Хладагент R717: описание и свойства
Хладагент R717 - бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта), ядовит.
Химическое название R717 - Аммиак (нитрид водорода).
Общее описание R717
Химическая формула NH3 (аммиак). Относится к группе ГФУ (HFC). Из "натуральных" хладагентов R717 стоит на одном из первых мест в качестве альтернативы R22 и R502. Производство аммиака в мире достигает 120 млн. т, и лишь малая часть его (до 5%) используется в холодильной технике.
Пары аммиака легче воздуха, он хорошо растворяется в воде (один объем воды может растворить 700 объемов аммиака, что исключает замерзание влаги в системе). Массовая доля влаги в аммиаке не должна превышать 0,2%.
По термодинамическим свойствам аммиак - один из лучших хладагентов: по объемной холодопроизводительности он значительно превышает R12, R11, R22 и R502, имеет более высокий коэффициент теплоотдачи, что позволяет применять в теплообменных аппаратах трубы меньшего диаметра при заданной холодопроизводительности. Из-за резкого запаха аммиака появление течи в холодильной системе легко обнаруживается обслуживающим персоналом. Именно по этим причинам R717 нашел широкое применение в крупных холодильных установках. Хладагент R717 имеет низкую стоимость.
Один из недостатков аммиака - более высокое значение показателя адиабаты (1.31) по сравнению с R22 (1.18) и R12 (1.14), что приводит к значительному увеличению температуры нагнетания. В связи с этим предъявляют жесткие требования к термической стабильности холодильных масел, используемых в сочетании с аммиаком в течение длительного времени при эксплуатации установки. Конденсатор должен иметь развитую поверхность теплообмена, в результате чего возрастает его металлоемкость.
Аммиак имеет чрезвычайно высокое значение теплоты парообразования, вследствие чего сравнительно мал массовый расход циркулирующего хладагента (13... 15% по сравнению с R22). Это благоприятное качество для крупных холодильных установок, но затрудняет регулировку подачи аммиака в испаритель при малых мощностях.
Дополнительные сложности при создании холодильного оборудования вызывает высокая активность аммиака по отношению к меди и медным сплавам, поэтому трубопроводы, теплообменники и арматуру выполняют из стали. Из-за высокой токсичности и горючести аммиака сварные соединения тщательно контролируют. Вследствие высокой электропроводности R717 затруднено создание полугерметичных и герметичных компрессоров. Вместе с тем для промышленных холодильных установок мощностью более 20кВт аммиак - лучшая альтернатива.
На аммиаке работают многие тепловые насосы. Так, в Норвегии работает тепловой насос мощностью 200 кВт. В системе циркулирует около 30кг аммиака, использованы полугерметичный компрессор и пластинчатые теплообменные аппараты. Предусмотрены система контроля утечки аммиака и эффективная вентиляция.
Аммиачные водяные охладители-чиллеры с пластинчатыми аппаратами фирмы "Alfa-Laval", разработанные фирмой "York Refrigeration", характеризуются минимальным количеством заправленного хладагента. Так, в высокотемпературных охладителях HTLS заправка хладагента составляет 3.7...8.5 кг при холодопроизводительности соответственно 60... 140 кВт и потребляемой мощности 14...35 кВт, в среднетемпературных MTLS - 3.1...6 кг при холодопроизводительности 32...63 кВт и потребляемой мощности 12...24 кВт, в низкотемпературных LTLS - 2.6...4.5 кг при холодопроизводительности 9... 19 кВт и потребляемой мощности 7...17 кВт.
В тепловых насосах типа HPLS заправка хладагента равна 3...6,7 кг при холодопроизводительности соответственно 37...87 кВт и потребляемой мощности 12...31 кВт.
Рассмотренные охладители и тепловые насосы имеют небольшие габаритные размеры (длина 1170мм, ширина 800мм, высота 1550мм).
Ожидается применение аммиака в малых холодильных машинах для коммерческих установок.
Используемые в настоящее время масла не растворяются в аммиаке, поэтому в схему холодильной машины приходится включать маслоотделители, что увеличивает ее стоимость. В последние годы ведутся интенсивные исследования по разработке растворимого в аммиаке масла и созданию холодильного оборудования с "сухим" испарителем. Растворимость масла в аммиаке исключает образование пленки масла на теплообменных поверхностях, что повышает коэффициент теплоотдачи с 2700 до 9100 Вт/(м2·К).
Достигнутый в последние годы прогресс в разработке растворимых в аммиаке R717 холодильных масел может кардинально изменить тенденции в развитии холодильного машиностроения.
Физические свойства R717
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Химическая формула | NH3 |
| Молярная масса, г/моль | 17.03 |
| Температура плавления (p=101 кПа), °С | -77.73 |
| Температура кипения (p=101 кПа), °С | -33.34 |
| Критическая температура, °С | 132.25 |
| Плотность при нормальных условиях, кг/м3 | 0.6942 |
| Теплота испарения, кДж/кг | 13.6789 |
| Потенциал разрушения озона (ODP) | 0 |
| Потенциал глобального потепления (GWP) | 0 |
Взрывоопасен в соединении с воздухом при объемной доле 16...26.8% и наличии открытого пламени.
Температура воспламенения с воздухом 651°С.
Применение R717
R717 нашел широкое применение в крупных холодильных установках.
Экологические характеристики и пожароопасность R717
ODP=0; GWP=0; ПДК в воздухе 0.02 мг/дм3, что соответствует объемной доле 0,0028%. R717 - газ с резким удушливым запахом, вредный для организма человека.
Взаимодействие R717 с другими материалами
Минеральные масла аммиак почти не растворяет. На черные металлы, алюминий и фосфористую бронзу не действует, однако в присутствии влаги разрушает цветные металлы (цинк, медь и ее сплавы).
Дополнительные сложности при создании холодильного оборудования вызывает высокая активность аммиака по отношению к меди и медным сплавам, поэтому трубопроводы, теплообменники и арматуру выполняют из стали.
Масла для R717
Используемые в настоящее время масла не растворяются в аммиаке, поэтому в схему холодильной машины приходится включать маслоотделители, что увеличивает ее стоимость. В последние годы ведутся интенсивные исследования по разработке растворимого в аммиаке масла и созданию холодильного оборудования с "сухим" испарителем.
Характеристики R717 на линии насыщения
| Темпе-ратура, 0C | Давление, 105Па | Удельный объем | Плотность | Удельная энтальпия, кДж/кг |
Удельная теплота парообра-зования, кДж/кг |
Удельная энтропия, кДж/(кг*К) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| абсолют-ное | манометри-ческое | жидкости, дм3/кг | пара, дм3/кг | жидкости, кг/дм3 | пара, кг/м3 | жидкости | пара | жидкости | пара | ||
| -50 | 0,408 | -0,605 | 1,424 | 2,625 | 0,702 | 0,380 | 276,58 | 1691,37 | 1313,79 | 1,0995 | 7,4396 |
| -40 | 0,717 | -0,296 | 1,449 | 1,551 | 0,690 | 0,664 | 320,55 | 1707,56 | 1387,01 | 1,2921 | 7,2410 |
| -34 | 0,979 | -0,034 | 1,465 | 1,159 | 0,682 | 0,862 | 347,11 | 1716,78 | 1369,67 | 1,4044 | 7,1316 |
| -33 | 1,030 | +0,017 | 1,467 | 1,105 | 0,681 | 0,904 | 351,54 | 1718,28 | 1366,74 | 1,4228 | 7,1140 |
| -30 | 1,195 | +0,182 | 1,475 | 0,9625 | 0,677 | 1,038 | 364,88 | 1722,70 | 1357,82 | 1,4779 | 7,0622 |
| -20 | 1,901 | +0,888 | 1,504 | 0,6228 | 0,664 | 1,605 | 409,56 | 1739,69 | 1327,13 | 16576 | 6,9001 |
| -10 | 2,908 | +1,895 | 1,534 | 0,4177 | 0,651 | 2,394 | 454,60 | 1749,40 | 1294,80 | 1,8315 | 6,7519 |
| 0 | 4,294 | +3,281 | 1,566 | 0,2890 | 0,638 | 3,460 | 500,00 | 1760,71 | 1260,71 | 2,0000 | 6,6154 |
| 10 | 6,150 | +5,137 | 1,601 | 0,2053 | 0,624 | 4,870 | 545,79 | 1770,50 | 1224,71 | 2,1636 | 6,4889 |
| 20 | 8,574 | +7,561 | 1,639 | 0,1493 | 0,610 | 6,697 | 592,01 | 1778,65 | 1186,64 | 2,3226 | 6,3705 |
| 30 | 11,67 | +10,65 | 1,680 | 0,1107 | 0,595 | 9,033 | 638,77 | 1785,01 | 1146,24 | 2,4778 | 6,2589 |
| 40 | 15,55 | +14,53 | 1,726 | 0,08345 | 0,579 | 11,983 | 686,21 | 1789,40 | 1103,19 | 2,6296 | 6,1525 |
| 50 | 20,33 | +19,31 | 1,777 | 0,06378 | 0,562 | 15,678 | 734,56 | 1791,58 | 1057,02 | 2,7789 | 6,0499 |
| 60 | 26,14 | +25,12 | 1,834 | 0,04929 | 0,545 | 20,288 | 784,13 | 1791,22 | 1007,09 | 2,9268 | 5,9497 |
| 70 | 33,12 | +32,10 | 1,900 | 0,03841 | 0,526 | 26,034 | 835,38 | 1787,87 | 952,49 | 3,0745 | 5,8502 |
| 80 | 41,40 | +40,38 | 1,973 | 0,03009 | 0,506 | 33,233 | 888,96 | 1780,84 | 891,88 | 3,2238 | 5,7493 |
| 90 | 51,14 | +50,12 | 2,071 | 0,02359 | 0,482 | 42,390 | 945,89 | 1769,08 | 823,19 | 3,3772 | 5,6440 |
| 100 | 62,5 | +61,50 | 2,183 | 0,01842 | 0,458 | 54,288 | 1007,80 | 1750,79 | 742,99 | 3,5388 | 5,5299 |
| 110 | 75,75 | +74,73 | 2,349 | 0,01418 | 0,425 | 70,521 | 1077,76 | 1722,47 | 644,71 | 3,7158 | 5,3984 |
| 120 | 91,07 | +90,05 | 2,594 | 0,01050 | 0,385 | 95,238 | 1163,06 | 1675,37 | 512,31 | 3,9257 | 5,2288 |
| 130 | 108,88 | +107,86 | 3,185 | 0,006589 | 0,313 | 151,768 | 1298,69 | 1563,51 | 264,82 | 3,2532 | 4,9101 |
Дополнительные материалы
Комментарии читателей
Алексей Потапов
Здравствуйте !
Хорошая статья про аммиак в качестве естественного хладагента. Нет ли у вас подобной статьи о диметиловом эфире ?
Оставить комментарий