Природные хладагенты R717 и R723 как альтернатива ГХФУ и ХФУ

Аммиак и холодильные масла. Аммиак имеет приемлемую стоимость и не причиняет вреда окружающей среде. Однако из-за его токсичности и воспламеняемости необходимо иметь как можно более низкий уровень заправки аммиака. Для всевозможных вариантов холодильных систем предписывается максимально допустимый объем заправки (например, допускается заправка 2,5 кг аммиака без предъявления каких-либо специальных требований к установке). Это позволяет конструировать компактные системы, которые будут иметь сходные параметры с фторуглеродными холодильными системами холодопроизводительностью до 25 кВт.

Однако есть одно важное условие - надежный возврат масла в компрессор. Это выполнимо, если масло, по крайней мере, частично растворяется в аммиаке (в противном случае вязкость масла будет слишком высокой при низких температурах кипения). Остатки масла и его пленка на стенках значительно снижают теплопередачу в испарителе.

Поэтому первым шагом был поиск масел, растворимых в аммиаке. Было выявлено, что полиалкиленгликолевые (PAG) масла наиболее подходят для этой цели, и большинство производителей могут предложить PAG-масла с полной и частичной растворимостью.

Однако при применении PAG-масел возникают проблемы, когда в закрытом холодильном контуре содержание воды превышает 1000 ррт. Такая концентрация достигается очень быстро из-за высокой гигроскопичности PAG-масел, и аммиачная холодильная система становится похожей на фторуглеродную, где необходимым условием является отсутствие воды в холодильном контуре.

Удовлетворительным считается содержание воды в контуре, равное 400 ррт для аммиака и 350 ррт для масел PAG.

Хладагент - смесь с аммиаком. Другим способом улучшения возврата масла в компрессор является создание смеси хладагентов, которая будет хорошо растворять масло.

Первым шагом изучения было использование в смеси аминов, сходных с аммиаком (2 или 3 атома водорода в аммиаке замещаются на группу СН3). Таким способом достигался требуемый эффект улучшения смешиваемости, но огромная разница в температуре кипения по сравнению с аммиаком негативно сказалась на термодинамических свойствах смеси. Кроме того, токсические свойства смеси были хуже (заметно более низкий уровень допустимой концентрации на рабочем месте и при этом неприятный запах).

Диметилэфир - замечательный растворитель, который часто используется как пропелент в аэрозолях. Температура его кипения при нормальных условиях равна -26 оС. Предел воспламеняемости для диметилэфира в воздухе составляет 3,4% по объему, что значительно выше, чем у углеводородов. Во многих случаях диметилэфир применяется как альтернатива изобутану в качестве хладагента.

Исследования привели к удивительному результату - аммиак и диметилэфир формируют азеотропную смесь. Ее состав зависит от температуры. В соответствии с этим была найдена оптимальная концентрация аммиака 60 %, при которой азеотропная смесь максимально «азеотропна», т.е. давление пара смеси больше, чем давление компонентов. По молекулярной массе смеси в соответствии с номенклатурой неорганических хладагентов ей было дано обозначение R723. Необходимо подчеркнуть, что азеотропные смеси ведут себя как однокомпонентные вещества, и разделение компонентов исключено. Это очень важно с точки зрения пожарной безопасности: минимальная взрывоопасная концентрация смеси в воздухе составляет 6 %, что оказывается ниже, чем у чистого аммиака, но при этом смесь еще остается в классе безопасности 2 в соответствии с правилами VBG20.

Еще статьи по экологии

Экологические последствия ядерной войны
В истории развития человечества есть множество событий, открытий, свершений которыми мы можем гордиться, приносящих благо и красоту в этот мир. Но в противовес им вся история человеческой ц ...

Сырьевые ресурсы
Природные минеральные ресурсы нашей планеты колоссальны, но имеют конечную величину. Наши знания об этих ресурсах увеличиваются, а возможности их добычи растут по мере технического прогресс ...

Экологические проблемы при добыче и переработке медно-молибденовой руды
Современное состояние горно-добывающей промышленности характеризуется сильным влиянием на экологическую ситуацию в пределах региона добычи полезного ископаемого. Медь широко применяется в промышленнос ...