Обозначение и классификация хладагентов

В начале XIX столетия, на ранней стадии развития холодильной техники, хладагенты обозначали химическими формулами:

• аммиак NH₃;

• двуокись углерода СО₂;

• хлористый метил СH₃ Сl;

• сернистый ангидрид SO₂.

Аммиак использовали главным образом в стационарных машинах большой производительности, двуокись углерода применяли в судовых холодильных установках (из-за его низкой токсичности), а хлористый метил и сернистый ангидрид – в малых холодильных машинах и системах кондиционирования воздуха, так как они инертны к цветным металлам.

Однако их высокая токсичность была основной причиной поиска других малотоксичных агентов, которые были синтезированы на базе «чистых» углеводородов (метана СH₄ или этана С₂H₆) путем их фторирования.

Фторированные хладагенты – это группа соединений, называемых галогенизированными углеводородами. Они создаются путем замещения одного или большего числа атомов водорода атомами хлора, фтора или брома.

Наиболее широкий выпуск таких углеводородов в США осуществ­ляет фирма «Дю Пон» под торговой маркой «Фреон».

В СССР им дали название «хладон», однако очень часто их назы­вают «фреонами», а соответствующие холодильные машины – «фрео­новыми», в отличие от аммиачных.

В 1974 г. в СССР была принята разработанная ИСО специальная система обозначения хладагентов – стандарт ИСО 817-74.

Согласно этому стандарту хладагенты обозначают буквой R – пер­вая буква английского слова «Refrigerant» – холодильный агент, с по­следующим цифровым шифром:

• для хладагентов неорганического происхождения цифры соответ­ствуют молекулярной массе хладагента, увеличенной на 700;

• аммиак NH₃ – R717, двуокись углерода СО₂, – R744, вода Н₂О –R718.

Хладагенты органического происхождения – фреоны, или хладоны, – также обозначаются буквой R, но цифровой шифр другой:

• последняя цифра равна числу атомов фтора;

• предпоследняя равна увеличенному на 1 числу атомов водорода;

• третья справа равна уменьшенному на 1 числу атомов углерода.

Примеры обозначения ряда хладагентов приведены ниже (табл. 2.3).

Кроме однородных «чистых» хладагентов, используются также и их смеси. При этом различают: азеотропные смеси, которые в процес­сах кипения и конденсации ведут себя как «чистые» однокомпонентные вещества. Эти смеси обозначают трехзначными цифрами после буквы R, начиная с 500.

Применение смеси позволяет обеспечить работу машины при бо­лее благоприятном режиме. Так, использование азеотропной смеси R502 вместо однородного хладагента R22 позволяет без вакуума пони­жать температуру кипения до –45, 6⁰С, в то время как при работе на R22 вакуум наступал уже при температуре кипения – 40, 8⁰С.

 

Таблица. 2.3 - Обозначения хладагентов по ИСО

 

Химическая формула хладагента	Название	Обозначение ИСО
CCI3 F	Фтортрихлорметан	R11
CCI2 F2	Дифтордихлорметан	R12
CCIF3	Трифторхлорметан	R13
CHCIF2	Дифторхлорметан	R22
CH2 FCF3	Тетрафторэтан	R134
CF4	Тетрафторметан	R14
CН2 СI2	Дихлорметан	R30

 

Классификация хладагентов осуществляется по двум величинам: «нормальной» температуре кипения, соответствующей «нормальному» атмосферному давлению 760 мм рт. ст., обозначают t_он, а также по дав­лению насыщения, соответствующему температуре конденсации 30⁰С, это давление обозначают Р₃₀.

Все хладагенты делят на три группы:

• хладагенты высокого давления: Р30 ≥ 2МПа, они же низкотемпера­турные – t_он ниже –60⁰С;

• хладагенты среднего давления: Р₃₀ меньше 2 МПа, но больше 0, 3МПа. Их называют среднетемпературные, так как у них t_он вы­ше –60⁰С и ниже –10⁰С;

• хладагенты низкого давления: Р₃₀ меньше 0, 3МПа, они же высоко­температурные, так как t_он выше –10⁰С.

Рассмотрим основные свойства и области применения конкретных хладагентов.

 

Применение хладагентов

 

Аммиак – R717, один из «старых» хладагентов, широко используемый до настоящего времени. Это объясняется его большой скрытой теплотой парообразования г и малыми удельными энергозатратами. Сам он сравнительно дешев, имеет высокую теплопроводность, что способствует хорошей теплоотдаче в процессах кипения и конденсации. Умеренные давления Р_о и Р_к позволяют использовать малометаллоемкое холодильное оборудование. Резкий неприятный запах позволяет легко находить места его утечки из системы. Чистый безводный аммиак не вызывает коррозии металлов, однако в присутствии влаги он воздействует на цветные металлы (медь, латунь), которые поэтому не используют в аммиачных холодильных установках.

Аммиак практически не растворяет масло и неограниченно растворяется в воде. Аммиак проводит электрический ток.

Перечисленные свойства объясняют широкое применение аммиака для холодильных установок большой производительности. Однако он имеет высокую токсичность, пожаро- и взрывоопасен при концентрации от 16 до 26, 8%. Допустимая концентрация аммиака в воздухе – 0, 5% объема. При эксплуатации аммиачных холодильных установок предъявляются высокие требования правил безопасности. Пары аммиака легче воздуха, поэтому вытяжную вентиляцию делают из верхней части машинного зала.

Хладоны (фреоны) отличаются от аммиака отсутствием запаха, очень малой токсичностью, пожаро- и взрывобезопасностью. Они хорошо растворимы в масле и нерастворимы в воде. Пары тяжелее воздуха. Их можно использовать в компрессорах со встроенными электродвигателями (герметичных и бессальниковых), так как они не проводят электрический ток. При наличии открытого пламени хладоны разлагаются, образуя фосген – высокотоксичный газ. Поэтому в машинных залах не разрешается курить. Инертны ко всем металлам (черным и цветным).

По сравнению с аммиаком, хладоны имеют худшие термодинами­ческие свойства, поэтому удельные энергозатраты выше. Стоимость хладонов существенно выше стоимости аммиака.

Указанные свойства хладонов предопределяют их использование главным образом для машин малой и средней производительности, а также в транспортных холодильных установках и в автономных кондиционерах.

Сравнительно недавно было обнаружено, что ряд хладонов, имею­щих в своем составе атомы хлора, разлагают озоновый слой атмосферы. В 1986 г. в Монреале был подписан Международный протокол об огра­ничении производства и контроле за использованием экологически опасных хладонов. К наиболее озоноактивной группе относят: R11, R12, R113, R114, R115, R502.

Озоноразрушающую активность определяют наличием атомов хлора в молекуле и оценивают потенциалом разрушения озона – ODP.

По степени озоноразрушающей активности хладагенты делят на три группы:

• с высокой озоноразрушающей активностью (ODP> 1), это хлор-фторуглероды – ХФУ (по международному обозначению – CFC);

• с низкой озоноразрушающей активностью (ODP< 0, 1), это гидро-хлорфторуглероды – ГХФУ (по международному обозначению HCFC), к этой группе относят: R21, R22, R123, R124.

• хладагенты, не содержащие атомов хлора, это: фторуглероды (FC) и гидрофторуглероды (HFC), углеводороды (НС) и др. Они счита­ются полностью озонобезопасными (ODP=0). К таким агентам от­носятся: R717, R134a, R125, R32, R23 и др.

Монреальским протоколом запрещено использование хладагентов группы ХФУ с 1 января 1996 г. Для агентов группы ГХФУ установлены более отдаленные сроки – сокращение их производства и использования с 2005 г. и полный запрет с 2020 г. Поэтому в настоящее время ведется интенсивный поиск альтернативных дешевых хладагентов.

 

Хладоносители и их свойства

Хладоносители – специальные жидкости, которые используют для перено­са холода из источника его получения (испарителя) до охлаждаемого объекта: камеры, аппарата и др.

При одинаковых «внешних» условиях – одинаковой температуре воздуха в охлаждаемом объекте и тепловой нагрузке – энергопотребле­ние в системе с хладоносителем будет выше, чем в системе непосредст­венного охлаждения, когда хладагент кипит в аппарате, находящемся в охлаждаемом объекте. Это объясняется тем, что в системе с хладоносителем для его охлаждения температура кипения хладагента должна быть на 5–8⁰С ниже, чем в системе с непосредственным охлаждением. Кроме того, необходима дополнительная затрата энергии на работу насосов, осуществляющих циркуляцию хладоносителя.

Однако, несмотря на большее энергопотребление, систему с хладоносителем приходится применять в ряде случаев:

• когда использование системы непосредственного охлаждения не­допустимо из-за токсичности хладагента (аммиак);

• при большом числе потребителей холода с различными температурами, расположенными на значительном расстоянии друг от друга;

• вследствие специальных технологических требований к аппаратам и условиям хранения пищевых продуктов (молокозаводы, пред­приятия пивоваренной и винодельческой промышленности).

Если не требуются отрицательные температуры, наиболее предпочтительным хладоносителем является вода. Она наиболее доступна и дешева, имеет высокую удельную теплоемкость, низкую вязкость и малую коррозионную активность, нетоксична и негорюча. Воду, как хладоноситель, используют в центральных системах кондиционирования воздуха, а также для охлаждения молока и различных напитков. Особенно удобна вода в системах с аккумуляцией холода, когда в периоды малой тепловой нагрузки возможно частичное ее намораживание на охлаждающей поверхности испарителя с последующим использованием аккумулированного таким образом холода во время повышенной тепло­вой нагрузки за счет таяния льда.

Очевидно, вода не может быть использована, если хладоноситель должен иметь температуру ниже 0⁰С. В этом случае используют водные растворы солей – рассолы.

Рассол с «критической» концентрацией соли называют эвтектиче­ским раствором. При повышении или понижении концентрации соли температура его замерзания будет изменяться.

В холодильной технике наибольшее применение находят два вида рассола. Это водные растворы хлористого натрия (NaCl) и хлористого кальция (СаСl₂).

Эвтектическая концентрация для раствора CaCl₂ соответствует 29, 9%, при которой температура замерзания t_з = –55⁰С, а у раствора NaCl эвтектическая концентрация равна 23% и соответствующая ей температура замерзания t_з = –21, 1⁰С.

При контакте с пищевыми продуктами раствор СаСl₂ придает про­дуктам горький привкус, поэтому контакт этого рассола с продуктами не допускается.

Удельная теплоемкость рассолов по сравнению с водой меньше, так же как и теплопроводность. Следовательно, с ростом концентрации количество циркулирующего рассола должно быть больше для обеспечения заданной холодопроизводительности. Плотность также растет, что означает увеличение энергопотребления на привод насоса.

Коррозионная активность выше у рассола NaCl, но он дешевле, чем СаСl₂.

Кроме рассолов, в качестве хладоносителей используют и другие жидкости с низкой температурой замерзания и слабой коррозионной активностью, что в ряде случаев является решающим при их выборе, несмотря на более высокую стоимость.

К таким хладоносителям относятся антифризы: этиленгликоль, пропиленгликоль, метанол (метиловый спирт) и глицерин.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. F. МЕЖДУНАРОДНАЯ ПАТЕНТНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ (МПК)
2. I. Классификация активов по составу и размещению
3. VII.1. Классификация неформальных подростковых групп.
4. АНТРОПОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ
5. Ареальная классификация языков
6. Артикуляторная классификация звуков речи (гласных и согласных)
7. Аюрведическая классификация болезней
8. Биологические функции и пищевая ценность углеводов. Классификация углеводов, нормы потребления
9. Возрастная периодизация, классификация периодизаций психического развития по Л.С. Выготскому.
10. ВОПРОС 13. Классификация сталей по структуре и назначению.
11. Вопрос 18 Антропологическая классификация
12. ВОПРОС 19. Классификация средств социально-культурной деятельности