Вода с солью для охлаждения

Льдосоляное охлаждение

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.

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°С при концентрации соли в растворе 23,1%. При использовании хлорида кальция с содержанием соли в растворе 29,9% можно получить температуру плавления −55°С.

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°С. 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.

Источник

Эксперимент «Охлаждающая смесь»

Как охладить напиток в 5 раз быстрее, чем в морозильнике

Для этого простого лайфхака вам понадобится только лед и соль.

Меры предосторожности

Чтобы не получить термический ожог, работайте с охлаждающими смесями в защитных перчатках и в одежде с длинным рукавом.

Реагенты и оборудование:

• лед (750 г);
• поваренная соль (хлорид натрия, 250 г);
• стеклянные емкости (2 шт);
• бутылка с напитком.

Пошаговая инструкция

В большом стакане смешиваем лед и соль в соотношении 3:1. Охлаждающая смесь готова. Теперь помещаем напиток в охлаждающую смесь . Напиток был комнатной температуры, а теперь охладился до -2 °С! Теперь он готов к употреблению!

Пояснение процессов

Охлаждающие смеси состоят из двух или нескольких твердых (или твердых и жидких) веществ. Смешиваясь, они «отбирают» теплоту и понижают температуру извне. Процессы, при которых поглощается тепло из окружающей среды, называются эндотермическими. Охлаждающая смесь льда и поваренной соли в соотношении 3:1 может дать температуру -21 °C. Для усиления эффекта можно изменять соотношения соли и льда или обложить сосуд льдом или снегом, а затем посыпать их солью. Смесь льда и хлористого кальция может снизить температуру до -55 °C. Твердая углекислота (сухой лед) в смеси с диэтиловым эфиром или ацетоном имеет температуру -78 °C. На основе таких солей и жидкостей готовят охлаждающие смеси, а еще их используют при борьбе с наледью.

Источник

Льдосоляное охлаждение

Некоторые соли при растворении в воде вызывают уменьшение температуры смеси, которое вызвано тем, что теплота, которая необходима для растворения, отбирается от самого раствора.

Если воду заменить дробленым льдом, то это позволяет еще больше уменьшить температуру раствора, так как от этого раствора будут отбираться теплота плавления льда и теплота растворения соли. С целью охлаждения можно использовать смесь технической поваренной соли и дробленого льда. Криогидратная точка данной системы будет соответствовать температуре – 21.2 °С, а концентрация соли в растворе будет составлять 22.4%.
Если в охлаждаемых помещениях будут храниться относительно малые количества грузов, то целесообразно применять холодильники малой емкости с использованием льдосоляного охлаждения.
Если на холодильных предприятиях использовать льдосоляное охлаждение вместо ледяного, тогда можно получить более низкие температуры воздуха. При этом они будут занимать меньшую площадь. Холодильники с льдосоляным охлаждением могут быть сконструированы в качестве отдельно стоящего здания, в подвальном помещении или же в пристройке к зданию. При этом охлаждение камер можно будет осуществлять следующими способами:
а) с помощью непосредственного контакта поверхности льдосоляного раствора с воздухом;
б) с помощью циркуляции рассола в охлажденном состоянии по змеевикам, которые установлены в охлаждаемых помещениях (например, система «Фригатор»);
в) с помощью подачи в охлаждаемые помещения воздуха, который предварительно будет охлажден льдосоляным раствором.
Прямое охлаждение воздуха в охлаждаемых помещениях льдосоляным раствором осуществляется при помощи специальных карманов в виде решеток, которые установлены вдоль наружных стен охлаждаемого помещения и заполнены льдосоляным раствором. Карманы изготовляют из деревянных горизонтальных брусков или из пруткового оцинкованного железа. К этим деревянным брускам монтируют вертикальные планки, сечение которых составляет 50 Х 25 мм. Снизу карманов устанавливают поддоны, через которые рассол будет сливать в канализацию. Для улучшения циркуляции воздуха вблизи кармана можно поставить деревянный щит, который не будет достигать потолка и пола на 30 см. Охлаждение с помощью карманов в виде решеток достаточно прост и экономичен, но при этом имеет свои недостатки: плохая циркуляция воздуха в охлаждаемом помещении, снижение полезной площади камер, а также трудоемкость загрузки льдосоляным раствором карманов.
Система «Фригатор», изображенная на рис. 1, работает следующим образом: холодный рассол подается центробежным насосом 8 в приборы охлаждения 2, которые установлены в охлаждаемом помещении 1. Рассол постепенно охлаждается в генераторе холода 5, которые представляет собой изолированный бак, закрытый крышкой и поделенный горизонтальной решеткой, на которую, в свою очередь, следует загружать дробленый лед. Лед сверху орошается рассолом, который сливается из приборов охлаждения через ороситель 4. Рассол охлаждается и разжижается, проходя сквозь лед, а затем его сливают в нижнюю часть бака. Для того, чтобы увеличить концентрацию смеси, часть теплого рассола, который сливается через трехходовой вентиль 3, поступает в солеконцентратор 7 – маленький бак, который наполнен солью и расположен вблизи генератора холода. Этот солеконцентратор отделен от генератора холода при помощи решетчатой стенки. Рассол в охлажденном состоянии снова поступает через насос в приборы охлаждения, где подогревается на несколько градусов, а затем на такой же перепад температур он будет охлаждаться в генераторе холода. Фильтр 6 используется для фильтрации рассола.
Воздушное охлаждение холодильных камер льдосоляных холодильников осуществляют при помощи подачи в охлаждаемые помещения холодного воздуха, который был перед этим охлажден в льдосоляном воздухоохладителе. Данный воздухоохладитель представляет собой изолированный бак. Соль и лед поступают через загрузочную шахту в участок между двумя решетками, которые находятся друг от друга на расстоянии 20 – 30 см. Воздух продувается вентилятором сквозь льдосоляной раствор, тем самым охлаждаясь, а затем движется по воздуховоду в охлаждаемое помещение. Теплый воздух, в свою очередь, отводится из охлаждаемого помещения через всасывающий канал. Чтобы уменьшить длину всасывающего канала и снизить потери холода, следует размещать льдогенератор вблизи камеры. Обслуживание данной системы включает в себя загрузку генератора солью и льдом, отвод образовавшегося рассола, а также слежение за работой вентилятора.
Использование льдосоляного охлаждения рекомендуется применять для холодильных предприятий в том случае, когда соль и лед имеют низкую стоимость, а площадь камер не должна превышать при этом 100 м 2 .
Если замораживать водные растворы некоторых типов солей, концентрация которых соответствует криогидратной точке, можно получить однородную смесь кристаллов соли и льда, которая называется эвтектикой, или твердым эвтектическим раствором. На сегодняшний день наиболее часто используется эвтектика поваренной соли. Теплота плавления данного раствора составляет 236 кДж/кг, а температура плавления – 21.2 °С.
Формы, которые называются зероторами, заполняются от 92 до 94% своего объема эвтектикой, затем наглухо запаиваются, а следом идет заморозка находящейся в них смеси.
Зероторы по форме подразделяются на цилиндрические, трехгранные, плоские. Иногда, чтобы повысить площадь теплообмена, зероторы могут изготовляться гофрированной формы. Смесь в зероторе необходимо замораживать в холодном рассоле, или же в специально отведенных для этого камерах, температура воздуха в которых должна составлять – 35 ? – 40 °С. Длительность заморозки в рассоле составляет от 2 до 3 ч, а в холодном воздухе – приблизительно 18 ч. Для того, чтобы повысить теплоотдачу от зеротора к холодному воздуху в камере, осуществляют принудительную циркуляцию воздуха. При этом коэффициент теплоотдачи повышается до 18 Вт/(м 2 ? К). Когда смесь в зероторе будет заморожена, то формы транспортируют в холодильную камеру. Когда расплавится раствор, а температура его немного увеличится, зероторы следует направить на повторное замораживание. Охлаждение при помощи зероторов осуществляется на различных видах транспорта, особенно – на авторефрижераторах. Также охлаждение в зероторах может применяться для охлаждения шкафов, небольших камер или прилавков торгового типа.
Среди недостатков охлаждения при помощи зероторов можно выделить следующие: крупный объем грузовых работ, которые связаны с заменой зероторов на новые, а также зависимость от зероторных станций.

Рис. 1 – Схема рассольного охлаждения «Фригатор»

Источник

Почему лед тает под солью, несмотря на минусовую температуру зимой

Вы знаете, что можно посыпать солью обледеневшую дорогу или тротуар, чтобы в дальнейшем на них никто не поскользнулся? Но известно ли вам, как соль плавит лед? Что такое депрессия точки замерзания и как она работает, выясним в статье.

Почему лед тает под солью

Замерзшая вода тает под солью ввиду таких причин:

1. Соль помогает предотвратить повторное превращение воды в лед путем понижения температуры ее трансформации. Это явление называют депрессией точки замерзания.
2. Диапазон рабочих температур не одинаков для всех видов соли. Например, хлорид кальция понижает температуру застывания больше, чем хлорид натрия.
3. В дополнение к таянию льда депрессия точки замерзания может использоваться, чтобы изготовить мороженое без морозильника.

Депрессия точки замерзания

Соль растворяет лед ввиду того, что она понижает точку замерзания воды. Так каков этот процесс? Лед начнет таять лишь в том случае, если на его поверхности есть немного жидкости. Хорошей новостью является то, что вам не нужна большая лужа для достижения результата. Лед обычно покрыт тонкой водяной пленкой, и это все, что требуется.

Чистая вода застывает при 0°C. Вода с солью (или любой иной субстанцией) заледенеет, когда температура будет более низкой. Насколько должно быть холодно, зависит от агента, ликвидирующего гололед. Если вы бросите соль на лед тогда, когда температура не собирается подниматься до новой точки застывания соленого раствора, вы не получите выгоды. Например, если вы бросите столовую соль (натрия хлорид) на лед, когда на улице -17°С, то вы просто покроете лед слоем соли. Но если вы ту же соль положите на лед при температуре -9,5°С, вы сможете предотвратить вторичное застывание тающего льда. Магния хлорид работает до -15°С, а хлорид кальция – до -28,8°С.

Если температура снизится до той отметки, на которой солевой раствор может замерзнуть, энергия будет освобождаться и появятся связи, благодаря которым жидкость заледенеет. Этой энергии хватит, чтобы растопить немного чистого льда и продолжить процесс таяния.

Изготовление мороженого

Вы можете самостоятельно реализовать эффект понижения температуры замерзания, даже если у вас нет рядом заледеневшей дороги. Одним из способов является приготовление собственного мороженого в пакете, где смешивание соли с водой приводит к получению очень холодной смеси. Если вы хотите выяснить, как можно холодный лед получить с помощью соли, смешайте 0,935 кг обычной столовой соли с 2,8 кг колотого льда или снега. Будьте осторожны! Температура смеси опустится до -21°C, что может вызвать обморожение, если вы будете долго держать ее в руках.

Поваренная соль делится в воде на ионы натрия и хлорида. Сахар в воде растворяется, но на ионы не распадается. И все же добавление сахара в воду тоже влияет на температуру замерзания.

Другие субстанции

Реакция соли с водой не единственная, которая вызывает замерзание. Каждый раз, когда вы частицы добавляете в жидкость, температура замерзания снижается, а температура кипения повышается. Еще один отличный пример снижения температуры замерзания — водка. Этот алкогольный напиток содержит и воду, и этанол. В домашней морозилке обычно водка не превращается в лед, так как спирт понижает температуру видоизменения воды.

Источник

Как приготовить эвтектоидный раствор соли для аккумуляторов холода ИЛИ ОТДЫХ НА ПРИРОДЕ ВО ВРЕМЯ ПАНДЕМИИ

В предверии сезона отдыха, в условиях закрытых из-за пандемии границ, очень актуальными становятся поездки на природу, в близлежащие леса и горы.

Так как магазинов там нет, то и продукты придется брать с собой, а, следовательно, требуется их сохранить от порчи.

Для этого пригодится обычная пластиковая бутылка, вот только как правильно сделать из неё аккумулятор холода, ведь там применяется совсем не вода!

Итак, в зависимости от целей, которые Вы преследуете от аккумулятора холода следует использовать разный состав содержимого емкостей. В покупном изделии для Вас нет никакого выбора: что производитель залил, тем Вы и пользуетесь. Производителю, собственно, плевать, какие продукты Вы хотите сохранить. Ему главное продать изделие, а будете Вы им пользоваться или выкинете сразу после покупки, ему не важно.

Так в чем же соль? Вся соль в растворе! А если серьёзно, то всё дело в температуре замерзания жидкости.

Если Вам нужно сохранить охлажденные продукты, не перемораживая их (колбасу, жареную курочку или салат), то следует выбрать раствор с температурой кристаллизации/таяния близкой к нулю. Для этих целей подойдет обычная вода. А вот, если Вы хотите сохранить мороженое в жаркий летний день, то Вам нужен эвтектоидный раствор соли с температурой замерзания -21°С. Если же ваша морозилка в состоянии выдать не более -18°С, а то и -12°С, то тут следует выбрать концентрацию раствора натриевой (поваренной) соли из приведенных ниже данных.

Почему это так важно? Ну, что же, вспомним уроки школьной физики. Помните кривую поглощения тепла жидкостью в разных агрегатных состояниях? Совсем не помните? Тогда я напомню простым примером: пока весь лёд в ведре не растает, вода в нём не нагреется ни на один градус выше ноля.

Вот так и получается, что, пока вся ёмкость с эвтектоидным раствором соли не растает, эта ёмкость будет сохранять температуру -21°С, оберегая мороженое в жаркий день. А, после того как всё растает, она будет медленно нагреваться, еще несколько часов (а, при хорошей теплоизоляции, и десятков часов) сохраняя Ваши продукты, пока они не нагреются окончательно.

А вот, если ваша морозилка не в состоянии заморозить такой раствор, то нужно понижать концентрацию соли. Почему так? Посмотрим в таблице:

При концентрации соли в 23,1% достигается наименьшая температура замерзания. Эта концентрация раствора называется эвтектоидной.

Интересный момент, если использовать количество соли превышающее 23%, то лёд в аккумуляторе будет таять начиная с температуры -21°С, но, пока не растает полностью, температура не поднимется выше указанной в таблице. В насыщенном солевом растворе, это порядка 26%, таяние начнется с -21°С, а прекратится при нуле, но, для аккумулятора холода такой режим не годится, поэтому, превышать 23% концентрацию соли крайне не рекомендуется, тут больше, не значит лучше.

Обратите внимание, я дал концентрации для температур на один градус выше рабочих температур морозильников, это сделано специально, для того, чтобы раствор точно замерз, накопив тем самым запас холода для ваших продуктов.

Еще одно, очень важное замечание: литр раствора содержит столько же «мороза», сколько и литр воды (несмотря на то, что тяжелее на 20%). Поэтому, для простого охлаждения шашлыка (или колбаски с молочком) в долгой поездке на пикник не нужно готовить раствор, просто налейте воды в пару пластиковых бутылок и заморозьте их. Жизненное наблюдение: для того, чтобы качественно заморозить полуторалитровую бутыль воды, одной ночи мало, нужно хотя бы 1,5-2 суток, имейте это в виду.

Если хотите заморозить пятилитровую бутыль, то, желательно заложить её в морозилку, суток за трое до начала использования. Иначе, в самой середине бутыли, Вы увидите незамерзшую воду.

Источник