CC BY
60
Химическая технология
61
УДК 536.24.08+621. 564.25
П.Т Петрик, Е.Ю. Старикова К ВОПРОСУ ОБ ОЗОНОБЕЗОПАСНЫХ ХЛАДОНАХ
Хлорфторуглероды (ХФУ), впервые полученные в 1882 г., нашли практическое применение в качестве хладагентов в 30-х годах 20 столетия. В настоящее время их применяют в качестве пропеллентов в аэрозольных упаковках, вспенивате-лей, растворителей и др. Широкому применению ХФУ обязаны уникальным сочетанием свойств: они обладают высокой теплоемкостью, не горючи и не токсичны, т.е. практически безопасны в быту [1]. Большая часть ХФУ быстро попадает в атмосферу, а в результате циркуляционных процессов, по мнению большого числа ученых, и в стратосферу. ХФУ в стратосфере могут фотодиссо-циировать под действием ультрафиолетового солнечного излучения с выделением атомов хлора, либо атомов других галогенов, которые цепным путем будут разрушать озон. Каждый атом хлора, появившийся в стратосфере, может уничтожить до 105 молекул озона. А озонный слой оказывает существенное влияние на свойства атмосферы и обеспечивает условия существования флоры и фауны на поверхности Земли [2].
Озоноразрушающая активность ХФУ определяется наличием атомов хлора в молекуле и оценивается потенциалом разрушения озона ОБР. По озоноразрушающей активности хладагенты делятся на две группы:
- хладагенты с высокой разрушающей активностью (ОБР > 1,0) - это хлорфторуглероды (ХФУ или, по международному обозначению, CFC) Я11, Я12, Я13, Я113, Я114, Я115 и др. (или иначе СРС11, СРС12, СРС13 и т.д.);
- хладагенты с низкой озоноразрушающей активностью (ОБР < 0,1) - это гидрохлор-фторуглероды (ГХФУ или, по международной обозначению, HCFC) Я21, Я22, Я141Ъ, Я142Ъ,
Я123, Я124 (или иначе ИСБС21, ИСРС22, и т.д.) и др.
- хладагенты, не содержащие атомов хлора (фторуглеро-ды FC, гидрофторуглероды HFC, углеводороды HC и др.) считаются полностью озонобезопасными (0БР=0). Таковыми являются Я134, Я125, Я32, Я23, И218, КЯ116, Я717(аммиак) ит др. [3], а также И236 и Я227.
Производство ХФУ в мире достигло значительных масштабов и в конце 70-х гг. превысило 1 млн. т. До 1980 г. основное место в общем объеме производства ХФУ в развитых странах занимали озоноактивные Я11 и Я12. Причем большая их часть, до 65-70%, приходилась на производство аэрозольных упаковок, 25-30% - на холодильную технику (в основном Я12) и производство пенополиуретанов [4].
С конца 1970-х годов происходил поиск соединений, способных заменить ХФУ, не столь потенциально опасных для озо-носферы. Монреальским Протоколом запрещено использование всех озоноопасных хладонов группы CFC с 1 явваря 1996 г. Для менее озоноопасных хладагентов группы HСFС установлены более отдаленные сроки - сокращение их производства и использования с 2005 г. и полный запрет с 2020 г. Это определило пути современного развития производства хладагентов на многие годы.
В результате принятых мер по регулированию потребления ОВР озоновый слой начал восстанавливаться и полное его восстановление ожидается к середине текущего столетия [5].
Основные требования к альтернативным хладагентам:
- экологические - озонобе-зопасность, низкий потенциал глобального потепления, негорючесть, нетоксичность;
- термодинамические - максимальная приближенность к
заменяемым хладагентам по давлениям, температурам,
удельной объемной холодопро-изводительности, холодильному коэффициенту;
- эксплуатационные - термохимическая стабильность, химическая совместимость с материалами и холодильными маслами, достаточная взаимная растворимость с маслом для обеспечения его циркуляции, технологичность для применения;
- экономические - наличие товарного производства, доступные цены.
Практически невозможно выбрать альтернативный хладагент, отвечающий всем перечисленным требованиям, поэтому предпочтение следует отдавать таким, которые удовлетворяют принципиальным и определяющим требованиям. Альтернативными веществами могут быть чистые (простые) вещества и смеси. Предпочтение прежде всего отдается чистым веществам [3].
Как известно, парк холодильного оборудования, работающего на озоноопасном хладагенте Я12, огромен, и заменить его в короткие сроки на новую озонобезопасную технику практически невозможно. Более реалистичным решением этой проблемы сегодня является перевод холодильного оборудования на смесь хладагентов со свойствами, близкими к свойствам Я12, компоненты которой выпускаются отечественной промышленностью в достаточных объемах и имеют малую степень озоноактивности [6].
Можно с уверенностью сказать, что эпоха длительного господства в бытовых холодильных приборах одного хладагента, как это было с Я12 в течение более 60 лет, не повторится. В настоящее время, к сожалению, ситуация такова, что никто не владеет оконча-
62
П.Т Петрик, Е.Ю. Старикова
Таблица
Теплофизические свойства хладона И227 : М = 170 кг/кмоль; Ркр = 29,8 Бар; Ткр = 103,5 °С.
Ґ, °С Р', кг/м3 ц'-104, Па -с X', Вт/ (м-К) с Р, кДж/ (кг-К) ст -103, Н/м г, кДж /кг Ц' ' -106, Па -с X'' , Вт/ (м-К) с ' ' с Р > кДж/ (кг-К)
0 1487 3,6 0,08 1141 11,8 140 12,39 0,88 0,64
10 1451 3,14 0,075 1160 10,4 130,4 12,87 0,93 0,67
20 1413 2,78 0,071 1198 9,0 127,7 13,52 1,00 0,69
30 1375 2,45 0,066 1211 7,8 127,3 14,31 1,07 0,73
тельным решением проблемы экологически безопасного хладагента [7]. Поиск новых хладагентов, заменителей старых продолжается.
Авторами проведено изучение фторпроизводных пропана
- хладона Я236 (гексафторпро-пан С^Н) и И227 (гептафтор-пропан СзРуИ), описание
свойств которых не обнаружено в литературе, в отличие от свойств давно и широко используемых в холодильной технике хлорсодержащих хладонов. Сообщение об изучении свойств нового хладона Я236 представлено ранее [8].
Для расчета закономерностей теплообмена и использования новых хладонов в теплообменной аппаратуре необходимо знание не только их теплофизических свойств, но и коррозионной активности. Интерес к несодержащим хлор хладонам
объясняется также их более высокой термостабильностью, так как в результате термического разложения фтор- и хло-руглеродов образуются фторо- и хлорводород, хлор и др., в присутствии которых коррозия конструкционных материалов протекает весьма активно. Чем выше содержание фтора в молекуле хладона, тем выше его термостабильность.
Свойства хладона Я227 (таблица) предоставлены Институтом теплофизики СО РАН.
Основными теплообменными процессами, осуществляемыми при работе холодильной техники являются процессы конденсации и кипения различных рабочих тел. Нами были проведены исследования теплообмена при кипении и коденса-ции хладона Я227 в диапазоне температур от +70°С до -17°С и соответствующих давлений и
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
было установлено, что названный хладон устойчив к длительному кипячению (не разлагается, взрыво- и пожаробезопасен), не взаимодействует с испытанными нами материалами, используемыми в холодильных установках (латунь, алюминий АОО, сталь ШХ15, сталь 40, сталь 08Х18Н10Т, медь, паро-нит, фторопласт, стекло, кварцевое стекло) а, полученные значения коэффициентов теплоотдачи в соответствующих режимах имеют тот же порядок, что и для хладона Я12 [9, 10]. Проведенные исследования показали, что озонобезопасный хладон Я227 (С3Р7И) может быть рекомендован к использованию в холодильных установках в качестве чистого рабочего вещества или компонента смеси рабочих веществ.
1. Исидоров В.А. “Озоновый кризис” и возможные экологические последствия его разрешения // Российский химический журнал. 2001. Т. ХЬУ. № 1. С. 43-54.
2. Тальрозе В.Н., Ларин И.К. Химическая физика озонного слоя // Успехи химии. 1991. Т. 60. Вып. 3. С. 507-513.
4. Гидаспов Б.В., Максимов Б.Н. Проблемы применения фреонов в холодильной технике // Холодильная техника. 1989. №3. С. 2-4.
6. Букин В.Г., Шуршев В.Ф., Данилова Г.Н. Экспериментальное исследование теплообмена при кипении смеси Я22 / Я142Ъ в испарителе холодильной машины. // Холодильная техника. 1996. №3. С. 10-11.
7. Факты о фреонах // Холодильная техника. 1997. №4. С. 34-35.
3. Сапронов В.И. Озонобезопасная холодильная техника // Холодильная техника. 1996. №4. С. 10-12.
5. Смыслов В.И. Семинар компании “Дюпон” в Москве // Холодильная техника. 2002. №7. С. 4-5.
8. Петрик П. Т., Богомолов А.Р., Дворовенко И. В., Старикова Е.Ю., Петрик И.П., Дадонов П.В. Определение свойств жидкого хладона Я236 // Вестн. КузГТУ. 1998. №1. С. 31-33.
9. Петрик П. Т, Старикова Е.Ю., Дворовенко И. В.,. Богомолов А.Р. Кипение хладонов на трубах разной ориентации, помещенных в зернистые слои // ИФЖ. 2002. Т. 75. №1. С. 109-111.
10. Петрик П.Т., Старикова Е.Ю., Дадонов П.В. Исследование теплообмена при кипении хладона И227 на наклонных трубах // Вестн. КузГТУ. 2000. №6. С. 14-15.
□ Авторы статьи:
Петрик Старикова
Павел Трофимович Елена Юрьевна
- докт. техн. наук, проф., зав. каф. процессов, - канд. техн. наук, доц. каф. процессов, машин и
машин и аппаратов химических производств аппаратов химических производств
