制冷剂与压焓图课件

第一章制冷的基本原理，1-4制冷剂和压力焓图，1。制冷剂的作用：制冷剂是制冷系统完成制冷循环的必要工作介质。制冷剂在制冷系统中不断与外界进行热交换。制冷剂通过压缩机的工作将待冷却物体的热量持续传递给外部环境，从而实现制冷。制冷剂在蒸发器中以低压和低温蒸发，在冷凝器中以高压和常温冷凝，因此只有在工作温度范围内能够蒸发和冷凝的物质才能用作制冷剂。大多数制冷剂在大气压力和环境温度下都是气态的。制冷系统中制冷剂的状态只有物理变化，没有化学变化。如果系统不泄漏，制冷可以循环使用很长时间。常用制冷剂的分类和命名。无机化合物，2。饱和烃，3。不饱和烃，4。氟利昂，5。共沸溶液，6。非共沸溶液，7。有机化合物，8。环状有机化合物，1。按化学成分分类，2。按工作温度和压力分类，1。高温低压，2。中温中压，3。低温高压，1。无机化合物，主要有：氨、空气、水、二氧化碳等。代号由字母R7组成，如氨(NH3)-R717、水- R718、空气- R729。它们是早期使用的天然制冷剂。2.饱和烃，主要是：甲烷(CH4)-R50；乙烷(CH3CH 3)-R170；丙烷(CH2CH 2 CH3)-R290；丁烷(CH3CH 2 CH2CH 33)-R600；异丁烷(CH3) 3)-R600A。从经济角度来看，它们是很好的制冷剂，但是易燃且安全性差。3.不饱和烃，其名称是“1”，以r命名。主要是乙烯R1150和丙烯R1270。Freons是饱和烃和卤代烃的卤素元素的衍生物，主要由甲烷、乙烷和丙烷生产。其分子通式为：CmHnFpClqBrr氟利昂代码为：R(m-1)(n 1)(p)B(r)如果r=0，则可省略B。例如，二氯二氟甲烷Cl2F 2-R12；氯二氟甲烷chclf 2-R22；四氟乙烷CH2FCF 3R134a，5。共沸溶液(混合制冷剂)由两种以上互溶的单组分制冷剂组成，在常温下按一定比例混合。名称是R500序列号中数字，例如，R501是R22和R12的混合物，质量比为75/25。R502是R22和R115的混合物，质量比为48.8/51.2。特点：它在一定压力下具有恒定的沸点，就像一组单一的制冷剂。但与单组制冷剂不同的是，在相同的工况下，蒸发温度降低，制冷量增加，化学稳定性好，压缩机排气温度降低，这可以使闭式压缩机电机得到更好的冷却，提高制冷循环性能。表1:共沸制冷剂的组成和沸点。6.非共沸溶液(混合制冷剂)由两种或两种以上沸点相差较大的单组分制冷剂溶液组成，它们之间不形成共沸物。当溶液被加热时，尽管在相同的蒸发压力下，挥发性蒸发比大，难以挥发的蒸发比小。因此在整个蒸发过程中温度会发生变化。因此，相变过程不是等温的。制冷循环可以获得较低蒸发温度，且制冷量可以增加。例如，R407C由(R32/R125/R134a)组成；R410a是(R32/R125)的混合物。特性：不与矿物冷冻油互溶，可溶于聚酯合成冷冻油。有机化合物，主要是有机氧化物、有机硫化物和有机氮化物。名称写在R600序列号中，6后的1代表氧化物、2硫化物和3氮化物。例如，乙醚C2H 5OC2H 5-R610；甲胺CH3NH2-R630。8.环状有机化合物以R命名，先加字母C，然后是氟利昂编号规则。(2)根据工作温度和压力，一个大气压下30的冷凝压力分为：1。高温低压、沸点在0以上、冷凝压力小于0.3兆帕的制冷剂，包括R11、R21和R114。2.具有标准沸点的中温中压制冷剂制冷剂的环境保护、臭氧层破坏和温室效应是当今的全球性环境问题，对人类健康和人类赖以生存的生态环境造成了巨大的危害。大气中的总臭氧层包括平流层和对流层，它们对人类有不同的影响。地面以上10公里处的臭氧约占臭氧总量的80%，可以吸收大部分太阳紫外线辐射。这层臭氧层通常被称为臭氧层。平流层臭氧的减少是南极臭氧空洞和全球臭氧减少的主要原因。离地面10公里以内的对流层臭氧约占臭氧总量的15%。对流层臭氧的增加将增强温室效应。平流层，3.1臭氧层破坏，1。对人类健康的影响。臭氧层被破坏后，其吸收紫外线的能力大大降低，这大大增加了人类接受过量紫外线辐射的机会。一方面，过量的紫外线辐射会破坏人体免疫系统，给人体自身免疫系统造成障碍，增加患呼吸道传染病的人数。另一方面，过量的紫外线辐射会增加皮肤癌的发病率。据统计，全球每年约有10万人死于皮肤癌，其中大部分与过度紫外线辐射有关。臭氧层每消耗1%的臭氧，皮肤癌的发病率就会增加2%。此外，过量的紫外线辐射还会诱发各种眼科疾病，如白内障、角膜肿瘤等。2.它将影响农作物的生产。实验表明，过量的紫外线辐射会使植物叶片变小，减少植物的光合作用面积，从而影响农作物的产量。同时，过量的紫外线辐射也会影响一些作物种子的质量，使作物更容易受到杂草和害虫的伤害。对大豆的初步研究表明，臭氧层厚度减少了25%，大豆产量将减少20%-25%。哪些气体会破坏臭氧层？臭氧层将在氯、氟和溴原子附近被破坏。这些元素包含在非常稳定的含氯氟烃(如氟利昂)中。这些气体分子上升到平流层，在紫外线辐射后，它们分解成各种单元素气体，破坏臭氧。这些气体比空气重，最终会降落在地球表面，与有机物质反应后被吸收。但是平流层中的大量臭氧已经被破坏了。氯是最具破坏性的，它破坏了10万倍的臭氧。1973年，美国化学家马里奥莫利纳首次提出氟利昂对臭氧层有影响。氟利昂是一种含氯氟烃，20多年来一直被用作冰箱和空调的制冷剂。然而，当时没有学者测试臭氧层的厚度，对臭氧层的研究也不多。各国政府都不在乎。臭氧层上的洞是在南极研究期间逐渐发现的。这些研究是在地面和空中一起测量的，由不同的国家联合测量。3.3、臭氧层破坏引起的实验，最著名的是1987年代表19个组织和4个国家，在智利的蓬塔阿雷纳斯进行的一项大规模研究，即空中南极臭氧实验。实验表明，臭氧洞在1987年达到了历史上最大的规模，引起了科学界和政界的关注。与此同时，持氟利昂臭氧层破坏观点的学者认为，南极上空出现臭氧空洞的原因是那里的极端寒冷。他们认为，无论云中粒子的性质和组成如何，当表面温度低于-73摄氏度时，任何形式的氯转化都会发生成活性氯的化学反应。当南极洲处于温暖季节(11月至3月)时，南极洲上空臭氧层中的氯化合物仅受太阳紫外线辐射的影响，并且分解缓慢。然而，当进入极度寒冷的冬季(4月至10月)，气温可达-88.3摄氏度。云层中的冷粒子成为释放活性氯的化学反应的催化剂，这进一步破坏了南极上空的臭氧，从而产生臭氧洞。3.4臭氧层破坏和蒙特利尔议定书的缔结。1974年，美国科学家莫林和罗兰宣布氯在20世纪30年代，含氟制冷剂在被研究和发明后进入美国的商业生产。前苏联、日本和欧洲国家紧随其后。氟利昂的应用范围也由制冷剂转变为制冷剂，其产量日益增加。到1974年，全球氟利昂产量已超过80万吨。1986年，全世界消耗臭氧层物质的年消费量达到100多万吨。人类已经向大气中释放了超过1500万吨的含氯氟烃。是人类自己陷入了目前的尴尬境地。在国际社会的共同努力下，该条约于1985年3月10日签署。1987年，保护臭氧层维也纳公约生效。根据“责任共担但有区别”的原则，联合国对发达国家和发展中国家使用臭氧消耗物质实行了时间限制，并设立了一个多边基金来帮助发展中国家执行公约。因此，臭氧消耗物质的生产和消费逐年减少，臭氧空洞的扩大得到了有效控制。1987年，联合国环境保护组织在加拿大蒙特利尔举行了一次会议。36个国家和10个国际组织联合签署了关于消耗臭氧层物质的。中国于1992年正式宣布加入修订后的关于消耗大气臭氧层物质的蒙特利尔议定书。对于氟氯化碳：发达国家，从1996年1月1日起将完全停止生产和消费。对发展中国家来说，暂停的最后日期是2010年。对于氟氯烃，发达国家自1996年以来一直冻结生产，2004年削减生产，2020年完全停止使用。在发展中国家，生产将从2016年开始冻结，到2040年完全停止。上述时间表可能会进一步提前。R12和R22目前已被禁止。R134a是日本和美国的无氟替代制冷剂。R600a是中国最好的无氟替代制冷剂。3.5中国官方添加蒙特利尔议定书。卤代烃(氟利昂)是链饱和烃的氟、氯和溴衍生物的通用名。可分为八大类：全氟烃-全氟化碳，碳氢化合物中的氢原子被氟取代，具有无毒、不燃、结构稳定、不易分解、不影响臭氧层的特点。如CF4、C2F6等。(2)氯氟烃-氯氟化碳，其中碳氢化合物中的氢被氯和氟完全取代，氯原子在紫外线照射下分解；例如R11、R12等。(3)氢氯氟烃-氢氯氟烃，其中氢被氯和氟部分取代，如R22等。臭氧层仍有一些损害，它只能在有限的时间内用作过渡物质。(4)环境保护视角下的氟利昂分类，(续)环境保护视角下的氟利昂分类，(4)氢氟烃-氢氟碳化合物，其中氢原子部分被氟取代，没有氯原子；如R134a、R410a、R407c等。因此，它不会破坏臭氧层，是取代氟氯化碳的首选。(5)碳氢化合物碳氢化合物，碳氢化合物，如丙烷R290、丁烷R600、异丁烷R600a等。总氯代烃氯代烃，其中烃的所有氢原子都被氯取代，如R10等。氯代烃-碳氢化合物，碳氢化合物的氢原子被氯部分取代，如R40、R30等。溴氟醚-BCFC，如氯氟醚溴化亚铜等能分离氯和溴，消耗臭氧分子，很少用作制冷剂，主要是灭火剂。4.2制冷剂类别和环境保护。科学家的研究证实，R11、R12、R13和其他含氯氟烃制冷剂在排放后泄漏或扩散到地球平流层，会破坏臭氧层，导致紫外线对地球生物的破坏。另一方面，含氯氟烃的排放会加剧地球的温室效应，并像二氧化碳一样升高地球的温度。含氯氟烃中的含氯元素对臭氧层的损害最大，是禁用的制冷剂。然而，由于氢氯氟烃中氢元素的存在，大大削弱了臭氧层的破坏，氢氯氟烃目前可以连续使用，是一种过渡性制冷剂。至于无氯氢氟碳化合物，它们不会破坏臭氧层，已引起国际社会的关注，并成为替代制冷剂。氢氟碳化合物和碳氢化合物不含氯5.1.1美国工业和环境健康专家大会使用最大允许浓度指数作为毒性指数。美国杜邦公司使用(AEL)作为毒性指数。以上两个指标的数量非常接近。如果这些指标的值不小于1000，则认为制冷剂无毒。注：虽然有些氟利昂制冷剂毒性低，但在高温或火焰的作用下会分解剧毒的光气。使用时要特别注意！例如，R12和R22。5.1.2制冷剂毒性指数：制冷剂总允许值或AEL值，请找出有毒制冷剂：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _。5.2易燃性和爆炸性(LFL)各种制冷剂的易燃性和爆炸性差异很大。当空气中可燃制冷剂的含量达到一定范围时，暴露在明火下会爆炸。因此，应尽可能避免使用。必要时，应采取防火防爆安全措施。它由最小燃烧浓度值(LFL)表示。注：No表示不燃烧，na表示未知。5.3.1安全分类国际标准ISO 5149-93和美国标准ANSI/ASHRAE 34-92极大地调整了制冷剂的安全分类，结合了毒性和易燃性，并规定了六个安全等级。a表示低毒性；b表示高毒性。第1类：不可燃；2级易燃；第三类是爆炸性的。5.3.2部分制冷剂的安全分类和6.1安全环保要求：对人体生命和健康无害，即无毒性、窒息性和刺激性；对食物应该没有反应。(2)应符合环境要求，耗氧潜能值(ODP)和全球变暖潜能值(GWP)应尽可能小，以减少对大气臭氧层的损害和导致全球变暖。(3)在工作温度范围内不燃烧、不爆炸，避免使用易燃易爆制冷剂，使用时必须有防火防爆安全措施。(4)原料来源广泛，价格低廉，制造工艺简单，易于获取。6.制冷剂性能要求和选择6.2热力学要求：温度要求两低一高：一。制冷剂的沸点必须低才能获得较低的蒸发温度。冰点应该很低，以确保在较宽的温度范围内安全运行。临界温度应该很高，可以在常温下冷凝和液化。(2)中等压力要求：答：在低温下工作，蒸发压力最好不低于大气压力，以防止外部空气或湿气渗入系统。b在常温下，冷凝压力不应过高，以避免压缩功和重型设备的过度消耗，降低设备的强度要求和成本，降低泄漏的可能性和密封的难度。冷凝压力与蒸发压力之比(Pk/P0)和压力差(Pk-P0)不应过大，以免压缩最终温度过高和压缩气体传输系数降低。(3)单位体积的制冷量尽可能大，以减少制冷剂的循环并减小压缩机的尺寸。降低能耗，提高效率。(4)小绝热指数可以降低压缩过程中的功耗，最终压缩温度不高。6.3物理和化学要求：粘度和密度应较小，以减少制冷剂在系统中流动的阻力损失