Свойства хладагентов
Основные термодинамические свойства наиболее распространенных хладагентов приведены в табл. 2 [3, 5).
Нормальная температура, кипения /н к является пределом, ниже которого в системе холодильной машины будет вакуум, что может привести к «подсосу» окружающего воздуха и нарушить ее нормальную работу.
Температура замерзания /3— это тот предел, который ограничивает возможность использования данного хладагента.
Критические температура tw и
Таблица 2
|
Давление /7кр указывают верхний предел области, в которой хладагент может быть в жидком состоянии. Выше критических параметров хладагент находится в газообразном состоянии, когда невозможны процессы кипения и конденсации.
Удельная (скрытая) теплота парообразования г приведена при атмосферном давлении. С повышением давления и температуры кипения значение г уменьшается, и становится равным 0 при критических параметрах.
Чем больше значение г, тем меньшую массу жидкого хладагента необходимо превратить в пар, чтобы забрать от охлаждаемого вещества заданную теплоту. Следовательно, в системе холодильной машины может циркулировать меньшее количество хладагента.
Из хладагентов среднего давления наибольшей удельной теплотой парообразования г обладает аммиак. Это — одно из основных его термодинамических достоинств.
Еще большее значение г у воды, однако она может служить хладагентом лишь при температурах выше О °С. При этом давление кипения должно быть меньше атмосферного (вакуум), если температура кипения ниже 100 °С. Поэтому воду используют как хладагент лишь в теплоиспользующих холодильных машинах, работающих п системах кондиционирования воздуха (см. тему 2).
Превращение жидкости в пар (процесс кипения) при постоянном давлении сопровождается поглощением теплоты, при этом температура кипения не изменяется. Жидкость в состоянии, когда начинается процесс кипения, называют насыщенной жидкостью. Ее показатели в этом состоянии обозначают одним штрихом, например: q’ — плотность насыщенной жидкости, кг/м3; обратная ей величина v’ — удельный объем насыщенной жидкости, м3/кг.
Превращение пара в жидкость (процесс конденсации) сопровождается отводом теплоты и у чистых веществ происходит при постоянной температуре конденсации. Пар в состоянии, когда начинается про-, цесс конденсации, называют насыщенным паром. Его показатели в этом состоянии обозначают двумя штрихами, например: q" — плотность насыщенного пара, кг/м3.
Количество теплоты, которое нужно отвести (при постоянных температуре конденсации и давлении конденсации рк) для превращения единицы массы пара в жидкость, называют удельно и (скрытой) теплотой конденсации. Ее, как и удельную теплоту парообразования, обозначают г, кДж/кг.
Температуру, при которой значения удельной теплоты парообразования и удельной теплоты конденсации равны, называют температурой насыщения.
Теплофизические свойства ряда хладагентов при температуре кипения /о=—20 °С и соответствующем этой температуре давлении ро приведены в табл. 3 |4|.
Плотность q аммиака намного меньше, чем плотность фреопов. Пары аммиака легче воздуха, а пары фреонов — тяжелее. Это учитывают при устройстве вентиляции в машинных залах, где установлены соответствующие холодильные машины.
Чем меньше плотность хладагента, тем меньше затраты мощности на его циркуляцию в трубопроводах и преодоление сопротивления в клапанах компрессора.
Значительно большие коэффициент теплопроводности X и удельная теплота парообразования г у аммиака, чем у фреонов, обеспечивают лучшую теплоотдачу при его кипении и конденсации в тепло — обменных аппаратах.
Меньшая динамическая вязкость паров р." у аммиака способствует
меньшим затратам работы в клапанах аммиачных компрессоров, чем в клапанах фреоновых компрессоров.
Все это свидетельствует о высокой значимости как термодинамических, так и теплофизических свойств хладагентов для работы холодильных машин.
К основным физико-химическим свойствам хладагентов относят растворимость в них масел, взаимодействие с водой, воздействие на конструкционные материалы.
Аммиак весьма незначительно растворяет масло. Это позволяет отделять масло от аммиака и выводить его из системы холодильной машины.
Вода неограниченно растворяется в аммиаке.
Аммиак в присутствии воды и кислорода разрушает цветные металлы.
Большая растворимость масел во фреонах (Rll, RI2, R502) приводит к интенсивному пенообразова — лию п испарителях, лучшим условиям смазки трущихся поверхностей в компрессорах, но вместе с тем — к повышению вязкости хладагентов и ухудшению теплоотдачи в аппаратах.
Из-за нерастворимости воды во фреонах особо строгие требования предъявляются к осушке системы фреоновой машины перед зарядкой хладагентом. Свободная вода может замерзнуть в дроссельном органе и вынести из строя машину.
Особо тщательной осушке подлежат системы фреоновых холодильных машин с герметичными компрессорами, имеющими встроенные электродвигатели, поскольку присутствие воды может привести к сгоранию обмотки статора встроенного электродвигателя.
Фреоны инертны к металлам.
Исключительно большое значение для безопасной эксплуатации холодильных машин имеют токсичность и вэрывпопасность хладагентов.
Токсичность оценивают коэффициентом токсической опасности /(т0=ого/ПДК,
Где оУо — плотность паров хладагента при 20 °С;
ПДК — предельно допустимая концентрация хладагента в воздухе, мг/м3.
Таблица З
|
Значения ПДК и Кт 0 для ряда хладагентов приведены в табл. 4.
Таблица 4
|
Наибольшую токсическую опасность представляет аммиак. Он имеет резкий неприятный запах, сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных путей и глаз. При его содержании в воздухе более 0,5 % (но объему) происходит отравление. Поэтому на предприятиях с аммиачными холодильными установками действуют очень строгие правила техники безопасности.
Кроме того, аммиак взрывоопасен при концентрации 16…28 %.
Фреоны взрывобезопасны, но при открытом пламени разлагаются, образуя отравляющее вещество — фосген. Поэтому в машинных залах фреоновых холодильных установок запрещается курить.
В 1986 г. в Монреале был подписан Международный протокол об ограничении производства и контроле за использованием экологически опасных фреонов, которые разрушают озоновый слой атмосферы. К наиболее озоноактинной группе относят Rll, R12, R113, R114 и R115 [2].
R22 имеет существенно более низкую активность. Поэтому в ближайшие годы намечается [1] перевод холодильных машин на R22 (вместо RI2). Разрабатывается также ряд альтернативных хладагентов: RI23, R134a, R152 и др.
Posted in К холодильной технике