Хладагенты и хладоносители кратко

Обновлено: 25.06.2024

В отличие от хладагентов хладоносители при переносе тепла не меняют своего агрегатного состояния. Это значит хладагенты в процессе работы установки испаряются и конденсируются.
а хладоносители постоянно в жидком состоянии

Отличие - от неба до земли. Хладоагент (например, аммиак) , благодаря своим некоторым физическим свойствам, циркулирует ВНУТРИ холодильной машины, обеспечивая "создание холода". Хладоноситель (например, рассол) циркулирует ВНЕ холодильной машины (но "внутри холодильного АГРЕГАТА) , унося "создаваемый ею холод" к телам, подлежащим охлаждению.

Хладагент - вещество (или смесь веществ) , которое участвует в работе холодильной машины, циклически меняет агрегатное состояние. Хладоноситель только переносит холод, как правило, за пределы машины. В принципе, хладоносителем может быть и газ.

Холодильный агент (хладагент) переносит тепло по холодильному контуру от испарителя, где оно поглощается хладагентом при испарении, к конденсатору, где оно передается в окружающую среду при конденсации. В качестве хладагентов обычно используют аммиак, фреоны и ряд углеводородов.

В соответствии с системой, разработанной Международной организацией по стандартизации, названия хладагентов включают букву R (refrigerant) и цифру, обозначающую марку и структуру.

Хладагенты климатического и холодильного оборудования имеют разную температуру кипения (в холодильных системах - до −18ºС, в климатических – от +2 до +5ºС) и некоторые другие свойства. Поэтому некоторые хладагенты используются только в холодильном оборудовании (R600, изобутан), некоторые – только в климатическом (R410A), некоторые – и там и там.

Для разного холодильного оборудования требуются хладагенты с разными характеристиками (прежде всего, температурой кипения). Самыми лучшими термодинамическими свойствами обладает аммиак, который применяют в холодильных установках с температурой -15 – 25ºС а также для охлаждения до -70ºС в вакууме. Аммиак дешев, но токсичен, горюч и взрывоопасен в определенной концентрации.

Фреоны: безопасность, технологии и стоимость

Наибольшее распространение получили фреоны – производные насыщенных углеводородов (чаще метана и этана), содержащие атомы фтора или хлора, реже - брома. Фреоны нетоксичны, термостойки, не горят и не взрываются, но разрушают озоновый слой атмосферы, поскольку содержат хлор. В соответствии с Монреальским протоколом по веществам, разрушающим озоновый слой, подписанным в 1987 году, производство фреонов с большим потенциалом разрушения озона было постепенно прекращено. Под запрет попали хлорфторуглероды(R11, R12, R113, R114, R115) и бромфторуглероды (R12B1, R13B1). Для их замены вначале применяли смеси хладагентов с малым потенциалом разрушения озона (гидрохлорфторуглеродов). Основой этих смесей служит хладагент R22, к которому добавляют хладагенты с малым или нулевым потенциалом разрушения озона.

В последующем Монреальский протокол был пересмотрен в сторону ужесточения. В настоящее время действует политика полного отказа от гидрохлорфторуглеродов, к которым относится R22, и гидрофторуглеродов.

Хладагент R22 все еще широко используется, особенно в мощных промышленных системах. На него приходится значительная доля потребляемых хладагентов. Для его замены используются смеси R404а, , R410, R134a, R32, многокомпонентные смеси R422D, R417A, R427A (на основе R134a, R125, R143a и R32), смеси R218 c фреонами RE347mcc, R846 и R32.

Но все эти вещества относятся к синтетическим фреонам с гидрофторуглеродами, использование которых в нестоящее время ограничивается. Общемировой тенденцией становится переход на природные хладагенты – углеводороды, аммиак, диоксид углерода. Так, в промышленных холодильных системах и супермаркетах сейчас распространяется использование каскадных схем охлаждения. В них для верхней ступени охлаждения в качестве хладагента используется аммиак, а в нижней - диоксид углерода.

Рис. Хладагенты, не разрушающие озоновый слой и замещаемые ими фреоны, которые выводятся из употреблени я

Несмотря на это, на нашем рынке пока доминирует холодильное оборудование, в котором используются синтетические хладагенты. Оно дешевле, особенно если речь идет о бывшем в употреблении оборудовании из развитых стран, где оно постепенно заменяется современным оборудованием на озонобезопасных хладагентах. Но при покупке оборудования надо учитывать доступность хладагента, который в нем используется, его цена (для ряда устаревших хладагентов она растет по мере прекращения производства) и возможность его замены современными озонобезопасными аналогами.

Хладоносители

В отличие от хладагентов хладоносители при переносе тепла не меняют своего агрегатного состояния. В холодильном оборудовании в качестве хладоносителей используются вода, рассолы и антифризы. Вода применяется для охлаждения объемов до температур выше 0ºС, поэтому используется редко. Для снижения температуры замерзания хладоносителя и расширения диапазона рабочих температур чаще всего применяют рассолы хлористого натрия и хлористого калия. В качестве антифризов применяются водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля.

Хладоносители - это вещества, с помощью которых теплота от охлаждаемых объектов передается хладагенту.

Основные требования, предъявляемые к хладоносителям:

а) низкая температура замерзания. Она должна быть ниже температуры испарения хладагента в испарителе на 5-8 градусов;

б) большая теплоемкость и теплопроводность;

в) малые вязкость и плотность;

г) химическая нейтральность к конструкционным материалам;

д) химическая стойкость и безвредность;

е) невысокая стоимость и доступность.

Практически нет таких хладоносителей, которые бы полностью удовлетворяли указанным требованиям.

Самый доступный хладоноситель - вода. Но так как температура замерзания высока (0 °C), то используется вода только в системах кондиционирования воздуха и технологических процессах при положительных температурах.

При отрицательных температурах широко используются водные растворы солей NaCl, CaCl2 и MgCl2 - рассолы. Теплофизические свойства рассолов, в том числе и температура замерзания, зависят от концентрации соли в растворе.

У всех рассолов существует так называемая криогидратная или эвтектическая концентрация, где раствор имеет самую низкую температуру замерзания. При дальнейшем увеличении концентрации соли температура замерзания раствора возрастает.

При охлаждении растворов (любой концентрации) до температуры лежащей ниже кривых приводит к выпадению либо льда, либо соли, что изменяет концентрацию рассола. При дальнейшем охлаждении раствор достигает состояния в криогидратной точке, при котором он полностью заморозится.

Параметры криогидратных точек:

для NaCl - Гк=-21,2 °C; ^=28,9 %;

для MgCl2 - Гк=-33,6 °C; ^к=27,6 %;

для CaCl2 - Гк=-55 °C; ^=42,55 %.

Наиболее широко распространен в качестве хладоносителя раствор CaCl2. Он же обладает наиболее высокой коррозионной активностью. Необходимым условием для возникновения коррозии является наличие кислорода. В открытых системах рассол насыщен кислородом примерно в 4 раза больше, чем в закрытых, вследствие чего коррозия в них намного интенсивнее.

С наименьшей интенсивностью коррозия протекает в растворах, где поддерживают слабощелочную реакцию (pH 7,5-8,5), которую достигают добавлением в него некоторого количества каустической соды и известкового молока. Наиболее эффективным средством является добавление в рассол пассиваторов: силиката натрия, бихромата натрия, фосфорной кислоты. В закрытой рассольной системе при использовании тщательно очищенных солей коррозия минимальна.

В рассолы иногда добавляют высокомолекулярные соединения (полиокс или полиакриламид - полимеры линейной структуры) в количествах 0,3-0,07%. Эти соединения способствуют уменьшению потерь на трение, увеличению производительности насосов и пропускной способности трубопроводов.

Последнее время все чаще в качестве хладоносителей применяются водные растворы гликолей. Водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля, а также спиртов называют антифризами. У них более низкая температура замерзания, меньшая агрессивность к конструкционным материалам, но большая стоимость.

Хладоносителями называются специальные жидкости, которые, в отличие от хладагентов, не вырабатывают холод путем поглощения энергии, а лишь переносят его от устройства получения, то есть, испарителя, до объекта потребления – камеры, бака или другой емкости.

Если сравнить энергопотребление двух типов резервуаров охладителей молока, непосредственного охлаждения и с промежуточным хладоносителем, которые работают в одинаковых условиях (при равных тепловой нагрузке и температуре воздуха в охлаждающейся емкости), то первый окажется более экономичным. Объясняется это разными требованиями по температуре кипения хладагента. Если вещество находится в испарителе, расположенном в охлаждаемой среде, то температура его кипения может быть на 5 – 8 град С выше, чем при использовании хладоносителя. Кроме того, дополнительная энергия нужна еще и для работы насосов, обеспечивающих циркуляцию хладоносителя.

Тем не менее, в некоторых случаях ванна охлаждения для молока с промежуточным хладоносителем оказывается более предпочтительной, не смотря на высокое потребление энергии:

Применяется установка непосредственного охлаждения, работающая на аммиаке, использование которого в данных условиях недопустимо из-за высокой токсичности.
Холодильный агрегат обеспечивает значительное количество потребителей, находящихся на удалении друг от друга и требующих разной конечной температуры охлаждаемого продукта.
В винодельческой, пивоваренной и молочной промышленности к условиям хранения продуктов и танкам охладителям иногда предъявляются специальные технологические требования, при которых использование системы непосредственного охлаждения невозможно.

Виды хладоносителей

Вода является лучшим решением при выборе хладоносителя в тех случаях, когда отрицательные значения не требуются. После испарителя она выходит при + 0,1 — +1,0 град С и этого вполне достаточно для того, чтобы обеспечить быстрое и значительное понижение температуры в емкости для охлаждения молока. Вода дешевая и доступная, негорючая и нетоксичная. Она отличается малой вязкостью, слабой коррозионной активностью и довольно высокой удельной теплоемкостью.

Практически единственным недостатком воды, с точки зрения использования в качестве хладоносителя, является невозможность применения там, где нужны отрицательные температуры. В таких случаях выручают рассолы.

Рассолы

Эвтектическим называют раствор (в данном случае – рассол), в котором концентрация частиц твердого вещества (соли) находится на критической отметке. При постоянном давлении система находится в равновесии, а растворенные компоненты кристаллизуются при самой низкой для нее температуре. Если понизить или повысить концентрацию, то температура замерзания раствора также изменится.

В технологических линиях хранения и охлаждения молока чаще всего применяются два рассола: водные растворы хлористого кальция (СаСl2) и хлористого натрия (NaCl). Для первого эвтектическая концентрация составляет 29,9%, для второго – 23%. При таких значениях температура замерзания будет, соответственно, - 55 град С и – 21,1 град С.

При работе с твердыми охлаждаемыми пищевыми продуктами надо учитывать, что от контакта с хлористым кальцием у них появляется привкус горечи, что недопустимо.

По сравнению с водой, рассолы имеют меньшую теплопроводность и удельную теплоемкость. Это значит, что, при повышении концентрации солей, заданную холодопроизводительность можно обеспечить увеличением объема циркулирующего в системе раствора. Возрастет и плотность жидкости, из-за чего привод перекачивающего насоса будет работать с повышенным энергопотреблением.

В процессе охлаждения молока принимают во внимание и тот факт, что водный раствор хлористого натрия имеет более высокую коррозионную активность, чем хлористого кальция. С другой стороны, NaCl дешевле, чем СаСl2.

Хладоносителями могут быть не только рассолы. Кроме них, используются и другие технические жидкости, отличающиеся малой коррозионной активностью и низкой температурой замерзания. Это антифризы: пропиленгликоль, этиленгликоль, глицерин и метанол (метиловый спирт). Не смотря на то, что они стоят заметно дороже, чем рассолы NaCl и СаСl2, при выборе хладоносителя их превосходные технические характеристики часто становятся решающим аргументом.

Читайте также: