Фреоны и охлаждающие жидкости

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

ЗАОЧНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

По дисциплине: Технические жидкости и полимерные материалы

Студентка:      Щербакова Елена Викторовна

Курс:    4                      Шифр: СНГз – 07 – 29

Омск – 2011г

Содержание:

Введение………………………………………………………3

1. История появления охлаждающих жидкостей…………..4

2. Природа и свойства фреонов……………………………...5

3. Виды фреонов  их применение……………………………6

4. Влияние на озоновый слой………………………………..8

Заключение……………………………………………………10

Список литературы…………………………………………...13

Введение

Конденсаторы и охладители жидкости предназначены для выполнения функций теплообменников в промышленных системах охлаждения и кондиционирования воздуха.

Под термином кондиционирование воздуха предполагается создание и автоматическое поддерживание нужных кондиций воздушной среды в помещении либо сооружении. В общем случае понятие кондиция воздуха включает в себя следующие его характеристики: температуру, влажность, скорость движения, чистоту, содержание запахов, давление, газовый состав и ионный состав. В зависимости от назначения обслуживаемого объекта выбирают требуемые кондиции воздушной среды, более принципиальные для конкретных условий внедрения.

1. История появления охлаждающих жидкостей.

В холодильных установках, применявшихся с середины XVIII и начала XX веков, в качестве хладагентов применяли воду, воздух, диэтиловый и метиловый эфиры, аммиак, двуокись углерода, сернистый ангидрид, метилхлорид и др. При этом вода являлась первым хладагентом, начиная с 1755 г., когда она служила "для получения фригорий (отрицательных калорий)" в лабораторной установке, которую создал William Gullen. Позднее, в 1834 г., Jacob Perkins изготовил компрессионную машину, работавшую на диэтиловом эфире, в 1844 г. John Gorrie -машину со сжатием и расширением воздуха. В 1859 г. Ferdinand Carre соорудил абсорбционную холодильную машину, работавшую на аммиаке, а четыре года спустя Charles Tellier запустил компрессор, работающий на метиловом эфире.

C начала 20-х годов XX века в США активно развивается холодильная промышленность, особенно производство бытовых холодильников. В качестве хладагентов широко использовались сернистый ангидрид и аммиак. Однако применяемые хладагенты представляли определённую угрозу для здоровья человека при разгерметизации холодильников, что и послужило поводом для разработки нового неядовитого и негорючего хладагента.

В 1928 году Томас Миджли открыл новый хладагент - дихлордифторметан, обладающий практически оптимальными для хладагентов свойствами: имел необходимую температуру кипения, был неядовитым и негорючим, не имел тяжёлого запаха. После выпуска в 1930 г. компанией "Кинетик Кениканз Инк" (США) первых партий дихлордифторметана, относящегося к группе хлорфторуглеродов (ХФУ), и организации его промышленного производства в 1932 г. многие хладагенты, кроме аммиака, почти полностью исчезли с рынка сбыта, Эта же компания ввела в обращение торговое наименование ФРЕОН®. Обозначение хладагента буквой R, также как наименование ФРЕОН, стало общепринятым.

2. Природа и свойства фреонов

Фреон — синтезированный безвредный для челoвеческoгo oргaнизмa хлaдaгент. Для обычного потребителя это слово мало знакомо. И только специалисты знают, насколько важен фреон в производстве. Этот хладагент есть в кондиционерах, без него не будет работать ни одна холодильная система.

Фреoны создаются на основе двух гaзoв – метaнa СН4 и этaнa – СH3-CH3. Например, в холодильных установках метaн имеет мaрку R-50, этaн – R-70. Все oстальные хладагенты пoлучaются из метaнa и этaнa замещением aтoмoв вoдoрoдa aтoмaми хлoрa и фтoрa.

С появлением хлорфторуглеродов холодильная промышленность получила широкие возможности выпуска разнообразной холодильной техники.

В начале 30-х годов на рынке сбыта в промышленных масштабах появились хладагенты R11, R113, R114. Хладагент R11 в дальнейшем нашел широкое применение в системах кондиционирования воздуха.

С 1935 г. было организовано производство хладагента R22, относящегося к группе гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ), R22 применяют в низкотемпературных холодильных установках и системах кондиционирования (на переходный период, определенный Монреальским протоколом).

Хладагенты, как химические соединения, обладают рядом уникальных свойств: физические - фреоны — бесцветные газы или жидкости, без запаха. Хорошо растворимы в неполярных органических растворителях, очень плохо — в воде и полярных растворителях, химические - фреоны очень инертны в химическом отношении, поэтому они не горят на воздухе, взрывобезопасны даже при контакте с открытым пламенем. Однако при нагревании фреонов свыше 250 °C образуются весьма ядовитые продукты, например фосген COCl2, который в годы первой мировой войны использовался как боевое отравляющее вещество.

Устойчивы к действию кислот и щелочей.

3. Виды фреонов  их применение

С появлением хлорфторуглеродов холодильная промышленность получила широкие возможности выпуска разнообразной холодильной техники.

В начале 30-х годов на рынке сбыта в промышленных масштабах появились хладагенты R11, R113, R114. Хладагент R11 в дальнейшем нашел широкое применение в системах кондиционирования воздуха.

Хладон 114В2

Химическое название хладона 114В2 — 1,1,2,2-тетрафтордибромэтан, 1,2- дибромтетрафторэтан, обозначение R-114В2. Помимо первого торгового названия – хладон 114В2, это вещество также называют фреон 114В2.

Хладон 114В2 (химическая формула: C2Br2F4 )— бесцветная жидкость, трудногорючая жидкость со специфическим запахом, применяется в качестве огнетушащей жидкости, а также в качестве приборной жидкости и для промывки узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры и других целей.

Хладон 114В2 можно хранить после регенерации с массовой долей 1,1,2,2-тетрафтордибромэтана не менее 98,6% и массовой долей примесей (определяемых хроматографическим методом в сумме не более 1,4 процента).

Системы ППО отечественных танков заправляют хладоном 114В2. Хладоны являются ингибиторами горения и активно тормозят химические процессы во время пожара.

Хладон 113

Химическое название хладона 113 — трифтортрихлорэтан, обозначение – R-113, CFC 113. Торговое название препарата: хладон 113.

Хладон 113 (химическая формула: C2F3Cl3 ) — бесцветная жидкость, негорючее и невзрывоопасное вещество со слабым специфическим запахом. Используется хладон 113 как хладагент для турбокомпрессорного оборудования, как растворитель для очистки электронного и оптического оборудования, как диэлектрик, также используется в производстве мономеров и прочее.

Хранить хладон 113 необходимо при температуре до 300° С, так как он является малотоксичным стабильным веществом, которое при воздействии открытого огня разлагается с образованием высокотоксичных продуктов (на фосген и окись углерода).

В 1950 г. для систем кондиционирования получен азеотропный смесевой хладагент R500, по холодопроизводительности превосходящий R12. В состав R500 вошли хладагенты R12 и R152a, где R152a оказался первым, не содержащим хлор, галогенизированным углеводородом.

Технология смешения хладагентов привела к появлению смесевого хладагента R502, заменившего R22 в низкотемпературных холодильных установках. Это позволило снизить повышенные температуры нагнетания в компрессорах, характерные для R22. В дальнейшем для получения очень низких температур были разработаны хладагенты R13, R503 и R13B1.

Начиная с 60-х годов хладагенты R12, R22 и R502 являлись одними из основных хладагентов в промышленных и торговых средне- и низкотемпературных холодильных установках, бытовых холодильниках, кондиционерах и тепловых насосах.

До начала 80-х годов хладагенты групп ХФУ и ГХФУ заняли доминирующее положение в холодильной промышленности и рассматривались как вещества, обладающие только преимуществами по сравнению с другими хладагентами.

Из всех ранее предложенных хладагентов, только аммиак (R717), имеющий самые высокие термодинамические и технико-эксплуатационные показатели в широком интервале температур, по сравнению с хладагентами групп ХФУ и ГХФУ, выдержал конкуренцию и в настоящее время его применяют в промышленных холодильных установках, охладителях, абсорбционных кондиционерах и бытовых абсорбционных холодильниках.

4. Влияние на озоновый слой

К 80-м годам, когда ученые ряда стран начали заниматься вопросами изучения влияния ХФУ и ГХФУ на окружающую среду, эти хладагенты стали предметом беспокойства в связи с возникшими глобальными проблемами: повышением парникового эффекта и возможным разрушением озонового слоя.

Парниковый эффект является следствием того, что некоторые газы земной атмосферы задерживают инфракрасное излучение, которое испускает земная поверхность. Явление парникового эффекта позволяет поддерживать на поверхности Земли температуру, при которой возможно возникновение и развитие жизни. Если бы парниковый эффект отсутствовал, средняя температура поверхности земного шара была бы примерно на 20 К ниже, чем она есть.

Впервые механизм истощения защитного слоя Земли за счёт действия хлор- и бромсодержащих веществ описали в 1974 г. американские ученые Калифорнийского университета (США) Марио Молина, Шервуд Роулэнд и Поль Крутцен из Института химии им. Макса Планка в Германии. Они показали, что молекула оксида хлора и атом хлора - сильнейшие катализаторы, способствующие разрушению озона. Путь молекул хлора в стратосферу занимает один-два года. Достигают стратосферы только химически стабильные молекулы, которые не разрушаются под действием солнечных лучей, химических реакций и не растворяются в воде. Именно такими качествами обладают молекулы ХФУ. Время их жизни - более ста лет. Молекулы ХФУ тяжелее воздуха, и их количество в стратосфере крайне мало: три-пять молекул ХФУ на десять миллиардов молекул воздуха. Под действием ультрафиолетового излучения от молекул ХФУ отрывается атом хлора, а оставшийся радикал легко окисляется, создавая молекулу оксида хлора и новый радикал. Атом хлора и молекула оксида хлора активно включаются в каталитический цикл разрушения озона. Одна молекула хлора, достигающая атмосферы, способна разрушить от десяти до ста тысяч молекул озона.

К середине 70-х годов производство фреонов достигло значительных объемов.

По оценке ряда специалистов за всё время производства хлорфторуглеродов их было выброшено в атмосферу более 20 млн.

Проблема регулирования производства и потребления озоноразрушающих ХФУ в международном масштабе была поднята Венской конвенцией по защите озонового слоя в 1985 г. Дальнейшим важным шагом в решении этой проблемы стало подписание всеми индустриальными странами Монреальского протокола в 1987 г.

Заключение

Для замены R12 с начала 90-х годов основными мировыми производителями химической продукции были разработаны и выпускаются однокомпонентный озонобезопасный хладагент R134а. Эксплуатационные испытания разработанных альтернативных хладагентов R134a и др. позволили выявить нерастворимость минеральных масел в новых хладагентах. Предприятиями, выпускающими масла, был разработан ряд синтетических полиалгликольных холодильных масел ПАГна основе масел, применяемых для смазки авиационных двигателей. Затем были разработаны полиэфирные масла ПОЕ, заменившие ПАГ стационарных холодильных системах. Однако разработанные синтетические масла обладают существенными недостатками: несмешиваемостью с минеральными маслами, повышенной гигроскопичностью, более высокой стоимостью. Данное обстоятельство вызывает проблемы при сервисном обслуживании холодильных систем, в частности, при замене (ретрофите) традиционных хладагентов на хладагенты нового поколения.

В дальнейшем были разработаны озонобезопасные сервисные смеси, относящиеся к группе гидрофторуглеродов (ГФУ) (R404A, R407C и др.). Для снижения эксплуатационных затрат были получены смесевые хладагенты группы гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ).

Однако ни один из известных или недавно синтезированных индивидуальных хладагентов и смесей не обладает к настоящему времени в полной мере комплексом свойств, которые присущи запрещенным хладагентам.

Запрет на производство и применение R12 привел к увеличению мировой продажи R22: в частности, в 1994 г. она составила 207515 т. И хотя ХФУ в значительной степени вытеснены из бытовой холодильной техники, транспортных холодильных установок, торгового холодильного оборудования, промышленных кондиционеров, в странах Евросоюза к настоящему времени в действующем холодильном оборудовании все еще используется до 110 тыс. т ХФУ. В последние годы холодильная промышленность активно ищет замену хладагентам группы ГХФУ. Особенно остро этот вопрос стоит в США, где хладагенты группы ГХФУ используются в большинстве систем централизованного кондиционирования и тепловых насосов, а также во многих холодильных системах. В США почти 80 % новых домов, рассчитанных на одну семью, оборудованы централизованной системой кондиционирования, работающей на ГХФУ.