Вибір холодильних агентів
Вибір холодоагенту для конкретної холодильної машини - одна з найважливіших інженерних задач. При цьому враховують призначення машини, її холодопродуктивність, умови експлуатації, вартість холодоагенту і різноманітність його властивостей. У сучасній вітчизняній і зарубіжній практиці найбільше застосування в стаціонарних холодильних машинах великої холодопродуктивності для отримання температур від 0 до -40 ° С знайшов аміак. Це пов'язано з його хорошими термодинамическими властивостями і низькою вартістю. У холодильних машинах малої холодопродуктивності, в побутових холодильниках, а також транспортних установках використовують фреони. При температурах кипіння від -10 до -25 ° С перевагу поки віддають R12 через його більш низької вартості і доступності в порівнянні з R22, а також більш низької температури кінця стиснення в компресорі. R22 застосовують головним чином в низькотемпературних машинах при температурах кипіння нижче -25 ° С. Найбільш доцільним для низькотемпературних одноступінчатих машин малої та середньої холодопродуктивності є R502. На жаль, вітчизняна хімічна промисловість не випускає його в потрібному обсязі. Застосування фреонів в машинах великої холодопродуктивності стримується через їх плинності (здатності проникати через дрібні нещільності) і високу вартість.
Речовини, за допомогою яких теплота передається від охолоджуваних об'єктів до холодильного агенту, називаються проміжним холодоносіями або теплоносіями.
Для охолоджуваних об'єктів вони є холодоносіями, а для випарників холодильних машин - теплоносіями. Хладоносителі бувають тверді, рідкі та газоподібні. До твердих Хладоносителі можна віднести водний лід, евтектичних лід, льодосоляною суміш, конструкційні матеріали і т.д. Газоподібними холодоносіями є в основному повітря і спеціальні газові суміші. Спеціальні газові суміші мають невелику концентрацію кисню і підвищену концентрацію азоту і вуглекислого газу. Вони використовуються рідко для тривалого зберігання окремих видів екзотичних фруктів в герметичних камерах фруктоовощехраніліщ. Системи охолодження з використанням повітря розглядаються окремо і носять назву систем повітряного охолодження. У холодильній техніці під проміжними холодоносіями, як правило, розуміються рідкі холодоносії. До рідких Хладоносителі ставляться такі вимоги: великі теплопровідність і теплоємність; низька температура замерзання; малі в'язкість і щільність; хімічна інертність до конструкційних матеріалів; нешкідливість для людини; низька вартість та інші. В даний час поки не існує идиальном хладоносителя. Найбільшою мірою перерахованим вище вимогам відповідає вода. Однак вона має високу температуру замерзання 0 о С. Тому вода широко використовується в системах кондиціонування повітря і для охолодження технологічних апаратів, коли необхідно отримати температуру вище 0 ° С. Для отримання більш низьких температур використовуються водні розчини солей і етиленгліколю, спирт, висококиплячі хладони і інші речовини.
Температура замерзання водних розчинів солей (розсолів) залежить від виду застосовуваної солі і її концентрації. Для приготування розсолів застосовуються хлористий натрій (NaCl), хлористий магній (MgCl2), хлористий кальцій (CaCl2) та інші солі. Чим більше концентрація солі у воді, тим нижче температура замерзання розчину. Однак існує гранична концентрація солі, перевищення якої не веде до зниження температури замерзання, а навпаки - до підвищення температури замерзання розчину. Такі температура і концентрація називаються евтектичними або кріогідратнимі, а розчин називається евтектикой. Для водного розчину NaCl евтектична температура tе = - 21,2 ° С при евтектичною концентрації xе = 23,1%, для розчину MgCl2 - tе = - 33,6 ° С при xе = 20,6%, для розчину СaCl2 - tе = - 55 ° С при xе = 29,9%.
На практиці найбільш часто застосовується розчин хлористого кальцію. На малюнку 3.2. показана залежність зміни температури замерзання розсолу від концентрації солі CaCl2 у воді.
Малюнок 3.2. Залежність зміни температури замерзання розсолу від концентрації солі у воді.
Великим недоліком розсолів є їх коррозирующее дію на метали, особливо в присутності повітря. Зменшити корозію металів можна додаванням в холодоносії інгібіторів і Пасиватор. Ці речовини утворюють на металевих поверхнях захисну плівку, що сповільнює процес корозії. Як інгібіторів і Пасиватор використовують хромат натрію (Na2 CrO4), хромат калію (K2 CrO4), біхромат натрію (Na2 Cr2 O7 * 2H2 O) з їдким натром (NaOH), двуметалліческій фосфат натрію (Na2 HPO4 * 12H2 O) та інші. Застосовуючи Пасиватор необхідно мати нейтральний або слаболужною розчин з рН = 8-9. Для збільшення кислотності розсіл збагачують вуглекислим газом. Знизити кислотність можна розчином свіжогашеного вапна [Са (ОН) 2] При збільшенні концентрації солі зростають в'язкість і поверхневий натяг розчину, що призводить до підвищення гідравлічних втрат в апаратах і розсолів трубопроводах. Для зниження енерговитрат на привод розсолів насосів в розчини іноді додають високомолекулярні сполуки - поверхнево активні речовини (ПАР) в невеликих кількостях (0,03 - 0,07%).
Крім розсолів в холодильній техніці в якості проміжних холодоносіїв використовуються водні розчини етиленгліколю [C2 H4 (ОН) 2], пропіленгліколю [C3 H6 (ОН) 2], трихлоретилена (С2 НCl3) і ін. З зазначених холодоносіїв найбільш часто застосовується водний розчин етиленгліколю, у якого найкраща корозійно стоікость, менша токсичність, велика питома теплоємність. Його недоліком є висока вартість (приблизно в 5 разів вище, ніж у розсолу). У таблиці 3.5. показані фізичні властивості водного розчину етиленгліколю.
Етиловий спирт в якості проміжного холодоносія застосовується головним чином в медичних установах для заморожування плазми крові. Для отримання більш низьких температур порядку - 90 ÷ - 120 ° С застосовуються похідні вуглеводнів (хладони) R30, R11 і ін.
Таблиця 3.5.Свойства водного розчину етиленгліколю.
Щільність при 15 о С