Тема III

Холодильные агенты и хладоносители

Требования, предъявляемые к холодильным агентам:

- термодинамические;

- физико-химические;

- физиологические;

- экономические;

- экологически безопасные.

Термодинамические требования относятся к параметрам холодильного агента:

1 - q_υ – должна быть большой – в этом случае уменьшаются размеры и масса компрессора вследствие малых объемов циркулирующего агента;

2 – Р_сжатия – не должно быть высоким;

3 – Р_о – желательно иметь > Р_атм, чтобы не было подачи воздуха в систему;

4 – – должно быть небольшим, уменьшается AL_сжатия > λ _{компресс};

5 – теплота парообразования должна быть большой, и чем она больше, тем меньшая масса хладагента должна циркулировать для создания необходимого хладагента;

6 – t₃ – должна быть низкой – чтобы достичь низких температур,

t_к – должна быть высокой, что влияет на «Σ»;

7 – плотность и вязкость хладагента должны быть небольшими, чтобы уменьшить потери в рабочих клапанах и трубопроводах.

Физико-химические требования:

1 – желательно растворение хладагентов в воде, чтобы не образовался лед в Р.В. и свободная вода способствует коррозии металла.

2 – нерастворяемость в масле. Если хладагент не растворяется, то масло легко отделяется, но загрязняет поверхность теплообменных аппаратов, ухудшая теплопередачу. Но если растворяется, то ухудшает работу холодильной машины больше t_o;

3 – хладагенты должны быть нейтральны к металлам и прокладочным материалам;

4 – не должны быть горючими и взрывоопасными;

5 – должны обладать легким запахом, цветом или другими свойствами, чтобы можно было легко обнаружить;

6 – не должны разлагаться при высоких температурах.

Физиологические требования:

- не должны быть ядовитыми, вызывать раздражение и удушие.

Экономические требования:

- должны быть дешевыми и недефицитными.

Экологически безопасные:

- не действовать на окружающую атмосферу, не причинять ущерба – в случае утечек, проливов, иметь высокий порог взрывоопасности.

Характеристика хладагентов

Самым распространенным является аммиак – NH₃ (1874 г.), диоксид углерода СО₂ (1881 г.) – для получения сухого льда. С 1930 г. стали применяться новые хладагенты – фреоны, современное название – хладоны.

Обозначение состоит из наименования и числа.

Наименование – буква «R» - Refrigerant (хладагент).

Цифры расшифровывают в зависимости от химической формулы хладагента неорганического происхождения – присвоен номер 700 + их молекулярная масса.

R718 – вода m = 18,016

R717 – аммиак m = 17,031

R744 – диоксид углерода m = 44

Органического происхождения:

метан– СН₄ – R50

фтортрихлорметан – CFCl₃ – R11

дифтордихлорметан – CF₂Cl₂ – R12

этан – С₂Н₆ – R170

трифтортрихлорэтан – C₂F₃Cl₃ – R113

и т.д.

Аммиак – бесцветный газ с резким удушливым запахом, вредный для организма. Допустимая концентрация NH₃ в воздухе ψ = 0,02 мл/л. При концентрации 0,5 – 1% аммиака в воздухе приводит к смертельному исходу в течение нескольких минут. В соединении с воздухом при ψ = 15 - 28% (по объему) – взрывоопасен.

Пар R717 – легче воздуха. На черные металлы, алюминий и фосфористую бронзу он не действует, но в присутствии влаги разрушает цветные металлы – цинк, бронзу, медь и ее сплавы. Хорошо растворяется в воде – неограниченно, но содержание воды в нем допускается до 0,2%. В масле мало растворим. По термодинамическим свойствам - лучший хладагент. Невысокое давление в конденсаторе – 1,5 МПа при t_в = +35⁰С. Высокая объемная холодопроизводительность «q_υ». Применяется аммиак в поршневых, винтовых, ротационных и турбокомпрессорах, в абсорбционных холодильных машинах: t_к ≤ 400С, t_о ≥ - 60⁰С.

R11 – хладон-11 – газ в 474 раза тяжелее воздуха, безвредный для организма человека. В воде не растворяется – содержание влаги в нем не должно превышать 0,0025%. Неограниченно растворяется в масле. Обезвоженный R11 не взаимодействует с металлами, но действует на Mg. Не взрывоопасен. Применяется для t₀ до – 20⁰С и в качестве хладоносителя.

R22 – хладон-22 – CF₂Cl – более ядовит, чем R11, R12, но не взрывоопасен, неограниченно растворим в масле при высоких температурах, при низких – ограниченную, поэтому в испарителях с низкой t_о в верхней части образуется слой масла. В воде растворяется слабо – содержание влаги не должно быть более 0,0025%, к металлам нейтрален, но обладает большой текучестью. R22 широко применяется, т.к. имеет хорошие термодинамические свойства.

R13 – хладон-13 – CF₃Cl – используется в нижних ветвях каскадных холодильных машин с t_о = -110⁰С.

R113 – хладон-113 – (CF₃-CCl₃) – трифтортрихлорэтан. Применяются в центробежных компрессорах для установок кондиционирования воздуха.

Азеотропные смеси – это различные смеси хладонов. Перспективная смесь – называется R502 – 48,8% R22 и 51,2% R115.

Температура кипения R502 t_o = -45,6⁰С, давление Р_к = 1,5 МПа при t_к = +35⁰С. q_υ больше, чем у R11, и на 20% больше, чем у R22. С маслом взаимодействует как R22. R502 не взрывоопасен, малотоксичен, инертен к металлам, применяется в поршневых компрессорах низкотемпературных и в одноступенчатых холодильных установках с t_o = -18⁰С и меньше.

Находят применение изотропным смесям R500, R402, R407 и др. и в торговых, и в промышленных установках с поршневыми компрессорами.

Хладоносители

Хладоносители – это вещества, с помощью которых теплота отводится от охлаждаемых объектов и передается хладагенту.

Требования к хладоносителям:

- низкая t₃;

- большие «С» и «Х»;

- малые вязкость и плотность «ρ»;

- нейтральность к металлам, прокладочному материалу;

- безвредность и безопасность;

- экономичность – невысокая стоимость.

1. Вода – Н₂О – для установок кондиционирования воздуха и в технологи-ческих процессах с t больше 0⁰С. Для температуры меньше 0⁰С применяются растворы солей.

2. NaCl, CaCl₂ – водные растворы солей. Физические свойства NaCl и CaCl₂ зависят от концентрации солей в растворе. Зависимость t₃ рассола зависит от концентрации соли.

«1» - кривая выделения льда, с увеличением ψ соли t₃ уменьшается.

Точка – где самая низкая температура замерзания для раствора носит название криогидратной «К» - или эвтектической.

NaCl ψ = 23,1% соли на 100 кг раствора

CaCl₂ – t₃ = -55⁰С ψ = 29,9% на 100 кг соли.

«2» - кривая выделения соли показывает, что с увеличением ψ больше точки «К» - t₃ в растворе резко увеличивается.

Концентрация ψ рассола всегда должна соответствовать режиму работы установки и не должна быть больше ψ точки «К».

При увеличении ψ – увеличивается его плотность и уменьшается теплоемкость, что увеличивает количество потребляемой энергии на работу насоса.

Но ψ – не должна быть низкой, чтобы рассол не замерз в испарителе. Поэтому принимают t₀ > t₃ на 5 – 8⁰С.

При t₀ ≥ -16⁰С – применяют NaCl;

При t₀ ≤ -16⁰C – применяют CaCl₂.

Все эти растворы коррозируют металл. Для снижения явления коррозии применяют вещества – пассиваторы или ингибиторы, они образуют на металлических поверхностях защитную пленку и замедляют процесс коррозии.

Для снижения энергозатрат на перемещение рассолов и увеличения объемной подачи насосов – в рассолы добавляют поверхностно-активные вещества ПАВ в количестве 0,03 – 0,07%.

При t_р меньше -50⁰С в качестве хладоносителей используются органические вещества – водный раствор этиленгликоля – (НОСН₂СН₂ОН) с t₃ = -72⁰С.

Этиленгликоль – жидкость без цвета и запаха с t₀ = +197.2⁰С.

Аналогичен раствор пропиленгликоля.

Раствор дихлорметана – R30 – CH₂Cl₂ – бесцветная жидкость со слабым запахом ацетона, не растворяется в воде, не действует на металлы за исключением бронзы и латуни.

Это низкотемпературный хладоноситель.

Требования безопасности: при работе – устранять утечки, не иметь прямого контакта с рассолами, иметь средства защиты при приготовлении рассолов – очки, рукавицы, резиновые сапоги.

Тема IV

Холодильные циклы одноступенчатого сжатия

I. Паровая компрессионная холодильная машина с расширительным цилиндром – детандером.

Применяя схему с детандером, можно осуществить обратный цикл Карно.

Рабочее вещество – легкокипящий жидкий – хладагент.

Теоретический процесс паровой холодильной машины - имитирующий цикл Карно – должен протекать в области влажного пара – т.к. только в этой области изобары совпадают с изотермами.

Цикл Карно 1-2-3-4 характеризуется изотермами 4 - 1; 2 - 3 и 2-мя адиабатами 1- 2; 3 - 4.

Холодопроизводительность «q_o» 1 кг хладагента определенной площадью «4 - 1 - а - б»; количество теплоты «q_к» отведенное от 1 кг хладагента – площадью – «2 – 3 – б - а», работа КМ ℓ_сж = пл. 1 – 2 – 3 - 5, работа Р_ц – пл. 1 - 2 - 3 - 4.

Дата добавления: 2014-01-07