Jaká chladiva jsou nejpoužívanější?

Chladiva podléhají určitým termodynamickým, fyzikálně-chemickým, fyziologickým a ekonomickým požadavkům. Musí mít nízký bod varu při atmosférickém tlaku, vysoké výparné teplo, velkou objemovou chladicí kapacitu, nízkou teplotu tuhnutí, vysokou kritickou teplotu a být neutrální vůči olejům, kovům a materiálům těsnění.

Chladiva musí být nehořlavá a nevýbušná, netoxická, musí se rozpouštět ve vodě, aniž by se v systému tvořily ledové zátky, mít mírný zápach a barvu (pro detekci netěsností), ale zápach se nesmí přenášet do produktu.

Náklady na chladiva by měly být nízké.

Výběr chladiva závisí na typu chladicího stroje (pístový kompresor, turbokompresor, absorpce atd.), na teplotě, kterou má chladicí stroj získat, a na jeho účelu (lodní chladicí stroj pro chlazení nákladových prostor, pro chlazení zásob komora; chladicí stroj, namontovaný v kompresorovně volně stojící chladničky atd.). Žádné chladivo plně nesplňuje uvedené požadavky.

Kromě čistých chemických sloučenin se jako chladiva používají také směsi látek, například azeotropní směs sestávající z 48,8 % freonu-22 a 51,2 % freonu-15, nazývaná freon-502. Azeotropní směs je směs, která při varu nemění své složení a parní a kapalná fáze mají stejné složení.

Použití směsí chladiv umožňuje zintenzivnit provoz chladicích strojů bez konstrukčních změn a dodatečných investičních nákladů a objemové a energetické ukazatele chladicích strojů pracujících na některých směsích chladiv jsou vyšší než při provozu na čistá chladiva.

Nejběžnější chladiva v lodních chladicích strojích jsou freon-22 (R-22), freon-502 (R-502), freon-12 (R-12), čpavek (R-717) 1 .

Freon-22 (R-22), (CHF₂C1). Používá se ve středních a velkých lodních chladicích strojích. Jeho výhody oproti jiným chladivům: nízká toxicita, poměrně velká objemová chladicí kapacita, relativně nízký bod varu. Podobné hodnoty saturačního tlaku freonu-22 a amoniaku £-717 umožňují průmyslu vyrábět standardizované chladicí stroje pro použití s ​​amoniakem a freonem-22.

Freon-22 je bezbarvý plyn se slabým zápachem chloroformu, těkavý a proniká i těmi nejnepatrnějšími netěsnostmi. Netěsnosti se zjišťují pomocí speciálních analyzátorů plynů, např. URAS-2, halogenového elektronického detektoru netěsností, halogenové žárovky, mytím spojů, výskytem stop oleje V na spojích. Větší tekutost a nerozpustnost ve vodě vytváří zvýšené požadavky na vysychání a těsnost systému. Freon-22 je mírně rozpustný ve vodě, bezvodý, neutrální vůči kovům a při vysokých teplotách se neomezeně rozpouští v oleji. Při teplotách -10-20°C se z freonu-22 uvolňuje olej. Ve výparníku je směs freonu-22 a oleje rozdělena do dvou vrstev: těžší – roztok oleje ve freonu (s převažujícím obsahem freonu) – klesá a lehčí – roztok freonu v olej. (s převažujícím obsahem oleje) – plave nahoru. V kondenzátoru je směs chladiva a oleje homogenní a olej nelze oddělit. Freon-22 ničí běžnou pryž, proto se pro těsnění používají speciální třídy pryže.

Freon-22 nehoří a je nevýbušný. Pokud je ho v místnosti značné množství, vytlačuje vzduch a člověk zažívá dušení. Při teplotě 550 ° C v přítomnosti železa se freon-22 rozkládá a jedním z produktů rozkladu je fosgen.

Při tlaku 0,098 MPa je bod varu freonu-22 40,8 °C. Tlak ve výparníku je obvykle stejný nebo vyšší než atmosférický. Tlak v kondenzátoru je 0,8 – 1,2 MPa. Relativně velký objemový chladicí výkon (tabulka 2.1) určuje malý objem par chladiva vstupující do kompresoru a vysoký koeficient přestupu tepla (o 25-30 % vyšší než u freonu-12) určuje malé rozměry výměníků tepla.

Tabulka 2.1 – Termodynamické a fyzikální vlastnosti chladiv

Normální bod varu t_s, °C

Kritická teplota t_cr, ° С

Teplota tuhnutí t_з, ° С

Objemový chladicí výkon při t=15 °C a t_к=30 °C, kJ/m3

Teplotní rozsah použití

Maximální kondenzační teplota, °C

Freon-502 (R-502) je perspektivní chladivo pro nízkoteplotní bezucpávkové kompresory. Při tlaku 0,098 MPa má bod varu 45,6 °C.

Objemová chladicí kapacita je o 20 % větší než u freonu-22, je nehořlavá a nevýbušná, rozpustnost v oleji je nižší než u freonu-22, chemicky inertního vůči kovům. Koeficient přenosu tepla během varu a kondenzace je přibližně stejný jako u freonu-22, ale je méně toxický.

Freon-12 (R-12) (CF₂Cl) je bezbarvý plyn se slabým zápachem, patrný při obsahu vzduchu více než 20 %, výrazně těžší než vzduch (4,18krát). Při tlaku 0,098 MPa vře při teplotě -29,8°C. Freon-12 se nerozpouští ve vodě, takže vlhkost, která se dostane do systému, zůstává volná, což způsobuje zvýšenou korozi potrubí a zařízení. Když se vlhkost dostane do průtokové části regulačního ventilu, zmrzne tam, vytvoří ledovou zátku a zablokuje přístup chladiva do výparníku. Obsah vlhkosti ve freonu-12 by neměl překročit 0,0025 % hmotnostních. Bezvodý freon je neutrální vůči všem kovům, ale rozpouští některé organické látky, zejména pryž, proto se jako těsnicí materiál používá speciální pryž odolná proti oleji a benzínu, sevanit. Freon-12 je neomezeně rozpustný v oleji, rozpustnost se zvyšuje s rostoucím tlakem a klesající teplotou.

Při vyšších (nad 39 %) nebo nižších koncentracích, ale delší expozice freonu-12 způsobuje pokles krevního tlaku, člověk pociťuje dušení, bolest v krku, kovovou chuť v ústech, závratě a silnou slabost. Při teplotě 400°C se freon-12 rozkládá a uvolňuje jedovatou látku fosgen. Kouření by nemělo být povoleno v místnostech, kde může dojít k úniku chladiva. Je velmi těkavý a proniká všemi netěsnostmi a dokonce i póry hrubozrnné litiny. Freon-12 se používá v chladicích strojích s nízkou a střední chladicí kapacitou.

Amoniak (R-717) (NH₃). Je to bezbarvý plyn se štiplavým dusivým zápachem. Má dobré termodynamické vlastnosti. Kapalný čpavek má při tlaku 0,098 MPa bod varu 33,4 °C. Objemová chladicí kapacita čpavku je přibližně stejná jako u freonu-22 a je 1,5krát větší než u freonu-12, proto rozměry čpavku chladicí stroj je 1,5krát menší než stroj, pracující na freonu-12, se stejnou chladicí kapacitou.

Amoniak neinteraguje se železnými kovy, hliníkem a fosforovým bronzem a ničí měď, slitiny mědi, zinek a bronz. Rozpouští se ve vodě, v bezvodém stavu neinteraguje s mazacími oleji a za přítomnosti vlhkosti je oxiduje, proto by obsah vlhkosti v čpavku neměl překročit 0,2 %. při obsahu amoniaku ve vzduchu od 16 do 25 % vzniká nebezpečná směs, která v přítomnosti otevřeného plamene způsobí výbuch. Proto je v souladu s bezpečnostními předpisy zakázáno používat „sírovou šňůru“ k detekci netěsností a také otevřený plamen při kontrole vnitřní dutiny zařízení během oprav.

Amoniak je pro člověka škodlivý, působí na sliznice krku, nosu, dýchacích cest a způsobuje dušení. Přípustná koncentrace ve vzduchu je 0,02 mg/l. Pobyt člověka po dobu 60 minut v místnosti s koncentrací 0,5-1% vede ke smrti.

Amoniak je relativně levný.

K detekci úniků čpavku se používají speciální indikátory, například lakmusový papírek, který se v přítomnosti čpavku zbarví do karmínové barvy.

Donedávna byl čpavek nejběžnějším chladivem používaným ve velkých chladicích jednotkách k dosažení teplot varu až -50÷60°C. Větší toxicita vedla k jeho vytěsnění méně škodlivými chladivy. Tabulka 2.1 ukazuje některé termodynamické a fyzikální vlastnosti chladiv.

Chladiva na palubě lodi jsou uložena v lahvích. Lahve s čpavkem musí být natřeny žlutě a mít černý nápis „Amoniak“; lahve pro freon-12 a freon-22 musí být stříbrné a mít odpovídající nápis „Freon-22“.

Každá láhev musí mít pracovní ventil, uzavřený uzávěrem našroubovaným na hrdlo láhve. Na tlakové láhvi musí být zřetelně vyraženy tyto údaje: značka výrobce, typ válce, číslo válce, skutečná hmotnost válce, datum (měsíc a rok) zkoušky a příští kontroly, provozní tlak, zkušební hydraulický tlak, objem válce ( v l), značka kontroly kvality výrobce. Tlakové láhve určené ke skladování chladiv podléhají kontrole (hydraulické zkoušce) minimálně jednou za pět let.

Datum kontroly na válci je uvedeno takto: 6-78-83. To znamená, že průzkum byl proveden v červnu 1978, další by měl být v roce 1983.

Lahve vhodné k použití jsou naplněny chladivem v množství: 0,9 kg na 1 litr objemu láhve pro freon-22; 1,1 kg na 1 litr objemu válce pro freon-12; 0,50 kg na 1 litr objemu čpavkové láhve (objem je uveden na láhvi). Při teplotách vzduchu nad 15 °C se rychlost plnění válce sníží o 25 %. Lahve s chladivem musí být skladovány ve speciálních požárně odolných skladech s dveřmi, které se otevírají ven a mají přirozené nebo umělé větrání.

Válce mohou být instalovány ve svislé poloze na botách a oploceny zábranami, které je chrání před pádem, nebo mohou být položeny vodorovně na speciální podložky s hnízdy ve hromadách o výšce nejvýše 5 ks. V každém případě by měl být každý válec bezpečně zajištěn pro případ bouřky.

Chladivo (chladivo) je pracovní látka chladicího stroje, která při varu odebírá chlazovanému předmětu teplo a následně jej po stlačení předává chladícímu médiu vlivem kondenzace (voda, vzduch apod.).

Chladivo je speciální případ chladicí kapaliny. Důležitým rozdílem je použití chladiv ve stejném stavu agregace, zatímco chladiva obvykle využívají fázový přechod (var a kondenzaci).

Hlavními chladivy jsou čpavek, freony (freony), plyn SFXNUMX a některé uhlovodíky. Je třeba rozlišovat mezi chladivy a kryoagens. Kryoagenty mají nižší normální bod varu a na chladiva jsou také kladeny vyšší požadavky na interakci s kompresorovými oleji. Při výrobě oxyliquitu se jako chladivo používá kyslík.

Zásadní rozdíl v použití chladiv ve formě dusíku, helia apod. je v tom, že kapalina se spotřebovává a odpařuje jednorázově (zpravidla do atmosféry), to znamená, že se používá otevřený chladicí cyklus. V chladicích strojích pracuje freon nebo podobný plyn v uzavřeném cyklu, je stlačován kompresorem, chlazen v kondenzátoru, expandován v škrticí klapce nebo expandéru a odpařován ve výparníku.

Odstavec 2 Druhy chladiv

Zde je neúplný seznam chladiv používaných během XNUMX.-XNUMX. století:

V roce 1928 Thomas Midgley syntetizoval diflutodichlormethan, látku odvozenou od metanu (CH4), ve které byly čtyři atomy vodíku nahrazeny dvěma atomy chloru a dvěma atomy fluoru. Látka byla pojmenována „Freon-12“ (1931).

V roce 1987 se na světě vyrobilo 1 milion 300 tisíc tun různých syntetických chladiv získaných nahrazením atomů vodíku atomy chloru, fluoru a bromu v molekulách nasycených uhlovodíků – metanu, ethanu, propanu a butanu. Tyto bezbarvé, bez zápachu, pro člověka neškodné a chemicky stabilní látky umožnily dosáhnout teplot až –130 ºС. Syntetická chladiva se také začala používat jako hnací plyny, účinná rozpouštědla, jako účinná hasiva, k výrobě pěnových plastů, polymerů a elastomerů, k inhalaci, jako vysoce účinné plynové dielektrikum, jako teplo a chladiva, flegmatizéry hořlavých látky, v laserech, pro syntézu léčivých látek, olejů, pesticidů, filmů, přípravků na ochranu rostlin, barviv atd.

Freon je fluorovaný derivát nasycených uhlovodíků, které se dnes tak často používají jako chladiva v chladicích zařízeních. Dnes existuje více než čtyřicet druhů různých freonů. Freony samotné jsou bezbarvé kapaliny nebo plyny bez zápachu. Fyzikální a chemické vlastnosti freonu – bezbarvý; – rozpustný v nepolárních organických rozpouštědlech; – špatně rozpustný v polárních rozpouštědlech a vodě; – freon nehoří na vzduchu; – absolutně odolný proti výbuchu; – odolný vůči zásadám a kyselinám; – při zahřátí na teplotu vyšší než 250 stupňů vzniká toxický produkt; – odolný vůči kyselinám a zásadám; Použití chladiv, freonů. Průmyslová odvětví, kde se freon používá. – používá se jako pracovní látka – chladivo v chladicích zařízeních; – používá se v parfumerii a medicíně k výrobě aerosolů; – používá se při hašení požárů v nebezpečných zařízeních (například elektrárny, lodě atd.) d.); Moderní freon nebo freon, stejně jako mnoho epoxidových pryskyřic, jsou z hlediska životního prostředí absolutně bezpečné, takže je lze použít v celé řadě oborů a průmyslových odvětví. V současné době se freon a freon používají jako plynové dielektrikum, nadouvadlo při výrobě pěnového plastu, hnací plyn a indikátor při testování těsnosti systémů atd. Kromě toho se freon používá v plynových hasicích systémech. Freon je dobrý pro plynové hašení požárů, protože jeho vlastnosti usnadňují vytlačování kyslíku potřebného pro spalování z budov. Nejnovější plynová hasicí zařízení mají řadu výhod oproti použití jejich vodních, pěnových, aerosolových nebo práškových protějšků. Dříve se při výrobě chladicích jednotek používal čpavek, ale nebezpečnost jeho použití si vynutila hledání alternativních chladiv. Freony neboli freony jsou novou generací chladiv, která se v současnosti hojně používají při výrobě různých chladicích zařízení pro domácí i průmyslové použití, jako jsou ledničky a klimatizace. Moderní značky chladiv jsou navíc absolutně bezpečné pro životní prostředí, takže rozsah jejich použití se mnohem rozšířil. Dnes se používají jako plynové dielektrikum, nadouvadlo při výrobě pěnového plastu, hnací plyn a indikátor při zkoušení těsnosti systémů. Také freony (freony) se používají v plynových hasicích systémech. Tato oblast použití je způsobena vlastností freonu – vytlačovat kyslík nezbytný pro spalování z místnosti. Je třeba poznamenat, že moderní plynová hasicí zařízení mají oproti použití vody, pěny, aerosolu a práškových analogů řadu výhod. Jednou z nejdůležitějších výhod plynových hasicích systémů je jejich schopnost uhasit oheň kdekoli v místnosti. A následky jejich použití jsou snadno eliminovány větráním, aniž by došlo k ještě větším materiálním škodám.

Amoniak —N.H.₃, nitrid vodíku, je za normálních podmínek bezbarvý plyn s ostrým charakteristickým zápachem (zápach po čpavku a moči).

Hustota čpavku je téměř poloviční než hustota vzduchu, MPCr.z. 20 mg/m3 – IV třída nebezpečnosti (nízko nebezpečné látky) podle GOST 12.1.007 [1]. Rozpustnost NH₃ ve vodě je extrémně velký – asi 1200 objemů (při 0 °C) nebo 700 objemů (při 20 °C) v objemu vody. V chladicí technologii se nazývá R717, kde R je chladivo (chladivo), 7 je typ chladiva (anorganická sloučenina), 17 je molekulová hmotnost.

Molekula amoniaku má tvar trigonální pyramidy s atomem dusíku na vrcholu. Tři nepárové p-elektrony atomu dusíku se podílejí na tvorbě polárních kovalentních vazeb s 1s-elektrony tří atomů vodíku (vazby N-H), čtvrtý pár vnějších elektronů je osamocený, může tvořit kovalentní vazbu přes donor- akceptorový mechanismus s vodíkovým iontem za vzniku amonného iontu NH₄ + . Vzhledem k tomu, že nevazebný dvouelektronový oblak je striktně orientován v prostoru, má molekula amoniaku vysokou polaritu, což vede k její dobré rozpustnosti ve vodě.

V kapalném čpavku jsou molekuly navzájem spojeny vodíkovými vazbami. Porovnání fyzikálních vlastností kapalného amoniaku s vodou ukazuje, že amoniak má nižší body varu (t_žok -33,35 °C) a tání (t_pl −77,70 °C), dále nižší hustotu, viskozitu (viskozita kapalného čpavku je 7krát menší než viskozita vody), vodivost a dielektrickou konstantu. To je do jisté míry vysvětleno tím, že síla těchto vazeb v kapalném čpavku je výrazně nižší než ve vodě, a také tím, že molekula čpavku má pouze jeden pár nesdílených elektronů, na rozdíl od dvou párů v čpavku. molekula vody, což neumožňuje vytvořit rozsáhlou síť vodíkových vazeb mezi několika molekulami. Amoniak se snadno přemění na bezbarvou kapalinu o hustotě 681,4 kg/m³, která silně láme světlo. Stejně jako voda je i kapalný amoniak vysoce asociován, a to především tvorbou vodíkových vazeb. Kapalný čpavek prakticky nevede elektrický proud. Kapalný amoniak je dobrým rozpouštědlem pro velké množství organických i mnoha anorganických sloučenin. Pevný amoniak jsou bezbarvé krychlové krystaly.