Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Хладагенты и их влияние на экологию земли
Решение проблемы питания без холодильной техники невозможно. В настоящее время в мире ежегодно производится около 4 млрд. т продовольствия, из них 1,5 млрд. т требуют охлаждения при хранении и около 400 млн. т нуждаются в применении холодильной техники при перевозке. В работе любой холодильной техники важнейшим элементом является хладагент, свойства которого определяют тип, состав и область применения холодильной установки. В конце XIX и начале XX вв. в качестве хладагентов использовались различные природные вещества: воздух, вода, аммиак, диоксид углерода, эфир, углеводороды, сернистый ангидрид и др. Многие из них не получили распространения, но некоторые использовались в течение десятилетий. Например, аммиак широко применяется и сегодня в промышленных холодильных установках и в абсорбционных холодильниках. В 1928 г. группа американских ученых под руководством Т. Миджли создала перспективный хладагент дихлордифторметан, относящийся к группе хлорфторуглеродов (ХФУ), а в 1930 г. совместное предприятие компании «Дженерал моторе» и фирмы «Дюпон» под названием «Кинетик кемикал инк» выпустило первые партии продукта фреон-12 для холодильной промышленности. Наименование R, обозначающее хладагент (Refrigarant), стало общепринятым. Для применения в низкотемпературных установках в начале 1935 г. начал выпускаться фреон-22 (R22), относящийся к группе гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ). В 1952 г. был получен хладагент R502, заменивший R22 в тех низкотемпературных холодильных установках, где требовалось снижение температуры нагнетания в компрессорах. Впоследствии для получения очень низких температур были разработаны хладагенты R13, R503 и R13B1, которые вместе с рядом других синтезировались из метана, этана и других углеводородов путем замещения атомов водорода фтором, хлором и бромом. До начала 80-х гг. хладагенты групп ХФУ и ГХФУ имели чрезвычайно широкое распространение в холодильной технике из-за низкой токсичности, невоспламеняемости и химической стабильности при вполне удовлетворительных термодинамических свойствах.
В 1974 г. американские ученые М. Малина и Ш. Роуланд высказали предположение о возможном воздействии хладагентов группы ХФУ на озон стратосферы Земли, который играет важнейшую роль в обеспечении сохранения жизни на планете, поглощая 99 % солнечной радиации в области длины волн 220+290 нм, вредной для человека, животных и растений (рис. 1.1). Согласно фотохимической теории С. Чепмена, озон образуется в стратосфере при разрушении ультрафиолетовой радиацией двухатомной молекулы кислорода (рис. 1, а). Образовавшиеся атомы кислорода, взаимодействуя с его молекулами О2, дают трехатомную молекулу озона Оз- Молекулы озона, будучи химически ослаблены, разрушаются даже под воздействием света в видимой области (400+700 нм), образуя О2 и О (рис. 1, б). Благодаря этому обратимому процессу фотодиссоциации в стратосфере поддерживается определенный баланс содержания Оз, О2 и О.
Согласно предположению М. Молина и Ш Роуланда, в стратосфере Земли, вследствие высокой химической устойчивости, могут оказаться молекулы хладагентов группы ХФУ, которые нарушают это равновесие и уменьшают содержащее озона. Механизм разрушения стратосферного озона хлорфторуглеродами показан на примере RI1 (CFCb) на рис. 2.
Рис. 2. Схема разрушения озона
Освободившиеся атомы хлора инициируют цепную реакцию 1)CC13F→C1 + CC12F; 2)Сl + 03→СlO + О2; 3) СlO + О→Сl + О2. Под действием ультрафиолетовой солнечной радиации молекула хладогента выделяет атомарный хлор 7, который, взаимодействуя с атомом озона 2, образует оксид хлора Сlo 3 и молекулу О2. Дальнейшее взаимодействие с атомарным кислородом 4 вновь высвобождает атомарный хлор 5, вызывая многократное взаимодействие его с молекулами озона б. Одна молекула хлора, достигшая стратосферы, способна разрушать104-106 молекул озона до тех пор, пока атом хлора не вернется в нижние слои атмосферы. Проведенные многократные исследования поведения атмосферного озона полностью подтвердили выдвинутую гипотезу истощения озонового слоя атмосферы при существующем выбросе ХФУ в атмосферу. Начиная с Венской конвенции о сохранении озонового слоя в 1985 г., Монреальского Протокола о веществах, разрушающих озоновый слой Земли (1987 г.), и включая последовавшие соглашения, принятые в Лондоне, Копенгагене, Вене и Монреале, была создана большая программа сохранения озона стратосферы Земли, направленная, в первую очередь, на создание хладагентов, альтернативных озоноопасным, новых видов холодильной техники, полимеров, аэрозолей, средств пожаротушения и т.д. Принятые мировым сообществом меры по реализации этой программы позволили остановить истощение озонового слоя и создать условия для его восстановления. Оценки показывают, что к середине XXI в. озоновый слой может восстановиться на 80 - 90 %.
К озоноразрушающим веществам относятся наиболее распространенные в холодильной технике хладагенты. Их озоноразрушающая активность определяется наличием атомов хлора в молекуле и оценивается потенциалом разрушения озона ODP (Ozon Depletion Potential), принятым за единицу для R11 и R12. По степени озоноразрушающей активности хладагенты разделены на три группы: 1. Хладагенты с высокой озоноразрушающей способностью (ODP > 0,1) - хлорфтор-углероды ХФУ: Rll» R12, R502 (международное обозначение CFC: CFC11, CFC12, CFC502) и др. 2. Хладагенты с низкой озоноразрушающей активностью (ODP < 0,1) - гидрохлор-фторуглероды ГХФУ: R22, R142B (международное обозначение HCFC: HCFC22, НСРС142В) и др. 3. Все хладагенты, не содержащие атомов хлора, считаются полностью озонобезопас-ными (ODP = 0) и являются альтернативными хладагентами. К ним относятся хладагенты R134a, R404A, R407C, диоксид углерода С02, вода, углеводороды, R290 (пропан), R600A (н-бутан) и др., а также природные хладагенты, R717 (аммиак). С 01 января 1996 г., согласно Монреальскому протоколу, запрещено производство всех озоноопасных хладагентов группы CFC. Для менее озоноопасных хладагентов группы HCFC установлены более отдаленные сроки сокращения их производства и использования, начиная с 2005 г., и полный их запрет с 2030 г. Это определило современные пути развития холодильной техники, в основе которых поэтапный перевод всего холодильного оборудования на озонобезопасные хладагенты. На первом этапе (переходный период) наряду с заменой хладагентов ХФУ озонобе-зопасными допускается их замена хладагентами группы ГХФУ. Хладагенты группы ГХФУ с низким потенциалом ODP не являются полностью озонобезопасными. Однако, учитывая, что воздействие этих хладагентов на окружающую среду во много раз меньше влияния хладагентов группы ХФУ, их условно принято считать озонобезопасными на переходный период 20-30 лет. На втором этапе в результате модернизации химической промышленности и холодильной техники все холодильное оборудование будет полностью переведено на озонобезопасные хладагенты. При выборе критерия пригодности альтернативных хладагентов наряду с озонобезопас-ностью должен учитываться и другой экологический фактор - влияние на глобальное потепление климата планеты. Это влияние может оцениваться по потенциалу глобального потепления GWP (Global Warning Potential), принятому за единицу для диоксида углерода (СОг) при длительности влияния, равной 100 лет. Механизм возникновения парникового эффекта, ведущего к глобальному потеплению, заключается в следующем. От солнечного излучения, приходящегося на верхнюю границу атмосферы, 46 % коротковолновой радиации достигает земной поверхности. Коротковолновая радиация нагревает Землю, в данном случае выступающую в виде почти черного тела, которое испускает в основном инфракрасное длинноволновое излучение. Эта тепловая радиация частично поглощается парами воды, диоксидом углерода и другими поглотителями, находящимися в атмосфере. Остальная ее часть уходит в космос. В результате температура на поверхности Земли устанавливается примерно на 33 градуса выше, чем она была бы без земной атмосферы с парниковыми газами, способствуя тем самым развитию жизни на планете.
Производство электроэнергии, обеспечивающее жизнедеятельность людей, сопровождается выбросом больших обьемов С02 и других парниковых газов в атмосферу что увеличивает количество поглощенной инфракрасной радиации и неизбежно ведет к повышению температуры самой атмосферы и последующему долговременному изменению Данные измерений показали, что за последние 100 лет температура атмосферы Земли повысилась на (0,6 ± 0,2) °С, тогда как за предыдущие 900 лет она в среднем упала на 0,2 °С. Появились и другие признаки глобального потепления, такие как таяние арктических льдов, разрушение шельфового льда Антарктиды, уменьшение ледяного щита Гренландии, который за последние 5 лет сократился на 250 км3. И хотя доля непосредственного участия хладагентов в увеличении парникового эффекта при утечках относительно невелика, параметр глобального потепления GWP также входит в круг основных критериев выбора хладагента. Кроме озоне-безопасности и низкого потенциала глобального потепления, экологические требования включают негорючесть и нетоксичность. Требование негорючести служит основным сдерживающим фактором при внедрении в холодильную технику углеводородов, относящихся по пожароопасности к классу 3 - веществам, имеющим высокую пожароопасность. Однако в последнее время наблюдается интерес к их применению в бытовом оборудовании. Так, в Европе в настоящее время более 35 % бытовых холодильников работает на углеводородах (изобутане), в целом мире их изготовлено более 10 млн. шт. При использовании углеводородов необходимо строгое выполнение одного условия -при внезапной эмиссии концентрация их в помещении не должна превышать нижнего предела горючести. Согласно стандартам Британии (BS4434), Германии (DIN7003), США (ASH-RAE15), которые имеют еще более жесткие требования - она не должна превышать 20 -25 % нижнего предела горючести. Выполнение противопожарных требований увеличивает стоимость оборудования в углеводородной установке примерно на 30 %.
Введение противопожарных требований заставляет уменьшать количество заправляемых углеводородов. Так, например, если в начале XX в. в бытовой холодильник заправляли 250 г пропана, то сейчас герметичный холодильник такого же объема требует всего лишь 20 г изобугана, причем половина его растворена в смазочном масле. Учет токсичности до недавнего времени ограничивал применение аммиака в холодильной технике, несмотря на его прекрасные термодинамические и экономические свойства. И только благодаря экологическим исследованиям и запретам в конце XX в. начали наблюдаться серьезные тенденции к возврату аммиака в качестве хладагента в промышленную холодильную технику при существенном повышении безопасности его использования. Термодинамические требования к хладагентам включают стремление к увеличению теплоты парообразования, что приводит к уменьшению массы и объема циркулирующего хладагента, а следовательно, уменьшению размеров компрессора, а также стремление к понижению температуры кипения при атмосферном давлении (нормальная температура кипения), которая определяет глубину охлаждения без работы на вакууме в испарительных аппаратах. Это позволяет избежать ухудшающего работу холодильной машины проникновения воздуха в систему. В соответствии с другими термодинамическими требованиями, предъявляемыми к хладогентам, возникают соответствующие термодинамические характеристики: критические параметры, температура затвердевания; теплоемкости жидкости, сухого насыщенного пара и перегретого пара. Теплофизические требования направлены на уменьшение необратимых потерь при теплообмене в движении хладагента, на сохранение массы компрессора и теплообменных аппаратов. Так, невысокое давление конденсации облегчает конструкцию компрессора и конденсатора, снижая нагрузку на рабочие элементы компрессора, хорошая теплопроводность повышает интенсивность теплообмена в аппаратах холодильных машин, а малая вязкость хладагента сокращает гидравлическое сопротивление в трубопроводах. Эксплуатационные требования включают термохимическую стабильность, зависящую от температуры разложения хладагента, его воспламеняемость и взрывоопасность, химическую совместимость с материалами и холодильными маслами, достаточную взаимную растворимость с маслом для обеспечения его циркуляции, способности растворить воду и т.д. Экономические требования сводятся к доступным ценам и наличию товарного производства. Поскольку идеального хладагента, полностью удовлетворяющего перечисленным требованиям, найти практически невозможно, при выборе отдают предпочтение тому, который отвечает наиболее важным условиям эксплуатации и экологическим требованиям. Характеристики рабочих веществ холодильных машин приведены в прил. 1. ОБОЗНАЧЕНИЯ ХЛАДАГЕНТОВ Для обозначения хладагентов используют как общие названия, применяемые в органической химии, так и специальные, В России, в соответствии с международным стандартом ИСО-817 «Органические хладагенты», допускается несколько обозначений: условное, торговое, химическое и химическая формула (см. прил. 1).
Условное обозначение хладагентов является предпочтительным и состоит из буквы «R» (Refrigerant) и числа. Цифры связаны со структурой молекулы хладагента и расшифровываются следующим образом. Последняя цифра равна числу атомов фтора в молекуле, предпоследняя - увеличенному на единицу числу атомов водорода, третья справа - уменьшенному на единицу числу атомов углерода. Для производных метана она равна нулю и ее принято опускать (например, R12 - CCI2F2). Производные метана обозначаются с помощью двухзначных чисел (например, R12 - CCI2F2; R22 - CHCIF2), производные этана, пропана,бутана - с помощью трехзначных (R143 - C2H3F3; R317 - C4F7CI). В бромсодержащих хладонах к числовому обозначению добавляют букву В и цифру, равную числу атомов брома в молекуле. Например, R13B1 - CF3Br, Начиная с галогенопроизводных этана, появляются изомеры. Симметричный изомер изображается только комбинацией цифр. По мере возрастания асимметрии к цифровой комбинации соответствующего изомера добавляют букву «а», при большей асимметрии ей заменяют буквой «в». Хладагенты неорганического происхождения имеют номера, соответствующие их молекулярной массе плюс 700. Например, аммиак (NНз) обозначают как R717, воду (H2O) - как R718, двуокись углерода (СО2) - как R744. Хладагентам органического происхождения присвоена серия 600, например тобутош (R600A), а номер каждого хладагента внутри этой серии обозначают произвольно. Агеотрошше смеси, т.е. смеси, которые кипят и конденсируются при заданной температуре как однородные вещества, имеют серию 500 с нумерацией внутри нее, например R502. Зеотропным или неазеотропным смесям, у которых температуры кипения и конденсации изменяются в процессе фазовых превращений, присвоена серия 400 с произвольным номером для каждого хладагента внутри нее, например R401A. В расшифровке этого условного обозначения указываются виды хладагентов, входящих в смесь, и их процентное содержание в смеси. Например, R401A - R22 / R152A / R124 (53 / 13 / 34). Хладагенты в обозначении располагаются в порядке повышения нормальных температур кипения. В настоящее время все чаще букву «R» заменяют аббревиатурой группы, указывающей на степень её воздействия на окружающую среду: ХФУ (CFC) - хладагенты, имеющие высокий потенциал разрушения озонового слоя атмосферы; ГФХУ (HCFC) - переходные хладагенты, имеющие низкий потенциал разрушения озона атмосферы; ГФУ (HFC, FC, НС и др.) - хладагенты, безвредные для озонового слоя атмосферы. Каждый производитель хладагентов выпускает в продажу свою продукцию собственным названием. Некоторые из этих названий даны при описании хладагентов. Свойства хладагентов Хладагенты группы ХФУ (CFC) Хладагент R12 (Хладон-12 (Россия), Freon-12 (Du Pont)) - дифтордихлорметан (CCI2F2). Характеризуется высоким потенциалом разрушения озона (ODP=l) и большим потенциалом глобального потепления (GWP=4000). Запрещен к производству с 01 января 1996 г. Бесцветный газ со специфическим запахом, в 4,18 раза тяжелее воздуха. При объемной доле его в воздухе более 30 % наступает удушье из-за недостатка кислорода. Предельно допустимая концентрация (ПДК) R12, в частности при длительности воздействия 2 ч, соответствует его объемной доле, составляющей 38,5 - 30,4 %. Невзрывоопасен, но при t > 330 °С разлагается с образованием хлорида водорода, фтористого водорода и следов отравляющего газа - фосгена. Неограниченно растворяется в масле при температурах выше -45 °С, не проводит электрический ток и слабо растворяется в воде. Для герметичных машин должен содержать не более 0,0004 % (по массе) влаги. Даже небольшое количество влаги вызывает гидролиз хладонов с образованием соляной и плавиковой кислот, которые разрушают электрическую изоляцию встроенных электродвигателей и поражают коррозией элементы холодильной машины. Обезвоженный R12 нейтрален ко всем металлам. Характеризуется повышенной текучестью, что способствует проникновению его через мельчайшие неплотности и даже через поры обычного чугуна, В то же время благодаря повышенной текучести R12 холодильные масла проникают во все трущиеся детали, снижая их износ. Поскольку R12 - хороший растворитель многих органических веществ, при изготовлении прокладок применяют специальную резину - севанит или паронит. В прошлом R12 - один из наиболее распространенных хладагентов для получения средних температур. В прил. 2 и 16 приводятся характеристики хладагента R12 и диаграмма Молье. Хладагент R502 (Хладон-502) ~ азеотропная смесь хладагентов R22 и R115. Массовая R22 составляет 48,8 %, a R115 - 51,2 %. Характеризуется повышенным потенциалом разрушения озонa (ODP-0,34). Запрещен к производству с 01 января 1996 г. По большинств) JLtb R502 аналогичен RI2 и R22. Невзывоопасен, малотоксичен и химически инертен l металлам. Характерная особенность: R502 малорастворим в воде. Предельно допустимая концентрация R502 в воздухе составляет 3000 мг/м3. Объемная холодопроизводительность его выше, а температура нагнетания ниже примерно на 20 °С, чем у R22, что положительно сказывается на температуре обмотки электродвигателя при эксплуатации герметичного холодильного компрессора. Хладагент R502 ранее широко применялся в низкотемпературных компрессионных холодильных установках. В прил. 4 приводятся характеристики хладагента R502. Хладагенты группы ГФХУ (HCFC) (переходные хладагенты) Хладагент R22 (Хладон-22 (Россия), Freon-22 (Du Pont)) - дифторхлорметан. Экологические свойства R22 значительно лучше, чем у R12 и R502. Это бесцветный газ со слабым запахом хлороформа, более ядовит, чем R12, неврывоопасен и негорюч. По сравнению с R12 хладагент R22 хуже растворяется в масле, но легко проникает через неплотности и нейтрален к металлам. При температуре выше 330 °С в присутствии металлов R22 разлагается, образуя те же вещества, что и R12. Хладагент R22 слабо растворяется в воде, объемная доля влаги в нем не превышает 0,0025%. R22 имеет более высокое давление конденсации и температуру нагнетания. Предельно допустимая концентрация R22 в воздухе составляет 3000 мг/м при длительности воздействия 1 ч. Этот хладагент широко применяют для получения низких температур в холодильных компрессионных установках, в системах кондиционирования и тепловых насосах. В холодильных установках, работающих на R22, необходимо использовать минеральные или алкилбензольные масла. Нельзя смешивать R22 с R12, т.к. образуется азеотропная смесь. По энергетической эффективности R502 и R22 достаточно близки. Холодильную установку, использующую в качестве рабочего тела R502, можно адаптировать к применению R22. Однако R22 имеет более высокое давление насыщенных паров и, как следствие, более высокую температуру нагнетания. В прил. 3 и 11 приводятся характеристики хладагента R22 и диаграмма Молье. Хладагенты R401A, R401B - переходные (сервисные) смеси среднего давления R401 А, торговая марка SUVA MP39, и R401B - SUVA MP66 (Du Pont) - предназначены для замены хладагента R12 в действующем оборудовании. Представляют собой трехкомпонентные смеси хладагентов R22, R152A и R124. R401 A: R22 - 53 %; R152A - 13 % и R124 - 34 % R401B: R22 - 61 %; R152A - 11 % и R124 - 28 %. Состав каждой смеси подобран таким образом, чтобы были достигеуты или улучшены первоначальные эксплуатационные характеристики холодильной установки. R401A эффективны в системах, работающих при температуре кипения -20 °С и выше Применение их в прилавках-витринах продуктовых магазинов, бытовых холодильниках в ряде случаев приводит к увеличению холодопроизводительности до 10 %. В отличие от аль щишинных хладагентов, использующих полиолэфирные масла, для их работы требуются алкилбензольные масла, не предъявляющие высоких требований при замене хладогентов. Основная особенность сервисных оаонобезопасных смесей связана с их неизотермичностью или глайдом температуры: в процессе кипения при постоянном давлении их температура кипения повышается и напротив, в процессе конденсации она снижается. Разница температур на входе а выходе аппаратов (температурный глайд) составляет 4-5 °С. Это расширение от входа к выходу испарителя (или конденсатора) происходит в результате постеленного раздельного выпаривания (конденсации) компонентов смеси. R401B применяется для холодильных систем, работающих при температуре кипения ниже -23 °С (до -30 °С). Холодопроизводительность установок при работе на этой смеси остается сопоставимой с холодопроизводительностью установок, работающих на R12, а в некоторых случаях увеличивается до 15 %. Данная смесь применяется для работы транспортного холодильного оборудования, а также бытовых и торговых морозильных камер. R401B также работает на алкилбензольном масле и относится к озонотропным смесям. В прил. 15 приводится диаграмма Молье для R401 А, а в прил. 17 даны сравнительные показатели температур и давлений между R12 и R401B. Хладагент R409A (FORANE FX56) - трехкомпонентный сервисный хладагент, предназначенный для замены R12 в переходный период. Теплофизические и эксплуатационные характеристики у R409A и R12 в рабочей области температур эквивалентны. Практически негорюч. Для работы требуется минеральное или алкилбензольное масло, С R409 более эффективен теплообмен в аппаратах, что приводит к снижению эксплуатационных затрат в холодильной системе. Для R409A характерна большая гигроскопичность по сравнению с R12. Поэтому при замене следует учитывать способность R409A активно поглощать влагу из воздуха. При замене рекомендуется заправлять R409 в малых холодильных машинах на 20 % меньше, чем R12, т.к. избыточное количество хладагента в системе приводит к повышению давления нагнетания. В крупных холодильньгх системах целесообразно уменьшать дозу заправки хладагента R409A по сравнению с R12 на 10 %, т.к. теплопритоки по отношению к холодопроизводи-тельности незначительны и не могут, ввиду инертности системы, заметно повлиять на ее работу. В прил. 8 приводятся характеристики хладагента R409A. Хладагенты R402A, R402B - переходные (сервисные) смеси высокого давления R402A (SUVA HP80) и R402B (SUVA HP81) (Du Pont), предназначенные для замены R502 в низкотемпературной технике - представляют собой трехкомпонентные смеси хладагентов: R22, R125 и R290. R402A: R22 - 38 %; R125 - 60 % и R290 - 2 % R402B: R22 - 60 %; R125 - 38 % и R290 - 2 %, R402A при температуре кипения до -40 °С обеспечивает такие же рабочие характеристи-Н ки холодильной установки, что и R502, и такую же или более низкую температуру нагнетания. В тех случаях, когда требуется увеличить холодопроизводительность установки, R502 заменяют на R402B. Однако следует иметь в виду, что если температура кипения доходит до -400 С, ^температуре нагнетания может быть на 150 С выше, чем у R502, и это может отрицательно сказаться на качестве смазки и повысить износ компрессора. Указанные трехкомпонентные смеси хладагентов R402 нельзя смешивать с заменяемым хладагентом R502, а смеси R401 - с хладагентом R12. Для смесей высокого давления температурный глайд будет несколько ниже (3 °С) по сравнению со смесями среднего давления, т.к. они работают на алкилбензольных маслах, смешиваемых с минеральными. Все рассмотренные сервисные смеси рассчитаны на использование в переходный период в течение 20 - 30 лет. В прил. 18 даны сравнительные показатели температур и давлений для R502 и R402A, R402B. 3.3. Хладагенты группы ГФУ (HFC, FC, НС и др.) (озонобезопасные хладагенты) Хладагент R134a (SUVA 134а). Химическая формула CF3CFH2 (тетрафторэтан). Молекула R134a имеет меньшие размеры, чем молекула R12, что повышает опасность утечек. Хладагент R134a нетоксичен и не воспламеняется во всем диапазоне температур эксплуатации. Однако при попадании воздуха в систему и последующем сжатии могут образовываться горючие смеси. Не следует смешивать R134a с R12, т.к. образуется азеотропная смесь высокого давления с одинаковыми массовыми долями компонентов 50 % и 50 %. Давление насыщенного пара этого хладагента несколько выше, чем у R12 (соответственно 1,16 и 1,08 МПа при 45 °С). Пар R134a разлагается под влиянием пламени с образованием отравляющих и раздражающих соединений, таких как фторводород. В среднетемпературном оборудовании (температура кипения -7 °С и выше) R134a имеет эксплуатационные характеристики, близкие к R12. Для R134a характерны небольшая температура нагнетания (она в среднем на 8 - 10 °С ниже, чем дл R12) и невысокие значения давления насыщенных паров. В холодильных установках, работающих при температурах кипения ниже -15 °С, холодильный коэффициент R134a хуже, чем у R12 (на 6 % меньше удельная объемная холодопроизводительность при -18 °С). Из-за значительного потенциала глобального потепления GWP, рекомендуется применять R134a в герметичных холодильных системах. R134a широко используется во всем мире в качестве основной замены R12 для холодильного оборудования, работающего в среднетемпературном диапазоне. Его применяют в автомобильных кондиционерах, бытовых холодильниках, торговом холодильном среднетемпературном оборудовании, промышленных установках, системах кондиционирования воздуха в зданиях и промышленных помещениях, а также на холодильном транспорте. Особенностью альтернативных озонобезопасных хладагентов, в частности R134a, является их плохая взаимная растворимость с существующими минеральными, алкилбензольными и углеводородными маслами. Для холодильных машин на этих хладагентах разработаны новые синтетические полиолэфирные масла различной вязкости, отличающиеся химической совместимостью с хладагентами, хорошими связывающими свойствами. Главным достоинством этих масел является хорошая растворимость, в том числе при низких температурах, в жидкой фазе всех озонобезопасных хладагентов, что гарантирует устойчивую циркуляцию масла в системе, недостатком - большая. Поэтому необходимо проявлять крайнюю осторожность при обращении с системой и ее сушке, не оставлять открытой емкость с маслом ПОЭ. Характеристики и диаграмма Молье хладагента приведены в прил. 7 и 13. Хладагент R404A (SUVA HP62; FORANE FX70; Meforex M55; Reclin 404A) R404A - экологически безопасный хладагент, представляющий собой многокомпонентную смесь, имеет нулевой ODP. Обладает высокой производительностью при низких температурах. К отрицательным свойствам следует отнести высокое значение GWP и требование применения полиолэфирных масел. Утечки этой смеси приводят к изменению состава и свойств хладагента, поэтому требуют специальной подготовки при обслуживании. Химическая совместимость хладагентов R134a, R404A с большинством деталей существующих холодильных систем не отличается от химической совместимости с ними хладагентов группы ХФУ, однако некоторые эластомеры плохо взаимодействуют с альтернативными хладагентами и маслами, в связи с чем это свойство необходимо проверять в каждом конкретном случае. Характеристики и диаграмма Молье приведены в прил. 9 и 14. Характеристики хладагента R407C приведены в прил. 10. Хладагент R717 (аммиак, NH3). С термодинамической точки зрения аммиак очень хороший хладагент. Теплообменные аппараты, работающие на аммиаке, обеспечивают высокие значения коэффициентов теплоотдачи, более эффективные энергетические показатели холодильных установок. Аммиак слабо растворяется в масле и очень хорошо в воде. При эксплуатации нужно учитывать, что попадание влаги в систему хладагента образует гидроокись аммония, которая при взаимодействии с маслом компрессора создает осадок и загрязняет компрессор, т.к. в ее присутствии аммиак вступает в реакцию с цинком, медью и ее сплавами. Поэтому цинк, медь и ее сплавы для деталей аммиачных холодильных установок не применяют. На черные металлы аммиак не действует. Имеет нулевой ODP. Хладагент R717 - бесцветный газ с резким удушливым запахом, вызывает раздражение слизистой ободочки глаз и дыхательных путей. Пребывание более получаса в атмосфере с концентрацией 0,5 - 1 % может привести к смертельному исходу. ПДК аммиака в воздухе машинного отделения составляет 0,02 мг/л. В пожарном отношении воздушно-аммиачные смеси с концентрацией аммиака 16-25 % взрываются при соприкосновении с открытым пламенем. В связи с повышенной токсичностью, пожаро- и взрывоопасностью аммиак в 80-е гг. был полностью изъят из морского рефрижераторного флота и только в настоящее время, в связи с требованиями озонобезопасности и отсутствием влияния на глобальное потепление, аммиачные установки вновь нашли свое применение на морских судах, а также в стационарной энергетике. Учитывая весьма непростые характеристики аммиака, сочетающие высокие экологические и термодинамические качества с пожаро- и взрывоопасностью и токсичность, его использование основано на принципиально новых конструктивных решениях и современных технологических достижениях. Создание нового поколения аммиачных установок идет по пути разработки безопасных систем, специального противопожарного исполнения элементов холодильной установки, использования новых синтетических масел, применения эффективных пластинчатых теплообменников, резкой минимизации аммиакоемкости систем (50+70 г на 1 кВт холодопроизводительности), совершенствования методов контроля и сигнализации о концентрации аммиака и т.д. Характеристики аммиака и диаграмма Молье хладагента R717 приведены в прил. 5 и 12. Хладагент R600A (изобутан СH(CНз)2-СНз) - природное вещество, совместимое с минеральными маслами. Изобутан - горючее вещество, поэтому для его применения используют герметичные компрессоры (Ярославское АО «Холодмаш») с безыскровой пускозащитной аппаратурой. Изобутан не боится влаги, не создает опасности коррозии. R600A -озонобезопасен, обладает нулевым потенциалом глобального потепления. Нетоксичен, не образует фосгена. Совместим с используемыми в отечественной холодильной технике материалами. В цикле с изобутаном давления при высоких температурах более низкие, чем у R12 и R134a. Теплота парообразования изобутана в два раза превышает аналогичный показатель для R12. Термодинамические свойства R600A на линии насыщения приведеомны в прил. 6. Контрольные вопросы 1. Почему некоторые виды фреонов влияют на озоновый слой атмосферы Земли? 2. Назовите схему разрушения озона? 3. Назовите озоноразрушающие вещества наиболее распространенные в холодильной технике. 4. Как определяется озоноразрушающая активность хладагентов? 5. Какие хладагенты считаются полностью озонобезопасными? 6. С какого года запрещено производство всех озоноопасных хладагентов. 7. Назовите требования, предъявляемые к хладогентам. 8. Как производится обозначение хладагентов? 9. Свойства хладагентов R12, R502. 10. Свойства хладогентов R134a, R717.
Литература: [2] стр. 6-13; [5] стр. 5-31; [4] стр. 3-33. Лекция 2-3
|
|||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-12-15; просмотров: 392; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.12.162.179 (0.066 с.) |