एंटीफ्ऱीज़र
एंटीफ्ऱीज़ योजक है जो जल आधारित तरल के हिमांक बिंदु को अल्प करता है। शीत वातावरण के लिए हिमांक-बिंदु अवसाद प्राप्त करने के लिए एंटीफ्ऱीज़र मिश्रण का उपयोग किया जाता है। सामान्य एंटीफ्रीज भी तरल के क्वथनांक को बढ़ाते हैं, जिससे उच्च शीतलक तापमान की अनुमति मिलती है।[1] चूँकि, सभी सामान्य एंटीफ्ऱीज़र एडिटिव्स में जल की तुलना में अल्प ताप क्षमता होती है, और जल में मिश्रित किये जाने पर शीतलक के रूप में कार्य करने की क्षमता को अल्प कर देता है।[2]
क्योंकि जल में शीतलक के रूप में उत्तम गुण होते हैं, जल और एंटीफ्रीज का उपयोग आंतरिक दहन इंजन और अन्य ऊष्मा हस्तांतरण अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे एचवीएसी चिलर और सौर वॉटर हीटर इत्यादि। एंटीफ्रीज का उद्देश्य जल के जमने पर विस्तार के कारण कठोर प्लावन को फटने से रोकना है। व्यावसायिक रूप से, संदर्भ के आधार पर, योज्य (शुद्ध ध्यान) और मिश्रण (पतला घोल) दोनों को एंटीफ्ऱीज़र कहा जाता है। एंटीफ्रीज का सावधानीपूर्वक चयन विस्तृत तापमान श्रेणी को सक्षम कर सकता है जिसमें मिश्रण तरल चरण में रहता है, जो कुशल ऊष्मा हस्तांतरण और ताप विनिमायकों के उचित व्यवसाय के लिए महत्वपूर्ण है। यह भी नोट करना महत्वपूर्ण है कि ऊष्मा हस्तांतरण अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए लक्षित सभी वाणिज्यिक एंटीफ्ऱीज़ सूत्रीकरण में विभिन्न प्रकार के एंटी-जंग और एंटी- गुहिकायन एजेंट सम्मलित हैं जो हाइड्रोलिक परिपथ को प्रगतिशील बनने से बचाते हैं।
सिद्धांत और इतिहास
जल आंतरिक दहन इंजनों के लिए मूल शीतलक था। यह साधारण, गैर विषैले और उच्च ताप क्षमता वाला होता है। चूँकि इसमें केवल 100 डिग्री सेल्सियस तरल सीमा होती है, और यह जमने पर विस्तारित होती है। उन्नत गुणों वाले वैकल्पिक शीतल के विकास द्वारा इन समस्याओं का समाधान किया जाता है।
हिमांक और क्वथनांक विलयन के संपार्श्विक गुण होते हैं, जो घुले हुए पदार्थों की सांद्रता पर निर्भर करते हैं। इसलिए लवण जलीय घोल के गलनांक को अल्प करते हैं। नमक (रसायन विज्ञान) का उपयोग प्रायः टुकड़े के लिए किया जाता है, लेकिन शीतलन प्रणाली के लिए नमक के मिश्रित का उपयोग नहीं किया जाता है क्योंकि वे धातुओं के क्षरण को प्रेरित करते हैं। अल्प आणविक भार वाले कार्बनिक यौगिकों में जल की तुलना में अल्प गलनांक होता है, जो उन्हें एंटीफ्रीज एजेंटों के रूप में उपयोग करने के लिए उपयुक्त बनाता है। जल में कार्बनिक यौगिकों, विशेष रूप से शराब (रसायन) के समाधान प्रभावी होते हैं। 1920 के दशक में व्यावसायीकरण के पश्चात से मेथनॉल, इथेनॉल, एथिलीन ग्लाइकॉल आदि जैसे अल्कोहल सभी एंटीफ्रीज का आधार रहे हैं।[1]
उपयोग और घटना
मोटर वाहन और आंतरिक दहन इंजन का उपयोग
अधिकांश मोटर वाहन इंजन ठंडे होते हैं- अपशिष्ट ऊर्जा को दूर करने के लिए जल-ठंडा किया जाता है, चूँकि उपयोग किया जाने वाला जल वास्तव में जल और एंटीफ्रीज का मिश्रण है। मोटर वाहन उद्योग में इंजन शीतलक शब्द का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जो आंतरिक दहन इंजनों के लिए संवहन (ऊष्मा हस्तांतरण) के अपने प्राथमिक कार्य को आवरित करता है। जब मोटर वाहन के संदर्भ में उपयोग किया जाता है, तो वाहनों के रेडिएटर (इंजन कूलिंग) की सुरक्षा में सहायता करने के लिए संक्षारण अवरोधक जोड़े जाते हैं, जिसमें प्रायः विद्युत रासायनिक रूप से असंगत धातुओं (अल्युमीनियम, कच्चा लोहा, तांबा, पीतल, मिलाप, आदि) की श्रृंखला होती है। जल पंप सील स्नेहक भी जोड़ा जाता है।
गर्म जल में हानियों को परिवर्तित करने के लिए एंटीफ्ऱीज़र विकसित किया गया था।
दूसरी ओर, यदि इंजन शीतलक बहुत अधिक गर्म हो जाता है, तो यह इंजन के अंदर उबल सकता है, जिससे क्रिटिकल हीट फ्लक्स (भाप की जेब) हो सकती है, जिससे स्थानीयकृत गर्म स्थान और इंजन की भयावह विफलता हो सकती है। यदि उत्तरी जलवायु में इंजन शीतलक के रूप में सादे पानी का उपयोग किया जाता तो ठंड लग जाती, जिससे महत्वपूर्ण आंतरिक इंजन क्षति होती। इसके अतिरिक्त, सादा पानी बिजली उत्पन्न करनेवाली जंग के प्रसार को बढ़ाएगा। उचित इंजन शीतलक और एक प्रेशराइज्ड कूलेंट सिस्टम पानी की इन कमियों को दूर करता है। उचित एंटीफ्ऱीज़ के साथ, इंजन शीतलक द्वारा एक विस्तृत तापमान सीमा को सहन किया जा सकता है, जैसे −34 °F (−37 °C) को +265 °F (129 °C) 50% (वॉल्यूम द्वारा) प्रोपलीन ग्लाइकोल डिस्टिल्ड वॉटर के साथ पतला और 15 पाउंड प्रति वर्ग इंच प्रेशराइज्ड शीतलक सिस्टम।
प्रारंभिक इंजन शीतलक एंटीफ्ऱीज़ मेथनॉल (मिथाइल अल्कोहल) था। इथाइलीन ग्लाइकॉल को विकसित किया गया था क्योंकि इसका उच्च क्वथनांक हीटिंग सिस्टम के साथ अधिक संगत था।
अन्य औद्योगिक उपयोग
इलेक्ट्रॉनिक्स कूलिंग में उपयोग किए जाने वाले सबसे साधारण पानी-आधारित एंटीफ्रीज समाधान पानी और एथिलीन ग्लाइकॉल (ईजीडब्ल्यू) या प्रोपलीन ग्लाइकॉल (पीजीडब्ल्यू) के मिश्रण हैं। विशेष रूप से मोटर वाहन उद्योग में एथिलीन ग्लाइकॉल के उपयोग का लंबा इतिहास रहा है। चूँकि, मोटर वाहन उद्योग के लिए तैयार किए गए ईजीडब्ल्यू समाधानों में प्रायः सिलिकेट आधारित जंग अवरोधक होते हैं जो हीट एक्सचेंजर सतहों को कोट या रोक सकते हैं। एथिलीन ग्लाइकॉल को जहरीले रसायन के रूप में सूचीबद्ध किया गया है, जिसे संभालने और निपटान में देखभाल की आवश्यकता होती है।
एथिलीन ग्लाइकॉल में वांछनीय तापीय गुण होते हैं, जिसमें उच्च क्वथनांक, निम्न हिमांक बिंदु, तापमान की विस्तृत श्रृंखला पर स्थिरता और उच्च विशिष्ट ताप और तापीय चालकता सम्मलित है। इसमें कम चिपचिपापन भी है और इसलिए, पंपिंग आवश्यकताओं को कम करता है। चूँकि ईजीडब्ल्यू में पीजीडब्ल्यू की तुलना में अधिक वांछनीय भौतिक गुण हैं, बाद वाले शीतलक का उपयोग उन अनुप्रयोगों में किया जाता है जहां विषाक्तता चिंता का विषय हो सकती है। पीजीडब्ल्यू को सामान्यतः खाद्य या खाद्य प्रसंस्करण अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए सुरक्षित माना जाता है, और इसका उपयोग संलग्न स्थानों में भी किया जा सकता है।
इसी प्रकार के मिश्रण सामान्यतः एचवीएसी और औद्योगिक हीटिंग या कूलिंग सिस्टम में उच्च क्षमता वाले ताप हस्तांतरण माध्यम के रूप में उपयोग किए जाते हैं। कई योगों में संक्षारण अवरोधक होते हैं, और यह अपेक्षा की जाती है कि महंगे पाइपिंग और उपकरण को क्षरण से बचाने के लिए इन रसायनों को फिर से भर दिया जाएगा (मैन्युअल रूप से या स्वचालित नियंत्रण में)।
जैविक एंटीफ्रीज
एंटीफ्रीज प्रोटीन कुछ जानवरों, पौधों और अन्य जीवों द्वारा उत्पादित रासायनिक यौगिकों को संदर्भित करता है जो बर्फ के निर्माण को रोकते हैं। इस प्रकार, ये यौगिक अपने अधिग्रहित जीव को पानी के हिमांक बिंदु से नीचे के तापमान पर काम करने की अनुमति देते हैं। एंटीफ्ऱीज़र प्रोटीन बर्फ के छोटे-छोटे क्रिस्टलों से बंध जाते हैं जो बर्फ के विकास और क्रिस्टलीकरण को बाधित करते हैं जो अन्यथा घातक होगा।[3][4] शुक्राणु, रक्त, स्टेम सेल, पौधे के बीज आदि में जमने से रोकने या रोकने के लिए क्रायोबायोलॉजी में सामान्यतः क्रायोप्रोटेक्टेंट्स का उपयोग किया जाता है।[5][6] एथिलीन ग्लाइकॉल, प्रोपलीन ग्लाइकॉल और ग्लिसरॉल (सभी ऑटोमोटिव एंटीफ्रीज में उपयोग किए जाते हैं) सामान्यतः जैविक क्रायोप्रोटेक्टेंट्स के रूप में उपयोग किए जाते हैं।[5][6]
प्राथमिक एजेंट
एथिलीन ग्लाइकोल
अधिकांश एंटीफ्रीज डिस्टिल्ड वॉटर को एडिटिव्स और बेस उत्पाद, सामान्यतः एमईजी (मोनो एथिलीन ग्लाइकॉल) या एमपीजी (मोनो प्रोपलीन ग्लाइकॉल) के साथ मिलाकर बनाया जाता है। एथिलीन ग्लाइकॉल समाधान पहली बार 1926 में उपलब्ध हुआ और स्थायी एंटीफ्ऱीज़र के रूप में विपणन किया गया क्योंकि उच्च क्वथनांक गर्मियों के उपयोग के साथ-साथ ठंड के मौसम के दौरान लाभ प्रदान करते थे। वे आज गाड़ी सहित विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाते हैं, लेकिन प्रोपलीन ग्लाइकोल के साथ कम-विषाक्तता विकल्प उपलब्ध हैं।
जब किसी प्रणाली में एथिलीन ग्लाइकॉल का उपयोग किया जाता है, तो यह पांच कार्बनिक अम्लों (फॉर्मिक, ऑक्सालिक, ग्लाइकोलिक, ग्लाइऑक्सालिक और एसिटिक एसिड) में ऑक्सीकृत हो सकता है। अवरोधक एथिलीन ग्लाइकॉल एंटीफ्रीज मिक्स उपलब्ध हैं, एडिटिव्स के साथ जो पीएच को बफर करते हैं और एथिलीन ग्लाइकॉल के ऑक्सीकरण को रोकने और इन एसिड के गठन को रोकने के लिए समाधान की क्षारीयता को आरक्षित करते हैं। धातु पर संक्षारक हमले को रोकने के लिए नाइट्राइट्स, सिलिकेट्स, बोरेट्स और एज़ोल्स का भी उपयोग किया जा सकता है।
एथिलीन ग्लाइकॉल का स्वाद कड़वा, मीठा होता है और इससे नशा होता है। एथिलीन ग्लाइकॉल के अंतर्ग्रहण के विषाक्त प्रभाव इसलिए होते हैं क्योंकि यह यकृत द्वारा 4 अन्य रसायनों में परिवर्तित हो जाता है जो बहुत अधिक विषैले होते हैं। शुद्ध एथिलीन ग्लाइकॉल की घातक मात्रा 1.4 मिली/किग्रा (3 US fluid ounces (90 ml) क के लिए घातक है 140-pound (64 kg) व्यक्ति) यदि एक घंटे के अंदर इलाज किया जाए तो यह बहुत कम घातक है।[7] (एथिलीन ग्लाइकोल विषाक्तता देखें)।
प्रोपलीन ग्लाइकोल
प्रोपलीन ग्लाइकॉल एथिलीन ग्लाइकॉल की तुलना में काफी कम विषैला होता है और इसे गैर विषैले एंटीफ्रीज के रूप में लेबल किया जा सकता है। इसका उपयोग एंटीफ्ऱीज़र के रूप में किया जाता है जहां एथिलीन ग्लाइकोल अनुपयुक्त होगा, जैसे कि खाद्य प्रसंस्करण प्रणालियों में या घरों में पानी के पाइप में जहां आकस्मिक अंतर्ग्रहण संभव हो सकता है। उदाहरण के लिए, यूएस खाद्य एवं औषधि प्रशासन आइसक्रीम, जमे हुए कस्टर्ड, सलाद ड्रेसिंग और बेक्ड सामान सहित बड़ी संख्या में प्रसंस्कृत खाद्य पदार्थों के लिए मानव में प्रोपलीन ग्लाइकोल सुरक्षा की अनुमति देता है, और यह सामान्यतः निर्माण में मुख्य घटक के रूप में उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट का ई-सिगरेट लिक्विड|इलेक्ट्रॉनिक सिगरेट में प्रयोग होने वाला ई-लिक्विड।
दुग्धाम्ल के लिए प्रोपलीन ग्लाइकोल ऑक्सीकरण ।[8] शीतलन प्रणाली जंग के अतिरिक्त, जैविक दूषण भी होता है। एक बार जब बैक्टीरियल स्लाइम बढ़ना शुरू हो जाता है, तो सिस्टम की जंग दर बढ़ जाती है। ग्लाइकोल समाधान का उपयोग करने वाले सिस्टम के रखरखाव में फ्रीज संरक्षण, पीएच, विशिष्ट गुरुत्व, अवरोधक स्तर, रंग और जैविक संदूषण की नियमित निगरानी सम्मलित है।
जब यह लाल रंग का हो जाए तो प्रोपलीन ग्लाइकोल को बदल देना चाहिए। जब कूलिंग या हीटिंग सिस्टम में प्रोपलीन ग्लाइकोल का जलीय घोल लाल या काला रंग विकसित करता है, तो यह इंगित करता है कि सिस्टम में आयरन महत्वपूर्ण रूप से संक्षारित हो रहा है। अवरोधकों की अनुपस्थिति में, प्रोपलीन ग्लाइकोल ऑक्सीजन और धातु आयनों के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है, जिससे कार्बनिक अम्ल (जैसे, फॉर्मिक, ऑक्सालिक, एसिटिक) सहित विभिन्न यौगिक उत्पन्न होते हैं। ये एसिड सिस्टम में धातुओं के क्षरण को तेज करते हैं।[9][10][11][12]
अन्य एंटीफ्रीज
प्रोपलीन ग्लाइकोल मिथाइल ईथर का उपयोग डीजल इंजनों में एंटीफ्रीज के रूप में किया जाता है। यह ग्लाइकोल की तुलना में अधिक अस्थिर है।[1]
एक बार ऑटोमोटिव एंटीफ्रीज के लिए उपयोग किए जाने के बाद, ग्लिसरॉल को गैर-विषैले होने का लाभ होता है, अपेक्षाकृत उच्च तापमान का सामना करता है, और गैर-संक्षारक होता है। चूँकि इसका व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है।[1]एथिलीन ग्लाइकॉल द्वारा प्रतिस्थापित किए जाने से पहले ग्लिसरॉल को ऐतिहासिक रूप से मोटर वाहन अनुप्रयोगों के लिए एंटीफ्ऱीज़र के रूप में उपयोग किया जाता था।[13][14] वोक्सवैगन ने 2008 में ग्लिसरॉल युक्त G13 (TL 774-G) एंटीफ्रीज पेश किया, इसकी कम विषाक्तता और कम CO2 उत्सर्जन के कारण पर्यावरण के लिए बेहतर के रूप में विपणन किया गया I।[15] चूँकि, 2018 के बाद से, वे G12EVO (TL 774-L) पर चले गए हैं जिसमें अब ग्लिसरॉल नहीं है।[16] कई स्प्रिंकलर सिस्टम में एंटीफ्रीज के रूप में उपयोग के लिए ग्लिसरॉल अनिवार्य है।[citation needed]
फ्रीज़ पॉइंट मापना
एंटीफ्ऱीज़र को पानी के साथ मिलाने और उपयोग में लाने के बाद, इसे समय-समय पर बनाए रखने की आवश्यकता होती है। यदि इंजन शीतलक लीक हो जाता है, उबलता है, या यदि शीतलन प्रणाली को निकालने और फिर से भरने की आवश्यकता होती है, तो एंटीफ्ऱीज़र की फ्रीज सुरक्षा पर विचार करने की आवश्यकता होगी। अन्य विषयों में वाहन को ठंडे वातावरण में चलाने की आवश्यकता हो सकती है, जिसके लिए अधिक एंटीफ्ऱीज़र और कम पानी की आवश्यकता होती है। एकाग्रता को मापने के द्वारा समाधान के हिमांक को निर्धारित करने के लिए सामान्यतः तीन तरीकों को नियोजित किया जाता है:[17]
- विशिष्ट गुरुत्व-(हाइड्रोमीटर टेस्ट स्ट्रिप या किसी प्रकार के फ्लोटिंग इंडिकेटर का उपयोग करके),
- रेफ्रेक्टोमीटर जो एंटीफ्ऱीज़र समाधान के अपवर्तक सूचकांक को मापता है, और
- टेस्ट स्ट्रिप्स- इस उद्देश्य के लिए विशेष, डिस्पोजेबल संकेतक बनाए गए हैं।
विशिष्ट गुरुत्व और अपवर्तक सूचकांक दोनों ही तापमान से प्रभावित होते हैं, चूँकि पूर्व बहुत कम विपत्तिपूर्ण रूप से प्रभावित होता है। फिर भी आरआई माप के लिए तापमान मुआवजे की सिफारिश की जाती है।[17]अस्पष्ट परिणाम (40% और 100% समाधानों में समान विशिष्ट गुरुत्व है) के कारण प्रोपलीन ग्लाइकोल समाधानों का विशिष्ट गुरुत्व का उपयोग करके परीक्षण नहीं किया जा सकता है।[17]चूँकि विशिष्ट उपयोग शायद ही कभी 60% एकाग्रता से अधिक हो।
क्वथनांक इसी तरह तीन विधियों में से एक से दी गई एकाग्रता द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। ग्लाइकॉल/वाटर कूलेंट मिश्रण के लिए डेटाशीट सामान्यतः रासायनिक विक्रेताओं से उपलब्ध होते हैं।[18]
संक्षारण अवरोधक
पहचान में सहायता के लिए अधिकांश वाणिज्यिक एंटीफ्रीज फॉर्मूलेशन में संक्षारण अवरोधक यौगिक, और रंगीन डाई (सामान्यतः फ्लोरोसेंट हरा, लाल, नारंगी, पीला या नीला) सम्मलित हैं।[19] पानी के साथ 1:1 सांद्रण का सामान्यतः उपयोग किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप फॉर्मूलेशन के आधार पर −34 °F (−37 °C) हिमांक होता है। गर्म या ठंडे क्षेत्रों में, क्रमशः कमजोर या मजबूत कमजोर पड़ने का उपयोग किया जाता है, लेकिन संक्षारण संरक्षण सुनिश्चित करने के लिए 40%/60% से 60%/40% की सीमा प्रायः निर्दिष्ट की जाती है, और अधिकतम फ्रीज रोकथाम के लिए 70%/30% नीचे तक निर्दिष्ट किया जाता है। −84 °F (−64 °C).[20]
रखरखाव
रिसाव के अभाव में, एथिलीन ग्लाइकॉल या प्रोपलीन ग्लाइकॉल जैसे एंटीफ़्रीज़ रसायन अपने मूल गुणों को अनिश्चित काल तक बनाए रख सकते हैं। इसके विपरीत, संक्षारण अवरोधकों का धीरे-धीरे उपयोग किया जाता है, और समय-समय पर इसकी भरपाई की जानी चाहिए। बड़ी प्रणालियों (जैसे एचवीएसी सिस्टम) की प्रायः विशेषज्ञ फर्मों द्वारा निगरानी की जाती है जो जंग अवरोधकों को जोड़ने और शीतलक संरचना को विनियमित करने की जिम्मेदारी लेती हैं। सादगी के लिए, अधिकांश मोटर वाहन निर्माता इंजन शीतलक के आवधिक पूर्ण प्रतिस्थापन की सलाह देते हैं, साथ ही जंग अवरोधकों को नवीनीकृत करने और संचित दूषित पदार्थों को हटाने के लिए।
पारंपरिक अवरोधक
परंपरागत रूप से, वाहनों में प्रयोग होने वाले दो प्रमुख संक्षारण अवरोधक थे: सिलिकेट्स और फास्फेट। अमेरिकी निर्मित वाहन परंपरागत रूप से सिलिकेट्स और फॉस्फेट दोनों का प्रयोग करते थे।[21] यूरोपीय उत्पादों में सिलिकेट्स और अन्य अवरोधक होते हैं, लेकिन फॉस्फेट नहीं होते हैं।[21]जापानी परंपरागत रूप से फॉस्फेट और अन्य अवरोधकों का उपयोग करते हैं, लेकिन सिलिकेट्स का उपयोग नहीं करते हैं।[21][22]
कार्बनिक अम्ल प्रौद्योगिकी
अधिकांश आधुनिक कारें ऑर्गेनिक एसिड टेक्नोलॉजी (ओएटी) एंटीफ्रीज (जैसे, डेक्स-कूल[23]), या एक संकर कार्बनिक अम्ल प्रौद्योगिकी (HOAT) सूत्रीकरण के साथ (जैसे, ज़ेरेक्स G-05),[24] जिनमें से दोनों का दावा किया जाता है कि उनके पास पांच साल का विस्तारित सेवा जीवन है या 240,000 km (150,000 mi).
डेक्स-कूल ने विशेष रूप से विवाद उत्पन्न किया है। मुकदमेबाजी ने इसे जनरल मोटर्स (जीएम) के 3.1L और 3.4L इंजनों में इनटेक मैनिफोल्ड गैसकेट विफलताओं और 3.8L और 4.3L इंजनों में अन्य विफलताओं के साथ जोड़ा है। सोडियम या पोटेशियम 2-एथिलहेक्सानोएट और एथिलहेक्सानोइक एसिड के रूप में प्रस्तुत जंग-रोधी घटकों में से नायलॉन 6,6 और सिलिकॉन रबर के साथ असंगत है, और यह ज्ञात प्लास्टाइज़र है। वर्ग कार्रवाई मुकदमे, अमेरिका के कई राज्यों और कनाडा में दर्ज किए गए थे,[25] इनमें से कुछ दावों को संबोधित करने के लिए पहले निर्णय मिसौरी में हुआ था, जहां दिसंबर 2007 की प्रारम्भ में समझौते की घोषणा की गई थी।