Льдосоляное охлаждение
Лёд с солью для охлаждения даёт температуру ниже 0 °C: соль растворяется в талой воде, раствор плавит лёд, и на плавление и растворение тратится теплота смеси. С поваренной солью можно получить до −21 °C (при 23 % соли по массе — эвтектическая точка), с хлористым кальцием — до −55 °C. Чем больше соли до эвтектической концентрации, тем ниже температура.
Льдосоляное охлаждение позволяет получить более низкие температуры по сравнению с охлаждением чистым льдом. Этот способ основан на использовании льда в смеси с солями. При этом одновременно и параллельно происходят процессы растворения соли с образованием рассола и плавления льда с образованием воды и дальнейшим растворением соли. На плавление льда и растворение соли затрачивается теплота смеси, вследствие чего температура ее понижается.
Криогидратная точка
Наиболее низкая температура смеси достигается в криогидратной точке, в которой находятся в термодинамическом равновесии все три фазы: рассол (раствор), соль и лед.
Криогидратной точке соответствует эвтектическая концентрация соли. Такая смесь называется эвтектиком. При льдосоляном охлаждении чаще всего используют смесь дробленого льда и хлорида натрия. Криогидратной точке такой смеси соответствует температура −21,2 °C при концентрации соли в растворе 23,1%. При использовании хлорида кальция с содержанием соли в растворе 29,9% можно получить температуру плавления −55 °C.
Способы льдосоляного охлаждения
Льдосоляной смесью можно охлаждать путем непосредственного контакта и используя в качестве промежуточного теплоносителя воздух, как это принято и при охлаждении водным льдом. Кроме того, применяют способ охлаждения рассолом, образующимся при таянии смеси и циркулирующим через охлаждающую батарею.
В установке рассольного охлаждения с насосной циркуляцией лед периодически загружают в генератор холода. Сверху лед орошается рассолом, прошедшим охлаждающую батарею, где его температура повышается на 2–3 °C. В нижнюю часть генератора холода стекает охлажденный рассол с более низкой из-за таяния льда концентрацией соли. Для поддержания концентрации рассола часть теплого рассола после охлаждающей батареи подается в бачок с солью — концентратор, из которого более насыщенный рассол перетекает в генератор холода. Концентратор периодически пополняют солью.
В нижней части генератора холода расположен вентиль, через который удаляется использованный (теплый) раствор перед новой загрузкой установки льдом и солью.
Разность температур рассола в охлаждающей батарее и воздуха в охлаждаемом объеме составляет 6–8 °C. Существуют и установки без насоса, где циркуляция возникает самопроизвольно из-за разности объемных масс рассола, которая является следствием изменения его концентрации при таянии льда.
Нужно чиллер 144 кВт купить (вариант с конденсатором на улице — чиллер 144 кВт с выносным конденсатором) под конкретную задачу? Подберите модель по расходу и температуре воды.
Соль и лёд: как это работает
Соль и лёд вместе дают температуру ниже нуля потому, что соль понижает температуру замерзания воды. На поверхности льда всегда есть тонкая плёнка воды; соль растворяется в ней, получается рассол, который при 0 °C уже не замерзает, и лёд начинает таять. На плавление нужна теплота — 334 кДж на килограмм льда, — и смесь берёт её из себя и из окружения, поэтому охлаждается. Температура падает, пока не достигнет криогидратной точки раствора.
Тот же процесс лежит в основе использования соли зимой: соль на дороге не «нагревает» лёд, а превращает его в рассол с температурой замерзания −5…−15 °C. При сильных морозах ниже −20 °C поваренная соль уже не работает, и применяют хлористый кальций.
| Соль | Концентрация, % по массе | Температура, °C |
|---|---|---|
| Хлорид калия KCl | 19,7 | −10,7 |
| Хлорид аммония NH₄Cl | 19,7 | −15,4 |
| Хлорид натрия NaCl | 23,3 | −21,2 |
| Хлорид магния MgCl₂ | 21,0 | −33,6 |
| Хлорид кальция CaCl₂ | 29,9 | −55 |
Те же растворы — рассолы — долго служили хладоносителями в промышленных холодильных установках, пока их не вытеснили гликоли с меньшей коррозионной активностью. Об этом — в статье рассолы.
Частые вопросы
Как охладить лёд с солью?
Смешать дроблёный лёд с поваренной солью — примерно 1 часть соли на 3 части льда по массе. Смесь быстро опустится до −10…−20 °C; в неё погружают ёмкость с охлаждаемым продуктом или напитком.
До какой температуры охлаждает лёд с солью?
С поваренной солью — теоретически до −21,2 °C, на практике −15…−20 °C. С хлористым кальцием — до −40…−55 °C.
Как работает смесь соли и льда?
Соль растворяется в плёнке воды на льду, понижает температуру её замерзания, и лёд тает. Теплоту плавления смесь берёт из себя, поэтому охлаждается — для поваренной соли до −21 °C в криогидратной точке.
Читайте также