Фреони. Історія фреонів.

У 1928 році американському хіміку корпорації «Дженерал Моторс» («General Motors Research») Томасу Мидглей молодшому (Thomas Midgley, Jr. 1889-1944 рр.) вдалося виділити і синтезувати в своїй лабораторії хімічна сполука, що одержало згодом назву «Фреон». Через деякий час «Хімічна Кінетична Компанія» («Kinetic Chemical Company»), яка займалася промисловим виробництвом нового газу — Фреон-12, ввела позначення холодоагенту буквою R (Refrigerant — охолоджувач, холодоагент). Таке найменування отримало широке поширення й згодом повна назва холодоагентів стало записуватися в складеному варіанті — торгова марка виробника і загальноприйняте позначення хладагента. Існує так само торгова марка з такою ж назвою, як і у хімічної сполуки — FREON® (Фреон). Це збіг у назві досі викликає плутанину і суперечки — чи можна словом фреон називати довільні холодоагенти.
Що таке фреон?
Фреони — галогеноалканы, фторовмісні похідні насичених вуглеводнів (головним чином метану і етану), що використовуються як холодоагенти в холодильних машинах (наприклад, в кондиціонерах). Крім атомів фтору в молекули фреонів зазвичай містяться атоми хлору, рідше — брому. Відомо більше 40 різних фреонів; більшість із них випускається промисловістю.
Види фреонів
Найбільш поширені наступні сполуки:
трихлорфторметан (t кип 23,8 °C) — Фреон R11
дифтордихлорметан (t кип -29,8 °C) — Фреон R12
трифторхлорметан (t кип -81,5 °C) — Фреон R13
тетрафторметан (t кип -128 °C) — Фреон R14
тетрафторэтан (t кип -26,3 °C) — Фреон R134A
хлордифторметан (t кип -40,8 °C) — Фреон R22
ізобутан (t кип -11,73 °C) — Фреон-R600A
хлорофторокарбонат (t кип -51,4 °C) — Фреон R407C, Фреон-R410A
Шкода фреону і його вплив на озоновий шар
Холодоагенти, які використовуються в побутовій техніці, є негорючими і нешкідливими для людей.
Фреони R-12, R-22 найчастіше використовується в промисловості. Хладон-22 відноситься до речовин 4-го класу небезпеки, за шкалою «шкідливості». Викликає сонливість, сплутаність свідомості, слабкість переходить у збудження. Може викликати обмороження при попаданні на шкіру.
У хімічному відношенні фреони дуже інертні. Фреон не тільки не здатний спалахнути на повітрі, він навіть при контакті з відкритим полум'ям не вибухає. Якщо нагріти фреон вище 250°С, утворюються дуже отруйні продукти.
Нові фреони (R407C і R410A) безпечні для людини і навколишнього середовища, тому всі провідні виробники кліматичної техніки використовують саме ці марки фреону.
Причиною зменшення озону в стратосфері і утворення озонових дір є виробництво і застосування хлор - і бромсодержащіх фреонів. Потрапляючи після використання в атмосферу, вони розкладаються під впливом ультрафіолетового випромінювання Сонця. Вивільнені компоненти активно взаємодіють з озоном у так званому галогеновом циклі розпаду атмосферного озону.
Підписання і ратифікація країнами ООН Монреальського протоколу, призвело до зменшення виробництва озоноруйнівних фреонів і сприяє відновленню озонового шару Землі.
У зв'язку з згубним впливом озоноруйнівної фреону R22, його використання в рік скорочується в США і Європі, де з 2010 року офіційно заборонено застосовувати цей фреон. У Росії також заборонений імпорт холодильного обладнання, у тому числі кондиціонерів промислового і напів-промислового класу. На заміну фреону R22 повинен прийти фреон R410A, а також R407C.
Років п'ять тому практично всі побутові кондиціонери, що поставлялися в Харків, працювали на фреоні R-22, який відрізнявся низькою ціною (5$ за 1 кг) і був простий у використанні. Однак у 2000 — 2003 роках в більшості європейських країн набуло чинності законодавство, що обмежує застосування фреону R-22. Викликано це було тим, що багато фреони, в тому числі і R-22 руйнують озоновий шар. Для вимірювання «шкідливості» фреонів була введена шкала, в якій за одиницю був прийнятий озоноруйнуючий потенціал фреону R-13, на якому працює більшість старих холодильників. Потенціал фреону R-22 дорівнює 0.05, а нових озонобезпечних фреонів R-407C і R-410A — нулю. Тому до теперішнього часу більшість виробників, орієнтованих на європейський ринок були змушені перейти на випуск кондиціонерів, використовують озонобезпечні фреони 407C і R-410A.
Для споживачів такий перехід означав як підвищення вартості обладнання, так і розцінок на монтажні та сервісні роботи. Викликано це було тим, що нові фреони за своїми властивостями відрізняються від звичного R-22:
Нові фреони мають більш високий тиск конденсації — до 26 атмосфер проти 16 атмосфер у фреону R-22, тобто всі елементи холодильного контуру кондиціонера повинні бути більш міцними, а значить і більш дорогими.
Озонобезпечні фреони не є однорідними, тобто вони складаються із суміші декількох простих фреонів.
Наприклад, R-407C складається з трьох компонентів — R-32, R-134a і R-125. Це призводить до того, що навіть при незначному витоку з фреону спочатку випаровуються більш легкі компоненти, змінюючи його склад і фізичні властивості. Після цього доводиться зливати весь став некондиційним фреон і заново встановлювати кондиціонер. В цьому відношенні фреон R-410A є більш кращим, оскільки він є умовно ізотропним, тобто всі його компоненти випаровуються приблизно з однаковою швидкістю і при незначному витоку кондиціонер можна просто дозаправити.
Застосування фреону
В кліматичному та холодильному обладнанні фреон використовується в якості холодоагенту, їм проводять заправку спліт-системи. По-просту кажучи, це рідина або газ, без кольору і запаху, з низькою температурою кипіння.
Застосовують фреон в якості холодоагенту завдяки його фізичними властивостями — при випаровуванні він поглинає тепло, а потім виділяє його при конденсації. Принцип роботи наступний: при включенні кондиціонера починається випаровування фреону, в кімнаті стає прохолодніше. Після цього фреон в газоподібному стані надходить у конденсатор, де знову перетворюється в рідину. Выделившееся в ході цього процесу тепло виводиться на вулицю через зовнішній блок.
Застосовується фреон, як холодоносія в будь-якому холодильному устаткуванні і кондиціонерах з 1931 року (до цього використовувався аміак шкідливий для здоров'я). Так само завдяки його термодинамічними властивостями, холодоагент застосовується в парфумерії і медицині для створення аерозолів. Широко використовують фреон при гасінні пожежі на небезпечних об'єктах.
Характеристики фреонів
Властивості Фреону – Хладону R22
Формула Фреону R22 – (Хладону R22) CНClF2
Хімічна назва – дифторхлорметан
Символічне позначення R22, HCFC 22
Торгова назва хладон R22, фреон R22, хладон 22, фреон 22, або просто хладон і фреон
Фреон R22 – Хладон R22 інертний в хімічному відношенні, негорючий, не вибухонебезпечний скраплений під тиском,газ. Фреон R22 – Хладон R22 за ступенем впливу на організм відноситься до речовин 4-го класу небезпеки. При нормальних умовах Фреон R22 (Хладон R22) є стабільною речовиною, яка під дією температур вище 400°С може розкладатися з утворенням високотоксичних продуктів: тетрафторетилену (4-й клас небезпеки), хлористого водню (2-й клас небезпеки), фтористого водню (1-й клас небезпеки). При нагріванні фреонів понад 250 град. цельсія утворюються дуже отруйні продукти, наприклад фосген COCl2, який в роки першої світової війни використовувався як бойова отруйна речовина.
Молекулярна маса: 86,5
Температура плавлення 0С: -146
Температура кипіння, 0С: -40,8
Щільність насиченою рідини (250С) г/см3: 1.173
Тиск парів 250С МПА: 1,04
Критична температура 0С: 96
Критичний тиск МПА: 4,98
Критична щільність, г/см3: 1,221
Водна розчинність (250С)% 0,30
Фреон R22 – Хладон R22 (дифторхлорметан)
Застосування
Фреон R22 – Хладон R22 Використовується як холодоагент в середньо-і низькотемпературних холодильних системах промислового, торгового і побутового обладнання, а також в якості пропеллента в аерозольних упаковках. Є компонентом сумішевих хладонів. Застосовується для пороутворення при виробництві пінопластів. Сировина у виробництві тетрафторетилену, гексафторпропилена.
Тара/Упаковка – Поставлявся в балонах різної ємності: 13,6 кг, 22,7 кг, 50 кг, 100 кг, 900 або 1000 кг. (спецконтейнер), 18000 – 22000 кг (ИЗОтанк).
Фреон – Хладон R 12
Хімічна формула Фреону R 12 - CF2Cl2 (Дифтордихлорметан).
Торгова назва хладон R12, фреон R12, хладон 12, фреон 12
Застосування
Фреон R 12 використовується як холодоагент в холодильних установках, агрегатах промислового і побутового призначення, кондиціонерах, пропелент в аерозольних упаковках, пороутворювач при отриманні пінопластів, розчинник.
Тара/Упаковка – Поставляються в балонах різної ємності: 13,6 кг, 50 кг, 100 кг, 1000 кг (спецконтейнер), 18000 – 22000 кг (ИЗОтанк).
Примітка: Фреон 12 заборонений до ввезення в Російську Федерацію.
Фреон – Хладон R 134а
Хімічна формула Фреону R 134 a – CF3CFH2 (Тетрафторэтан).
Застосування
Використовується в холодильних системах, охолоджувач до середніх температур, кондиціювання повітря. Має хороший холодильний коефіцієнт і більш високий тиск конденсації, ніж у Фреону R-12. Холодоагент, пропелент і спінювач для отримання пінопластів.
Тара/Упаковка – Поставляється в балонах ємності: 13,6 кг Застосовується Фреон (Хладон) 134 a холодильної побутової техніки, заправка автомобільних кондиціонерів.
Загальні відомості:
Перевозиться всіма видами транспорту у відповідності з правилами перевезення небезпечних вантажів. Зберігати Фреон 134а слід при температурі не вище 50 С, в сухому закритому приміщенні, уникати тривалого впливу прямих сонячних променів, подалі від відкритого вогню.
Фреон – Хладон R 404 а
Фреон R-404 a – це безбарвний газ, квазиазеотропная суміш R125/R143a/R134а.
Властивості Фреону 404 a
Молекулярна маса 97,6 кг/кмоль
Температура кипіння -45.8 0С
Температура конденсації (при 0,1013 МПа) -46,5 0 З
Критична температура 72,4 0 З
Критичний тиск 37,4 МПа
Застосування
Фреон 404а в установках на торговельних підприємствах (харчові продукти), холодильний транспорт, охолодження в промисловості (наливні системи). Низькотемпературні торгові холодильники.
Транспортування!!!
Фреон 404а перевозиться всіма видами транспорту у відповідності з правилами перевезення небезпечних вантажів. Клас небезпеки 2.
Зберігання Фреону 404 а
Зберігати в сухих складських приміщеннях, що забезпечують захист від сонячних променів, при температурі не вище 52°Пн.
Заходи безпеки
При зіткненні Фреону 404а з полум'ям і гарячими поверхнями Фреон 404 а розкладається з утворенням високотоксичних продуктів.
Упаковка – Балони з 10,9 кг
Фреон – Хладон R 600 а
Хімічна формула Фреону R 600 a – С4Н10 (ізобутан).
Фреон R600 a є природним газом, тому він не руйнує озоновий шар (ODP -Потенціал руйнування озону = 0) і не сприяє появі парникового ефекту (GWP – потенціал глобального потепління = 0,001). За цими характеристиками Фреон (Хладон) R600a має значну перевагу перед Фреоном R12 і Фреоном R134a
Маса холодоагенту, що знаходиться в холодильному агрегаті при використанні ізобутану, значно скорочується (приблизно на 30%). Питома маса ізобутану в 2 рази більше питомої маси повітря – в газоподібному стані Фреон R600a стелиться по землі. Ізобутан добре розчиняється в мінеральних маслах і має більш високий холодильний коефіцієнт, що Фреон R12, що зменшує енергоспоживання.
Фізичні властивості Фреону R600a
Молекулярна маса 58.12
Точка кипіння при 1.013x105Pa, -11.80 0C
Тиск випаровування при 250C, 0.498 MPa
Щільність речовини при 250C, 0.551 g/cm3
Критична температура, 0C 134.98
Критичний тиск, 3.66 MPa
Критична щільність, 0.221 g/cm3
Прихована теплота пароутворення 366.5 KJ/Kg
Вибухові межі, vol% 1.85-8.5
Фреон R22 – Хладон R22 (дифторхлорметан)
Застосування
Застосовується Фреон (Хладон) R600a (Ізобутан) в холодильної побутової техніки і пересувних кондиціонерах кімнатних.
Загальні відомості:
Перевозиться всіма видами транспорту у відповідності з правилами перевезення небезпечних вантажів. Зберігати Фреон R600a слід при температурі не вище 20С, в сухому закритому приміщенні, уникати тривалого впливу прямих сонячних променів, подалі від відкритого вогню. Фреон R600a легко запалюється і вибухонебезпечний.
Фреон – Хладон R 410 а
R410a – це квазиазеотропная суміш R125 і R32, тобто при витоку практично не змінює свого складу, а значить обладнання може бути просто дозаправлене. Є заміною R22.
Негорючий газ. При зіткненні з полум'ям і гарячими поверхнями розкладається з утворенням високотоксичних продуктів. Контакт з деякими активними металами при певних умовах (наприклад, при дуже високих температурах і/або тиску) може призвести до вибуху або займання. Також див. таблицю «Сумісність холодоагентів з пластмасами, еластомерами і металами».
Використання R410a
Є заміною для R22, призначений для заправки нових систем кондиціонування повітря високого тиску. Дуже перспективним є використання R410a в теплових насосах після тимчасової роботи на пропані, так як при цьому порівняно з R22 і пропаном можливо значне зменшення конструктивних розмірів. R410a зберігає свої експлуатаційні властивості набагато довше, ніж R22. Питома холодопродуктивність R410a приблизно на 50% більше, ніж у R22 (при температурі конденсації 54 оС), а робочий тиск в циклі на 35-45% вище, ніж у R22, що призводить до необхідності внесення конструктивних змін в компресор і теплообмінники, а отже R410a не може використовуватися в якості ретрофітного (заміщення) холодоагенту для R22. Оскільки щільність R410a вище, ніж R22, компресори, трубопроводи і теплообмінні апарати можуть мати менші розміри.
Фізичні властивості
Ознака Одиниця виміру R410A
Склад R125/ R32 (50/50%)
Температура кипіння, °С -51,53
Критична температура °С 72,13
Критичний тиск МПа 4,93
Озоноруйнуючий потенціал, ODP 0
Потенціал глобального потепління, GWP 1890
Фреон – Хладон R 407 з
Холодоагент | Хладон | Фреон | R-407C. В якості альтернативи холодоагенту R22 фірма "MackDown" для використання в системах кондиціонування повітря розробила холодоагент R-407C, у якого значення тисків кипіння і конденсації близькі відповідним значенням для R22.
Холодоагент R-407C – зеатропная суміш R32/R125/R134a (масові частки компонентів відповідно 23/25/52%). Спочатку був створений холодоагент наступного складу: 30/10/60 %. Пізніше з метою зменшення пожежонебезпеки масові частки компонентів були змінені: 23/25/52% (R-407C); 20/40/40% (R-407A); 10/70/20% (R-407b).
Основна перевага полягає в тому, що при переході з R22 на R-407C не потрібно значного зміни холодильної системи. В даний час R-407C розглядають як оптимальну альтернативу R22 по холодопродуктивності і тиску насичених парів.
На ринку холодоагентів R-407C широко представлений і купують його в тих випадках, коли необхідно або замінити R22 в діючому обладнанні (при незначних змінах), або підібрати холодоагент замість R22 для нового обладнання.
Разом з тим більшість компаній стурбовані великим температурним глайдом Dtgl = 5...7 До, характерним для R-407C, тому масові частки компонентів пропонованих сумішей варіюють в широких межах. Цей недолік значно ускладнює обслуговування холодильних систем. Так, в системах з декількома випарниками можливе порушення вихідної концентрації робочого речовини, заправленого в систему. Аналогічні труднощі виникають і в холодильних системах з затопленим випарником.
При використанні R-407C не потрібно вносити істотні зміни в конструкцію холодильної установки – доводиться лише замінити холодильне масло на поліефірне, а також еластомери, адсорбенти фільтрів-осушувачів і запобіжні клапани. Сумісні з R-407C поліефірні масла надзвичайно гігроскопічні. Це висуває жорсткі вимоги до технології складання холодильної машини. Крім того, для R-407C характерні дуже низькі (на 25...30 % нижче, ніж для R22) значення коефіцієнта теплопередачі, тому теплообмінні апарати холодильних систем, що працюють на R-407C, виявляються більш металлоемкими.
Витоку з холодильної системи будуть призводити до зміни складу засобу та його розчинності у холодильному маслі, що відіб'ється на енергетичній ефективності та умов теплообміну у випарнику і конденсаторі. Зміна складу холодоагенту в процесі експлуатації утруднить регулювання та ускладнить процедуру дозаправки. Відсутність контролю за концентрацією масла у випарнику може відбитися на ефективності протікають в ньому процесів теплообміну. Так, присутність в робочому речовині 0,2 % поліефірного олії знижує коефіцієнт теплопередачі R-407C на 2 %. При вмісті 2 % мастила в холодоагенті коефіцієнт теплопередачі зменшується на 14 %.
Упаковка: Одноразовий сталевий контейнер в картонній упаковці.
Допустимий замінник для Класу II (HCFCs) речовин в системах повітряного кондиціонування та охолодження, згідно з програмою про політику істотних нових альтернатив (SNAP), яка була затверджена 18 грудня 2000 року. Використовується як:
a) замінник для HCFC в домашніх і комерційних легких АС (R, N) b) замінник для HCFС при комфортному повітряному комерційному кондиціонуванні (R, N) c) замінник для HCFC в промислових холодильних процесах (R, N) d) замінник для HCFC при промислових процесах повітряного кондиціонування (R, N) f) замінник для HCFC в системах холодильних складів (R, N) g) замінник для HCFC на льодових ковзанках (R, N) i) замінник для HCFC при перевезенні з охолодженням (R, N) j) замінник для HCFC в торгових харчових холодильних автоматах (R, N) k) замінник для HCFC в холодильних автоматах (R, N) l) заменитель для HCFC в домашних холодильниках и других холодильных приборах (R, N)
® = налаженное использование (N) = новое использование
Аналоги : Klea 66, SUVA 9000, Genetron 407c, Forane 407c, Solkane 407c
Физические свойства:
Молекулярная масса, г/моль – 86,2
Температура кипения при 1,0325-105Па, 0С – -43,56
Температура замерзания, 0С – —
Критическая температура, 0С – 86,7
Критическое давление, 105Па – 46
Критическая плотность, кг/м3 – 506,8
Плотность жидкости при 25 0С, кг/м3 – 1136
Теплота парообразования при температуре кипения, кДж/кг – 246,1
Плотность насыщенного пара при -25 0С, кг/м3 – 11,14
Тиск пари при 25 0С, 105 Па – 1,185
Гранична займистість в повітрі, % обсягу – Немає
Температура самозаймання, 0С – 733
Потенціал руйнування озону ODP – 0
Потенціал глобального потепління HGPW – 0,38
Потенціал глобального потепління за 100 років GWP – 1600
Гранично допустима концентрація на робочому місці, ppm – 1000