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氟利昂


氟利昂的作用

氟利昂
由于氟利昂化学性质稳定,具有不燃、低毒、介电常数低、临界温度高、易液化 等特性,因而广泛用作冷冻设备和空气调节装置的制冷剂。 它们的商业代号 R 表示 氟代烃,第一个数字等于碳原子数减 1(如果是零就省略) ,第二个数字等于氢原子数 加 1,第三个数字等于氟原子数目,氯原子数目不列。由于氟利昂可能破坏大气臭氧 层,已限制使用。

目前地球上已出现很多臭氧层漏洞,有些漏洞已超过 非洲面积,其 中很大的原因是因为氟利昂的化学物质。

氟利昂的危害
氟利昂是臭氧层破坏的元凶,它是 20 世纪 20 年代合成的,其化学性质稳定,不 具有可燃性和毒性,被当作制冷剂、发泡剂和清洗剂,广泛用于家用电器、泡沫塑料、 日用化学品、汽车、消防器材等领域。20 世纪 80 年代后期,氟利昂的生产达到了高 峰,产量达到了 144 万吨。在对氟利昂实行控制之前,全世界向大气中排放的氟利昂 已达到了 2000 万吨。由于它们在大气中的平均寿命达数百年,所以排放的大部分仍 留在大气层中,其中大部分仍然停留在对流层,一小部分升入平流层。在对流层相当 稳定的氟利昂,在上升进入平流层后,在一定的气象条件下,会在强烈紫外线的作用 下被分解,分解释放出的氯原子同臭氧会发生连锁反应,不断破坏臭氧分子。科学家 估计一个氯原子可以破坏数万个臭氧分子。 根据资料,2003 年臭氧空洞面积已达 2500 万平方公里。臭氧层被大量损耗后, 吸收紫外线辐射的能力大大减弱,导致到达地球表面的紫外线明显增加,给人类健康 和生态环境带来多方面的危害。据分析,平流层臭氧减少万分之一,全球白内障的发 病率将增加 0.6-0.8%,即意味着因此引起失明的人数将增加 1 万到 1.5 万人。 在对流层的氟利昂分子很稳定,几乎不发生化学反应。但是,当它们上升到平流 层后,会在强烈紫外线的作用下被分解,含氯的氟里昂分子会离解出氯原子(称为 “自 由基”) ,然后同臭氧发生连锁反应(氯原子与臭氧分子反应,生成氧气分子和一氧化 氯基;一氧化氯基不稳定,很快又变回氯原子,氯原子又与臭氧反应生成氧气和一氧 化氯基……) ,不断破坏臭氧分子。 Cl+O3===O2+ClO ClO+O3===O2+Cl

如此周而复始,结果一个氯氟利昂分子就能破坏多达 10 万个臭氧分子。即一千 克氟利昂可以捕捉消灭约七万千克臭氧。总的结果,可以用化学方程式表示为: 2O3===3O2 (在反应中氟里昂分子起到催化剂的作用) 。 反应机理: 臭氧在紫外线作用下(反应条件不好打,自己加上) O3 === O2 + O 氯氟烃分解(以 CF2Cl2 为例) CF2Cl2 ===CF2Cl + Cl 自由基链反应 Cl? + O3 === ClO+ O2 ClO? + O ===Cl + O2 总反应:O3 + O === 2O2 二氯二氟甲烷氟利昂的介电常数为 2,可以采用脉冲时域反射物位计进行物位测 量。此外,氟利昂也是重要的温室气体。一个氟利昂分子增加温室效应的效果相当于 一万个二氧化碳分子。

氟利昂的特性
氟利昂是制冷剂
是一种透明、无味、低毒、不易燃烧、爆炸和化学性稳定的制冷剂。不同的化 学 组成和结构的氟里昂制冷剂热力性质相差很大,可适用于高温、中温和低温制冷机, 以适应不同制冷温度的要求。

氟利昂的冰堵
氟利昂对水的溶解度小,制冷装置中进入水分后会产生酸性物质,并容易造成低 温系统的“冰堵”,堵塞节流阀或管道。另外避免氟里昂与天然橡胶起作用,其装置应 采用丁晴橡胶作垫片或密封圈。

常用的氟利昂制冷剂
总述

常用的氟利昂制冷剂
有 R12.R22.R502 、R123 及 R134a,由于其他型号的制冷剂现在已经停用或 禁用。在此不做说明。

氟利昂 12(CF2CL2,R12)
是氟利昂制冷剂中应用较多的一种,CFC 制冷剂,主要以中、小型食品库、家用 电冰箱以及水、路冷藏运输等制冷装置中被广泛采用。R12 具有较好的热力学性能, 冷藏压力较低, 采用风冷或自然冷凝压力约 0.8-1.2KPa。 R12 的标准蒸发温度为-29℃, 属中温制冷剂,用于中、小型活塞式压缩机可获得-70℃的低温。而对大型离心式压 缩机可获得-80℃的低温。近年来电冰箱的代替冷媒为 R134a。

氟利昂-13
分子式 CClF3,分子量 104.46。学名三氟一氯甲烷。熔点-182℃、沸点-82℃、密 度(-130℃)1.703 克/厘米 3。无色气体。 [1]

氟利昂 22(CHF2CL,R22)
HCFC 制冷剂,是氟里昂制冷剂中应用较多的一种,主要以家用空调和 低温冰箱 中采用。R22 的热力学性能与氨相近。标准气化温度为-40.8℃,通常冷凝压力不超过 1.6MPa。R22 不燃、不爆,使用中比氨安全可靠。R22 的单位容积比 R12 约高 60%, 其低温时单位容积制冷量和饱和压力均高于 R12 和氨。 近年来对大型空调冷水机组的 冷媒大都采用 R134a 来代替。

氟里昂 502(R502)
R502 是由 R12.R22 以 51.2%和 48.8%的百分比混合而成的共沸溶液。R502 与 R115.R22 相 比具 有 更 好的 热 力学 性 能, 更 适 用于 低 温。 R502 的标 准蒸 发 温度 为 -45.6℃,正常工作压力与 R22 相近。在相同的工况下的单位容积制冷量比 R22 大, 但排气温度却比 R22 低。R502 用于全封闭、半封闭或某些中、小制冷装置,其蒸发 温度可低达-55℃。R502 在冷藏柜中使用较多。

氟利昂 134a(C2H2F4,R134a)
是一种较新型的制冷剂,HFC 制冷剂,其蒸发温度为-26.5℃。它的主要热力学 性质与 R12 相似,不会破坏空气中的臭氧层,是近年来鼓吹的环保冷媒,但会造成 温 室效应。是比较理想的 R12 替代制冷剂。

氟利昂 R407C
是 一 种 新 型 环 保 制 冷 剂 , HFC 制 冷 剂 , 由 二 氟 甲 烷 R32(CH2F2), 五 氟 乙 烷 R125(C2HF5),四氟乙烷 R134a(C2H2F4)以 23%,25%,52%的质量百分比混合而成 的非共沸制冷剂,温度滑移较高。

氟利昂 R410A
是 一 种 新 型 环 保 制 冷 剂 , HFC 制 冷 剂 , 由 二 氟 甲 烷 R32(CH2F2), 五 氟 乙 烷 R125(C2HF5)以 50%,50%的质量百分比混合而成的非(近)共沸制冷剂,温度滑移较 小,发生相变时两组分比例基本保持恒定,物性接近单组分制冷剂。工作压力为普通 R22 空调的 1.6 倍左右,制冷(热)效率更高,不破坏臭氧层。另外,采用新冷媒的 空调在性能方面也会有一定的提高。R410A 是目前为止国际公认的用来替代 R22 最 合适的的冷媒,并在欧美,日本等国家得到普及。

氟利昂 R600a(C4H10)
2-甲基丙烷(异丁烷),属于 CH 类制冷剂 A3 类物质,充灌量很少时可用作冰箱制 冷剂,具有节能、低噪、对大气无破坏的优势,但其易燃、易爆、安全性差。

生产方法
置换法
主要用于生产 R-11.R-12.R-22.R-21.R-13.R-113 和 R-114 等。此法有液相 法和气相法两种:①液相法技术较成熟,温度易控制,副产物少,是工业上采用的主 要方法。所用的卤化锑催化剂(见固体酸催化剂)寿命也较长(约 1~2 年,每 2~3 个月需进行一次再生和补充) 。根据原料和目的产品的不同而采取不同的反应温度(一 般为 45~200℃)和压力(最高可达 3.5MPa),以促使反应在均相下进行。不同的氯代 烃原料可以制得不同的氟化合物,如以四氯化碳为原料,可以生产 R-11 和 R-12;以 三氯甲烷为原料,可以生产 R-22;以四氯乙烯为原料可以生产 R-113 和 R-114。反应 生成物一般要经水洗、碱洗、干燥、压缩和蒸馏等后处理,才制得纯品。②气相法使 用装有氟化铝、氟化铬和氟氧化铬催化剂的固定床反应器或流化床反应器,其后处理 与液相法相似。

甲烷氟氯化法
以甲烷、氯气和氟化氢为原料,在催化剂存在下,一步合成氟氯甲烷(见图) 。 反应产物中主要含 R-11.R-12,沸点较高的氟化物和氯化氢,经汽提塔使部分氟化合 物再循环,剩余气体进入氯化氢蒸馏塔,脱除氯化氢后经水洗、中和、干燥和精馏, 得到 R-11 和 R-12 成品。所用催化剂是金属氟化物或氯化物,载体为活性炭、硫酸铝 或碳酸钡。反应温度为 370~470℃,接触时间约 4~10s。反应收率以甲烷计为 96%~ 99%;以氯计为 97%;以氟计为 94%。该过程的优点是工艺过程较简单、产品纯度高。

氟利昂与物质
氟利昂与水的关系
氟利昂和水几乎完全相互不溶解,对水分的溶解度极小。从低温侧进入装置的水 分呈水蒸气状态,它和氟利昂蒸气一起被压缩而进入冷凝器,再冷凝成液态水,水以

液滴状混于氟利昂液体中,在膨胀阀处因低温而冻结成冰,堵塞阀门,使制冷装置不 能正常工作。水分还能使氟里昂发生水解而产生酸,使制冷系统内发生“镀铜”现象。

氟利昂与润滑油的关系
一般是易溶于冷冻油的,但在高温时,氟利昂就会从冷冻油内分解出来。所以在 大型冷水机组中的油箱里都有加热器,保持在一定的温度来防止氟里昂的溶解。

氟利昂与化妆品的关系
女士爱美也会让全球变暖“女士的爱美之心,也导致全球变暖。”昨 2009 年 9 月 10 日,来渝参加第 11 届科协年会的中国科学院院士、气象学家李崇银,在市气象局 作关于“气候变化与和谐社会建设”的报告,对热门的天气话题进行了生动解释。 化 妆品也是气候杀手?“全球变暖的原因多种多样,除了我们熟悉的温室气体排放,还 有很多。”李崇银说,汽车、飞机等交通工具的增多,空调的使用,城市热岛效应等, 甚至连化妆品的使用,也在一定程度上造成了全球变暖。 李院士说,化妆品中含有 氟利昂,其释放出来后上升进入平流层,如果没有强烈的光化学作用,就无法分解, 从而破坏臭氧层,导致了紫外线辐射加强。所以,从一定程度上说,爱美之心也推动 了全球变暖。 9 月份为何还这么热?进入 9 月以来,眼看就要推开秋天的大门,重 庆 市 天 气 却 突 然 变 脸 , 持 续 近 十 天 高 烧 不 退 , 市 民 质 疑 “这 是 不 是 也 和 全 球 变 暖 有 关”? 李教授说,虽然从短期看,天气比较热,但重庆多年来就有 “秋老虎”肆虐的记 录,追溯几十年、上百年,就发现不是什么大的异常了。“全球变暖只是个大框框, 每个极端天气都有更加详细的原因,还需要进一步研究。”

非法启动消防系统氟利昂泄漏
俄罗斯核潜艇事故调查委员会 2008 年 11 月 10 日宣布,造成 20 人死亡的俄罗斯 核潜艇事故的初步原因是有人非法启动消防系统。 俄罗斯滨海边疆区联邦总监察员新闻秘书克谢尼娅· 古先措娃表示,俄罗斯核潜 艇事故调查委员会在大卡缅市举行的事故调查会议上做出初步结论,造船厂员工 8 日 在新型核潜艇试航时非法启动了自动消防系统,氟利昂泄漏,造成 20 人死亡。死亡 人员中有 3 名军人和 17 名技术人员。此外,21 人受伤,现正在医院接受治疗。 俄罗斯滨海边疆区宣布 11 月 11 日为核潜艇事故死难者哀悼日。俄罗斯滨海边疆 区发言人解释说:“由于核潜艇发生悲惨事故,边疆区行政长官谢尔盖· 达尔金做出了 这一决定。根据命令,哀悼日时边疆区境内俄罗斯联邦国旗应下半旗致哀,建议文化 机构和广播电视公司分别取消娱乐活动和娱乐节目。” 出事核潜艇是 2008 年 9 月份制造的 8140 吨级的“猎豹号”核潜艇。该潜艇使用 1190MW 级核反应堆驱动涡轮机,可以潜到水面以下 450 米。 此事件中消防系统使用的灭火剂应该是 C2F4Br2,它是一种氟溴卤烃,不叫氟利 昂(如果上述对其定义准确的话)应该是广义上的氟利昂。氟利昂产品主要用在制冷 等行业,消防很少使用。

氟利昂何时禁止使用
2010 年后我国将全面禁止使用氟利昂。 一项旨在保护臭氧层的措施日前在我国出 台。按照有关部门制定的日程表:到 2010 年,我国将全面禁止生产和使用消耗臭氧 层的物质--氟里昂。按照这个日程表,我国将从 1999 年 7 月 1 日开始把氟里昂的生产 和消费水平冻结在 1995-1997 年的平均水平上,以后逐年减少。2010 年 1 月 1 日, 氟利昂被我国禁止使用。 据有关部门预测,在今后几年中,我国对使用氟里昂等消耗臭氧层物质的需求仍 将保持旺盛的势头,保护臭氧层的形势依然十分严峻。

氟利昂制冷系统
氟利昂制冷系统包括高压系统、低压系统、油路系统和融霜系统。氟利昂制冷系 统设备选择计算与氨制冷系统在方法上基本一致。制冷压缩机的选择应以用冷单元的 制冷机负荷为依据,根据所确定的氟利昂制冷剂种类、制冷工况及压缩机型式进行选 择计算。待压缩机选定后,以压缩机的工作参数冰结合选定的冷凝器型式,进行相应 的冷凝器选型计算。蒸发器根据设备负荷计算确定。


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