Mở đầu Môi chất lạnh (tác nhân lạnh, gas lạnh hay công chất lạnh) là chất môi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để thu nhiệt môi trường có nhiệt độ thấp và thải ra môi trường có nhiệt độ cao. Yêu cầu đối với môi chất lạnh a. Tính chất hoá học Bền vững về mặt hoá học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc, không được phân huỷ và polyme hóa. Phải trơ, không ăn mòn các vật liệu chế tạo máy, dầu bôi trơn… b.
Tính chất lý học Áp suất ngưng tụ Pk không được quá cao: giảm chiều dày các thiết bị. Áp suất bay hơi Po không được quá nhỏ, phải lớn hơn áp suất khí quyển để hệ thống không bị chân không, không rò lọt không khí vào hệ thống Nhiệt độ đông đặc nhỏ hơn nhiệt độ bay hơi. Nhiệt độ tới hạn phải cao hơn nhiệt độ ngưng tụ Nhiệt ẩn hóa hơi và nhiệt dung riêng càng lớn càng tốt. Năng suất lạnh riêng thể tích càng lớn càng tốt.
Độ nhớt càng nhỏ càng tốt. 18 Hệ số dẫn nhiệt càng lớn càng tốt. Môi chất hòa tan dầu hoàn toàn có ưu điểm hơn so với loại môi chất không hòa tan hoặc hòa tan hạn chế vì bôi trơn tốt hơn, thiết bị trao đổi nhiệt không bị 1 lớp nhiệt trở do dầu bao phủ Khả năng hoà tan nước càng lớn càng tốt. Không được dẫn điện c.
Tính chất sinh lý Môi chất không được độc hại với con người và cơ thể sống, không gây phản ứng với cơ quan hô hấp. Môi chất phải có mùi đặc trưng để dễ dàng phát hiện rò rỉ. Nếu cần có thể pha thêm chất có mùi đặc trưng vào môi chất với điều kiện chất đó không ảnh hưởng đến chu trình máy lạnh. Không ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm bảo quản.
Tính kinh tế Giá thành phải rẻ. Dễ kiếm nghĩa là môi chất được sản xuất công nghiệp, vận chuyển và bảo quản dễ dàng. Tính an toàn và cháy nổ Phải an toàn, không dễ cháy nổ. Kết luận Không có môi chất lạnh lý tưởng đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trên mà chỉ có thể đáp ứng ít hay nhiều các yêu cầu trên mà thôi.
Tuỳ trường hợp ứng dụng có thể chọn một loại môi chất này hay môi chất kia cho phù hợp. Các môi chất lạnh thường dùng Ký hiệu môi chất lạnh a. Các frêon Các frêon là các chất hữu cơ no hoặc chưa no mà các Hydro(H2) được thay thế một phần hay toàn bộ bằng các nguyên tử Cl, Br hay F Các frêon thường được ký hiệu chữ đầu tiên là R. 19 Xét: R 1 2 3 Số lượng nguyên tử F Số lượng nguyên tử Hydrô +1 Số lượng nguyên tử C – 1 Ví dụ 1: môi chất có công thức hoá học CCl2F2.
Tìm ký hiệu Số thứ nhất: số nguyên tử C –1 = 1-1 = 0 Số thứ 2 : số nguyên tử H +1 = 0+1 = 1 Số thứ 3 : số nguyên tử F =2 Vậy môi chất có ký hiệu : R012 hoặc R12. Ví dụ 2: môi chất có công thức hoá học CHClF2. Tìm ký hiệu Số thứ nhất: số nguyên tử C –1 = 1-1 = 0 Số thứ 2 : số nguyên tử H +1 = 1+1 = 2 Số thứ 3 : số nguyên tử F =2 Vậy môi chất có ký hiệu: R022 hoặc R22 Ví dụ 3 : môi chất có kí hiệu R114 tìm công thức hoá học của môi chất đó Số thứ nhất: số nguyên tử C –1 = 1 ⇒ C =2 Số thứ 2 : số nguyên tử H + 1 = 1 ⇒ H = 0 Số thứ 3 : số nguyên tử F = 4 Vậy môi chất có công thức hoá học: C2Cl2F4 Số lượng nguyên tử Cl xác định được nhờ hoá trị còn lại của nguyên tử từ Cacbon: 2 Cacbon ⇒ C2H6 , có 4 F ⇒ có 2 Cl. Các chất vô cơ Các chất vô cơ có ký hiệu đầu tiên là R và sau đó là 3 chữ số, chữ số đầu tiên là 7 còn lại hai chữ số sau là phân tử lượng của chất đó: Ví dụ: môi chất NH3: R717 H20: R718 CO2: R744 Không khí: R729 ⮚ Môi chất lạnh thường dùng ❖ Amoniac NH3 20 Amoniac có công thức hoá học NH3 và ký hiệu môi chất là R717 là một chất khí không màu có mùi hắc đặc trưng Ở áp suất khí quyển có ts= -33,4oC.
Có tính chất nhiệt động tốt phù hợp với máy lạnh nén hơi dùng máy nén piston • Tính chất hóa học NH3 bền vững ở khoảng nhiệt độ và áp suất làm việc. NH3 chỉ phân huỷ thành N2 và H2 ở 260oC. Khi có nước và thép làm chất xúc tác thì NH3 phân huỷ ngay ở nhiệt độ 110 ÷ 120oC. Vì vậy cần làm mát tốt ở đầu xilanh và hạn chế nhiệt độ cuối tầm nén càng thấp càng tốt.
NH3 không ăn mòn các kim loại đen dùng chế tạo máy nhưng ăn mòn đồng và các hợp kim của đồng, ngoại trừ đồng thau phốt phát. Do đó không sử dụng đồng và các hợp kim của đồng trong máy lạnh NH3. • Tính chất vật lý Ở điều kiện ngưng tụ làm mát bằng nước nếu tnước = 25oC. nhiệt độ nước ra khỏi ngưng tụ t = 37oC thì tk = 42 oC và Pk = 16,5 bar.
Nhiệt độ cuối tầm nén rất cao nên phải làm mát bằng nước. Áp suất bay hơi lớn hơn 1 bar (áp suất khí quyển) nên máy lạnh làm việc ít bị chân không. Chỉ bị chân không khi nhiệt độ bay hơi nhỏ hơn –33,4 oC. Năng suất lạnh riêng khối lượng lớn nên lưu lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống nhỏ Năng suất lạnh riêng thể tích lớn nên máy nén và thiết bị gọn nhẹ (năng suất lạnh riêng thể tích là năng suất lạnh của 1 đơn vị thể tích môi chất) Độ nhớt nhỏ, tính lưu động cao nên tổn thất áp suất trên đường ống nhỏ.
Hệ số dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt lớn nên thuận lợi cho việc tính toán chế tạo thiết bị bay hơi và ngưng tụ. Hoà tan nước không hạn chế nên van tiết lưu không bị tắc ẩm. Không hoà tan dầu nên khó bôi trơn các chi tiết chuyển động cơ của máy nén và hệ thống máy lạnh phải bố trí bình tách dầu. Dẫn điện nên không sử dụng cho máy nén kín và nửa kín • Tính chất sinh lý 21 Nhược điểm cơ bản nhất của NH3 là gây độc hại đối với con người và cơ thể sống.
Ở nồng độ 1% trong không khí gây ngất sau 1 phút. Có mùi đặc trưng khó chịu nên dễ phòng tránh. Làm giảm chất lượng sản phẩm bảo quản. • Tính kinh tế Là môi chất lạnh dễ tìm, rẻ tiền, dễ vận chuyển và bảo quản • Tính an toàn cháy nổ Gây cháy nổ trong không khí ở nồng độ 13,5 ÷ 16% với nhiệt độ cháy 651oC.
Vì vậy các gian máy NH3 không được dùng ngọn lửa trần và các gian máy phải thông thoáng. Kết luận: Qua các tính chất trên ngày nay NH3 trở thành môi chất quan trọng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ nhiệt độ bay hơi +10 ÷ - 60oC. ❖ R12 Môi chất lạnh R12 có công thức hoá học là CCl2F2, là một chất khí không màu có mùi thơm rất nhẹ, nặng hơn không khí khoảng 4 lần ở 30oC. Ở áp suất khí quyển có nhiệt độ sôi -29,8oC.
• Tính chất hoá học Bền vững trong phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc. Không phản ứng hoá học với dầu bôi trơn và vật liệu phụ trong hệ thống lạnh. Không ăn mòn kim loại đen, màu và phi kim loại nhưng làm trương phòng một số chất hữu cơ như cao su và một số chất dẻo. Bắt đầu phân huỷ ở nhiệt độ 540 ÷ 565oC khi có chất xúc tác, đến 760oC thì phân huỷ hoàn toàn.
• Tính chất lý học Áp suất ngưng tụ thuộc loại trung bình, ở nhiệt độ ngưng tụ 42oC thì áp suất ngưng tụ Pk= 10 bar. Nhiệt độ cuối tầm nén thấp. Áp suất bay hơi lớn hơn 1 bar (áp suất khí quyển). Năng suất lạnh riêng khối lượng nhỏ, chỉ bằng 1/8 đến 1/10 NH3 nên lưu lượng tuần hoàn trong hệ thống lớn 22 Năng suất lạnh riêng thể tích bằng khoảng 60% của NH3 nên hệ thống cồng kềnh hơn.
Độ lưu động kém nên đường ống cửa van phải làm to. Không dẫn điện nên sử dụng được cho máy nén kín và nửa kín. Hoà tan dầu hoàn toàn nên rất thuận lợi cho việc bôi trơn. Không hoà tan nước nên nhược điểm rất lớn là gây tắc ẩm ở bộ phận tiết lưu.
Có đặc tính rửa sạch cặn bẩn, cát bụi, gỉ sắt trên thành máy nén và thiết bị nên phải bố trí phin lọc cẩn thận. Có khả năng rò rỉ rất cao, có thể rò rỉ qua cả gang có cấu trúc tinh thể thô. • Tính chất sinh lý Không độc hại đối với con người và cơ thể sống. Với nồng độ 30% gây ngạt vì thiếu dưỡng khí.
Không ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm bảo quản. • Tính kinh tế Giá thành đắt tuy dễ kiếm, dễ bảo quản và vận chuyển. Do phá huỷ tầng ôzôn nên cấm sử dụng ở các nước công nghiệp từ 1/1/1996 và các nước đang phát triển từ 1/1/2006 • Tính an toàn cháy nổ Không gây cháy nổ nên được gọi là môi chất lạnh an toàn. ❖ R22 Là môi chất lạnh có công thức hoá học CHClF2, là chất khí không màu có mùi thơm rất nhẹ.
Ở áp suất khí quyển có ts = -40,8oC. • Tính chất hoá học Bền vững ở phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc. Khi có chất xúc tác là thép, phân huỷ ở 550oC. Không tác dụng với kim loại và phi kim loại chế tạo máy nhưng hoà tan và làm trương phòng một số chất hữu cơ (cao su, chất dẻo).
• Tính chất lý học Ở điều kiện ngưng tụ làm mát bằng nước, nhiệt độ ngưng tụ tk = 42oC, Pk= 16,1 bar là môi chất có Pk khá cao. Nhiệt độ cuối tầm nén trung bình. 23 Ở áp suất khí quyển có ts = -40,8oC nên áp suất bay hơi thường lớn hơn áp suất khí quyển. Năng suất lạnh riêng thể tích lớn gần NH3 nên máy gọn nhẹ.
Độ nhớt nhỏ, tính lưu động lớn. Hoà tan hạn chế dầu nên gây khó khăn cho quá trình bôi trơn. Không hoà tan nước nhưng mức độ hòa tan lớn gấp 5 lần của R12 nên nguy cơ tắc ẩm giảm đi. Không dẫn điện nên có thể dùng cho máy nén kín và nửa kín.
• Tính chất sinh lý Không độc hại đối với cơ thể sống, khi nồng độ quá cao sẽ gây ngạt do thiếu dưỡng khí. Không ảnh hưởng xấu đến sản phẩm bảo quản.