Характеристика холодильных агентов
| Агент | Химическая формула | Нормальная температура кипения, °С | Критическая температура, °С | Критическое давление, МПа, абс. | Температура затвердевания, °С | Давление насыщения при t=30°С, МПа, абс. | Давление насыщения при t=15°С, МПа, абс. |
| Аммиак Фреон-12 Фреон-13 Фреон-22 Фреон-142 | NH3 CF2Cl2 CF3Cl CHF2Cl C2H3F2Cl | -33,4 -29,8 -81,5 -40,8 -9,25 | 132,4 112,0 28,8 96,0 137,1 | 11,3 4,11 3,92 4,94 4,15 | -77,7 -155,0 -181,0 -160,0 -130,8 | 1,165 0,744 - 1,190 0,392 | 0,236 0,183 1,315 0,297 0,081 |
Как видно из табл.1, при работе с аммиаком температуру кипения можно понизить до -33°С, а с фреоном-12 почти до -30°С и в системе разрежения не будет. При использовании фреона-22 и фреона-13 понижать температуру без разрежения можно соответственно до -40 и -81°С, а с фреоном-142 можно работать только до температуры -9°С. При температуре конденсации 30°С всех рассматриваемых холодильных агентов рабочие давления сравнительно невелики. Для аммиака и фреона-22 они выражаются соответственно 1,165 и 1,19 МПа. Для остальных агентов рабочие давления конденсации не выходят за пределы 0,7-0,8 МПа, а для конденсации фреона-142 при 30°С нужно иметь давление всего лишь 0,39 МПа.
По физиологическим свойствам наиболее вредным из рассматриваемых холодильных агентов является аммиак. Он имеет резкий удушливый запах, вызывает раздражение слизистой оболочки глаз и верхних дыхательных путей. Допустимая концентрация его в воздухе производственных помещений согласно действующему ГОСТу не более 0,02 мг/л.
Фреоны в небольших количествах практически безвредны для здоровья человека и по запаху не ощутимы. При сильных утечках начинает ощущаться их запах. И при очень больших концентрациях (более 30% по объему) они могут вызвать удушье из-за недостатка в воздухе кислорода. Вредное действие фреоны могут оказывать только вследствие соприкосновения их с открытым пламенем или с горячими поверхностями. При высоких температурах (для фреона-12 выше 400°С, для фреона-22 выше 550°С) происходит разложение их с образованием хлористого и фтористого водорода и небольших количеств ядовитого газа - фосгена. Поэтому в помещениях фреоновых установок запрещается курить, пользоваться паяльными лампами, располагать электронагревательные приборы.
В пожарном отношении наиболее опасен аммиак. Воздушно-аммиачные смеси, содержащие аммиака от 16,5 до 26,8% по объему, взрываются при соприкосновении с открытым пламенем.
Фреон-12 и фреон-13 совершенно не воспламеняются и не взрывоопасны. Фреон-22 практически тоже считается не опасным в пожарном отношении. Фреон-142 при содержании в воздухе 10,6 и 15,1% по объему образует взрывоопасную смесь.
По химическому воздействию на металлы и смазочные масла холодильные агенты обладают следующими свойствами.
Аммиак на черныё металлы не действует, но с цинком, медью и ее сплавами, за исключением фосфористой бронзы, в присутствии влаги вступает в реакцию. Поэтому цинк, медь и ее сплавы для деталей аммиачных установок не применяют. Со смазочными маслами аммиак в химическую реакцию не вступает, однако при проникновении в систему влаги образуется гидроокись аммония, действующая на масло и создающая осадок, который загрязняет компрессор.
Фреоны при отсутствии влаги в области применяемых в холодильной технике температур на металлы не действуют. Со смазочными маслами они взаимодействуют по-разному. Фреон-12 обладает хорошей взаиморастворимостью с маслом, образуя однородную смесь. Концентрации масла и фреона в жидкой фазе этой смеси зависят от ее температуры и давления, что имеет большое практическое значение при смазке фреоновых машин. Фреон-22 растворяется в масле только частично.
Воду хорошо растворяет аммиак и очень плохо фреоны, особенно фреон-12. Например, при 20°С растворимость воды в жидком фреоне составляет всего лишь 0,003% по массе.
Фреон-22 растворяет воду в восемь раз больше, чем фреон-12, однако и эта растворимость недостаточна. Чтобы избежать нарушения нормальной эксплуатации холодильных машин, работающих на этих холодильных агентах, не допускается содержание влаги во фреоне-12 более 0,0006% и во фреоне-22 более 0,0025% по массе из-за возможного образования в регулирующих вентилях ледяных пробок. По этой же причине перед заполнением фреоновых машин холодильным агентом их следует тщательно просушивать.
Специфические отрицательные свойства фреонов: очень большая текучесть, т.е. они легко проникают через малейшие неплотности в соединениях и даже через поры металлов; повышенная плотность; относительно низкие коэффициенты теплоотдачи, значительно ниже, чем для аммиака. Кроме того, фреоны растворяют обычную резину.
Фреоны, тем не менее, находят широкое практическое применение благодаря их безвредности, безопасности в пожарном отношении, достаточно хорошим термодинамическим свойствам, химической стойкости и инертности по отношению к металлам и смазочным маслам. Кроме того, эти вещества не оказывают действия на вкус, запах, цвет и состав большинства пищевых продуктов.
Влияние отрицательных свойств фреонов на работу машины практически устраняется путем соответствующих мероприятий. Например, создание полной герметичности машин предотвращает утечку фреонов.
Для снижения величины гидравлических сопротивлений, обусловленных большой плотностью фреонов, ставят трубопроводы и клапаны возможно больших проходных сечений, обеспечивающих небольшие скорости движения холодильного агента. В соответствии с этим диаметры трубопроводов машин, работающих, например, на фреоне-12, должны быть примерно в 2 раза больше диаметров трубопроводов аммиачных машин такой же холодопроизводительности.
Недостаточно высокие теплопередающие свойства фреонов в значительной степени компенсируются увеличением рабочей поверхности теплообменных аппаратов путем оребрения труб.
В тех случаях, когда в соединениях фреоновых машин необходимы резиновые прокладки, их изготовляют не из обычной, а специальной фреоностойкой резины, например из севанита.
АЗЕОТРОПНЫЕ СМЕСИ
В последние годы в качестве рабочих веществ холодильных машин стали применять также азеотропные смеси, составляемые из двух различных компонентов. По своим свойствам эти смеси отличаются от свойств составляющих их компонентов. Так, при добавлении к фреону-22 фреона-12 (10-15% по массе) получают смесь, обладающую в основном свойствами фреона-22, но способную в значительно больших количествах растворять смазочное масло. Многие азеотропные смеси кипят при более низких температурах, чем составляющие их компоненты. Например, смесь из 74,2% по массе фреона-12 и 25,8% фреона-152 (C2H4F2) имеет нормальную температуру кипения, равную -33,5°С, а нормальные температуры кипения составляющих ее фреона-12 и фреона-152 соответственно равны -29,8 и -25,0°С.
Азеотропную смесь, состоящую из 48,8% фреона-22 по массе в 51,2% фреона-115 (С2F5Cl) называют фреон-502. Смесь невзрывоопасна, безвредна для здоровья человека, по степени токсичности равноценна фреону-12, имеет хорошие термодинамические свойства и энергетические показатели. Нормальная температура кипения смеси равна -45,6°С, в то время как ее отдельные компоненты кипят при более высоких температурах.
Для поршневых низкотемпературных машин фреон является весьма перспективным холодильным агентом.