К рабочим веществам относятся холодильные агенты и вспомогательные рабочие вещества – хладоносители, смазочные материалы, ингибиторы, поверхностно активные вещества (ПАВ), материалы холодильного оборудования и др. вещества и материалы, применяемые в низкотемпературной технике.
Холодильные агенты (хладагенты) – вещества непосредственно участвующие в получении холода.
22.1 Хладагенты неорганического происхождени я
В качестве неорганического хладагента можно использовать любое газообразное или низкокипящее неорганическое вещество:
воздух, инертные газы, CO2, SO2, NH3, Н2О и т.д.
Международной организацией по стандартизации (ИСО) для обозначения хладагентов принят стандарт ИСО 817–74. В названии хладагента вначале записывается R – первая буква английского слова «refrigeration», что означает «охлаждение». Далее записывается число, которое состоит из суммы чисел 700 и целого численного значения мольной массы хладагента. Например, для аммиака:
R700 + М(NH3) = R700 + 17 = R717.
Для наиболее часто применяемых хладагентов это следующие названия:
|
|
H2 – R702, H2О – R718, N2 – R728, воздух – R729, CO2 – R744 и т.д.
Наряду с этим для обозначения хладагентов может применяться любое химическое, тривиальное и товарное названия.
Например: CO2, R744, оксид углерода (IV), углекислый газ.
Для хладагентов абсорбционных машин применяются следующие названия:
NН3 + H2О – аммиачно-водный раствор,
H2О + LiВr – водно-бромистолитиевый раствор и др.
Одним из лучших хладагентов является вода, но применение ее ограничено температурой замерзания равной 0 оC и высокой коррозионной активностью.
В химическом отношении инертные газы неактивны. Для остальных хладагентов следует учитывать возможные химические реакции в процессе их эксплуатации. Например:
CO2 + H2O → H2CO3,
NH3 + H2O → NH4OH,
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O,
4Cu + 8NH3 + O2 + 2Н2О → 4[Cu(NH3)2]ОН и др. реакции.
22.2 Хладагенты органического происхождения
В качестве хладагентов могут быть использованы первые представители углеводородов, их галогенпроизводные и другие классы органических соединений, обладающие необходимыми теплофизическими свойствами.
В соответствии с ИСО 817-74 принята следующая номенклатура.
Вначале также записывается буква R, далее к условной цифре для каждого ряда углеводородов: CH4 – 1, C2H6 – 11, C3H8 – 21, C4H10 – 31 прибавляется число атомов водорода в молекуле хладагента и затем пишется цифра «0», указывающая на отсутствие фтора. Приведем названия соответствующих хладагентов:
CH4 , метан, R(1+4)+0→ R50;
C2H6 , этан, R(11+6)+0→R170;
С3H8, пропан, R(21 + 8) + 0→R290.
Для двух изомеров бутана применяются следующие названия:
С4H10 , бутан → R600 и изобутан → R600а.
|
|
При наличии фтора, вместо цифры «0» пишется число атомов фтора в молекуле. Например,
CHF3, трифторметан → R23.
Количество атомов хлора не указывается, так как их количество определяется по числу оставшихся свободных химических связей. Например,
CHFCl2 , фтордихлорметан → R21.
Бром обозначается буквой B и цифрой указывается его количество. Например, CHFClВr, фторхлорбромметан → R21В1.
Циклические соединения обозначаются – RC. Например:
.
В случае непредельных соединений добавляется вначале цифра 1 до тысячи. Например:
CH2=CH2, этилен → R1150;
CH2=CH–CH3, пропилен → R1270;
CH2=CH–CH2–CH3, бутен(бутилен) → R1390;
ClCH=CHCl, 1,2-дихлорэтилен → R1130.
Для изомеров с ассимметричным строением добавляются буквы:
«а», «б», «в» и т.д. Например:
CH2F–CH2F, 1,2-дифторэтан → R152;
CHF2–CH3, 1,1-дифторэтан → R152а.
Несмотря на то, что изомеры имеют одинаковый состав, но в холодильной технике могут быть не взаимозаменяемы, так как часто существенно различаются по теплофизическим свойствам.
Для других классов применяются следующие названия:
CH3NH2, метиламин → R630;
C2H5NH2, этиламин → R631;
C2H5О C2H5, диэтиловый эфир → Е610 и т.д.
Азеотропным или нераздельно кипящим смесям присвоен ряд R500. Данная смесь при пергонке ведет себя, как одно вещество. Например:
R500 (R12 – 73,8 %, R152а – 26,2 %);
R501 (R22 – 75 %, R12 – 25 %) и т.д.
Зеотропным или раздельно кипящим – ряд R400. Ообозначение и состав некоторых зеотропных хладагентов приведен в таблице 22.1.
Таблица 22.1– Составы некоторых зеотропных хладагентов
Хладагент | Массовая доля, % | ||
R22 | R152 | R124 | |
R401А | |||
R401В |
По степени воздействия на озоновый слой фреоны разделяются на:
1) озоноопасные – ХФУ, хлор-фтор-углеводороды;
2) обладающие низкой озоноразрушающей активностью – ГФХУ, гидро-хлор-фтор-углеводороды;
3) озонобезопасные – ГФУ, гидро-фтор-углеводороды.
Существует ещё ряд классификаций по различным признакам. Например: по нормальным температурам кипения, по давлениям насыщенного пара
и другим показателям.
Некоторые химические свойства хладагентов органического
происхождения
Предельные углеводороды в химическом отношении достаточно инертны. Суммарная реакция окисления метана имеет вид
СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О.
Даже в смеси с воздухом данная реакция практически не идет, но достаточно внести в смесь источник инициирования (свободные радикалы, искру и др. воздействие), чтобы реакция начала протекать практически мгновенно (со взрывом). Это является следствием протекания реакции по цепному разветвленному механизму. При этом соотношение газ–воздух должно находиться внутри верхнего и нижнего порога взрываемости. Взрываемость не следует путать с самовоспламенением, которое возникает при сжатии взрывоопасной смеси. При резком сжатии (адиабатические условия) взрывоопасной смеси происходит нагрев её до температуры самовоспламенения и далее реакция протекает по цепному разветвленному механизму.
Непредельные углеводороды, за счет двойных связей, значительно более реакционноспособны. Для них возможна реакция полимеризации. Например,
nCH2=CH2 → (–CH2–CH2–)n.
Качественной реакцией на непредельные углеводороды является взаимодействие их с бромной водой:
СН2=СН–СН3 + Br2 → CH2Br–CHBr–CH3(1,2-дибромпропан).
В случае циклических соединений, из-за внутренних напряжений в цикле, возможно их разложение. Например,
Галогенпроизводные химически относительно инертны. При взаимодействии их с водой возможен гидролиз. Например,
СН3Сl + НОН → СН3ОН + НСl.
При замене в углеводороде водорода на галоген способность к окислению снижается. Например, ССl4 является практически инертным веществом.
В случае других классов соединений следует учитывать возможные реакции для них.
|
|