Файл: Шемаханов, М. М. Основы термодинамики и кондиционирования рудничной атмосферы учебник.pdf

Аммиак, например, не разъедает сталь и фосфористую бронзу, :но вредно воздействует на медь и ее сплавы. Утечка аммиака легко обнаруживается по его резкому запаху. Тем не менее холо­ дильные агенты не должны быть ядовитыми, не должны вызывать удушья и раздражения слизистых оболочек газа, носа и дыхатель­ ных путей человека. Токсические действия холодильных агентов приведены в табл. 12.

Т а б л и ц а 12

удушье, поэтому в настоящее время как холодильный агент он почти не применяется.

Кроме того, холодильные агенты должны быть дешевыми. Таким многообразным требованиям ни один холодильный агент полностью не удовлетворяет, и выбор его решается в каждом от­ дельном случае, учитывая назначение, условия работы и конструк­ тивные особенности установки.

Наибольшее применение имеют холодильные агенты: аммиак, углекислота и фреоны — фтористые и хлористые производные насыщенных углеводородов.

Аммиак — бесцветный газ с резким удушливым запахом; в со­ единении с воздухом при концентрации 16—25% по объему взры­ воопасен; в присутствии влаги разрушает цветные металлы (цинк, бронзу, медь и ее сплавы); хорошо растворим в воде. По своим термодинамическим свойствам аммиак является одним из лучших холодильных агентов. Он относится к холодильным агентам со средней температурой кипения и применяется главным образом в поршневых холодильных машинах и турбокомпрессорах при наинизшей температуре до —60° С.

Ф реоны . Химическая формула фреонов, полученных из на­ сыщенных углеводородов СтНп замещением атомов водорода ато­ мами хлора С1 и фтора F, имеет вид Cml\x¥vC\z (x + y + z = n).

Для фреонов приняты сокращенные обозначения. У производ­ ных без атома водорода записывают в начале для метанового ряда

170

цифру 1, этанового — число 11, пропанового — 21, бутанового — 31, а затем цифру, выражающую число атомов фтора. При наличии атомов водорода у производных метана прибавляют к первой цифре, а у других производных ко второй цифре число атомов водорода. Например:

Наиболее распространены фреон-12 и фреон-22. Физические свойства фреона различны в зависимости от числа атомов фтора, хлора и водорода. С уменьшением числа атомов водорода умень­ шается воспламеняемость фреона, а с увеличением числа атомов фтора уменьшаются токсичность и коррозионная активность, уве­ личивается химическая стабильность. С увеличением числа атомов хлора повышается нормальная температура кипения фреонов.

Основное преимущество фреонов — относительная безвред­ ность, химическая инертность, негорючесть и взрывобезопасность.

Фреон-12 (дифтордихлорметан CF2C12) — бесцветный газ со сла­ бым специфическим запахом, который ощущается при концентра­ циях более 20%. Фреон-12 достаточно безопасен, лишь при содер­ жании его в воздухе более 30% по объему наступает удушье от недостатка кислорода. Он не взрывоопасен, однако курить ц рабо­ тать в помещении, где имеются фреоновые установки, нельзя, так

171

как при ^>400° С при открытом пламени фреон-12 разлагается с образованием хлористого водорода, фтористого водорода и сле­ дов отравляющего газа фосгена. Фреон-12 в обезвоженном виде не действует на металлы, но растворяет ряд органических веществ. В качестве прокладок в установке с фреоном-12 необходимо при­ менять маслобензостойкую резину — севанит или паронит. Обла­ дает способностью проникать через малейшие неплотности.

Фреон-22 (дифтормонохлорметан CHF2C 1)— газ, более ядови­ тый, чем фреон-12, но не взрывоопасен, также нейтрален к ме­

В табл. 13 приведены физические параметры холодильных агентов.

Холодоносители

Холодоносители — жидкости, с помощью которых холод пере­ дается на расстояние. Обычно, когда холодильная установка об­ служивает ряд потребителей холода, применяют рассольное охлаждение, в котором незамерзающий рассол и служит промежу­ точным холодоносителем, отбирающим тепло от охлаждаемых тел. Рассол под действием насоса непрерывно циркулирует между ис­ парителем и объектом охлаждения.

Холодоносители должны иметь высокую теплоемкость, низкую температуру замерзания, хорошую теплопроводность, малую вяз­ кость и удельный вес. Кроме того, они должны быть достаточно химически неактивны и в незначительной степени корродировать металлы. Важными факторами, обусловливающими применение вещества как холодоносителя, являются также безвредность, безопасность и дешевизна.

Вода, вследствие высокой температуры замерзания, приме­ няется только в установках кондиционирования при температуре выше 0° С.

Наибольшее применение находят водные растворы хлористого натрия NaCl и хлористого кальция СаС12, иногда хлористого маг­ ния MgCl2. Такие рассолы следует применять при температуре выше температуры криогидратной точки для данного раствора, т. е. температуры, при которой раствор замерзает как однородная

стого магния —33,6°С при концентрации 20,6%. Так как концент­ рация может меняться, то обычно температуру замерзания рас­ твора принимают на 5—8° С ниже температуры кипения холодиль­ ного агента. Обычно NaCl применяют при температурах кипения холодильного агента не ниже — 16-=— 13° С, а СаС12 при более низких температурах.

172

Цикл паровой компрессионной холодильной установки

Компрессионные холодильные машины являются самыми рас­ пространенными. Обратный цикл Карно можно осуществить в па­ ровой компрессионной машине с расширительным цилиндром. Схема такой идеальной установки аналогична схеме воздушной холодильной машины (см. рис. 89) с той разницей, что вместо холодильника 2 устанавливают конденсатор, а вместо холодиль­ ной камеры — испаритель. Холодильный агент — легкокипягцая жидкость (при сравнительно низкой температуре). Пары холо­ дильного агента из испарителя поступают при давлении pi в ком­ прессор, где адиабатно сжимаются до давления р2, а затем в кон­ денсаторе обращаются в жидкость, кипящую при температуре насыщения iH2, которая соответствует давлению р%. В расширителе давление, вследствие адиабатного расширения, понижается до /ц, жидкость частично испаряется и температура рабочего тела пони­ жается до tn (температуры насыщения), соответствующей давле­ нию pi.

Для того чтобы этот цикл представлял собой цикл Карно, он должен быть проведен в области только влажного пара, где изо­ бары совпадают с изотермами. Для перегретого пара такой цикл не может быть осуществлен.

Рабочий процесс теоретического цикла паровой компрессионной машины отличается от цикла Карно следующим.

1. В схеме компрессионной машины вместо расширительного цилиндра предусматривается регулирующий дроссельный вентиль из соображений простоты его устройства, а также и из-за того, что в расширительный цилиндр поступает не пар, а жидкость, работа расширения при этом очень мала, а на механические по­ тери в цилиндре расходуется значительная часть работы.

При замене адиабатного расширения в цилиндре процессом дросселирования в регулирующем вентиле теряется работа расши­ рения и, как будет показано ниже, уменьшается холодопроизводительность.

2. Компрессор засасывает почти сухой пар холодильного агента (сухой ход компрессора), вследствие чего после адиабатного сжатия пар переходит в перегретое состояние. Сухой ход ком­ прессора позволяет увеличить холодопроизводительность уста­ новки и поэтому его поддерживают путем установки отделителя жидкости или терморегулирующего вентиля. При сухом ходе повы­ шается надежность работы компрессора, исключаются гидравли­ ческие удары, увеличивается объемный и внутренний к. п. д. ком­ прессора.

Схема цикла паровой компрессионной установки холодильной машины показана на рис. 92.

На рис. 93 рассматриваемый цикл показан в диаграмме Т—5 где:

1—2 — сжатие пара холодильного агента в компрессоре;

173