Хладагенты
На початок 1930-ых років основними холодоагентами, применявшимися в холодильних системах, були аміак, діоксид сірки, мітив хлорид і діоксид вуглецю. І з зазначених робочих тіл мало дуже суттєвими технологічними і екологічними вадами.
Проте наприкінці 20-ых років Томас Мидгрей відкрив нове фторуглеродное сімейство речовин, яке мало практично оптимальними для хладагентов властивостями. З цією відкриттям холодильна промисловість отримала можливість розпочати масовому випуску різноманітної холодильної техніки. З іншого боку, галоидопроизводные вуглеводні стали застосовуватися для аерозолів, пенополиуретанов, розчинників і коштів пожежогасіння.
На початку 70-ых років світовий ринок хлорфторуглеродов (ХФУ) прийняв величезні розміри. Тому, природно, виникло питання про кінцевої долі цих сполук, які у велику кількість у повітря. Проведені тим часом засвідчили, що поставки деяких ХФУ надзвичайно довговічні через свою хімічної стабільності. Вони можуть існувати у атмосфері, не розкладаючись у протягом багато часу. Проте під впливом випромінювання відбувається їх поступове розкладання із атомів хлору, які входить у взаємодію Космосу з озоном, зменшуючи цим його кількість в стратосфері.
Як відомо, стратосферний озон поглинає більшу частину ультрафіолетової радіації Сонця. Тому руйнація озонового шару збільшує рівень ультрафіолетової радіації, попадающей на Землю, що зумовлює почастішання ракових захворювань люди і тварин, загибелі рослин, скорочення біологічними ресурсами океанів. Тобто. зменшення концентрації озону в стратосфері є глобальної екологічної небезпекою в існуванні біологічної форми життя Землі.
Вперше у міжнародному масштабі проблема регулювання виробництва та споживання озоноруйнуючих ХФУ була б піднята Віденської Конвенцією захисту озонового шару в 1985 р . Важливим подальшим кроком у розв'язанні цієї проблеми стало підписання Монреальського протоколу 1987 р ., за яким за рівнем впливу озоновий шар Землі галоидопроизводные вуглеводні було поділено на 3 групи:
ХФУ - хлорфторуглероды, які мають високим потенціалом руйнації озонового шару ( Ozon Depleting Potention - ODP ). Іноді використовується термін «потенціал виснаження озону». Хладагенты цієї групи R 11, R 12, R 113, R 500, R 502, R 503 мають ODP >0,05. Озоноразрушающая здатність R 11 було прийнято за одиницю - OPD=1 .
ГХФУ - гидрофторхлоруглероды, в молекулах яких міститься водень. Для цих речовин характерно менше час існування у атмосфері проти ХФУ як наслідок, вони надають меншого впливу на руйнація озонового шару ODP <0,55. Деякі багатокомпонентні робочі тіла, пропоновані як альтернатива ХФУ, перебувають у собі ГХФУ, наприклад, R 22.
ДФУ - гідрофторвуглеці. Ці речовини не містять хлору, а складаються з атомів вуглецю, водню і фтору. Не руйнують озоновий шар ( ODP =0) і мають період життя жінок у атмосфері. ДФУ вважаються довгострокової альтернативою ХФУ в холодильних системах. Прикладами таких хладагентов є R 134 a , R 125, R 152 a та інших.
Попри прийняті світовим співтовариством заходи, проблема, викликана емісією хладагентов у повітря, продовжувала загострюватися, й у листопаді 1992 р . у Копенгагені чергове зустрічі країн-учасниць Монреальського протоколу було прийнято жорсткіша редакція Основних напрямів. Понад те, нараді підкреслювалося, що альтернативні (з погляду впливу озоновий шар Землі) хладагенты повинні мати незначним впливом і парниковий ефект, а саме холодильне обладнання має бути ефективнішим, ніж існуюче. Тим самим було проблема перекладу холодильного устаткування альтернативні хладагенты придбала принципово нових відтінків.
Проблема руйнації озонового шару Землі поставила перед ученими й експлуатаційниками промисловістю складне завдання заміни озоноактивных холодильних агентів на альтернативні. Проблема заміни озоноактивных холодильних агентів на альтернативні виявилася більш складною та багатопланової, чому це це могло здатися в 1987 р. Вона містить у собі:
вивчення впливу хладагентов на озоновий шар, вплив хладагента не парниковий ефект;
дослідження токсичності і горючести;
вивчення теплофизических властивостей і термодинамической ефективності нових робочих тіл;
оцінку теплообмінних характеристик;
розгляд питань, що з сумісністю хладагентов з конструкційними матеріалами і розчинність в холодильних мастила;
проектування нового холодильного устаткування;
розробку економічно вигідних технологій синтезу озонобезопасных хладагентов й освоєння потужностей їх.
Серед заходів, прийнятих світовим співтовариством, вкладених у регулювання виробництва та споживання озоноруйнуючих речовин, головною є вимога повної відмови до 2000-го році отримала від використання ХФУ в усіх проявах холодильного устаткування. Необхідність заміни цих речовин, знайшли широке використання у ролі теплоносіїв, розчинників, робочих тіл холодильних установок, стала причиною пошуку альтернативних хладагентов, близьких до ХФУ за своїми фізико-хімічним властивостями.
Проведення оцінки ефективність використання нових робочих тіл у наявному і разрабатываемом холодильному устаткуванні, і навіть освоєння нових технологій з допомогою озонобезопасных хладагентов можливо з урахуванням інформації про термодинамічних властивості цих речовин, найбільш надійною засобом отримання якої залишається експеримент.
Критерієм оптимізації по енергетичним й фактично економічним чинникам може бути TEWI (загальний еквівалент теплового впливу), методика розрахунку якого широко використовується щодо оптимального складу многокомпонентного робочого тіла.
У реальної холодильної установці робочим тілом є маслохладоновый розчин, властивості якого значно різняться від властивостей чистих хладагентов.
Нині предметом пильної уваги є роботи, присвячені вивченню властивостей масло-аммиачных розчинів.
Аміак мало розчиняється у маслі. Тому забруднює комунікаційні трубопроводи і з'єднання, осаджується лежить на поверхні конденсатора і труб охолодження, зменшуючи теплопередачу.
При температурах нагнітання понад 140 ° можливо порушення мастила компресора внаслідок освіти товстого шару нагару на клапанах. Суміш з вільного водню, аміаку та повітря може викликати спалах оливи й вибух.
Відомо, що фірмою Sulrer Escher Wyss було синтезовано олію, розчинне в аміаку. Розчинність олії на аміаку виключає утворення на теплообмінних поверхнях плівки, що підвищує коефіцієнт тепловіддачі до a =9100 Вт/м 2 *До (при нерастворимом олії a =2700 Вт/м 2 *До).
Найчастіше як розчинної в аміаку олії пропонуються синтетичні олії типу ПАГ (полиоксиалкиленгликоль) (див. патент США 5037570). ПАГ розчиняються у аміаку при низьких температурах, мають хорошою вязкостно-температурной залежністю. Проте їх характерними вадами є порівняно висока критична температура розшарування маслохладонового розчину, і навіть недостатня противоизносные властивості і термоокислительная стабільність.
Співробітники Одеської Державної Академії Холода та Інституту біологічної хімії і нафтохімії було запропоновано нове синтетична сполука, що може бути використана як розчинної в R 717 холодильного олії - ХМРА-1.
Дане олію володіє 1,85 разу більше високої термоокислительной стабільністю й у 1,9 разу більше високими противоизносными властивостями проти мастилами з урахуванням ПАГ. З іншого боку, воно частково розчиняється в мінеральних нафтових мастила, що спрощує вирішення окремих експлуатаційних проблем. Основні теплофизические властивості олії ХМРА-1 наведені у таблиці 1.1.
Таблиця 1.1
| T, K | P, Па | r , кг/м 3 | h , Па*с | Ср, кДж/кг*К |
| 250 | 5,6 | 1095,2 | 4305,00 | 1,712 |
| 260 | 11,9 | 1087,8 | 1059,00 | 1,724 |
| 270 | 24,1 | 1080,4 | 343,200 | 1,772 |
| 280 | 46,4 | 1073,0 | 137,700 | 1,803 |
| 290 | 85,4 | 1065,6 | 65,350 | 1,833 |
| 300 | 150,9 | 1058,2 | 35,410 | 1,863 |
| 310 | 256,9 | 1050,9 | 21,320 | 1,873 |
| 320 | 423,3 | 1043,5 | 19,980 | 1,923 |
| 330 | 676,4 | 1036,1 | 9,817 | 1,954 |
| 340 | 1051,5 | 1028,7 | 7,287 | 1,984 |
| 350 | 1093,9 | 1021,3 | 5,666 | 2,015 |
Аміак отримав маркірування хладагент R 717. Розглянемо особливості будівлі та властивостей аміаку.
У освіті хімічних зв'язків в молекулі аміаку беруть участь 3 неспаренных атома азоту NO та електрони трьох атомів водню. Два електрона атома азоту залишаються неподелёнными.
H
. ..
: N + 3 H . = : N : H
. ..
H
У освіті зв'язків беруть участь як 2 p -електрони, і 2 s -електрони, тобто. має місце гібридизація атомних орбіт, близька до тетраэдрической гібридизації в 4-валентном вуглеці. Атоми водню вміщено у трьох вершинах тетраедра, центр якого зайнятий атомом азоту. Кут між зв'язками H - N - H дорівнює 108 ° , тобто. дуже близький до тетраэдрическому. Дипольный момент молекули аміаку, рівний 1,43 D , створюється переважно усе ж таки не полярністю зв'язків, а тим, що гібридна орбіта витягнута вбік від ядра вершині тетраедра, не зайнятого атомами водню. Поляризуемость молекули аміаку дорівнює 22,6*10 -25 див 3 . Завдяки відсутності неспаренных електронів аміак диамагнитен.
Неподелённая пара електронів не гібридної основі створює у молекули аміаку спроможність до освіті водневої зв'язку. Ця обставина, і навіть значна полярність молекул аміаку викликає досить сильне взаємодія з-поміж них, унаслідок чого фізичні властивості аміаку мають низку аномалій проти однотипними сполуками ( PH 3 , SbH 3 , AsH 3 ): температури плавлення і кипіння щодо великі, теплота випаровування велика.
Власна электролитическая дисоціація аміаку: 2 NH 3 = NH 4 + + NH 2 - дуже мізерна. Жидкий аміак фактично не проводить електричного струму. Удельная електропровідність 3,0*10 8 ом -1 .
Рубрики: Аналітична хімія