thuộc vào các thiết kế hệ thống làm lạnh khác nhau để có được chi phí tối ưu mà
các thiết bị của hệ thống làm lạnh được thiết kế với các vật liệu kim loại khác nhau. Các
dạng vật liệu kim loại chế tạo thiết bị thường sử dụng trong hệ thống làm lạnh được đưa
ra trong bảng 1.1.

4

Bảng 1.1. Các dạng vật liệu sử dụng trong hệ thống làm lạnh.
Dạng vật liệu

Các chi tiết, bộ phận

Đồng

Các ống dẫn glycol, ống truyền nhiệt của dàn bay hơi

Hợp kim đồng - kẽm

các van

Thép

Ống dẫn glycol, thùng chứa, các van

Nhôm

Bơm tuần hoàn, dàn lạnh

Gang

Các van, bơm tuần hoàn

1.4. Các chất tải lạnh thông dụng. [3,5,27]
Việc lựa chọn loại chất tải lạnh và một số tính chất căn cứ trên điều kiện hoạt
động của hệ thống làm lạnh. Yêu cầu quan trọng nhất khi lựa chọn chất tải lạnh là tính
tương thích của chất tải lạnh với các thành phần kim loại trong hệ thống làm lạnh. Khả

năng tương thích với các vật liệu trong thành phần hệ thống làm lạnh đó là đảm bảo
kéo dài thời gian sử dụng của hệ thống. Các yêu cầu khác đối với chất tải lạnh bao
gồm độ dẫn nhiệt và tỷ nhiệt cao, độ nhớt thấp, nhiệt độ đông đặc thấp, nhiệt độ chớp
cháy cao, độ ăn mòn thấp, độ độc thấp, và bền nhiệt. Dựa trên các tiêu chuẩn này, hầu
hết chất tải lạnh thông thường được sử dụng là :
1.4.1. Nước.
Các chất tải lạnh tuần hoàn trước hết phải kể đến nước. Nước là chất tải lạnh lý
tưởng vì nó đáp ứng hầu hết các yêu cầu nhưng nó có nhược điểm là điểm đông cao
nên chỉ ứng dụng được cho nhiệt độ trên 0oC. Nước được sử dụng làm chất tải lạnh từ
các nguồn khác nhau như nước sinh hoạt hoặc nước đã qua quá trình trao đổi ion.
Nước sinh hoạt có ưu điểm là có sẵn và rẻ tiền tuy nhiên nó có chứa nhiều tạp chất gây
ăn mòn các kim loại trong hệ thống làm lạnh.
Nước có thể ăn mòn các kim loại khác nhau trong hệ thống làm lạnh phụ thuộc
vào thành phần hoá học của nước. Các ion clo và sulphát thường có mặt trong nước
sinh hoạt và dễ gây ăn mòn. Hàm lượng ion can xi và magiê trong nước cũng cần được
xem xét vì các ion này sẽ tạo cặn trên bề mặt truyền nhiệt và đường ống làm giảm khả
năng truyền nhiệt và gây tắc ống dẫn.
Nước đã qua xử lý trao đổi ion là nước mà không chứa các ion như canxi, sắt,
đồng, clo, brôm. Quá trình tách các tạp chất khoáng có hại và các muối và tạp chất

5


khác có thể gây ăn mòn và tạo cặn trong hệ thống làm lạnh. Bởi vì so với nước sinh
hoạt, nước trao đổi ion có trở kháng cao. Nước trao đổi ion là chất cách điện tốt. Tuy
nhiên, khi tăng trở kháng của nước (loại bỏ các ion trong nước) thì cũng tăng đáng kể
độ ăn mòn. Nước sau khi đã qua xử lý trao đổi ion có độ pH khoảng 7,0 nhưng sẽ
nhanh chóng mang tính axit khi tiếp xúc với không khí. Khí CO2 trong không khí sẽ
hoà tan vào trong nước tạo thành các ion ăn mòn và lúc đó nước sẽ nhanh chóng có độ
pH khoảng 5,0 mang tính axit. Vì thế khi sử dụng nước càng tinh khiết cần thiết phải

sử dụng các chất ức chế ăn mòn.
1.4.2. Dung dịch nước muối vô cơ.
Nước muối là dung dịch của nước với một loại muối nào đó. Nhiệt độ đông đặc
của nước muối phụ thuộc vào loại muối và nồng độ muối trong dung dịch. Trong kỹ
thuật lạnh người ta hay sử dụng dung dịch muối ăn NaCl và muối CaCl2. Dung dịch
muối ăn rẻ tiền, dễ kiếm nhất nhưng nhiệt độ đông đặc thấp nhất có thể chỉ là -21,2oC
nên chỉ sử dụng được cho nhiệt độ đến -15oC. Nếu cần nhiệt độ thấp hơn phải sử dụng
dung dịch muối CaCl2, nhiệt độ cùng tinh đạt -55oC ở nồng độ 29,9%. Ngoài ra còn có
thể sử dụng các dung dịch muối khác như K2CO3 và MgCl2.
Tính chất chung của các muối là an toàn, không cháy nổ, không độc hại nhưng
ăn mòn mạnh kim loại chế tạo máy. Tuy nhiên độ ăn mòn còn tuỳ thuộc vào loại dung
dịch muối, và thành phần kim loại khác nhau. Chính vì vậy đối với từng ứng dụng cụ
thể trong công nghiệp và có thể chọn dung dịch muối phù hợp.
1.4.3. Các hợp chất hữu cơ.
Các hợp chất hữu cơ như metanol CH3OH, etanol C2H5OH, glycol, glyxerin
được thêm vào nước với tỷ lệ lớn nhất có thể được sử dụng làm các chất tải lạnh ở các
nhiệt độ khác nhau và có thể đạt được nhiệt độ đông đặc thấp hơn nhiều so với các
dung dịch muối vô cơ. Tuy nhiên metanol CH3OH có độc tính cao nên không được
ứng dụng được trong công nghiệp thực phẩm. Nhược điểm chính của etanol là nhiệt độ
sôi thấp 78°C, áp suất hơi lớn, khi tạo dung dịch với nước làm giảm nhiệt độ sôi của
dung dịch nước do đó dễ bay hơi và không an toàn cháy nổ. So với các rượu đơn chức,
các glycol và glyxerin có nhiệt độ sôi cao, có tác dụng làm hạ điểm đông đặc của
nước, cũng như làm tăng nhiệt độ sôi của hỗn hợp với nước.
Tính chất vật lý của một số hợp chất hữu cơ được đưa ra ở bảng 1.2.
6


Bảng 1.2. Tính chất vật lý của một số hợp chất hữu cơ tạo dung dịch với nước
làm chất tải lạnh.
Etylen

Propylen

Glycol

Glycol

92,09

62,07

76,09

0,7905

1,2636

1,110

1,032

0,600

0,581

0,577

0,574

0,600

0

-97,7

-117,3

17,0

< -51

<-51

100

64,5

78,4

290,0

197,4

187,4

17,535

96,1

44,1

0,00035

0,06

<0,1

15,6

18,9

176,7

115,6

104

0,59

1,19

1,499

20,9

60,5

Tính chất

Nước

Metanol

Etanol

Glyxerin

Khối lượng phân tử

18,106

32,04

46,07

Tỷ trọng ở 25oC

1,00

0,7924

Tỷ nhiệt, cal/g.oC

0,9976

Nhiệt độ đông đặc,oC
Nhiệt độ sôi, oC
Áp suất hơi ở 20oC, mmHg
Nhiệt độ chớp cháy,oC
Độ nhớt ở 25oC, cp

1,01

1.5. Tổng quan về chất tải lạnh gốc glycol.[10,26,27,29,30]
1.5.1. Thành phần.
Thành phần nguyên liệu và tính năng cơ bản của dung dịch chất tải lạnh gốc
glycol được đưa ra trong bảng 1.3.
Bảng 1.3. Chức năng cơ bản của các thành phần trong chất tải lạnh glycol
TT
Thành phần
Chức năng
1

Glycol

2

Phụ gia chống ăn mòn.

Chống ăn mòn kim loại

3

Phụ gia chống tạo bọt

Thoát khí, ngừa bọt

4

Nước cất

1.5.1.1.

Chất nền và hạ điểm đông

Dung môi và hạ điểm đông

Chất nền :

Chất nền cho chất tải lạnh thường được sử dụng là các hợp chất Glycol như
monoetylen glycol (MEG), dietylen glycol (DEG), monopropylen glycol (MPG). Các
hợp chất này có tác dụng hạ điểm đông đặc khi tạo dung dịch với nước, hạn chế sự bay
hơi nước nhằm tránh hao hụt cho chất tải lạnh trong quá trình làm việc.
1.5.1.2. Phụ gia chống ăn mòn :

7


Chất tải lạnh gốc glycol có chứa nước, một tác nhân gây ăn mòn đối với các vật
liệu kim loại và hợp kim có mặt trong hệ thống làm lạnh. Các sản phẩm ăn mòn được
tạo ra trong hệ thống làm lạnh gây phá huỷ hệ thống, khiến hệ thống làm việc kém
hiệu quả hoặc thậm chí gây nguy hiểm cho người vận hành. Vì vậy, trong thành phần
chất tải lạnh phải có chất ức chế ăn mòn kim loại. Nghiên cứu chất ức chế ăn mòn cho
chất tải lạnh là một trong những nội dung quan trọng có thể thu được sản phẩm chất
lượng. Các hợp chất chống ăn mòn có tác dụng chống ăn mòn phần lớn là nhờ tạo một
lớp màng bảo vệ trên bề mặt kim loại. Các chất ức chế khác nhau sử dụng đối với các
kim loại khác nhau, mỗi loại đều có các ưu điểm và nhược điểm.
Hợp chất photphat là chất ức chế ăn mòn hiệu quả đối với kim loại sắt, thép,
hợp kim chì-thiếc, và nhôm. Nó cũng là chất đệm hiệu quả để kiểm soát độ pH. Nhưng
nhược điểm của hợp chất này là tạo kết tủa với ion canxi trong nước. Đó cũng là lý do

phải sử dụng nước khử ion hoá để tạo dung dịch glycol/nước.
Hợp chất tolyltriazole (TTA) và mercaptobenzothiazole (MBT) là một chất
chống ăn mòn phổ biến và có hiệu quả cao đối với các kim loại đồng và hợp kim đồng.
Tuy nhiên MBT không ổn định hoá học như TTA.
Nitrit là chất ức chế ăn mòn tuyệt vời đối với kim loại sắt. Tuy nhiên hợp chất
này được sử dụng hiệu quả khi nồng độ cao và chất ức chế này ăn mòn các hợp kim
chì-thiếc.
Hợp chất silicat là chất ức chế hiệu quả đối với hầu hết các kim loại nhưng nó
có xu hướng tạo lớp cặn dày trong hệ thống làm lạnh. Hợp chất ức chế này có thể gây
hỏng bơm nước.
Hợp chất cromat và dầu nhũ tương trước đây cũng thường được sử dụng,
nhưng việc sử dụng hợp chất này giảm mạnh vì độ độc của nó. Các chất ức chế hiện
đại đã thay thế hợp chất này.
Các công trình nghiên cứu về các chất ức chế ăn mòn kim loại trong các hệ
thống làm lạnh hiện đại trên thế giới cho thấy muối của các axit hữu cơ mạch thẳng
(carboxylat) có tác dụng ức chế ăn mòn kim loại rất hiệu quả trong những điều kiện
khắc nghiệt như nhiệt độ thay đổi, tốc độ dòng chảy cao...Vì các sản phẩm này không
còn chứa bất kỳ các hợp chất vô cơ nên chúng không còn bị ảnh hưởng bởi các hạn
chế cục bộ, hay giảm hàm lượng như các chất ức chế vô cơ thường gặp phải. Việc sử
8


dụng hoàn toàn hợp chất chống ăn mòn cacbôxylat không độc hại và có khả năng phân
huỷ sinh học, thoả mãn được các yêu cầu về môi trường mà vẫn không bị mất mát các
tính năng của sản phẩm.
1.5.1.2. Phụ gia chống tạo bọt :
Để phòng chống ăn mòn xâm thực do bọt khí trong chất tải lạnh gây ra, phụ gia
chống tạo bọt được sử dụng. Các phụ gia chống tạo bọt thường được sử dụng là octylalcohol, triamylamine, các copolyme propylen oxit-etylen oxit có khả năng phân tán
được trong dung dịch nước.
1.5.1.3. Nước :

Nước có trong có trong thành phần của chất tải lạnh có tác dụng tạo dung dịch
với hợp chất glycol để có tác dụng hạ điểm đông xuống nhiệt độ yêu cầu của hệ thống
làm lạnh. Chất lượng nước sử dụng trong dung dịch glycol rất quan trọng.
Nước sinh hoạt có ưu điểm là rẻ tiền và có sẵn. Tuy nhiên nước sinh hoạt có
chứa nhiều tạp chất có hại như các ion canxi, magiê, sulphát, clo... Hàm lượng các ion
canxi và magiê cao sẽ tác dụng với các chất ức chế ăn mòn trong chất tải lạnh tạo kết
tủa làm tắc ống dẫn hoặc các chất kết tủa này sẽ bám trên bề mặt truyền nhiệt làm
giảm tính năng truyền nhiệt. Hàm lượng các ion sulphat và clo quá cao sẽ tác dụng với
thành phần ức chế ăn mòn làm giảm hiệu quả chống ăn mòn của dung dịch chất tải
lạnh do đó làm giảm thời gian sử dụng của chất tải lạnh. Do vậy nước dùng để tạo
dung dịch với glycol phải là nước cất hoặc là nước đã qua xử lý bằng thiết bị trao đổi
ion.
1.5.2. Các tính chất của chất tải lạnh gốc glycol.[11,15,16,27]
1.5.1.1.

Khả năng truyền nhiệt.

Vai trò quan trọng của chất tải lạnh trong hệ thống làm lạnh là khả năng dẫn
nhiệt để làm lạnh các hộ tiêu thụ lạnh. Nếu chất tải lạnh không dẫn nhiệt lạnh nhanh
hiệu quả thì các không đảm bảo chất lượng của sản phẩm cần được làm lạnh. Chất tải
lạnh phải có tính năng truyền nhiệt cao được xác định bởi hệ số truyền nhiệt. Hệ số
truyền nhiệt càng cao thì hiệu quả truyền nhiệt của chất tải lạnh càng cao. Hệ số truyền
nhiệt tỷ lệ thuận với tỷ nhiệt, nhiệt trị, và tỷ trọng của chất tải lạnh. Hệ số truyền nhiệt
tỷ lệ nghịch với độ nhớt.
1.5.1.2.

Tác dụng hạ điểm đông đặc.

9

Ngoài tính chất cơ bản của một chất tải lạnh là khả năng truyền nhiệt thì phải
đảm bảo không đông đặc khi làm việc ở điều kiện nhiệt độ thấp. Do vậy chất tải lạnh
gốc glycol được tạo dung dịch với nước để hạ điểm đông đặc. Nồng độ chất tải lạnh
trong dung dịch càng cao thì nhiệt độ đông đặc của dung dịch chất tải lạnh càng thấp.
Tuỳ vào yêu cầu nhiệt độ của hệ thống làm lạnh mà chất tải lạnh glycol được tạo dung
dịch với nồng độ phù hợp.
1.5.1.3.

Tác dụng tăng nhiệt độ sôi.
Chất tải lạnh gốc glycol dạng đặc có tác dụng tăng nhiệt độ sôi khi tạo dung

dịch với nước. Các dung dịch chất tải lạnh gốc glycol có nhiệt độ sôi cao hơn so với
nước và các dung dịch chất tải lạnh là rượu đơn chức (metanol, etanol).
1.5.1.4.

Khả năng chống tạo bọt.

Hệ thống làm lạnh hoạt động bình thường thấy có bọt khí xuất hiện trong dung
dịch chất tải lạnh. Bọt khí tạo ra do các nguyên nhân chủ yếu sau :
-

Hệ thống làm lạnh không kín làm cho không khí từ bên ngoài lọt vào dẫn đến
sự hình thành bọt khí.

-

Trong bơm áp suất chất lỏng thay đổi liên tục tạo điều kiện hình thành bọt khí.
Bọt sinh ra trong chất tải lạnh sẽ làm ngăn cản khả năng truyền nhiệt trên bề

mặt truyền nhiệt. Ngoài ra khi bọt khí hình thành và bị vỡ liên tục sẽ tạo thành trên bề
mặt truyền nhiệt áp suất do đó gây ra hiện tượng ăn mòn xâm thực phá huỷ các lớp
màng bảo vệ và tạo lỗ trên bề mặt kim loại. Việc tạo lỗ và làm mất màng bảo vệ sẽ
thúc đẩy quá trình ăn mòn trên bề mặt kim loại.
1.5.1.5.

Tính an toàn cháy nổ.

Một tính chất quan trọng của chất tải lạnh trong quá trình vận chuyển và bảo
quản là khả năng bắt cháy. Nguy cơ cháy nổ sẽ xảy đối với chất tải lạnh dễ cháy khi bị
rò rỉ. Các chất nền sử dụng làm chất tải lạnh trước kia là metanol và etanol có khả
năng bắt cháy cao. Tuy nhiên đối với các chất tải gốc glycol không được coi là chất
lỏng dễ cháy. Dung dịch chất tải lạnh sẽ không bắt cháy với nồng độ dưới 80% thể tích
chất tải lạnh/nước.
1.5.1.6.

Tính tương thích với vật liệu sơn phủ

Một vấn đề thường gặp trong các hệ thống làm lạnh là việc sử dụng các thiết bị
tồn chứa được sơn phủ. Chất tải lạnh gốc glycol có chứa các phụ gia chống ăn mòn
10


ảnh hưởng đến sơn như sự mất màu, giảm độ bóng, làm mềm hoặc có tác dụng dung
môi làm tróc các lớp sơn phủ.
1.5.1.7.

Độ độc.

Độ độc được đánh giá bằng trị số LD50 (liều lượng gây chết trung bình ) là liều

lượng chất độc gây chết cho một nửa (50%) số cá thể dùng trong nghiên cứu. Độ độc
càng cao thì trị số LD50 càng nhỏ. Trị số LD50 được tính theo đơn vị mg/kg. Phân loại độ
độc theo quy định của WHO của chất lỏng qua đường miệng được đưa ra trong bảng 1.4.
Bảng 1.4. Phân loại độ độc theo trị số LD50 của chất lỏng qua đường miệng.
Mức độ độc
Trị số LD50 , mg/kg

1.5.1.8.

Rất độc

≤ 20

Độc

20 – 200

Độc trung bình

200 – 2000

Ít độc

> 2000

Tính tương thích với các vật liệu kim loại.

Các chất tải lạnh gốc glycol có chứa nước, một tác nhân gây ăn mòn đối với các
vật liệu kim loại và hợp kim có mặt trong hệ thống làm lạnh. Các sản phẩm ăn mòn tạo
ra trong hệ thống làm lạnh do sự ôxy hoá của glycol gây phá hủy hệ thống, khiến hệ

thống làm việc kém hiệu quả hoặc thậm chí gây nguy hiểm cho người vận hành. Vì
vậy, trong thành phần chất tải lạnh gốc glycol phải có chất ức chế ăn mòn kim loại.
Chất tải lạnh gốc glycol có chất ức chế ăn mòn sẽ làm tăng thời gian sử dụng của hệ
thống và thiết bị, giảm chi phí thời gian ngừng sản xuất.
1.6. Vấn đề ăn mòn và bảo vệ ăn mòn trong hệ thống làm lạnh.[8,16,17,18,19]
Nước và dung dịch glycol/nước thường được sử dụng trong hệ thống làm lạnh
nhưng chúng có thể gây ăn mòn trong hệ thống. Sự ăn mòn có thể dẫn đến làm giảm
tính năng nhiệt của hệ thống do tạo cặn trên bề mặt truyền nhiệt, giảm lưu lượng vì
giảm kích thước ống do tạo cặn ăn mòn và cần thiết phải thay thiết bị vì nguy hiểm ăn
mòn
Sự ăn mòn hoá học hoặc phản ứng điện hoá giữa kim loại và môi trường chất
lỏng có thể dẫn đến hỏng kim loại và các tính chất của nó.

11


1.6.1. Sự ăn mòn hoá học.
Sự ăn mòn các thành phần kim loại là vấn đề cố hữu của nước và dung dịch
glycol/nước trong hệ thống làm lạnh vì các kim loại có xu hướng bị ôxy hoá khi có
mặt nước. Sự hoà tan ôxy trong nước làm tăng tốc quá trình ăn mòn. Trong hệ thống
ống kín, ôxy hoà tan tích tụ lâu ngày làm tăng nguy cơ ăn mòn. Tuy nhiên đối với hệ
thống hở, sự thoát khí liên tục cho phép ôxy hoà tan vào dung dịch. Do đó, hệ thống
hở thường chịu sự ăn mòn hơn so với hệ thống kín.
Sự ăn mòn bao gồm ăn mòn chung và ăn mòn cục bộ . Ăn mòn chung là hao
hụt khối lượng đồng đều đối với toàn bộ bề mặt kim loại. Kiểu ăn mòn này không đặc
trưng cho hỏng hóc chung của hệ thống bởi vì tốc độ hao hục kim loại có thể được
phát hiện ra trước khi phá vỡ kim loại. Kiểu ăn mòn cục bộ không dự đoán được trước.
Thông thường chỉ ra dạng xâm thực mà có thể xuyên thủng kim loại nhanh chóng tạo
ổ và lỗ. Một dạng thường gặp của ăn mòn cục bộ là sự tạo lỗ xảy ra khi bọt khí tạo
thành trong chất lỏng. Quá trình này xảy ra khi áp xuất cục bộ gần bề mặt kim loại bị

thủng dưới áp suất khí của bọt khí trong chất lỏng. Khi các bọt khí này vỡ ra, nó sẽ
sinh ra một lượng lớn năng lượng do vậy làm thủng nghiêm trọng các thành phần kim
loại của hệ thống (thường gặp ở các bơm nước) dẫn đến giảm khả năng bơm.
1.6.2. Ăn mòn xâm thực trong hệ thống làm lạnh.
Hệ thống trao đổi nhiệt và dàn lạnh được sử dụng trong các ứng dụng làm lạnh
để tải nhiệt và truyền nhiệt từ bởi các dung dịch tải lạnh glycol/nước. Có rất nhiều sự
kết hợp giữa các chất tải lạnh và vật liệu kim loại sử dụng trong lĩnh vực này. Sự kết
hợp chính đối với sự lựa chọn vật liệu kim loại trong hệ thống là khả năng chống ăn
mòn. Sự ăn mòn có nhiều dạng khác nhau trong đó có ăn mòn xâm thực. Tầm quan
trọng của sự hiểu biết tính chất chất lỏng cũng như tính chất vật liệu thành phần trong
hệ thống để giảm thiểu ăn mòn xâm thực và tối ưu các tính năng hệ thống và thời gian
sử dụng.
Ăn mòn xâm thực là sự tăng tốc ăn mòn kim loại do mối liên hệ giữa sự chuyển
động của chất lỏng và bề mặt kim loại. Điển hình là chỗ đường ống gấp khúc, sự tiết
lưu ống và các cấu trúc khác làm đổi hướng và thay đổi tốc độ dòng chảy. Cơ chế đối
với kiểu ăn mòn này là lưu lượng chất lỏng liên tục làm phá vỡ bất cứ màng bảo vệ
hoặc màng ôxit khỏi bề mặt kim loại. Sự ăn mòn xâm thực xảy ra khi chất lỏng có
12


hoặc không có bọt khí. Khi chất lỏng có bọt khí, giống như ảnh hưởng của sự phun
cát, sẽ phá vỡ những màng bảo vệ bám chặt, mức độ phá vỡ phụ thuộc vào tốc độ dòng
chất lỏng. Khi bề mặt kim loại bị phá vỡ, nó sẽ bị tấn công bởi các phương tiện ăn
mòn và sự xâm thực sẽ xảy ra bởi sự ma sát chất lỏng. Nếu lớp hấp phụ của ôxit kim
loại không đủ phục hồi nhanh chóng, nguy hiểm nghiêm trọng sẽ xảy ra.
Các vật liệu kim loại khác nhau thì có khả năng chịu ăn mòn xâm thực khác
nhau khi cùng điều kiện chất lỏng. Sự ăn mòn xâm thực xảy ra phổ biến nhất đối với
các kim loại mềm như đồng và nhôm. Mặc dù tốc độ chảy của chất lỏng trong hệ
thống làm lạnh tăng dần có thể làm tăng tính năng của hệ thống nhưng điều đó sẽ làm
tăng sự ăn mòn xâm thực. Do đó, cần thiết phải xác định giới hạn cao nhất ảnh hưởng

của sự tăng tốc độ dòng chảy với các tính năng nhiệt, cũng như có thể giảm thiểu tính
năng cùng với sự giảm đáng kể thời gian sử dụng hệ thống trao đổi nhiệt và dàn lạnh.
Một số phương pháp hạn chế ăn mòn xâm thực là cải thiện dòng chảy trong
ống, cho phép gấp khúc ở với độ cong lớn hơn, và giảm sự thay đổi bất ngờ dòng
chảy. Các phương pháp khác bao gồm làm chậm tốc độ dòng chảy, giảm lượng ôxy
hoà tan, thay đổi giá trị pH và thay đổi thành phần kim loại.
1.6.3. Sự ăn mòn xảy ra đối với dung dịch glycol/nước không có chất ức chế.
Dung dịch glycol/nước không có chất ức chế ăn mòn sẽ tạo thành 5 axit hữu cơ
glycolic, glyoxylic, formic, cacbonic, và ôxalic trong môi trường ôxy không khí, nhiệt
độ cao, và các kim loại hệ thống như đồng, nhôm. Đồng và nhôm có tác dụng như chất
xúc tác trong dung dịch glycol/nước. Các axit hữu cơ này sẽ tấn công hoá học các kim
loại đồng và nhôm trong khoảng 3 tuần dưới điều kiện cực (nhiệt độ 100oC và có bọt
khí ôxy) trong dung dịch glycol/nước tạo thành các hợp chất cơ kim trong dung dịch,
mà có thể dẫn đến làm tắc ống, bơm và van...
1.6.4. Bảo vệ ăn mòn đối với dung dịch glycol/nước.
Nói chung, có thể giảm thiểu sự ăn mòn khi kiểm soát độ pH và sử dụng các
chất ức chế ăn mòn. Các chất ức chế hấp phụ và làm thụ động bề mặt kim loại và
ngăn chặn sự ăn mòn. Yếu tố không kém quan trọng là duy trì ổn định dòng chảy dung
dịch để tránh vùng ứ đọng bên trong hệ thống làm lạnh có thể gây ra ăn mòn.
Chất lượng nước cũng cần được xem xét khi ngăn chặn sự ăn mòn. Ảnh hưởng
của sự ăn mòn trong nước tự nhiên khác nhau đáng kể phụ thuộc vào thành phần hoá
13


học của nước. Ion clo gây ra ăn mòn và hạn chế việc sử dụng nước sinh hoạt hoặc
tránh sử dụng nếu hàm lượng clo >100 ppm. Độ cứng của nước cũng cần phải xem xét
vì có chứa các ion canxi và magiê sẽ tạo thành cặn trên bề mặt kim loại. Các loại nước
cất, nước đã qua thiết bị trao đổi ion, nước được trung hoà, hoặc nước được xử lý bởi
quá trình thẩm thấu ngược để tách các chất khoáng và muối có hại được yêu cầu sử
dụng để tránh các ion clo và tạo cặn. Các chất ức chế ăn mòn thích hợp phải được sử

dụng cùng với nước đã qua thiết bị trao đổi ion hoặc nước được trung hoà.
Tóm lại, mặc dù không thể ngăn chặn tất cả sự ăn mòn, nhưng có một số cách
hiệu quả để giảm thiểu sự ăn mòn. Bằng cách lựa chọn các nguyên liệu chất lỏng phù
hợp, định lượng hoá học dung dịch (độ pH và chất lượng nước) và lựa chọn các chất
ức chế thích hợp, thì có thể giảm thiểu chi phí do ảnh hưởng ăn mòn và đảm bảo hệ
thống làm việc hiệu quả trong thời gian dài.
1.7. Các lĩnh vực công nghiệp sử dụng chất tải lạnh.
1.7.1. Ngành công nghiệp sản xuất rượu bia và nước giải khát.
Bia là sản phẩm thực phẩm thuộc loại đồ uống độ cồn thấp, thu nhận được bằng
cách lên men rượu ở nhiệt độ thấp dịch đường (từ gạo, ngô, tiểu mạch, đại mạch...),
nước và hoa húp lông. Trong quá trình sản xuất bia, dung dịch chất tải lạnh có nồng độ
30-50% thể tích trong nước được làm lạnh trong thiết bị làm lạnh sơ cấp sau đó được
tuần hoàn qua vỏ áo làm lạnh của các thùng chứa bia và thùng ủ men bia để làm lạnh.
Dung dịch chất tải lạnh này cho phép dễ dàng điều khiển nhiệt độ của các thùng chứa
men bia. Chất tải lạnh gốc glycol có độ độc rất thấp, tuy nhiên các chất tải lạnh này có
thể được tạo vị ảo và tạo màu để dễ dàng nhận thấy khi sự cố rò rỉ bất ngờ xảy ra trong
quá trình vận hành sản xuất bia. Chất tải lạnh glycol được ứng dụng chủ yếu trong các
nhà máy bia cho hệ thống lạnh trung tâm để làm lạnh các đối tượng sau :
- Làm lạnh các tank lên men và tank thành phẩm : Sử dụng dung dịch glycol có
nhiệt độ thấp khoảng -5 ÷ -7oC.
- Làm lạnh nhanh nước 1ºC : nước được làm lạnh nhờ glycol đến khoảng 1oC
qua thiết bị làm lạnh nhanh kiểu tấm bản.
- Làm lạnh nhanh dịch đường sau hệ thống nấu : Sử dụng glycol có nhiệt độ thấp
khoảng -8oC để hạ nhiệt độ dịch đường từ 20oC xuống 8oC.

14


1.7.2. Ngành công nghiệp lạnh đông thực phẩm đóng gói.
Các chất chống đông gốc glycol được sử dụng trong lĩnh vực bảo quản thực

phẩm đông lạnh đóng gói. Các thực phẩm đóng gói này có thể là thịt lợn, cá, hải sản,
rau, hoa quả. Bảo quản đông lạnh bằng chất tải lạnh glycol làm tăng hiệu quả xử lý
thực phẩm và cho phép sự đông lạnh thực phẩm đồng đều. Trong một số quá trình
bảo quản thực phẩm kiểu nhúng chìm, thực phẩm được đóng gói chặt và làm kín
trong túi chịu nước và ngăn cách không khí. Sau đó các thực phẩm này được nhúng
trong bể dung dịch chất tải lạnh ở nhiệt độ -11oC với nồng độ dung dịch chất tải lạnh
40-50% thể tích. Trong một kiểu bảo quản thực phẩm đóng gói khác, thực phẩm
đóng gói được đưa qua hệ thống thiết bị đông lạnh, tại đó thực phẩm được phun
dung dịch chất chống đông gốc glycol với nồng độ 40-50% thể tích đến khi đạt được
độ dày lớp băng thích hợp trên thực phẩm từ 10-13mm. Sau đó thực phẩm đóng gói
được rửa bằng nước để tách chất glycol dư và sau cùng thực phẩm được chuyển tới
phòng đông lạnh.
1.8. Tình hình nghiên cứu chất tải lạnh glycol trong và ngoài nước.
a) Ngoài nước :
Hiện nay, các hệ thống thiết bị làm lạnh ngày càng được cải tiến và hiện đại hoá
với quy mô lớn, cùng với đó là việc tăng nhu cầu sử dụng các chất tải lạnh thứ cấp
không độc hại đảm bảo an toàn trong lĩnh vực thực phẩm và thuỷ sản, giảm thiểu chất
tải lạnh sơ cấp độc hại và nguy hiểm. Vì thế việc nghiên cứu chất tải lạnh gốc glycol
luôn được chú ý để đầu tư đáp ứng.
Để đáp ứng nhu cầu chất tải lạnh gốc glycol an toàn thực phẩm, trên thế giới đã
có nhiều công trình nghiên cứu về chất tải lạnh gốc glycol trên cơ sở chất nền MPG an
toàn thực phẩm và các phụ gia chống ăn mòn từ muối của axit hữu cơ mạch thẳng thân
thiện môi trường và không độc hại.
Các công ty dầu nhờn và công ty chế tạo hệ thống làm lạnh của các nước lớn
như Mỹ, Nhật bản, Trung quốc, Nga, Châu Âu... đều có các chất tải lạnh gốc
monopropylen glycol dạng thương mại phục vụ cho các mục đích tải lạnh trong các hệ
thống làm lạnh. Tuy nhiên, các chất tải lạnh này đều có giá thành rất đắt.
Các công trình nghiên cứu chất tải lạnh gốc glycol chủ yếu ở dạng patent. Đối
với các hãng dầu nhờn lớn các loại chất tải lạnh này đều là bí mật công nghệ.
15

Về nghiên cứu các tính chất của chất tải lạnh trên cơ sở chất nền MPG cho thấy
chất tải lạnh này đã cải thiện rất rõ rệt tính chống ăn mòn và hạ điểm đông đặc đặc biệt
trong điều kiện hệ thống làm lạnh làm việc ở nhiệt độ thấp mà các chất tải lạnh từ
dung dịch muối vô cơ hoặc dung dịch glycol không có phụ gia không đảm bảo được
thì chất tải lạnh APP-FA gốc MPG đóng vai trò hạ điểm đông đặc và chống ăn mòn
rất tốt đảm bảo cho hệ thống làm lạnh không bị ảnh hưởng do ăn mòn.
Một số chất tải lạnh gốc monopropylen glycol phổ biến trên thế giới như
CALTEX ANTIFREEZE, COOLFLOW PG, ZITREC LC, được trình bày ở bảng 1.5.
Bảng 1.5. Một số chất tải lạnh thông dụng trên thế giới
Tên chất tải
lạnh

Tên hãng

CALTEX
CALTEX
ANTIFREEZE

Coolflow FG

Coolflow

ZITREC LC

ZITREC

Tính chất
−

−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−

Nhiệt độ đông đặc dung dịch 50%v : -37ºC
Giới hạn pha với nước : 30 – 50% thể tích
Trị số kiềm dư : min 10 ml HCl 0,1N
Giá trị pH ở 25°C : 8-11
Chỉ số khúc xạ : 1,433 – 1,437
Tỷ trọng ở 15°C : 1,05-1,06
Độ tạo bọt : max 50 ml / max 5 giây
Chống ăn mòn kim loại : đạt
Nhiệt độ đông đặc : < -50ºC
Giới hạn pha với nước : 30 – 50% thể tích
Trị số kiềm dư : min 16 ml HCl 0,1N
Độ độc LD50 (chuột ) : > 15.000 mg/kg
Khả năng phân huỷ sinh học : 90%
Giá trị pH ở 25°C : 8-10
Chỉ số khúc xạ : 1,433 – 1,437
Tỷ trọng ở 15°C : 1,050 – 1,060
Nhiệt độ sôi : 157°C
Độ tạo bọt : max 50 ml / max 5 giây
Chống ăn mòn kim loại : đạt
Nhiệt độ đông đặc : < -50ºC
Giới hạn pha với nước : 30 – 50% thể tích
Trị số kiềm dư : min 12 ml HCl 0,1N
Độ nhớt (dạng đặc ) : 56 cSt
Độ độc LD50 (chuột ) : > 15.000 mg/kg
Khả năng phân huỷ sinh học : 90%
Giá trị pH ở 25oC : 8-10
Chỉ số khúc xạ : 1,433 – 1,437
Tỷ trọng ở 15°C : 1,050 – 1,060
Nhiệt độ sôi : 165°C

Độ tạo bọt : max 50 ml / max 5 giây
Chống ăn mòn kim loại : đạt
16


Thông tin tại bảng 1.5 cho thấy chất tải lạnh gốc glycol dạng đặc được pha với
nước với nồng độ từ 30-50% thể tích tuỳ theo yêu cầu nhiệt độ đông đặc của dung dịch
chất tải lạnh, khả năng truyền nhiệt tối ưu và khả năng chống ăn mòn.
b) Trong nước:
Như vậy, tuy đã có nhiều nghiên cứu của nước ngoài liên quan đến chất tải lạnh
trên cơ sở chất nền MPG, nhưng đây là các nghiên cứu liên quan đến sản phẩm của các
hãng kinh doanh dầu nhờn và chất lỏng chuyên dụng vì vậy là bí quyết công nghệ và
không được công bố công khai. Các nghiên cứu tại công ty APP mới chỉ là các nghiên
cứu bước đầu trong lĩnh vực chất tải lạnh gốc glycol an toàn thực phẩm có sử dụng
phụ gia ức chế ăn mòn hiệu quả cao sử dụng cho các lĩnh vực mà đòi hỏi tính an toàn
cao trong hệ thống lạnh (giá thành đắt hơn so với các chất tải lạnh glycol/nước và dung
dịch rượu đơn chức không có phụ gia)
1.9. Kết luận trên cơ sở phân tích tổng quan và đề xuất hướng nghiên cứu.
Qua việc phân tích tổng quan tài liệu, có thể thấy việc nghiên cứu sản xuất chất
tải lạnh đáp ứng nhu cầu làm lạnh trong các hệ thống làm lạnh trong các nhà máy chế
biến thuỷ sản và chế biến thực phẩm là rất cần thiết.
Khi xác định loại chất tải lạnh phù hợp cho hệ thống làm lạnh thứ cấp phải xét
đến các yếu tố chủ yếu như tính tương thích với vật liệu, độc tính, an toàn môi trường
và tính dễ cháy, tính an toàn khi vận chuyển bảo quản, và giá thành phù hợp. Không có
chất tải lạnh lý tưởng đáp ứng đầy đủ các tính chất trên tuy nhiên tuỳ thuộc vào lĩnh
vực cụ thể mà lựa chọn chất tải lạnh phù hợp.
Trong dung dịch chất tải lạnh glycol có chứa nước là nguyên nhân chính dẫn
đến ăn mòn các vật liệu kim loại và gây nguy hiểm cho hệ thống làm lạnh. Bọt sinh ra
trong hệ thống làm lạnh khi có mặt oxy không khí là nguyên nhân gây ra sự ăn mòn
xâm thực. Do vậy các phụ gia chống ăn mòn và phụ gia chống tạo bọt cần phải được

sử dụng nhằm hạn chế mức thấp nhất sự ăn mòn xảy ra trong hệ thống làm lạnh.
Trên cơ sở kết luận dựa trên phân tích tổng quan tài liệu, các nội dung cần
nghiên cứu thử nghiệm cho đề tài là :
1 – Lựa chọn và nghiên cứu ảnh hưởng của chất nền glycol đến các tính chất hoá lý
của chất tải lạnh.
2 - Nghiên cứu tác dụng của phụ gia chức năng đến các tính chất của chất tải lạnh.

17


3 - Điều chế chất tải lạnh và khảo sát các tính chất hoá lý của chất tải lạnh theo các
phương pháp phân tích tiêu chuẩn ASTM.
4 – Trên cơ sở khảo sát các tính chất của chất tải lạnh từ đó đưa ra được đơn pha chế
tối ưu và xây dựng quy trình sản xuất đạt được các tiêu chuẩn quy định.
5 - Thử nghiệm hiện trường.
6 - Khả năng thương mại hoá của sản phẩm.

18


II. THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên liệu hóa chất sử dụng.
2.1.1. Chất nền glycol.
Hợp chất glycol là thành phần chủ yếu của chất tải lạnh có tác dụng tạo dung
dịch với nước để hạ điểm đông. Tính chất của hợp chất glycol ảnh hưởng lớn đến chất
lượng chất tải lạnh sử dụng. Việc lựa chọn chủng loại glycol thích hợp làm thành
phần chất tải lạnh là vấn đề quan trọng. Có rất nhiều loại hợp chất glycol nhưng chúng
tôi đã chọn ra 3 loại glycol là monoetylen glycol (MEG), dietylen glycol (DEG),
monopropylen glycol (MPG) của hãng Dow Glycol hiện đang phổ biến trên thị trường
ở Việt Nam để phân tích và đánh giá. Chỉ tiêu kỹ thuật của các glycol được đưa ra ở

bảng 2.1.
TT

Bảng 2.1. Chỉ tiêu kỹ thuật của các glycol lựa chọn.
Tính chất
MEG
DEG

1

Cảm quan

2

MPG

Không màu,
trong suốt

Không màu,
trong suốt

Không màu,
trong suốt

Khối lượng phân tử

62,1

106,12

76,094

3

Áp suất hơi ở 25oC, mmHg

<0,1

<0,01

0,13

4

Sức căng bề mặt ở 25oC, mN/m

48

44

36

5

Tỷ nhiệt, kJ/kg K

2,43

2,30

2,48

6

Nhiệt độ sôi, oC

196-198

240-247

186-189

7

Ẩn nhiệt hoá hơi, kJ/kg

858,3

545,2

976,5

8

Tỷ trọng ở 25oC, kg/l

1,110

1,111

1,032

9

Độ dẫn nhiệt, W/m K

0,2577

0,2032

0,2060

10 Độ nhớt ở 25oC, cp

16,9

25,3

48,6

11 Nhiệt độ đông đặc, oC

-13,4

-8,7

<-51

12 Chỉ số khúc xạ ở 25oC

1,430

1,446

1,431

13 Độ hoà tan trong nước

hoàn toàn

hoàn toàn

hoàn toàn

14 Nhiệt độ chớp cháy cốc kín, oC

111

138

104

15 Trị số LD50 (thử nghiệm đối với
chuột), mg/kg

6100

16600

33700

19


2.1.2. Phụ gia chống ăn mòn.
Để nâng cao khả năng chống ăn mòn các kim loại trong hệ thống làm lạnh,
chúng tôi sử dụng phụ gia ức chế ăn mòn là muối natri của axit béo dicacboxylic mạch
thẳng C11 (axit undecanedioic). Phụ gia ức chế ăn mòn được tổng hợp từ phản ứng
trung hoà giữa axit undecanedioc và natri hidroxit (NaOH). Tính chất vật lý của axit
dicacboxylic được đưa ra trong bảng 2.2.
TT

Bảng 2.2. Tính chất hoá lý của axit dicacboxylic
Tên chỉ tiêu

Giá trị

1

Cảm quan

dạng bột, màu trắng tuyết

2

Khối lượng phân tử trung bình

3

Nhiệt độ nóng chảy, °C

108 - 110

4

Chỉ số axit, mgKOH/g

510 - 550

5

Tỷ trọng, kg/l

6

Trị số LD50, mg/kg (chuột )

215

1,02
> 3000

2.1.3. Phụ gia chống tạo bọt.
Phụ gia tính năng chống tạo bọt được lựa chọn là hợp chất copolyme propylen
oxit-etylen oxit của hãng Ciba có tên thương mại là Antimus 1000X. Tính chất của
phụ gia chống tạo bọt được đưa ra ở bảng 2.3.
TT
1

Bảng 2.3. Tính chất của phụ gia chống tạo bọt
Tên chỉ tiêu
Giá trị
Cảm quan

Chất lỏng dạng nhũ
màu trắng sữa

2

Độ pH dung dịch 10% trong nước

7,0 -8,0

3

Tỷ trọng ở 20°C, kg/l

4

Khả năng tan trong nước

5

Nhiệt độ đông đặc,°C

< 12

6

Độ nhớt ở 100°C, cSt

2300 - 3000

1,000
phân tán hoàn toàn

2.2. Các phương pháp và tiêu chuẩn đánh giá.
Đối với chất tải lạnh để đưa vào sử dụng với độ tin cậy cao thì người sản xuất
cũng như người sử dụng luôn dựa vào những tính chất và tính năng đã được kiểm tra
trong phòng thí nghiệm cũng như kết quả thử nghiệm hiện trường.
20


Qua quá trình khảo sát các mẫu chất tải lạnh khác nhau, yêu cầu cần đạt được
đối với mẫu chất tải lạnh phải có các tính chất đặc trưng là :
• Khả năng truyền nhiệt tốt
• Khả năng hạ điểm đông đặc.
• Độ bay hơi thấp
• An toàn cháy nổ
• Khả năng tách khí và chống tạo bọt.
• Tương thích với vật liệu làm kín.
• Khả năng qua lọc.
• Có khả năng phân huỷ sinh học
• Chống oxy hóa
• Có khả năng chống ăn mòn kim loại
• Các đặc tính kiểm tra : pH , kiềm dư, hàm lượng nước.
• Không độc hại
Các tính chất đặc trưng của chất tải lạnh được đánh giá theo phương pháp tiêu
chuẩn của Hiệp Hội Thử Nghiệm Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM) được đưa ra ở bảng 2.4.

Bảng 2.4. Các phương pháp thử nghiệm tính chất của chất tải lạnh.
TT

Tính chất

Phương pháp thử nghiệm

1

Nhiệt độ đông đặc

ASTM D1177

2

Độ nhớt

ASTM D445

3

Độ pH

ASTM D1287

4

Tỷ trọng

ASTM D1122

5

Nhiệt độ sôi

ASTM D1120

6

Độ tạo bọt

ASTM D1881

21