Co je bezpečnější: ethylenglykol nebo propylenglykol?

Propylenglykol a etylenglykol jsou organické sloučeniny ze skupiny dvojsytných alkoholů, široce používané jako teplo/chladivo v topných a klimatizačních systémech. Od vody a jiných chladicích kapalin se liší vyšším bodem varu a nižší teplotou krystalizace, což pomáhá předcházet tvorbě páry a ledu v topném okruhu při přehřátí nebo zamrznutí.

Etylenglykol i propylenglykol jsou alkoholové sloučeniny, které mají dvě skupiny -OH na molekulu. Ethylenglykol má dva atomy uhlíku a propylenglykol má tři atomy uhlíku na molekulu. Tyto organické sloučeniny mají důležité použití v závislosti na chemické struktuře sloučeniny.

Spotřebitelé mají určité požadavky na řešení voda-glykol pro každý jednotlivý systém a chtějí získat požadované technické parametry pro dlouhodobé fungování mechanismů a systémů.

Obsah

1. Srovnávací charakteristiky kompozic
2. Vlastnosti základů
3. Mohu míchat?
4. Závěry:
5. Vlastnosti etylenglykolu a nemrznoucí směsi na jeho bázi
6. Vlastnosti propylenglykolu a nemrznoucí směsi na jeho bázi
7. Návrh systému s nemrznoucí chladicí kapalinou

Srovnávací charakteristiky kompozic

Pro vizuální srovnání charakteristik obou látek budou uvedeny ve formě souhrnné tabulky:

Fyzikální charakteristiky	Etylenglykol	Propylenglykol
Hustota (při 20 °C), kg/m3	1116	1035-1038
Bod varu (při atmosférickém tlaku), °C	197,3	188,2
Teplota tuhnutí (při atmosférickém tlaku), °C	-13	-60
Viskozita (při 20 °C), N*sec/m3	0,0209	0,056
Měrná tepelná kapacita, J/g*deg	2,35	2,47
Výparné teplo, kJ/mol	56,94	64,5

Hlavní rozdíly mezi propylenglykolem a ethylenglykolem jsou úroveň toxicity a termofyzikální vlastnosti. Propylenglykol má nízkou toxicitu, ethylenglykol je toxický a měl by být používán s opatrností. Ethylenglykol má lepší účinnost přenosu tepla díky své nižší viskozitě, ale pro přenos stejného množství energie musí být zajištěn větší průtok tekutiny, protože propylenglykol má vyšší měrnou tepelnou kapacitu.

Použití ethylenglykolu místo propylenglykolu má řadu výhod, snižuje bod tuhnutí a zlepšuje vlastnosti přenosu tepla. Z těchto důvodů jsou etylenglykolové kapaliny široce používány v topných nebo chladicích systémech s uzavřenou smyčkou, kde je riziko expozice člověka minimální.

Oba glykoly mají vlastnosti, které jim neumožňují rozlišit vnějšími znaky:

• transparentní;
• mastný;
• sladká dochuť;
• žádný nepříjemný zápach.

Jaký je přesně rozdíl mezi propylenglykolem a etylenglykolem, je možné zjistit provedením chemického rozboru v laboratoři.

Aditiva chladicí kapaliny se používají ke zlepšení výkonnostních vlastností konečného produktu. Pro etylenglykol a propylenglykol se používají různé typy přísad, které vyhovují různým požadavkům a provozním podmínkám.

Vlastnosti základů

Chladiva na bázi etylenglykolu se používají v topných systémech ve formě vodných roztoků. Společnost SVA provádí velkoobchodní prodej chladicích kapalin požadované koncentrace a koncentrovaných roztoků, které je nutné ředit vodou. Kromě rozpouštědla a etylenglykolu se přidávají také přísady, které mění bod varu a bod krystalizace, snižují korozivní účinek na prvky topného okruhu a dodávají směsím barvu, pro usnadnění hledání netěsností v topném systému. Roztoky ethylenglykolu se používají jako chladicí kapaliny a nemrznoucí směsi v následujících oblastech:

• v uzavřených topných systémech soukromých obytných budov, některých průmyslových budov, administrativních budov, veřejných institucí;
• v chladicích systémech výkonných počítačů a dalších elektronických zařízení;
• jako součást automobilové nemrznoucí směsi a brzdové kapaliny.

Důležitými výhodami etylenglykolových chladicích kapalin jsou jejich vysoké termofyzikální vlastnosti:

• vysoký bod varu zabraňuje varu produktu, pokud se systém přehřeje;
• nízký koeficient roztažnosti neumožňuje vytvrzení chladicí kapaliny při nízkých teplotách, čímž neničí systém a udržuje jeho těsnost;
• vysoká tepelná vodivost a dobrá tekutost umožňují rychlou distribuci tepla v celém systému;
• ne vysoké náklady;
• roztoky etylenglykolu prakticky netvoří pevné usazeniny solí v potrubí topného systému, což prodlužuje jeho životnost;
• teplota, při které chladicí kapalina na bázi etylenglykolu začíná krystalizovat, se pohybuje od -35 °C do -70 °C, což umožňuje jejich použití v oblastech s extrémně nízkými klimatickými teplotami;
• přísady ve složení, které snižují korozivní aktivitu ethylenglykolu, nezničí těsnění systému.

Roztoky voda-ethylenglykol mají také nevýhody, které omezují jejich použití:

• vysoká toxicita (třetí třída nebezpečnosti), způsobující těžkou otravu při požití na kůži a sliznicích;
• v důsledku úniku chladicí kapaliny existuje nebezpečí pro životní prostředí;
• při snižování teploty se zvyšuje viskozita, což vede ke zvýšení zatížení čerpacího zařízení;
• etylenglykolové roztoky bez přísad aditiv jsou velmi korozivní pro kovové a pryžové prvky systému.

Za stálého sledování je používání etylenglykolu povoleno ve výrobních podnicích, skladech a v omezené míře v obytných budovách. Ethylenglykol se nepoužívá v zařízeních se zvýšenými požadavky na bezpečnost, zejména:

• v podnicích potravinářského a farmaceutického průmyslu;
• v bytových domech;
• ve dvouokruhových topných systémech (aby se zabránilo smíchání etylenglykolu a netechnické vody).

Po uplynutí záruční doby nebo po dosažení užitečných výkonnostních vlastností je etylenglykol recyklován, což může provádět také SVA, která má licenci na sběr, práci, přepravu, skladování, likvidaci a zneškodňování odpadů třídy nebezpečnosti I- IV.

Chladiva na bázi propylenglykolu se používají ve formě vodných roztoků různých koncentrací s přídavkem aditiv. Chladicí kapaliny na bázi propylenglykolu mají následující výhody:

• bezpečné pro lidské zdraví a životní prostředí, proto se bez omezení používají v potravinářských a farmaceutických podnicích, ve veřejných budovách a obytných budovách;
• dobrá tepelná vodivost a vysoká tepelná kapacita;
• nízká teplota začátku krystalizace (-70 °C) i při úplném odpaření vody z roztoku, takže při extrémně nízkých teplotách nedojde k poškození topného okruhu;
• schopnost díky větší viskozitě zabránit výskytu vodního rázu, který vede ke zničení potrubí;
• nepřítomnost korozivních účinků na kovové a pryžové prvky topného okruhu;
• nepřítomnost vodního kamene a schopnost čistit vnitřní povrch potrubí od nerozpustných usazenin;
• nižší hustota ve srovnání s etylenglykolem, což snižuje náklady na energii pro cirkulaci chladicí kapaliny systémem.

Nevýhody propylenglykolových chladicích kapalin zahrnují:

• vysoká cena, přibližně 40krát vyšší než u nemrznoucích směsí na bázi etylenglykolu;
• nutnost výměny chladicí kapaliny v topném systému jednou za 5 let z důvodu poměrně rychlého poklesu výkonu (u některých řešení je tento problém řešen přísadami);
• zvýšení viskozity s klesající teplotou, což může vést k nadměrnému zatížení čerpacího zařízení a snížení účinnosti přenosu tepla.

Propylenglykol jako látka ve své čisté formě není toxický a splňuje všechny bezpečnostní požadavky. Ale ve složení chladicí kapaliny, kde jsou kromě ní různá aditiva, může v malé míře ztratit své ekologické vlastnosti, a proto musí být likvidace propylenglykolu provedena správně.

Mohu míchat?

Látky jednotlivě mají dobré vlastnosti. Chemické složení kapalin má podobné složky. Míchání těchto nemrznoucích směsí se nedoporučuje. Když se komponenty spojí, kvalita kapaliny se zhorší. Přítomnost ethylenglykolu v propylenglykolu činí nemrznoucí směs toxickou. V důsledku vzájemného ovlivňování vlastností kapalin se zhorší jejich kvalita. Každá nemrznoucí směs obsahuje přísady, které zlepšují její účinnost. Při smíchání se navzájem negativně ovlivňují. Velmi často jsou přísady jednoduše vzájemně nekompatibilní.

Závěry:

Ethylenglykol a propylenglykol jsou široce používány jako kapaliny pro přenos tepla. Každý má své specifické jedinečné vlastnosti, které mohou být pro kupující zajímavé a jsou vhodné pro různé typy výroby. V závislosti na vlastnostech se podmínky použití kompozic pro různé účely liší. Chladicí kapaliny si můžete objednat od výrobce kontaktováním manažerů společnosti SVA a získat potřebné objasnění otázek, které vás zajímají.

Voda je právem považována za nejlepší chladicí kapalinu. Má maximální tepelnou kapacitu, má vysokou tekutost, je šetrný k životnímu prostředí a je veřejně dostupný. Všechny výhody však kompenzuje fakt, že při teplotě 0°C voda zamrzá. U topných systémů, které využívají vodu jako chladicí kapalinu a pracují přerušovaně při nízkých vnějších teplotách (dům, chata), je to nebezpečné, protože to může vést k nouzovému stavu při odmrazování systému s poškozením potrubí, výměníků tepla a dalších částí konstrukce. Vypuštění vody a naplnění systému před spuštěním je velmi pracné a zdlouhavé (a voda stejně nebude zcela odstraněna). Alternativní možností, kterou v tomto článku zvážíme, jsou nemrznoucí chladicí kapaliny (nemrznoucí kapalina).

V Rusku je nejběžnější nemrznoucí směs pro topné systémy obvykle směs vody s etylenglykolem a přísadami (speciální přísady pro různé účinky).

Vlastnosti etylenglykolu a nemrznoucí směsi na jeho bázi

Hustota ethylenglykolu v čisté formě je 1,13 g/cm3 při pokojové teplotě (20-22 °C), mrzne při t = -13 °C. Ještě nižší bod tuhnutí mají roztoky etylenglykolu s vodou s podílem 30 až 70 %. Minimum je -70°C a dosahuje se poměrem vody a dvojsytného alkoholu 1:2. Když roztok zmrzne, změní se na viskózní amorfní směs s mírným zvýšením objemu celkové hmoty do 0,3% (v době, kdy čistá voda vzroste na 9%).

Aditiva v roztoku vody a etylenglykolu číslo do 10 látek, které mají antikorozní účinek a snižují oxidační vlastnosti směsi, tvorbu pěny, zabraňují tvorbě vodního kamene, odstraňují stávající plak, zvyšují tepelnou stabilitu a inertnost vůči syntetickým těsnění.

Většina koncentrovaných chladicích kapalin je roztok, který se skládá z 65 % etylenglykolu, asi 31 % vody a 3–4 % přísad (Hot Blood-65M, Dixis-65 a další). Tento poměr má za následek lepší přenos tepla. Výsledná směs se nerozkládá na své složky a má teplotu krystalizace -65°C. Další směs pro topná zařízení označená „30“ mrzne při -30°C. Existují směsi, kde je procento ethylenglykolu až 95 %. Ředí se bezprostředně před plněním systému. Procento etylenglykolu v chladicí kapalině se volí výhradně na základě minimální teploty, při které bude směs cirkulovat v systému.

Nejčastěji se hotové nemrznoucí koncentráty s určitým bodem tuhnutí ředí vodou a následně se ihned plní topným systémem. Pokud například smícháte dva objemy nemrznoucí směsi s bodem krystalizace -65 °C a jeden objem vody, získáte roztok, který zamrzne při -30 °C. K ředění použijte destilát, pokud není k dispozici, použijte vodu z vodovodu (s tvrdostí maximálně 6 jednotek). Přídavek vody z přírodních vnějších zdrojů je nežádoucí pouze proto, že může docházet k neslučitelnosti s přísadami kvůli jejich aktivním složkám. Naředění směsi o více než polovinu již může vést ke zhoršení antikorozních vlastností. Profesionálně připravenou kompozici s požadovaným bodem krystalizace lze objednat u výrobce nemrznoucí směsi.

Vezměte prosím na vědomí: existují značné rozdíly ve fyzikálních vlastnostech vody a nemrznoucích chladicích kapalin na bázi dvojsytného alkoholu; při použití posledně jmenovaného existuje řada technických vlastností, které vyžadují povinné zvážení.

1. Viskozita směsí s ethylenglykolem je téměř 4krát vyšší než u vody. V důsledku toho bude hydrodynamický odpor vůči pohybu roztoku v potrubí vyžadovat výkonnější oběhové čerpadlo (až 10 % kapacity a až 60 % tlaku).
2. Koeficient tepelné roztažnosti bude také větší než u vody. Proto je nutné instalovat expanzní nádobu, která je přibližně 15% z celkového objemu topné konstrukce.
3. Směs etylenglykolu má přibližně o 15 % nižší tepelnou kapacitu než voda. To mírně zhoršuje podmínky výměny tepla a vyžaduje instalaci výkonnějších radiátorů do systému. Kromě toho se chladicí kapalina nesmí přehřívat, protože to povede k nevratné změně chemických vlastností a složení roztoku.

Roztok etylenglykolu reaguje se zinkovými a olejovými barvami za vzniku nerozpustné sraženiny, jejíž velké množství může narušit provoz celého topného systému. Koudel navíc na rozdíl od vody nebobtná ve spojích mezi konstrukcí topného systému a nemrznoucí kapalinou. Při instalaci systému doporučujeme nepoužívat pozinkované díly a používat silikonové tmely a jiné tmely ve spojích spíše než tažné.

Pěnění nemrznoucí směsi je možné v místech, kde je největší hydrodynamický odpor. Aby k tomu nedocházelo, je nutné nastavit membrány vyvažovacích ventilů a termostaty tak, aby pracovní kapalina mohla rychle a volně procházet.

Při instalaci elektrických kotlů elektrodového (iontového) typu, kde je chladicí kapalina přímým prvkem elektrického obvodu, je povoleno používat pouze speciální nemrznoucí směs. Většina kapalin používaných v systému není určena k vedení elektrického proudu.

Při teplotách nad 90°C ve vodném roztoku etylenglykolu se navíc zintenzivňuje proces tvorby sedimentu, který zhoršuje přenos tepla. U modelů zařízení s kotli s vysokonapěťovými topeništi to může vést k vyhoření trubek topeniště a výměníku tepla.

Ale hlavní nebezpečí je spojeno s vysokou toxicitou ethylenglykolu. Je to látka středně nebezpečná, jedovatá, schopná proniknout kůží a na lidský organismus působí narkoticky. Smrtelná dávka je 100 ml. Proto se nemrznoucí směsi na bázi etylenglykolu nepoužívají ve dvouokruhových topných systémech, kde v případě odtlakování konstrukce existuje možnost, že se roztok dostane do sanitární vody. Maximální přípustná koncentrace etylenglykolu ve vzduchu pracovního prostoru je 5 mg/m3. Vzhledem k možnosti odpařování roztoku z povrchu by měly být otevřené expanzní nádoby používány v topném systému s maximální opatrností.

Vlastnosti propylenglykolu a nemrznoucí směsi na jeho bázi

Vylepšenou náhradou ethylenglykolu je propylenglykol. Jeho hustota je 1,04 g/cm 3 a mrzne při t = -67°C. Při smíchání s vodou se bod tuhnutí zvyšuje (při 15% koncentraci na -5°C). Nemrznoucí směs na bázi propylenglykolu má téměř stejné vlastnosti jako etylenglykol, je však bezpečnější (propylenglykol se používá jako potravinářská přísada E1520). Jeho hydraulický odpor je nižší díky „smáčecímu efektu“, což výrazně usnadňuje provoz oběhového čerpadla.

Jedinou výhradou, která brání šíření propylenglykolu, je vyšší cena nemrznoucí směsi na jeho bázi (2krát) než u podobných směsí etylenglykolu. Hlavní oblastí použití nemrznoucí směsi na bázi propylenglykolu jsou budovy a stavby s přísnými ekologickými požadavky (nákupní centra, potravinářské podniky atd.).

Cenovou niku mezi výše zmíněnými řešeními zabírá nemrznoucí směs na glycerinové bázi s balíčkem aditiv. Glycerin je pro člověka zcela bezpečný a lze jej úspěšně použít v otevřených topných systémech a budovách se zvýšenými požadavky na životní prostředí. Jeho chemické a fyzikální vlastnosti jsou podobné jako u roztoků voda-glykol. Hlavní výhodou, která vytváří výhodu ve prospěch glycerinové nemrznoucí směsi, je absence chemické reakce se zinkem a tedy možnost použití v topném systému s pozinkovanými konstrukčními díly.

Návrh systému s nemrznoucí chladicí kapalinou

Nejprve se musíte ujistit, že výrobci instalované topné konstrukce umožňují použití nemrznoucí směsi. Politika evropských výrobců topných systémů se v této otázce výrazně liší. Například německá společnost Vaillant nepovoluje použití nemrznoucí směsi a jako sankce za porušení zákazu uplatňuje ztrátu záručního servisu. Jiná německá společnost Buderus umožňuje nalévat určité značky nemrznoucí směsi do všech kotlů, včetně nástěnných, a zakazuje použití řešení pouze u kotlů, které jsou vybaveny hliníkovými výměníky tepla.

Nejliberálnější přístup zastává italská společnost Baxi, která zavedla přísný zákaz nemrznoucí směsi pouze pro kotle značky Main s bitermálním výměníkem tepla a pro ostatní kotle vypracovala doporučení neomezující složení chladicí kapaliny.

Majitel domu, kde je zařízení instalováno, se musí postarat o zásobu nemrznoucích roztoků pro doplnění systému. Nedoporučujeme používat roztoky různých značek, jejich aktivní přísady mohou reagovat se zcela nepředvídatelnými následky. Průměrná životnost směsí je omezena pouze životností přísad a není delší než 5 let (5 topných sezón).

Při přestavbě topného systému na práci s nemrznoucími chladicími kapalinami je nutné vzít v úvahu vše výše uvedené. Před naplněním systému musíte vyčistit všechny obrysy konstrukce od vodního kamene a koroze pomocí speciálních sloučenin. V opačném případě budou nemrznoucí přísady rychleji reagovat uvolněnými usazeninami a rzí, což povede k ucpání celého systému.

Je také nutné pečlivé sledování nepřítomnosti netěsností v topném systému. Aby je bylo možné rychle detekovat pomocí ultrafialové baterky, mnoho výrobců přidává do nemrznoucí směsi speciální fosforeskující barvivo. S roztoky pracujte pouze v rukavicích. Pokud se vám tekutina dostane na pokožku, okamžitě ji opláchněte velkým množstvím vody.