Параграф 1. Холодильный агент

ХЛАДАГЕНТ

Холодильный агент (хладагент) — рабочее вещество холодильной машины, которое при кипении отнимает теплоту от охлаждаемого объекта и затем после сжатия передаёт её охлаждающей среде за счёт конденсации (воде, воздухуи т. п.).

Хладагент является частным случаем теплоносителя. Важным отличием является использование теплоносителей в одном и том же агрегатном состоянии, в то время, как хладагенты обычно используют фазовый переход (кипение и конденсацию).

Основными холодильными агентами являются аммиак, фреоны (хладоны), элегаз и некоторые углеводороды. Следует различать хладагенты и криоагенты. У криоагентов нормальная температура кипения ниже, также к хладагентам предъявляются более высокие требования по взаимодействию с маслами компрессоров. В качестве холодильного агента при создании оксиликвита используется кислород.

Принципиальной разницей в использовании холодильных агентов в виде азота, гелия и т. д. является то, что жидкость расходуется и испаряется однократно (как правило, в атмосферу), то есть используется разомкнутый холодильный цикл. В холодильных машинах фреон или аналогичный газ работает по замкнутому циклу, сжимаясь при помощи компрессора, охлаждаясь в конденсаторе, расширяясь в дросселе или детандере, испаряясь в испарителе

Параграф 2. Виды хладагентов

Вот неполный перечень холодильных агентов, использовавшихся на протяжении ХIX-XX веков:

• воздух;

• хлористый этил;

• хлористый метил;

• аммиак;

• сернистый ангидрид;

• углекислота;

• закись азота;

• этилен;

• пропан и др.

В 1928 году Томас Мидгли синтезировал дифтодихлорметан, вещество, полученное из метана (СН4), в молекуле которого четыре атом водорода заменили двумя атомами хлора и двумя атомами фтора. Вещество было названо "фреон-12" (1931г).

В 1987 году в мире было произведено 1 млн 300 тыс. тонн разных синтетических хладагентов, полученных замещением атомов водорода атомами хлора, фтора и брома в молекулах предельных углеводородов – метана, этана, пропана и бутана. Эти бесцветные, без запаха, безвредные для человека и химически стабильные вещества позволили достигать температур до –130 ºС. Синтетические хладагенты стали применяться также в качестве пропеллентов, эффективных растворителей, как эффективное средство пожаротушения, для получения пенопластов, полимеров и эластомеров, для ингаляций, в качестве высокоэффективного газового диэлектрика, в качестве тепло- и хладоносителей, флегматизаторов горючих веществ, в лазерах, для синтеза лекарственных веществ, масел, пестицидов, пленок, средств защиты растений, красителей и т. п

Фреон представляет собой фторсодержащее производное от насыщенных углеводородов, которые сегодня так часто используются в качестве хладагентов в холодильном оборудовании.  На сегодняшний день существует более сорока видов разных фреонов.  Сами по себе фреоны – это бесцветные жидкости или газы, не имеющие запаха.  Физические и химические свойства фреона  - бесцветен;  - растворим в неполярных органических растворителях;  - плохо растворим в полярных растворителях и воде;  - фреон не горит на воздухе;  - абсолютно взрывобезопасен;  - устойчив к действию щелочей и кислот;  - при нагревании до температуры больше 250 градусов - образуется ядовитый продукт;  - устойчивы к действию кислот и щелочей;  Применение хладагентов, фреонов. Отрасли применения фреона.  - используется в качестве рабочего вещества - хладагента в холодильной технике;  - применяется в парфюмерии и медицине для создания аэрозолей;  - применяется в пожаротушении на опасных объектах (например, электростанции, корабли и т. д.);  Современный хладон или фреон, так же как и многие эпоксидные смолы абсолютно безопасны с точки зрения экологии, поэтому их можно использовать в самых разных сферах и областях промышленности.  В настоящее время хладон и фреон применяют в качестве газового диэлектрика, порообразователя при изготовлении пенопласта, пропеллента и индикатора при тестировании герметичности систем и т.п.  Кроме того фреон применяется в системах газового пожаротушения. Для газового пожаротушения фреон хорош тем, что его свойства позволяют легко вытеснять необходимый для горения кислород из зданий.  Новейшие установки газового пожаротушения имеют ряд преимуществ перед применением их водяными, пенными, аэрозольными или порошковыми аналогами.  Ранее в производстве холодильных установок применялся аммиак, однако небезопасность его использования заставила искать альтернативные хладагенты. Хладоны или фреоны относятся к хладагентам нового поколения, которые в настоящее время широко применяются в производстве различного холодильного оборудования бытового и промышленного назначения, такого как холодильники и кондиционеры.  Кроме того, современные марки хладагентов абсолютно безопасны для экологии, поэтому сфера их применения стала значительно шире. Сегодня их используют в качестве газового диэлектрика, порообразователя при производстве пенопласта, пропеллента и индикатора при тестировании герметичности систем. Также хладоны (фреоны) используются в системах газового пожаротушения. Эта область применения обусловлена свойством фреона - вытеснять необходимый для горения кислород из помещения. Необходимо отметить, что современные установки газового пожаротушения имеют ряд преимуществ перед использованием водяных, пенных, аэрозольных и порошковых аналогов. Одним из самых главных достоинств систем газового пожаротушения является их способность потушить огонь в любом месте помещения. А последствия их использования легко устраняются проветриванием, не принося еще большего материального ущерба. Кроме того, в отличие от других систем, установки газового пожаротушения устойчивы к воздействию температур, что также обуславливается физико-химическими свойствами фреона. 

 

Аммиа́к — NH₃, нитрид водорода, при нормальных условиях — бесцветный газ с резким характерным запахом (запахнашатырного спирта и мочи).

Плотность аммиака почти вдвое меньше, чем у воздуха, ПДКр.з. 20 мг/м3 — IV класс опасности (малоопасные вещества) по ГОСТ 12.1.007^[1]. Растворимость NH₃ в воде чрезвычайно велика — около 1200 объёмов (при 0 °C) или 700 объёмов (при 20 °C) в объёме воды. В холодильной технике носит название R717, где R — Refrigerant (хладагент), 7 — тип хладагента (неорганическое соединение), 17 — молекулярная масса.

Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды с атомом азота в вершине. Три неспаренных p-электрона атомаазота участвуют в образовании полярных ковалентных связей с 1s-электронами трёх атомов водорода (связи N−H), четвёртаяпара внешних электронов является неподелённой, она может образовать ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму с ионом водорода, образуя ион аммония NH₄⁺. Благодаря тому, что не связывающее двухэлектронное облако строго ориентировано в пространстве, молекула аммиака обладает высокой полярностью, что приводит к его хорошей растворимости в воде.

В жидком аммиаке молекулы связаны между собой водородными связями. Сравнение физических свойств жидкого аммиака с водой показывает, что аммиак имеет более низкие температуры кипения (t_кип −33,35 °C) и плавления (t_пл −77,70 °C), а также более низкую плотность, вязкость (вязкость жидкого аммиака в 7 раз меньше вязкости воды), проводимость и диэлектрическую проницаемость. Это в некоторой степени объясняется тем, что прочность этих связей в жидком аммиаке существенно ниже, чем у воды, а также тем, что в молекуле аммиака имеется лишь одна пара неподелённых электронов, в отличие от двух пар в молекуле воды, что не дает возможность образовывать разветвлённую сеть водородных связей между несколькими молекулами. Аммиак легко переходит в бесцветную жидкость с плотностью 681,4 кг/м³, сильно преломляющую свет. Подобно воде, жидкий аммиак сильно ассоциирован, главным образом за счёт образования водородных связей. Жидкий аммиак практически не проводит электрический ток. Жидкий аммиак — хороший растворитель для очень большого числа органических, а также для многих неорганических соединений. Твёрдый аммиак — бесцветные кубические кристаллы.