ФРЕОН И ДРУГИЕ ХЛАДАГЕНТЫ - ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Для реализации процессов трансформации тепла в установках применяют различные рабочие тела. Рабочими телами могут быть индивидуальные вещества, а также их смеси. Рабочие тела, которые применяют в холодильной технике, называют холодильными агентами или хладагентами (ХА). Это вещества или их смеси, имеющие при нормальном атмосферном давлении (=0,1 МПа) температуру кипения Ts=350-120 K (77 + -153°C).
ХА с Ts=350-250 К (77 + -23 °C) обычно используют в теплонасосных или комбинированных установках.
ХА с Ts=273-120 К (0 ^ -153°C) применяют в холодильных установках и установках кондиционирования воздуха.
Вещества с Ts<120 К называют криоагентами.
К хладагентам предъявляются следующие требования:
а) безвредность для здоровья человека;
б) достаточно низкая температура кипения Ts при нормальном атмосферном давлении;
в) невысокое давление конденсации Рк при обычных температурах окружающей (охлаждающей) среды (вода, воздух);
г) малая разность давлений конденсации и кипения (Рк-Р0);
д) низкая температура замерзания Tz;
е) высокая критическая температура Ткр. Она должна быть выше температуры охлаждающей среды в конденсаторе;
ж) минимальные показатель адиабаты и удельный объем паров хладагента;
з) как можно большими теплотой парообразования и удельной теплоемкостью.
Кроме того, хладагенты должны быть пожаро-взрывобезопасными, нейтральными к конструкционным материалам, хорошо растворять воду, иметь невысокую стоимость. Все эти требования удовлетворить невозможно, т.е. не существует идеального хладагента. Поэтому при выборе хладагента необходимо учитывать все их качества и факторы, характеризующие установку и условия ее работы.
Основные теплофизические параметры характеризующие хладагенты
К основным теплофизическим параметрам относятся:
Ts, К - температура кипения при атмосферном давлении. Характеризует температуру холода, которую можно получить при минимальном вакуумировании парового пространства;
Ткр, К - критическая температура хладагентов. Характеризует максимальную температуру, при которой можно добиться конденсации хладагента;
k - показатель адиабаты паров хладагента. Характеризует работу сжатия 1к и температуру паров в конце процесса сжатия. Чем больше k , тем выше значение 1к и температуры паров в конце процесса сжатия;
q0, Дж/кг - удельная массовая холодопроизводительность. Это количество теплоты, которое отводится от охлаждаемой среды 1 кг циркулирующего хладагента в процессе его испарения. Иначе - это удельная теплота парообразования рабочего вещества;
qv, Дж/м - удельная объемная холодопроизводительность. Это количество теплоты, которое отводится от охлаждаемой среды 1 м паров хладагента, образующихся в испарителе и отсасываемых компрессором. Параметр удобный при конструктивном расчете компрессоров ХМ
Vo, м3/кг - удельный объем паров хладагента при температуре кипения Т0.
На практике применяют в качестве хладагентов около 30-40 рабочих веществ. Наибольшее распространение имеют сейчас (кроме воды и воздуха) такие хладагенты как аммиак, фреоны (хладоны), различные углеводороды. Они широко используются в парожидкостных холодильных машинах.
Теплофизические характеристики некоторых наиболее известных хладагентов приведены в табл. 3.1.
Маркировка хладагентов
Международное обозначение рабочих веществ холодильных машин буква R (от Refrigerant - хладагенты) и набор цифр, которые имеют определенную расшифровку. Неуглеводородные хладагенты обозначают цифрой 7 и к ней добавляется молекулярная масса вещества. Например: вода - R718; аммиак - R717; углекислый газ - R744 и т.д.
Теплофизические характеристики некоторых хладагентов
№ п/п | Химическое наименование | Обозначение | Химическая формула | Температура кипения ts, °С | Критическая температура t^, °С | Критическое давление Р 1 кр/МПа | Показатель адиабаты k |
1 | Вода | R718 | H2O | 100 | 374,15 | 22,6 | 1,33 |
2 | Воздух | R729 | - | -194,4 | 140,7 | 3,76 | 1,4 |
3 | Аммиак | R717 | NH3 | -33,35 | 132,4 | 11,5 | 1,31 |
4 | Диоксид углерода | R744 | CO2 | -78,3 (субл.) | 31,2 | 7,5 | 1,32 |
5 | Фреон-11 | R11 | CFCI2 | 23,7 | 198,0 | 4,5 | 1,13 |
6 | Фреон-12 | R12 | CF2CI2 | -29,8 | 112,04 | 4,2 | 1,14 |
7 | Фреон-13 | R13 | CF3CI | -81,5 | 28,78 | 3,9 | - |
8 | Фреон-22 | R22 | CHF2CI | -40,8 | 96,0 | 5,0 | 1,16 |
9 | Фреон-134а | R134а | C2H2F4 | -26,5 | 100,6 | 4,056 | - |
10 | Пропан | R290 | C3H8 | -42,1 | 96,8 | 4,3 | 1,14 |
11 | Этилен | R1150 | C2H4 | -103,9 | 9,5 | 5,2 | 1,24 |
Хладоны (фреоны) - это фтористые, хлористые производные насыщенных углеводородов. По международной системе принято обозначать исходные углеводороды цифрами:
метановый ряд хладонов (метан - CH4);
этановый ряд (этан - C2H6);
21 - пропановый ряд (пропан - C3H8);
31 - бутановый ряд (бутан - C4Hi0).
К цифре, обозначающей исходный углеводород, приписывается число атомов фтора в данном хладагентt. При отсутствии фтора - 0. Если есть атомы водорода, то у производных метана к 1-й цифре, а у производных этана, пропана и бутана ко 2-й цифре прибавляется число незамещенных атомов водорода. Остальные не занятые валентности - хлор. Число атомов хлора не указывается.
Например, метан CH4 - R50. Хладагенты его ряда:
R12 (хладон 12) - CF2Cl2 (дифтордихлорметан);
R13 (хладон 13) - CF3Cl (трифтормонохлорметан);
R22 (хладон 22) - CHF2Cl (дифтормонохлорметан) и т.д.
Этан C2H6 - R170. Хладагенты его ряда:
R143 (хладон 143) - C2H3F3 (трифторэтан);
R134 (хладон 134) - CHF2-CHF2 (тетрафторэтан) и т.д
