Glikol etylenowy i propylenowy – temperatura utraty właściwości, degradacja, stężenia

Pytanie

przy jakiej temperaturze glikol traci swoje właściwości

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Glikol traci podstawowe właściwości użytkowe poniżej temperatury krzepnięcia (zależnej od stężenia) i powyżej temperatury, w której następuje jego trwała degradacja chemiczna.
• Dla najczęściej stosowanych roztworów (40-60 % wody z glikolem):
  • utrata ochrony przeciwzamarzaniowej zaczyna się od ok. -35 ÷ -50 °C,
  • wyraźna degradacja chemiczna rozpoczyna się przy długotrwałej pracy > 90 °C (PG) lub > 130 °C (EG), a gwałtownie postępuje powyżej 150 ÷ 170 °C.

Szczegółowa analiza problemu

1. Rodzaje i właściwości kluczowe
   | Parametr | Etylenoglikol (EG) | Propylenoglikol (PG) | Znaczenie praktyczne |
   |-------------------------|--------------------|----------------------|----------------------|
   | Temp. krzepnięcia czystego | ‑12,9 °C | ‑59 °C | Czystych glikoli nie używa się w instalacjach – zawsze mieszaniny. |
   | Punkt eutektyczny (≈ 60 %) | ok. -55 °C | ok. -45 °C | Najniższa możliwa temp. krzepnięcia mieszaniny. |
   | Temp. wrzenia czystego | 197 °C | 188 °C | W układach z wodą spada do ~106-110 °C. |
   | Początek szybkiej degradacji | 160-170 °C | 120-130 °C | Powstają kwasy i osady; w obecności tlenu. |

2. Utrata właściwości w niskich temperaturach
   • Poniżej temperatury krzepnięcia mieszanina tworzy „kaszkę lodową”; pompy tracą wydajność, a wymiana ciepła praktycznie ustaje.
   • Przy stężeniach > 70 % PG właściwości przeciwzamarzaniowe paradoksalnie pogarszają się (źródło Hewalex).

3. Utrata właściwości w wysokich temperaturach
   a) Przekroczenie temperatury wrzenia → kawitacja, pęcherze pary, lokalne przegrzania.
   b) Degradacja chemiczna (utlenianie, hydroliza)
   – Przy 80-90 °C (PG) lub 100-110 °C (EG) rozpoczyna się wolna degradacja; znacznie przyspiesza > 120 / 150 °C.
   – Produkty rozkładu obniżają pH, zwiększają korozyjność i lepkość, wytrącają polimery i stałe frakcje (badania solarne: po 1000 h w 235 °C wytrącenia stałe).

4. Rola inhibitorów
   Pakiety inhibitorów zużywają się szybciej niż sam glikol. Gdy zasadowość rezerwowa spadnie < 3 mg KOH/g, płyn uznaje się za zużyty nawet jeśli nie osiągnął temperatur granicznych.

Aktualne informacje i trendy

• W instalacjach solarnych coraz częściej stosuje się płyny na bazie PG z inhibitorami HT (high-temperature) zdolne wytrzymać ≥ 200 °C w trybie stagnacji.
• W centrach danych popularyzują się mieszaniny EG-woda o kontrolowanym pH oraz systemy monitoringu online (pH, przewodność, refraktometria).
• Rozwój glikoli „niskotoksycznych” i biodegradowalnych (mieszanki PG/G-R cao, Susterra® Propanediol).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Eutektyk: stężenie, przy którym mieszanina osiąga najniższą temperaturę krzepnięcia; dalsze dolewanie glikolu PODWYŻSZA temperaturę krzepnięcia.
• Degradacja zachodzi szybciej przy obecności metali przejściowych (Cu²⁺, Fe³⁺) działających jak katalizatory utleniania.

Aspekty etyczne i prawne

• EG jest silnie toksyczny; jego utylizacja regulowana jest przepisami o odpadach niebezpiecznych (Dyrektywa 2008/98/WE, w Polsce Dz.U. 2021 poz. 779).
• PG uznawany za „GRAS” (FDA) – mniej rygorystyczna utylizacja, lecz nadal wymaga recyklingu/odzysku.

Praktyczne wskazówki

1. Dobór koncentracji:
   – strefa umiarkowana: 40-45 %; strefa chłodniejsza: 50-55 %.
2. Monitoruj co 12 mies.: pH (7,5-9,5), refraktometr (°C zamarzania), przewodność, wytrącenia.
3. Wymieniaj płyn co 2-5 lat (lub wg zaleceń producenta) bądź gdy pH < 7, rezerwa alkaliczna < 3 mg KOH/g lub temperatura zamarzania > -20 °C.
4. Utrzymuj nadciśnienie 1-2 bar, aby podnieść temperaturę wrzenia i ograniczyć kawitację.
5. Zawsze stosuj wodę demineralizowaną (< 10 µS/cm).

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Dane dotyczące początku degradacji różnią się w literaturze; wpływ mają: obecność tlenu, skład inhibitorów, czas ekspozycji.
• W układach vacuum-tube kolektorów solarnych mogą występować piki > 200 °C – dla PG wymaga to specjalnych formulacji HT.

Sugestie dalszych badań

• Glikole z dodatkiem nanocząstek (nanofluids) poprawiające przewodność cieplną.
• Bioglikole z surowców odnawialnych (Susterra®, Bio-MEG) – analiza trwałości.
• On-line condition monitoring wykorzystujący czujniki IR/pH – prototypy do IoT.

Krótkie podsumowanie

Glikol „przestaje działać” w dwóch skrajnych sytuacjach: krzepnie przy niskiej temperaturze (-35 ÷ -55 °C dla typowych stężeń) lub ulega nieodwracalnej degradacji chemicznej podczas długotrwałej pracy w wysokiej temperaturze (> 90 - 130 °C zależnie od typu, gwałtownie > 150 °C). Regularna kontrola stężenia, pH i inhibitorów oraz utrzymywanie pracy w zalecanym zakresie –40 ÷ +120 °C zapewnia zachowanie pełnych właściwości roboczych mieszaniny.