Tài liệu Môi chất lạnh docx

- Môi chất làm nhiệm vụ mang nhiệt từ nơi có nhiệt độ thấp để thải ra nơi có nhiệt độ cao hơn → đây là thành phần không thể thiếu của máy lạnh nén hơi... - Hiệu ứng nhà kính, xuất phát

Môi chất lạnh

- Môi chất là chất môi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để hấp thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh và tải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn (là vật chất tuần hoàn trong hệ thống lạnh).

- Môi chất làm nhiệm vụ mang nhiệt từ nơi có nhiệt

độ thấp để thải ra nơi có nhiệt độ cao hơn → đây là thành phần không thể thiếu của máy lạnh nén hơi

Phân loại

– Dựa vào thành phần hóa học:

• Môi chất vô cơ: NH3(R717), CO2 (R744), …

• Môi chất hữu cơ: hydrocacbon, halocacbon…

– Dựa vào nhiệt độ sôi và áp suất bão hòa

• Môi chất có áp suất sôi cao: R744

• Môi chất có áp suất sôi trung bình:R123, R134

• Nhóm môi chất có áp suất sôi thấp:R717, R507

Ngoài ra còn dựa vào tính độc hại và tính

dễ cháy nổ để phân loại

• KÍ HIỆU CỦA CÁC MÔI CHẤT LẠNH freôn:

Kí hiệu các môi chất lạnh thường bắt đầu bằng R, sau đó là 3 chữ số

Ví dụ: R113:

R 1 1 3

số lượng nguyên tử flo trong phân tử

số lượng nguyên tử hydro +1

số lượng nguyên tử cacbon -1

chữ đầu của Refrigerant

• Số lượng nguyên tử clo có thể xác định dễ dàng nhờ số hóa trị còn lại của các nguyên tử cacbon, thí dụ R113 có 3 flo 0 hiđro và 2 cacbon là dẫn xuất của C2H6 vậy công thức hóa học của R113 là

C Cl F nếu có thành phần brom thì sau ký hiệu có

• Các dẫn xuất từ mêtan CH4 có chữ số đầu tiên = 0 nên không viết Đó là trường hợp của

R11, R12…

• Các chất đồng phân có thêm chữ a, b để phân biệt : R134a: CH2F-CF3

• Quy tắc giới thiệu mở rộng đến prôpan C3H8

(R290), tiếp theo butan (C4H10) là R600.

• Các olêfin (dẫn xuất từ hydrocacbon chưa no)

có số 1 trước 3 chữ số : C2F4 ký hiệu R1114(CF2=CF2 – tetraflo etylen).

• Các hợp chất có cấu trúc vòng có thêm chữ C: C F Kí hiệu RC318.

• Các hỗn hợp không đồng sôi: là hỗn hợp các môi chất thành phần có nhiệt độ sôi cách nhau hơn 15độ Hỗn hợp có nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ sôi thay đổi khi áp suất ngưng tụ và áp suất sôi không đổi.

• Các hỗn hợp đồng sôi: là hỗn hợp thường

có 2 hoặc 3 thành phần,mục đích là để tăng cường các ưu điểm và hạn chế các nhược điểm của các đơn chất Thường các chất thành phần có nhiệt độ sôi không chênh nhau quá 10độ

KÍ HIỆU CỦA CÁC MÔI CHẤT LẠNH vô cơ:

Các môi chất vô cơ có chữ R và sau đó là 3 chữ số, chữ số thứ nhất là 7 còn 2 chữ số sau

là phân tử lượng làm tròn.

Ví dụ: amoniac: R717, cacbonđioxit: R744…

Phân tử ôzôn có hoạt tính cao, khi bị tia cực tím chạm phải, lại tách ra thành phân tử ôxy và một ôxy nguyên tử, một quá trình liên tục gọi là chu

kỳ ôxy-ôzôn.

Trước khi bắt đầu xu hướng suy giảm ôzôn, lượng ôzôn trong tầng bình lưu được giữ ổn định nhờ vào cân bằng giữa sự tạo thành và phân hủy các phân tử ôzôn nhờ vào tia cực tím

TẦNG OZON VÀ SỰ SUY THOÁI

- Tầng ozôn là lá chắn của trái đất chống lại tia cực tím có hại của mặt trời Khi nó bị phá hủy tia cực tím xuống được trái đất làm cháy

da và gây ra các bệnh ung thư da.

Ôzôn có thể bị phá hủy bởi các nguyên tử

clo , flo hay brôm trong bầu khí quyển Các nguyên tố này có trong một số hợp chất bền nhất định, đặc biệt là chlorofluorocacbon (CFCs,HCFCs), đi vào tầng bình lưu và được giải phóng bởi các tia cực tím

Người ta tính rằng một phân tử CFC, HCFC mất trung bình là 15 năm để đi từ mặt đất lên đến các tầng trên của khí quyển và có thể ở đó khoảng một thế kỷ, phá hủy đến cả trăm ngàn phân tử ôzôn

Ví dụ: R11.

Dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời chúng phân hủy ra các nguyên tử clo, clo xúc tác phá hủy ozôn thành oxy

Cl· + O 3 → ClO· + O 2 ClO· + O 3 → Cl· + 2 O 2

Để đánh giá khả̉ năng phá hủy tầng ozon của các môi chất lạnh khác nhau người ta đưa ra chỉ số phá hủy tầng ozon

• ODP (Ozon Depletion Potential) là chỉ số phá hủy ozon.Lấy chuẩn ODP của R11=1

• Các chất làm suy giảm ozon (ODS – Ozone

Depleting Substances có ODP >0)

HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH

Nhiệt độ trung bình của bề mặt trái đất được quyết định bởi cân bằng giữa năng lượng mặt trời chiếu xuống trái đất và lượng bức xạ nhiệt của mặt đất vào vũ trụ.Ở trạng thái ổn định nhiệt độ của trái đất là 150C

Bức xạ nhiệt của mặt trời là bức xạ có sóng ngắn nên dễ dàng xuyên qua tầng ozon và lớp khí CO2 để đi tới mặt đất, ngược lại bức xạ nhiệt

từ trái đất vào vũ trụ là bước sóng dài , không có khả năng xuyên qua lớp khí CO2 dày và bị CO2+ hơi nước trong khí quyển hấp thụ.

Như vậy lượng nhiệt này làm cho nhiệt độ bầu khí quyển bao quanh trái đất tăng lên

• Lớp khí CO2 có tác dụng như một lớp kính giữ nhiệt lượng tỏa ngược vào vũ trụ của trái đất trên quy mô toàn cầu Bên cạnh CO2 còn có một

số khí khác cũng được gọi chung là khí nhà kính như NOx, Metan, CFC.

Để đánh giá khả̉ năng làm nóng địa cầu của các môi chất lạnh khác nhau người ta đưa ra chỉ số làm nóng địa cầu

• GWP ( Global Warming Potential) là chỉ số làm nóng địa cầu, người ta lấy GWP của CO2=1

- Hiệu ứng nhà kính, xuất phát từ effet de serre

trong tiếng Pháp, do Jean Baptiste Joseph Fourier lần đầu tiên đặt tên,

- Hiệu ứng nhà kính dùng để chỉ hiệu ứng xảy ra khi năng lượng bức xạ của tia sáng mặt trời, xuyên qua các cửa sổ hoặc mái nhà bằng kính, được hấp thụ và phân tán trở lại thành nhiệt lượng cho bầu không gian bên trong, dẫn đến việc sưởi ấm toàn

bộ không gian bên trong chứ không phải chỉ ở những chỗ được chiếu sáng.

Hiệu ứng này đã được sử dụng từ lâu trong các nhà kính trồng cây Ngoài ra hiệu ứng nhà kính còn được sử dụng trong kiến trúc, dùng năng lượng mặt trời một cách thụ động để tiết kiệm chất đốt sưởi ấm nhà ở.

Từ khoảng 100 năm nay con người tác động mạnh vào sự cân bằng nhạy cảm giữa hiệu ứng nhà kính tự nhiên và tia bức

xạ của mặt trời Sự thay đổi nồng độ của các khí nhà kính trong vòng 100 năm lại đây (điôxít cacbon tăng 20%, mêtan tăng 90%) đã làm tăng nhiệt độ lên 20°C.

• CFC (clo-flo-cacbon) là các chất nguy hiểm nhất kể cả với tầng ozon và hiệu ứng nhà kính Thành phần hóa học chỉ gồm Clo, Flo và Cacbon như R11, R12… các chất này đứng đầu danh sách các chất bị cấm.

• HCFC (hydro-clo-flo-cacbon) là các chất ít nguy hiểm hơn Ngoài thành phần Clo, Flo chúng có chứa 1 hoặc nhiều nguyên tử hyđro Chính thành phần hyđro làm cho chúng bị phân hủy nhanh và khả năng phá hủy tầng ozon giảm Tuy nhiên các chất này vẫn gây hiệu ứng nhà kính cao Tùy theo tính chất cụ thể của từng môi chất, chúng có thể được lựa chọn là môi chất quá độ đến năm 2020- 2030 Đại diện tiêu biểu là R22 và R123

• HFC (hydro-flo-cacbon) là các chất không phá hủy tầng ozon, nhưng vẫn gây hiệu ứng nhà kính Đại diện là R134a

YÊU CẦU ĐỐI VỚI MÔI CHẤT LẠNH

• Tính chất hóa học

- Môi chất cần bền vững về mặt hóa học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc, không được phân hủy, không được polime hóa.

- Môi chất phải trơ, không ăn mòn các vật liệu chế tạo máy, dầu bôi trơn, oxy trong không khí và hơi ẩm.

- An toàn, không dễ cháy và dễ nổ.

Tính chất lý học

• Áp suất ngưng tụ không quá cao, nếu áp

suất ngưng tụ quá cao độ bền chi tiết yêu cầu lớn, vách thiết bị dày, dễ rò rỉ môi chất.

• Áp suất bay hơi không quá nhỏ, phải lớn

hơn áp suất khí quyển để hệ thống không

bị chân không, dễ rò lọt không khí vào hệ thống.

• Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ

• Nhiệt ẩn hóa hơi và nhiệt dung riêng của môi chất lỏng càng lớn càng tốt Nhiệt ẩn hóa hơi càng lớn, lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống nhỏ năng suất lạnh riêng khối lượng càng lớn.

• Năng suất lạnh riêng thể tích càng lớn càng tốt, máy nén và các thiết bị sẽ gọn nhẹ

Tính chất lý học

• Độ nhớt nhiệt động càng nhỏ càng tốt để giảm tổn thất trên đường ống và các cửa van

• Hệ số dẫn nhiệt λ, tỏa nhiệt α càng lớn càng tốt, vì thiết bị trao đổi nhiệt sẽ gọn nhẹ hơn.

• Môi chất hòa tan dầu hoàn toàn có ưu điểm hơn môi chất không hòa tan hoặc hòa tan hạn chế vì quá trình bôi trơn tốt

• Không được dẫn điện để có thể sử dụng cho máy nén kín và nửa kín.

• Khả năng hòa tan nước của môi chất càng lớn càng tốt vì tránh được hiện tượng tắc ẩm cho bộ phận tiết lưu,

Tính chất sinh lý

• Môi chất không được độc hại với người và cơ

thể sống, không gây phản ứng với cơ quan hô hấp, không tạo khí độc khi tiếp xúc với lửa hàn

và vật liệu chế tạo máy

• Môi chất cần có mùi đặc biệt để dễ dàng phát

hiện khi bị rò rỉ

• Môi chất không được ảnh hưởng xấu đến chất

lượng các sản phẩm bảo quản

- Năng suất lạnh riêng khối lượng q0 lớn

- Năng suất lạnh riêng thể tích qv lớn (máy nén và thiết bị gọn nhẹ)

- Nhiệt độ cuối tầm nén cao (làm mát đầu xi lanh và phải hút hơi bão hòa)

- Độ nhớt nhỏ, tính lưu động cao (tổn thất áp suất nhỏ, đường ống và các van gọn nhẹ)

Các thông số trạng thái ở 00C

Đơn vị Lỏng Hơi

Áp suất Mpa 0,43 0,43Thể tích riêng dm3/kg 1,57 289,3Nhiệt dung riêng

- Đẳng áp

- Đẳng tích

kJ/(kg.K) kJ/(kg.K)

4,26 2,80

2,68 1,92

Độ nhớt 10-6 Pa.s 170,09 9,06

Hệ số dẫn nhiệt W/(m.K) 0,559 0,023Sức căng bề mặt N/m 0,033Nhiệt hóa hơi kJ/kg 1262,2

Tính chất hóa học

– Bền vững trong khoảng nhiệt độ và áp suất công tác, chỉ phân hủy ở 2600C (Tuy nhiên nếu bề mặt xi lanh làm bằng thép và có mặt ẩm làm chất xúc tác thì ở nhiệt độ 110 -1200C đã bị phân hủy)

– NH3 không tác dụng với phi kim, kim loại đen chế tạo máy và kim loại màu( trừ Cu và hợp kim của Cu)

– NH3 hòa tan vô tận trong H2O (không bị tắc ẩm van tiết lưu nhưng phải khống chế ẩm <0,1%)

– NH3 không hòa tan dầu bôi trơn

– Hỗn hợp với Hg sẽ gây nổ

– Khi có ngọn lửa NH có thể gây cháy nổ ở nồng độ

– NH3 làm giảm chất lượng thực phẩm

Phạm vi áp dụng

– NH3 được sử dụng cho hệ thống lạnh nén hơi dùng máy nén hơi 1 cấp – 2 cấp để chạy cho các kho bảo quản, điều hòa không khí và các máy lạnh hấp thụ…

– NH3 có khả năng dẫn điện nên chỉ sử dụng cho máy lạnh dùng máy nén hở

– NH3 không sử dụng cho máy lạnh có công suất nhỏ

– NH3 dùng trong máy nén piston và trục vít hở

Nơi sản suất

- Công ty Phân đạm và Hoá chất Hà Bắc sản xuất NH3 từ nguyên liệu ban đầu là than đá (được chuyển hoá thành khí tổng hợp) với công suất nhỏ.

- Nhà máy Phân đạm Phú Mỹ (tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu) và Nhà máy Phân đạm Cà Mau (tỉnh

Cà Mau) sử dụng nguyên liệu ban đầu là khí đốt (khí thiên nhiên hoặc khí đồng hành đã được làm giàu metan) có công suất (mỗi nhà máy) khoảng 500 nghìn tấn A/năm.

• Nếu ngưng tụ bằng H2O ở tng =300C, png=1,3MPa

• Nếu ngưng tụ bằng không khí tng= 420C,

png=1,6MPa

- Nhiệt độ cuối tầm nén trung bình

- Áp suất bay hơi lớn hơn áp suất khí quyển

- Năng suất lạnh riêng thể tích lớn (máy gọn nhẹ)

- Độ nhớt lớn, tính lưu động kém so với

NH3(đường ống cửa van lớn hơn so với hệ thống NH3)

1,17 0,67

0,74 0,57

Độ nhớt 10-6 Pa.s 218,22 11,50

Hệ số dẫn nhiệt W/(m.K) 0,095 0,009Sức căng bề mặt N/m 0,012Nhiệt hóa hơi kJ/kg 205,1

• Tính chất hóa học

– Bền vững trong khoảng nhiệt độ và áp suất công tác– R22 không ăn mòn kim loại, và phi kim chế tạo máy nhưng hòa tan và làm trương phồng cao su, chất dẻo– R22 không hòa tan nước

– Hòa tan hạn chế dầu bôi trơn( không hoà tan ở -40 ÷ -200C)

– R22 có tính tẩy rửa hệ thống

• Tính chất điện

– R22 không dẫn điện ở thể hơi (dùng cho máy nén kín

và nửa kín) nhưng dẫn điện ở thể lỏng, tuyệt đối không để lỏng lọt về máy nén

• Phạm vi ứng dụng

R22 được sử dụng trong hệ thống lạnh nén hơi 1÷2 cấp dùng để lắp cho các kho bảo quản nguyên liệu, máy sản xuất nước đá, sân trượt, hệ thống máy lạnh ghép nối…, đặc biệt R22 sử dụng cho điều hòa không khí.

• Ga lạnh dưới dạng lỏng Freon R22

- Trọng lượng 13,6Kg/bình

– Nhiệt dung riêng của lỏng sôi: 1,26kJ/kg.K

– Độ hòa tan nước ở 250C: 2.2g/kg

– Hệ số dẫn nhiệt ở 250C của lỏng sôi: 0,0823 W/m.K và của hơi bão hòa: 0,0143 W/m.K

− ρ (00C) =0,508kg/dm3

– ODP =0 GWP =0.26

Các thông số trạng thái ở 00C

Đơn vị Lỏng Hơi

Áp suất Mpa 0,29 0,29Thể tích riêng dm3/kg 0,77 69,31Nhiệt dung riêng

- Đẳng áp

- Đẳng tích

kJ/(kg.K) kJ/(kg.K)

1,34 0,88

0,90 0,76

Độ nhớt 10-6 Pa.s 271,08 10,73

Hệ số dẫn nhiệt W/(m.K) 0,092 0,012

• Cũng như R12, R134a phù hợp với kim loại, hợp kim và phi kim loại chế tạo máy ,(trừ Zn, Mg,

Pb và hợp kim nhôm với thành phần Mg >2% khối lượng) Đối với phi kim loại tính phù hợp cao hơn R12

• R134a có chỉ số làm nóng địa cầu bằng 90% của R12 và có nhiều đặc tính giống R12 như:

- Không gây cháy nổ

- Không độc hại, không ảnh hưởng xấu tới cơ thể sống

- Tương đối bền vững hóa và nhiệt

- Có các tính chất tốt với kim loại chế tạo máy

- Có tính chất nhiệt động và vật lý phù hợp

• Ứng dụng

• Dùng làm môi chất lạnh trong tủ lạnh và hệ thống lạnh ô tô

• Là môi chất làm lạnh tiêu chuẩn công nghiệp mới cho điều hòa không khí và tủ ướp lạnh

• R134a dùng trong máy nén nửa kín, trục vít

và tua bin

• Ở Nhật Bản, năm 2002: 85% tủ lạnh dùng R134a

R407C (R32/R125/R134a):23/25/52%

- Là môi chất thay thế cho R22 (năng suất lạnh riêng thể tích và hiệu suất lạnh tương đương với R22)

Các thông số trạng thái ở 00C

Đơn vị Lỏng Hơi

Áp suất Mpa 0,57 0,46Thể tích riêng dm3/kg 0,81 50,77Nhiệt dung riêng

- Đẳng áp

- Đẳng tích

kJ/(kg.K) kJ/(kg.K)

1,41 0,87

0,96 0,77

Độ nhớt 10-6 Pa.s 209,09 11,41

Hệ số dẫn nhiệt W/(m.K) 0,103 0,012Sức căng bề mặt N/m 0,011Nhiệt hóa hơi kJ/kg 208,9

• Ở Ý, hãng Delonghi đã cho ra đời ba mẫu máy điều hoà phòng RAC môi chất R290 (propan)

Các thông số trạng thái ở 00C

Đơn vị Lỏng Hơi

Áp suất Mpa 0,47 0,47Thể tích riêng dm3/kg 1,89 96,53Nhiệt dung riêng:

- Đẳng áp

- Đẳng tích

kJ/(kg.K) kJ/(kg.K)

2,51 1,58

1,77 1,45

Độ nhớt 10-6 Pa.s 125,93 7,45

Hệ số dẫn nhiệt W/(m.K) 0,106 0,016Sức căng bề mặt N/m 0,010Nhiệt hóa hơi kJ/kg 374,5

R404A R125/R143/R134a:44/52/4%

Tính chất

• Nhiệt độ sôi: -46,60C

• Nhiệt độ tới hạn: 72,10C

• ODP= 0; GWP= 3260

• Áp suất tới hạn: 3,74 Mpa

• Không cháy nhưng độc hại so với R502

• Bền vững hóa học và không ăn mòn vật liệu chế tạo máy

• Không hòa tan dầu khoáng, chỉ hòa tan dầu P0

Các thông số trạng thái ở 00C

Đơn vị Lỏng Hơi

Áp suất Mpa 0,61 0,60Thể tích riêng dm3/kg 0,87 32,73

Nhiệt dung riêng:

- Đẳng áp

- Đẳng tích

kJ/(kg.K) kJ/(kg.K)

1,38 0,87

1,02 0,82

Độ nhớt 10-6 Pa.s 177,26 11,06

Hệ số dẫn nhiệt W/(m.K) 0,078 0,013Sức căng bề mặt N/m 0,008Nhiệt hóa hơi kJ/kg 165,3