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主題： 液氨液氮弗里昂等制冷劑的區(qū)別！
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| 2013-09-01 12:22:02 |
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主題：液氨液氮弗里昂等制冷劑的區(qū)別！
繼今年６月東北發(fā)生液氨泄露死亡超過１００人后，昨天上海又發(fā)生同樣事件，而死亡了１５人，我們不禁要想，既然液氨這么大的毒性，為什么還要使用，有什么替代品？
以下是一些和液氨一樣常用的制冷劑的介紹.....
人們最早使用的冷凍劑是二氧化硫和氨。在1.01×105Pa時，二氧化硫于－10℃液化，氫在－33℃液化。若在常溫下，對二氧化硫施加2.525×105Pa，對氨施加8.888×105Pa，它們也能液化。這兩種物質也都不能燃燒。但美中不足的是，它們都有強烈的刺激性氣味，濃度大時還有毒性，并對金屬有腐蝕作用。不過，它們的價格比較便宜，所以至今仍用于大型冷凍機中。
氮氣的液化點約為-196攝氏度，且氮氣性質穩(wěn)定，無毒，故常做安全冷凍劑。氨氣易液化，液化后再氣化時能吸收大量的熱，故做致冷劑，雖有毒，但是在密閉的環(huán)境中使用的。
液氨，又稱為無水氨，是一種無色液體。氨作為一種重要的化工原料，應用廣泛，為運輸及儲存便利，通常將氣態(tài)的氨氣通過加壓或冷卻得到液態(tài)氨。液氨在工業(yè)上應用廣泛，而且具有腐蝕性，且容易揮發(fā)，所以其化學事故發(fā)生率相當高。
液氮：液態(tài)的氮氣。是惰性的，無色，無嗅，無腐蝕性，不可燃，溫度極低。氮構成了大氣的大部分（體積比78.03%，重量比75.5%）。氮是不活潑的，不支持燃燒；但是它不是維持生命的必要元素。汽化時大量收熱接觸造成凍傷。
氟里昂
氟里昂（freon）是氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的總稱，因此又稱“氟氯烷”或“氟氯烴”，可用符號“CFC”表示。氟里昂包括20多種化合物，其中最常用的是氟里昂-12（化學式CCl2F2），其次是氟里昂-11（化學式CCl3F）。氟里昂是一種性能優(yōu)良的冷凍劑，在家用電冰箱和空調機中廣泛使用。
該貼內容于 [2013-09-01 12:22:48] 最后編輯
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| 2013-09-01 12:22:06 |
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氟里昂
氟里昂（freon）是氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的總稱，因此又稱“氟氯烷”或“氟氯烴”，可用符號“CFC”表示。氟里昂包括20多種化合物，其中最常用的是氟里昂-12（化學式CCl2F2），其次是氟里昂-11（化學式CCl3F）。氟里昂是一種性能優(yōu)良的冷凍劑，在家用電冰箱和空調機中廣泛使用。
人們最早使用的冷凍劑是二氧化硫和氨。在1.01×105Pa時，二氧化硫于－10℃液化，氫在－33℃液化。若在常溫下，對二氧化硫施加2.525×105Pa，對氨施加8.888×105Pa，它們也能液化。這兩種物質也都不能燃燒。但美中不足的是，它們都有強烈的刺激性氣味，濃度大時還有毒性，并對金屬有腐蝕作用。不過，它們的價格比較便宜，所以至今仍用于大型冷凍機中。
美國化學家密得烈經(jīng)過長期的研究，終于制成了CCl2F2，即氟里昂-12。它的性能優(yōu)于二氧化硫和氨。
CCl2F2可由四氯化碳與無水氟化氫在催化劑存在下反應制得。
用SbCl5催化時，CCl2F2 產率為90％，CCl3F為9％，CClF3為0.5％；用FeCl3催化時，CCl2F2產率為75％，CCl3F為20％。
用氟里昂作冷凍劑，優(yōu)點很多：
（1）容易液化。如氟里昂-12，沸點－29.8℃；氟里昂-11，沸點－23.8℃；
（2）沒有氣味，沒有毒性。不像氨、二氧化硫那樣，一旦管道漏氣，就會產生強烈的刺激性氣味，甚至造成事故；
（3）不腐蝕金屬，這一點也優(yōu)于二氧化硫和氨；
（4）跟大多數(shù)有機物不同，氟里昂不能燃燒，因而避免了發(fā)生火災和爆炸的危險。
氟里昂有許多重要應用，除在冷凍裝置中作冷凍劑外，還常用作噴霧裝置中氣溶膠推進劑、電子器件清洗劑以及泡沫塑料的發(fā)泡劑等。
隨著環(huán)境科學的發(fā)展，人們逐漸認識到并越來越關注逸到大氣平流層中的氟里昂對臭氧的破壞作用。
臭氧層是地球生命的保護層，它大約能把太陽輻射來的高能紫外線的5％吸收掉，使地球上的生物免遭強紫外線的殺傷?？茖W家指出，地球大氣中臭氧每減少1％，就會增加5％的皮膚癌和2％的黑色素瘤疾患，并使農作物減產。如果沒有臭氧層的保護，所有強紫外輻射全部落到地面的話，那么，地球上的林木將會被烤焦，飛禽走獸都將被殺死。
臭氧層的破壞是觸目驚心的。近些年，在南極和北極上空都曾出現(xiàn)過巨大的季節(jié)性的臭氧“空洞”，空洞的面積有時相當于美國國土的2倍?？茖W觀測表明，1969～1986年，北緯30°～60°地區(qū)上空臭氧濃度下降了1.7％～3％。主要包括美國、歐洲、加拿大、日本、中國和前蘇聯(lián)人口稠密地區(qū)。近年來科學家還發(fā)現(xiàn)，臭氧層損耗的速度比預想的還要快。
為拯救臭氧層，大量減少并最終停止生產和使用氟里昂類物質，發(fā)達國家負有不可推卸的責任。1985年，聯(lián)合國通過了保護臭氧層公約，1987年通過了蒙特利爾議定書。我國政府批準了保護臭氧層公約，并于1991年宣布加入蒙特利爾議定書。1992年，我國編制了《中國消耗臭氧層物質逐步淘汰國家方案》，方案說，我國當前主要生產和消費氟里昂-12、氟里昂-11、氟里昂-113和哈龍-1211、哈龍-1301、四氯化碳、1，1，1-三氯乙烷等7種受控物質。我國將在2010年完全淘汰消耗臭氧層的物質。消耗臭氧層物質被淘汰后要有相應的替代物。
氟里昂的代價
氟里昂于30年代開發(fā)出來。屬于氯氟烴化合物（CFCs），氟里昂是它的商品名稱。它不易燃燒，不具腐蝕性，無毒，性能穩(wěn)定，價格便宜，作為一種工業(yè)用化學物質，被廣泛使用在各種冷凍空調的冷媒、電子和光學元件的清洗溶劑、化妝品等噴霧劑，以及泡沫塑料PU、PS、PE的發(fā)泡劑等等。從20世紀的30年代初到90年代的五六十年中，人類總共生產了1500萬噸氯氟烴。
在對氟里昂實行控制之前，全世界向大氣中排放的氟里昂已達到了2000萬噸。由于它們在大氣中的平均壽命達數(shù)百年，所以排放的大部分仍留在大氣層中，其中大部分仍然停留在對流層，一小部分升入平流層。
由于世界各主要工業(yè)國家多位北半球，因此北半球大氣中CFCs的平均濃度較南半球高。CFCs排出后在大氣中迅速擴散，但南北兩半球的大氣，要穿越赤道完全混合，需時約2年。北半球大氣中CFCs的平均年增率為4-5%，而南半球CFCs的平均濃度則較北半球約低8-10%，故南半球的CFCs大約也剛好是以落后北半球2年的時間，而以相同的速率在增加中。積存在對流層的大量CFCs，會隨著大氣運動進入平流層。對流層上部是「對流層頂」，對流層頂?shù)母叨雀鞯夭⒉幌嗤蚣竟?jié)和緯度而異，在赤道附近最高，約18公里；在高緯度的兩極，只有8公里左右，而且夏季比冬季略高。由于各地對流層頂高度不同，在緯度30度左右的副熱帶地區(qū)，產生不連續(xù)現(xiàn)象，「對流層頂缺口」（青藏高原也位于30度地區(qū)）。在這個缺口處，上下層空氣混合非常強烈，CFCs等物質便因而趁隙進入平流層。
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| 2013-09-01 12:24:19 |
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已知液氧、液氮和液氨的沸點分別為-183℃、-196℃和-33℃。
液氨最便宜..
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| 2013-09-01 23:03:16 |
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在19世紀八十年代到20世紀三十年代，CO2曾作為第一代制冷劑被廣泛地應用于制冷空調系統(tǒng)中，與氨制冷劑一樣，是當時最為常用的制冷工質。但從20世紀30年代以后，由于當時技術水平比較差，CO2制冷劑低臨界溫度（31.1℃）和較高的臨界壓力（7.38MPa），使得CO2蒸汽壓縮制冷循環(huán)效率較低，基本停用。然而從20世紀70年代起，由于發(fā)現(xiàn)了第二代制冷劑CFC和HCFC具有破壞大氣臭氧層的作用和較高的溫室效應，并且作為它們的替代制冷劑HFC同樣具有較高的溫室效應，而CO2作為天然工質，即不破壞臭氧層，全球溫室效應又低，而且無毒、不可燃，并具有單位容積制冷量高等優(yōu)點，又重新被人們所認識而獲得再興。近年來，對CO2作為環(huán)保制冷劑的研究一直是制冷空調技術領域中廣泛關注的熱點之一。
一、環(huán)保制冷劑的選擇原則
作為環(huán)保制冷劑除了考慮應滿足常規(guī)制冷劑在熱力學、物理化學及經(jīng)濟性方面的基本要求外，更重要的是考慮要滿足在安全性和環(huán)境影響方面的要求。
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制冷劑應在工作溫度范圍內不燃燒、不爆炸，無毒或低毒；滲透能力弱，易于撿漏；萬一泄露，無刺激性氣味，對人體健康無損害，與食品相接觸時無污染。
?。ǘ┉h(huán)境影響方面的要求
制冷劑存留于大氣中的壽命要短，以減少對人類賴以生存環(huán)境的影響。ODP（OzoneDeletionPotential）是表示制冷劑消耗大氣臭氧分子潛在程度的指標，是基于CFC-11為1.0的相對比較值。作為環(huán)保制冷劑ODP值應為零或盡可能地小，以減少對大氣臭氧層的破壞；GWP（Global
WarmingPotential）是衡量制冷工質對全球氣候變暖影響的指標，是基于作用100年的CO2為1.0的相對比較值，作為環(huán)保制冷劑GWP值要盡可能地低[1]。以減少對全球溫室效應影響；另外應無光霧反應，對大氣、水源和土壤等影響要少。
?。ㄈ崃W方面的要求
制冷劑的標準沸點要低，以滿足制冷獲得較低蒸發(fā)溫度的要求；工作壓力適宜，壓力比要小，以減小壓縮耗功和壓縮級數(shù)；汽化潛熱要大，單位容積制冷量要大些，以減少制冷劑的循環(huán)量，從而縮小制冷壓縮機的尺寸；導熱系數(shù)要高，以提高換熱設備的換熱效率。
?。ㄋ模┪锢砘瘜W方面的要求
制冷劑的密度和黏度要小，以減少制冷劑在制冷系統(tǒng)中的流動阻力；能與潤滑油良好相溶，以使壓縮機各部分得到充分潤滑；具有一定的吸水性，以免在系統(tǒng)的低溫部分產生冰塞現(xiàn)象，不腐蝕金屬，具有較好的化學穩(wěn)定性和絕緣性；熱穩(wěn)定性好，高溫下不分解。
（五）經(jīng)濟性方面的要求
生產工藝簡單，成本低，價格便宜，容易獲得。
二、CO2制冷劑的性質
（一）CO2制冷劑具有的主要優(yōu)勢
1．CO2是天然物質，ODP=0，GWP=1。使用CO2作為制冷工質，對大氣臭氧層沒有破壞作用，可以減少全球溫室效應，來源廣泛，勿需回收，可以大大降低制冷劑替代成本，節(jié)約能源，從根本上解決化合物對環(huán)境的污染問題，具有良好的經(jīng)濟性。
2．CO2安全無毒、不可燃，并具有良好的熱穩(wěn)定性，即使在高溫下也不會分解出有害的氣體。萬一泄漏對人體、食品、生態(tài)都無損害。
3．CO2具有與制冷循環(huán)和設備相適應的熱物性。分子量小，制冷能力大，0℃的單位制冷量比常規(guī)制冷劑高5～8倍，因而對于相同冷負荷的制冷系統(tǒng)，壓縮機的尺寸可以明顯減小，重量減輕，整個系統(tǒng)非常緊湊；潤滑條件容易滿足，對制冷系統(tǒng)常見材料無腐蝕，可以改善開啟式壓縮機的密封性能，減少泄漏。
4．CO2黏度小，0℃時CO2飽和液體的運動黏度只是NH3的5.2%、R12的23.8%[5]，流體的流動阻力小，傳熱性能比CFC類制冷劑更好，可以改善全封閉制冷壓縮機的散熱。
?。ǘ〤O2制冷劑存在的主要缺點及分析
1．CO2臨界壓力較高（7.38MPa），因此CO2跨臨界制冷循環(huán)的工作壓力較傳統(tǒng)的亞臨界兩相制冷循環(huán)的工作壓力高得多，約為傳統(tǒng)制冷工質CFC或HCFC系統(tǒng)壓力的６～８倍[4]。
所以制冷系統(tǒng)中工質流經(jīng)的管路系統(tǒng)必須經(jīng)安全性分析。但是由于CO2的單位容積制冷量約為常規(guī)制冷劑的5～8倍，系統(tǒng)所需的CO2容積流量很小，而設備內氣體的爆炸能量為壓力與容積乘積的函數(shù)，所以雖然系統(tǒng)的工質壓力高，但容積較小，其壓力和容積的乘積與常規(guī)工質相差不大，設備內氣體的爆炸能量增加的并不多。以可靠性理論為依據(jù)，根據(jù)CO2跨臨界制冷系統(tǒng)管道可靠性的不同影響因素及其變化規(guī)律，對不同管材情況下的可靠性進行深入地研究與分析，得到的結論是：當管路系統(tǒng)的管外徑給定時，只要合理地選擇管材和管壁厚度，就能保證系統(tǒng)在給定壓力下運行的可靠性和安全性，CO2跨臨界循環(huán)較高的運行壓力是可以得到合理解決的；現(xiàn)有鋼管基本可以直接應用，而現(xiàn)有銅管則需根據(jù)管徑和壁厚經(jīng)安全性分析后選用[6]。因此CO2運行工作壓力較高所引起的安全性問題，并不會影響CO2作為環(huán)保制冷劑推廣應用的障礙。
2．CO2單級壓縮跨臨界循環(huán)的性能系數(shù)COP比相同溫度條件下的R12、R22、R134a等常規(guī)制冷劑的制冷性能系數(shù)都低。針對CO2制冷循環(huán)性能系數(shù)低的缺點，學者們經(jīng)研究探索發(fā)現(xiàn)，完全可以通過完善系統(tǒng)循環(huán)方式、優(yōu)化系統(tǒng)設備來解決，如采用雙級壓縮和采用膨脹機回收一部分膨脹功的措施加以改善，來提高制冷循環(huán)效率。有理論分析表明，采用膨脹機CO2跨臨界循環(huán)的效率要高于常規(guī)制冷工質的節(jié)流膨脹循環(huán)[2]。
三、CO2制冷劑的應用前景
自前國際制冷學會主席G．Lorentzen提出采用CO2作為環(huán)保制冷劑及跨臨界循環(huán)理論以來[7]，CO2在環(huán)保和性能上的優(yōu)勢越來越多地吸引了世界各國學者研究的注意力，其系統(tǒng)和部件的開發(fā)也得到了很大的發(fā)展，現(xiàn)有研究結果表明，CO2系統(tǒng)在高環(huán)境溫度（45℃以上）時，制冷性能低于傳統(tǒng)系統(tǒng)，35～45℃間與傳統(tǒng)系統(tǒng)相近，35℃以下時性能更優(yōu)[5]。目前CO2跨臨界循環(huán)在汽車空調、熱泵、商用制冷裝置、食品冷藏冷凍等方面的應用前景都很好，性能都相當于甚至好于原來采用R22或R12或R134a的制冷裝置，特別適用于需要大的溫度變化的場合，而且在較低的蒸發(fā)溫度下性能較好[2]。
CO2作為一種天然制冷工質，就其物性特征而言，具有其他非天然工質不可比擬的優(yōu)勢。伴隨著CO2制冷系統(tǒng)研究工作的不斷深入，CO2作為新一代制冷工質將會得到進一步推廣，相信在不久的將來，汽車空調系統(tǒng)、商用制冷系
統(tǒng)、住宅空調系統(tǒng)以及各個生產企業(yè)的熱泵干燥系統(tǒng)將會大量使用CO2替代現(xiàn)有制冷工質。
四、結束語
作為制冷劑，人們希望它環(huán)保、高效、經(jīng)濟，但實際上并不存在一種十全十美的制冷劑。與其他制冷劑相比，CO2具有環(huán)保、安全、經(jīng)濟和單位容積制冷量等性能方面上的明顯優(yōu)勢，也有運行工作壓力和效率方面上的不足。目前的研究表明，只要合理選擇管材和管壁的厚度，可保證CO2系統(tǒng)在跨臨界壓力下運行的安全性和可靠性，而合理改善CO2跨臨界循環(huán)方式，可以有效地減少節(jié)流損失，提高系統(tǒng)的循環(huán)效率，CO2作為環(huán)保制冷劑之一，有著很好的應用前景，隨著制冷與空調技術領域的發(fā)展必將會得到廣泛應用。
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結構注釋
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