制冷剂与压焓图

3.2 哪些气体可以破坏臭氧层？
• 臭氧层在氯原子，氟原子和溴原子附近会被毁坏。 这些元素含在很稳定的氟氯烃(如氟里昂)中。这些 气体分子升到平流层，在紫外线照射之后，分解成 各种单元素气体，破坏臭氧。这些气体比空气重， 最终会降落到地球表面，和有机物质反应之后被吸 收。但是在平流层已经破坏了很多臭氧。氯气破坏 性最大，可以破坏它十万倍的臭氧。
⑵按工作温度压力分：
• 在一个大气压下，环温30℃下的冷凝压力分为： • 1. 高温低压制冷剂，沸点在0℃以上，冷凝压 力小于0.3MPa的制冷剂，包括R11、R21、R114。 • 2.中温中压制冷剂，标准沸点在-60℃~0℃范围 内，压力在03MPa~2MPa范围内的制冷，包括 R717、R12、R22、R502等。 • 3.低温高压制冷剂，标准沸点低于-60℃，冷凝 压力高于2MPa的制冷剂，包括R13、R14、R503。
第一章
制冷基本原理
§1-4 制冷剂与压焓图
一、制冷剂的作用：
• 制冷剂是制冷系统完成制冷循环所必需的工作 介质。制冷剂在制冷系统中不断的与外界发生 热交换。 • 制冷剂借助压缩机的做功，将被冷却对象的热 量连续不断传递给外界环境，从而实现制冷。 • 制冷剂在蒸发器中是低压低温下汽化，在冷凝 器中是高压常温下凝结，因此只有在工作温度 范围内能气化和凝结的物质才能作为制冷剂。 多数制冷剂在大气压力和环境温度下是气态。 • 制冷剂在制冷系统中状态只发生物理变化，没 有化学变化。如果系统不泄漏，制冷可以长期 循环使用。

（续）氟里昂从环保角度的分类
Ⅱ
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④ 氢氟烃-HFCs，碳氢化合物中氢原子部分被氟 置换，没有氯原子；如R134a、R410a、R407c等。 因此不破坏臭氧层，是替代CFCs的首选物质。 ⑤ 碳氢化合物-HC，碳氢化合物，如丙烷R290、 丁烷R600、异丁烷 R600a等。 ⑥ 全氯代烃-PCCs，碳氢化合物氢原子全部被氯 置换，如：R10等。 ⑦ 含氯代烃-HCCs，碳氢化合物氢原子部分被氯 置换，如：R40、R30等。 ⑧ 溴氟烷烃-BCFC，这类氟里昂如CClF2Br等能 分离出氯和溴，会消耗臭氧分子，很少用于制冷 剂，主要是灭火剂。
5.共沸溶液类（混合制冷剂）
• 由两种以上互溶的单组分制冷剂组成，在常温 下按一定比例混合而成。命名是R500序号中编 号，例如：R501是R22和R12按质量比75/25混合。 R502是R22和R115按质量比48.8/51.2混合。 • 特点：在一定压力下具有恒定沸点，和单组制 冷剂一样。但它比单组制冷剂区别是，在相同 工作条件下，①蒸发温度变低，②制冷量增大， ③化学稳定性好，④压缩机排气温度降低，它 可使封闭压缩机电机得到更好的冷却，改善提 高制冷循环性能。
四、氟里昂从环保角度的分类 Ⅰ
• 卤代烃（氟里昂）是链状饱和碳氢化合物的氟、 氯、溴衍生物的总称。可以分为八类： ① 全卤代烃-PFCs，碳氢化合物中氢原子被氟 置换，具有无毒不燃的性质，结构稳定，不易 分解，对臭氧层不产生影响。如CF4、C2F6等。
② 氯氟烃-CFCs，碳氢化合物中氢全被氯和氟 置换，在紫外线照射下分解出氯原子；如R11， R12等。 ③ 氢氯氟烃-HCFCs，碳氢化合物中氢部分被氯 和氟置换，如R22等。对臭氧层仍有一定的破坏， 只能作为过渡性物质，限期使用。
平流层
3.1 臭氧层被破坏的危害
• 1.会影响人类的健康。 臭氧层被破坏后，其吸收紫外线 的能力大大降低，使得人类接受过量紫外线辐射的机会大 大增加了。一方面，过量的紫外线辐射会破坏人的免疫系 统，使人的自身免疫系统出现障碍，患呼吸道系统传染性 疾病的人数大量增加；另一方面，过量的紫外线辐射会增 加皮肤癌的发病率。据统计，全世界范围内每年大约有10 万人死于皮肤癌，大多数病例与过量紫外线辐射有关。臭 氧层的臭氧每损耗1％，皮肤癌的发病率就会增加 2％。 另外，过量紫外线辐射还会诱发各种眼科疾病，如白内障、 角膜肿瘤等。 • 2. 会影响农作物的生产。 实验表明，过量的紫外线辐射 会使植物叶片变小，减少了植物进行光合作用的面积，从 而影响作物的产量同时，过量紫外线辐射还会影响到部分 农作物种子的质量，使农作物更易受杂草和病虫害的损害。 一项对大豆的初步研究表明，臭氧层厚度减少25％，大豆 将会减产20％－25％。
• HFCs和HC这一类不含氯的制冷剂，对环境无害。
• 它们的命名是在R后面先写“1”主要有： 乙烯R1150， 丙烯R1270。
4.氟里昂类
• 它是饱和碳氢化合物的卤族元素的衍生物总称， 卤代烃的一类.生产氟里昂主要是甲烷、乙烷、 丙烷。它的分子通式是：CmHnFpClqBrr 氟 里昂的代号是: R（m-1)(n+1)(p)B(r) 若 r=0,B可省去。 例如：二氯二氟甲烷 CCl2F2–R12；一氯二氟甲 烷 CHClF2–R22；四氟乙烷 CH2FCF3–R134a
6.非共沸溶液类（混合制冷剂）
• 由两种以上沸点相差较大的，相互不形成共沸的 单组分制冷剂溶液组成。其溶液在加热时，虽然 在相同蒸发压力下，易挥发的蒸发比例大，难挥 发的蒸发比例小。使得整个蒸发过程中温度在变 化。所以相变过程是不等温的。能使制冷循环获 得更低蒸发温度，可增大制冷量。 • 例如： R407C 由（R32/R125/ R134a）组成 ； R410a 由(R32/R125)组成的混合物 。
2.饱和碳氢化合物类
• 主要有:甲烷（CH4）-R50； 乙烷（CH3CH3）R170； 丙烷（CH2CH2CH3）-R290； 丁烷 (CH3CH2CH2CH33)--R600 ； 异丁烷 (CH(CH3)3)--R600a 。从经济观点来看，它们 是出色的制冷剂，但易燃，安全性很差。
3.不饱和碳氢化合物类
特点：不能与矿物冷冻油互溶，能溶于聚酯类 合成冷冻油。
7.有机化合物类
• 主要是有机氧化物、有机硫化物、有机氮化 物。命名是R600序号中编写，6后面的1代表 氧化物、2硫化物、3氮化物。如：乙醚 C2H5OC2H5–R610； 甲胺 CH3NH2 –R630。
8.环状有机化合物类
• 命名是R后面先加字母C，后面按氟里昂编号 规则编写。
表1：共沸制冷剂的组成和沸点
代号
R500 R501 R502 R503 R504 R505 R506 R507
组分
R12/152a R22/12 R22/115 R23/13 R32/115 R12/31 R31/114 R125/143a
质量成分 分子量 沸点 各组分的沸 点(℃) (℃)
73.8/26.2 84.5/15.5 48.8/51.2 40.1/59.9 48.2/51.8 78.0/22.0 55.1/44.9 50.0/50.0 99.3 93.1 111.6 87.6 79.2 103.5 93.7 98.9 -33.5 -29.8/-25 -41.5 -40.8/-29.8 -45.4 -40.8/-38 -88.0 -82.2/-81.5 -59.2 -51.2/-38 -30 -29.8/-9.8 -12.5 -9.8/3.5 -46.7 -48.8/-47.7
二、常用制冷剂分类和命名
⑴ 按 化 学 组 成 分 类
1.无机物化合物 2.饱和碳氢化合物 3.不饱和碳氢化合物 4.氟里昂 5.共沸溶液 6.非共沸溶液 7.有机化合物 8.环状有机化合物
⑵ 按 工 作 温 度 压 力 分
1.高温低压类
2.中温中压类
3.低温高压类
1.无机物化合物类
• 主要有:氨、空气、水、co2等。 代号由字母 R7××组成，如：氨（NH3）--R717 , 水-R718，空气--R729。它们是较早采用的天然制 冷剂。
3.3 臭氧层破坏原因实验
最着名的是1987年代表19个组织和四个国家，在 智利的蓬塔阿雷纳斯，进行的一项大规模研究，即 机载南极臭氧实验。这项实验表明1987年臭氧洞大 小达到历史最大，引起科学界和政界的注意。 • 同时持氟里昂破臭氧层观点的学者认为，南极上 空之所以会出现臭氧层空洞是因为当地的极度寒冷 所至。他们认为云层中粒子无论属何性质，由什么 构成，当其表面温度低于-73摄氏度时，任何形式存 在的氯转都会发生转变为活性氯的化学反应。当南 极洲处于暖季（11月~3月）时，南极上空臭氧层中 的氯化合物只受到太阳紫外线辐射的影响，分解缓 慢。但当进入酷寒的冬季（4~10月），其气温可达88.3摄氏度，云层中冰冷的粒子此时便成了释放活 性氯的化学反应的催化剂，这就更大破坏了南极上 空臭氧，因此出现臭氧层空洞。
4.2 制冷剂类别与环境保护
• 科学家的研究证实R11、R12、R13等氯氟烃化合物 （CFCs）制冷剂，当它们泄漏或排放后扩散到地球 的平流层中，会破坏臭氧层，结果使地球上生物遭 到紫外线的损害；另一方面，氯氟烃化合物的排放 会加剧地球的温室效应，会像二氧化碳那样使地球 温度升高。 • CFCs中含氯元素，对臭氧层具有最大的破坏作用， 是禁用制冷剂；而HCFCs中由于氢元素的存在，大大 减弱了对臭氧层的破坏作用，目前还可以继续使用， 属过渡制冷剂；至于无氯的HFCs，则不会对臭氧层 破坏，受到国际社会的重视，成为替代制冷剂。
• 1973年，美国化学家马里奥·莫利纳首次提出氟里 昂对臭氧层有影响。氟里昂是一种氟氯烃，在冰箱 和空调器中已经做了20多年的制冷剂。但是当时没 有学者测试臭氧层厚度，也没有多少臭氧层研究， 各国政府没有在意。 臭氧层空洞是在做南极研究时 逐步发现。这些研究在地面和空中一起测量，由各 国合作测量。
3.5 中国正式加入《蒙特利尔议定书》
• 联合国环保组织1987年在加拿大蒙特利尔市召开会议， 36个国家和10个国际组织共同签署了《关于消耗大气臭 氧层物质的蒙特利尔议定书》，我国1992年正式宣布加 入修订后的《蒙特利尔议定书》。 • 对于CFCs：发达国家，从1996年1月1日起完全停止生产 和消费；发展中国家，最后停用日期是2010年。 对于HCFCs：发达国家，从1996年起冻结生产量，2004 年开始削减，2020年完全停用；发展中国家，从2016年 开始冻结生产量，2040年完全停用。以上时间表可能还 会提前。 R12, R22 目前已禁止使用, • R134a 日本和美国的无氟替代制冷剂, • R600a 我国最佳无氟替代制冷剂.
三、制冷剂的环保问题
• 臭氧层破坏和温室效应是当今全球性环境问 题，它对人类健康和人类赖以生存的生态环 境造成了巨大的有害影响。
大气的总臭氧层包括平流层和对流层
• 它们对人类的影响不同，离地面10公里以上的臭氧 约占总臭氧80%，能吸收大部分太阳紫外线辐射， 此层臭氧常称为臭氧层，平流层臭氧减少是造成南 极臭氧空洞与全球臭氧量减少的主要原因。 • 近地面10公里以内的对流层臭氧约占总臭氧15%， 对流层臭氧增加,会增强温室效应。
•
3.4 臭氧层破坏结论及蒙特利尔议定书
• 1974年，美国科学家莫里纳和罗兰德宣布，氟利昂中的 氯原子和哈龙物质中的溴原子是破坏臭氧层的元凶。这一 发现令陶醉于自己智慧的人类十分尴尬：被大量使用的制 冷剂、发泡剂、清洗剂及发胶中的氟利昂、哈龙等原来是 消耗臭氧层的物质（ODS）。 本世纪30年代，含氟的制冷 剂被研究发明后在美国进入商业化生产，前苏联、日本和 欧洲各国也不甘落后，氟利昂的应用范围也由制冷剂，其 产量与日俱增。到1974年，全球氟利昂的产量已达到80多 万吨。1986年全球ODS的年消费量已高达100多万吨。人类 已经把 1500 万吨以上的氯氟烃排放到大气中。是人类自 己陷入了眼下的尴尬境地。 • 在国际社会的共同努力下，1985年《保护臭氧层维也纳 公约》签署；1987年《关于消耗臭氧层物质的》生效。根 据"共担责任但又有区别"的原则，联合国对发达国家和发 展中国家提出了消耗臭氧层物质使用的时间限制，并建立 了旨在帮助发展中国家履约的多边基金。由此，ODS的生产 和消费量得以逐年减少，臭氧空洞的扩大得到了有效的控 制。