主题：液氨液氮弗里昂等制冷剂的区别！

继今年６月东北发生液氨泄露死亡超过１００人后，昨天上海又发生同样事件，而死亡了１５人，我们不禁要想，既然液氨这么大的毒性，为什么还要使用，有什么替代品？
以下是一些和液氨一样常用的制冷剂的介绍.....

人们最早使用的冷冻剂是二氧化硫和氨。在1.01×105Pa时，二氧化硫于－10℃液化，氢在－33℃液化。若在常温下，对二氧化硫施加2.525×105Pa，对氨施加8.888×105Pa，它们也能液化。这两种物质也都不能燃烧。但美中不足的是，它们都有强烈的刺激性气味，浓度大时还有毒性，并对金属有腐蚀作用。不过，它们的价格比较便宜，所以至今仍用于大型冷冻机中。
氮气的液化点约为-196摄氏度，且氮气性质稳定，无毒，故常做安全冷冻剂。氨气易液化，液化后再气化时能吸收大量的热，故做致冷剂，虽有毒，但是在密闭的环境中使用的。



液氨，又称为无水氨，是一种无色液体。氨作为一种重要的化工原料，应用广泛，为运输及储存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨。液氨在工业上应用广泛，而且具有腐蚀性，且容易挥发，所以其化学事故发生率相当高。

液氮：液态的氮气。是惰性的，无色，无嗅，无腐蚀性，不可燃，温度极低。氮构成了大气的大部分（体积比78.03%，重量比75.5%）。氮是不活泼的，不支持燃烧；但是它不是维持生命的必要元素。汽化时大量收热接触造成冻伤。

氟里昂
氟里昂（freon）是氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的总称，因此又称“氟氯烷”或“氟氯烃”，可用符号“CFC”表示。氟里昂包括20多种化合物，其中最常用的是氟里昂-12（化学式CCl2F2），其次是氟里昂-11（化学式CCl3F）。氟里昂是一种性能优良的冷冻剂，在家用电冰箱和空调机中广泛使用。




该贴内容于 [2013-09-01 12:22:48] 最后编辑

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氟里昂
氟里昂（freon）是氟氯代甲烷和氟氯代乙烷的总称，因此又称“氟氯烷”或“氟氯烃”，可用符号“CFC”表示。氟里昂包括20多种化合物，其中最常用的是氟里昂-12（化学式CCl2F2），其次是氟里昂-11（化学式CCl3F）。氟里昂是一种性能优良的冷冻剂，在家用电冰箱和空调机中广泛使用。

人们最早使用的冷冻剂是二氧化硫和氨。在1.01×105Pa时，二氧化硫于－10℃液化，氢在－33℃液化。若在常温下，对二氧化硫施加2.525×105Pa，对氨施加8.888×105Pa，它们也能液化。这两种物质也都不能燃烧。但美中不足的是，它们都有强烈的刺激性气味，浓度大时还有毒性，并对金属有腐蚀作用。不过，它们的价格比较便宜，所以至今仍用于大型冷冻机中。

美国化学家密得烈经过长期的研究，终于制成了CCl2F2，即氟里昂-12。它的性能优于二氧化硫和氨。

CCl2F2可由四氯化碳与无水氟化氢在催化剂存在下反应制得。

用SbCl5催化时，CCl2F2 产率为90％，CCl3F为9％，CClF3为0.5％；用FeCl3催化时，CCl2F2产率为75％，CCl3F为20％。

用氟里昂作冷冻剂，优点很多：

（1）容易液化。如氟里昂-12，沸点－29.8℃；氟里昂-11，沸点－23.8℃；

（2）没有气味，没有毒性。不像氨、二氧化硫那样，一旦管道漏气，就会产生强烈的刺激性气味，甚至造成事故；

（3）不腐蚀金属，这一点也优于二氧化硫和氨；

（4）跟大多数有机物不同，氟里昂不能燃烧，因而避免了发生火灾和爆炸的危险。

氟里昂有许多重要应用，除在冷冻装置中作冷冻剂外，还常用作喷雾装置中气溶胶推进剂、电子器件清洗剂以及泡沫塑料的发泡剂等。

随着环境科学的发展，人们逐渐认识到并越来越关注逸到大气平流层中的氟里昂对臭氧的破坏作用。

臭氧层是地球生命的保护层，它大约能把太阳辐射来的高能紫外线的5％吸收掉，使地球上的生物免遭强紫外线的杀伤。科学家指出，地球大气中臭氧每减少1％，就会增加5％的皮肤癌和2％的黑色素瘤疾患，并使农作物减产。如果没有臭氧层的保护，所有强紫外辐射全部落到地面的话，那么，地球上的林木将会被烤焦，飞禽走兽都将被杀死。

臭氧层的破坏是触目惊心的。近些年，在南极和北极上空都曾出现过巨大的季节性的臭氧“空洞”，空洞的面积有时相当于美国国土的2倍。科学观测表明，1969～1986年，北纬30°～60°地区上空臭氧浓度下降了1.7％～3％。主要包括美国、欧洲、加拿大、日本、中国和前苏联人口稠密地区。近年来科学家还发现，臭氧层损耗的速度比预想的还要快。

为拯救臭氧层，大量减少并最终停止生产和使用氟里昂类物质，发达国家负有不可推卸的责任。1985年，联合国通过了保护臭氧层公约，1987年通过了蒙特利尔议定书。我国政府批准了保护臭氧层公约，并于1991年宣布加入蒙特利尔议定书。1992年，我国编制了《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》，方案说，我国当前主要生产和消费氟里昂-12、氟里昂-11、氟里昂-113和哈龙-1211、哈龙-1301、四氯化碳、1，1，1-三氯乙烷等7种受控物质。我国将在2010年完全淘汰消耗臭氧层的物质。消耗臭氧层物质被淘汰后要有相应的替代物。

氟里昂的代价
　　氟里昂于30年代开发出来。属于氯氟烃化合物（CFCs），氟里昂是它的商品名称。它不易燃烧，不具腐蚀性，无毒，性能稳定，价格便宜，作为一种工业用化学物质，被广泛使用在各种冷冻空调的冷媒、电子和光学元件的清洗溶剂、化妆品等喷雾剂，以及泡沫塑料PU、PS、PE的发泡剂等等。从20世纪的30年代初到90年代的五六十年中，人类总共生产了1500万吨氯氟烃。 　　
　　在对氟里昂实行控制之前，全世界向大气中排放的氟里昂已达到了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。

　　由于世界各主要工业国家多位北半球，因此北半球大气中CFCs的平均浓度较南半球高。CFCs排出后在大气中迅速扩散，但南北两半球的大气，要穿越赤道完全混合，需时约2年。北半球大气中CFCs的平均年增率为4-5%，而南半球CFCs的平均浓度则较北半球约低8-10%，故南半球的CFCs大约也刚好是以落后北半球2年的时间，而以相同的速率在增加中。积存在对流层的大量CFCs，会随着大气运动进入平流层。对流层上部是「对流层顶」，对流层顶的高度各地并不相同，因季节和纬度而异，在赤道附近最高，约18公里；在高纬度的两极，只有8公里左右，而且夏季比冬季略高。由于各地对流层顶高度不同，在纬度30度左右的副热带地区，产生不连续现象，「对流层顶缺口」（青藏高原也位于30度地区）。在这个缺口处，上下层空气混合非常强烈，CFCs等物质便因而趁隙进入平流层。

已知液氧、液氮和液氨的沸点分别为-183℃、-196℃和-33℃。

液氨最便宜..

在19世纪八十年代到20世纪三十年代，CO2曾作为第一代制冷剂被广泛地应用于制冷空调系统中，与氨制冷剂一样，是当时最为常用的制冷工质。但从20世纪30年代以后，由于当时技术水平比较差，CO2制冷剂低临界温度（31.1℃）和较高的临界压力（7.38MPa），使得CO2蒸汽压缩制冷循环效率较低，基本停用。然而从20世纪70年代起，由于发现了第二代制冷剂CFC和HCFC具有破坏大气臭氧层的作用和较高的温室效应，并且作为它们的替代制冷剂HFC同样具有较高的温室效应，而CO2作为天然工质，即不破坏臭氧层，全球温室效应又低，而且无毒、不可燃，并具有单位容积制冷量高等优点，又重新被人们所认识而获得再兴。近年来，对CO2作为环保制冷剂的研究一直是制冷空调技术领域中广泛关注的热点之一。

　　一、环保制冷剂的选择原则

　　作为环保制冷剂除了考虑应满足常规制冷剂在热力学、物理化学及经济性方面的基本要求外，更重要的是考虑要满足在安全性和环境影响方面的要求。

　　（一）安全性方面的要求

　　制冷剂应在工作温度范围内不燃烧、不爆炸，无毒或低毒；渗透能力弱，易于捡漏；万一泄露，无刺激性气味，对人体健康无损害，与食品相接触时无污染。

　　（二）环境影响方面的要求

　　制冷剂存留于大气中的寿命要短，以减少对人类赖以生存环境的影响。ODP（OzoneDeletionPotential）是表示制冷剂消耗大气臭氧分子潜在程度的指标，是基于CFC-11为1.0的相对比较值。作为环保制冷剂ODP值应为零或尽可能地小，以减少对大气臭氧层的破坏；GWP（Global

　　WarmingPotential）是衡量制冷工质对全球气候变暖影响的指标，是基于作用100年的CO2为1.0的相对比较值，作为环保制冷剂GWP值要尽可能地低[1]。以减少对全球温室效应影响；另外应无光雾反应，对大气、水源和土壤等影响要少。

　　（三）热力学方面的要求

　　制冷剂的标准沸点要低，以满足制冷获得较低蒸发温度的要求；工作压力适宜，压力比要小，以减小压缩耗功和压缩级数；汽化潜热要大，单位容积制冷量要大些，以减少制冷剂的循环量，从而缩小制冷压缩机的尺寸；导热系数要高，以提高换热设备的换热效率。

　　（四）物理化学方面的要求

　　制冷剂的密度和黏度要小，以减少制冷剂在制冷系统中的流动阻力；能与润滑油良好相溶，以使压缩机各部分得到充分润滑；具有一定的吸水性，以免在系统的低温部分产生冰塞现象，不腐蚀金属，具有较好的化学稳定性和绝缘性；热稳定性好，高温下不分解。

　　（五）经济性方面的要求

　　生产工艺简单，成本低，价格便宜，容易获得。

　　二、CO2制冷剂的性质

　　（一）CO2制冷剂具有的主要优势

　　1．CO2是天然物质，ODP=0，GWP=1。使用CO2作为制冷工质，对大气臭氧层没有破坏作用，可以减少全球温室效应，来源广泛，勿需回收，可以大大降低制冷剂替代成本，节约能源，从根本上解决化合物对环境的污染问题，具有良好的经济性。

　　2．CO2安全无毒、不可燃，并具有良好的热稳定性，即使在高温下也不会分解出有害的气体。万一泄漏对人体、食品、生态都无损害。

　　3．CO2具有与制冷循环和设备相适应的热物性。分子量小，制冷能力大，0℃的单位制冷量比常规制冷剂高5～8倍，因而对于相同冷负荷的制冷系统，压缩机的尺寸可以明显减小，重量减轻，整个系统非常紧凑；润滑条件容易满足，对制冷系统常见材料无腐蚀，可以改善开启式压缩机的密封性能，减少泄漏。

　　4．CO2黏度小，0℃时CO2饱和液体的运动黏度只是NH3的5.2%、R12的23.8%[5]，流体的流动阻力小，传热性能比CFC类制冷剂更好，可以改善全封闭制冷压缩机的散热。

　　（二）CO2制冷剂存在的主要缺点及分析

　　1．CO2临界压力较高（7.38MPa），因此CO2跨临界制冷循环的工作压力较传统的亚临界两相制冷循环的工作压力高得多，约为传统制冷工质CFC或HCFC系统压力的６～８倍[4]。

　　所以制冷系统中工质流经的管路系统必须经安全性分析。但是由于CO2的单位容积制冷量约为常规制冷剂的5～8倍，系统所需的CO2容积流量很小，而设备内气体的爆炸能量为压力与容积乘积的函数，所以虽然系统的工质压力高，但容积较小，其压力和容积的乘积与常规工质相差不大，设备内气体的爆炸能量增加的并不多。以可靠性理论为依据，根据CO2跨临界制冷系统管道可靠性的不同影响因素及其变化规律，对不同管材情况下的可靠性进行深入地研究与分析，得到的结论是：当管路系统的管外径给定时，只要合理地选择管材和管壁厚度，就能保证系统在给定压力下运行的可靠性和安全性，CO2跨临界循环较高的运行压力是可以得到合理解决的；现有钢管基本可以直接应用，而现有铜管则需根据管径和壁厚经安全性分析后选用[6]。因此CO2运行工作压力较高所引起的安全性问题，并不会影响CO2作为环保制冷剂推广应用的障碍。

　　2．CO2单级压缩跨临界循环的性能系数COP比相同温度条件下的R12、R22、R134a等常规制冷剂的制冷性能系数都低。针对CO2制冷循环性能系数低的缺点，学者们经研究探索发现，完全可以通过完善系统循环方式、优化系统设备来解决，如采用双级压缩和采用膨胀机回收一部分膨胀功的措施加以改善，来提高制冷循环效率。有理论分析表明，采用膨胀机CO2跨临界循环的效率要高于常规制冷工质的节流膨胀循环[2]。

　　三、CO2制冷剂的应用前景

　　自前国际制冷学会主席G．Lorentzen提出采用CO2作为环保制冷剂及跨临界循环理论以来[7]，CO2在环保和性能上的优势越来越多地吸引了世界各国学者研究的注意力，其系统和部件的开发也得到了很大的发展，现有研究结果表明，CO2系统在高环境温度（45℃以上）时，制冷性能低于传统系统，35～45℃间与传统系统相近，35℃以下时性能更优[5]。目前CO2跨临界循环在汽车空调、热泵、商用制冷装置、食品冷藏冷冻等方面的应用前景都很好，性能都相当于甚至好于原来采用R22或R12或R134a的制冷装置，特别适用于需要大的温度变化的场合，而且在较低的蒸发温度下性能较好[2]。

　　CO2作为一种天然制冷工质，就其物性特征而言，具有其他非天然工质不可比拟的优势。伴随着CO2制冷系统研究工作的不断深入，CO2作为新一代制冷工质将会得到进一步推广，相信在不久的将来，汽车空调系统、商用制冷系

　　统、住宅空调系统以及各个生产企业的热泵干燥系统将会大量使用CO2替代现有制冷工质。

　　四、结束语

　　作为制冷剂，人们希望它环保、高效、经济，但实际上并不存在一种十全十美的制冷剂。与其他制冷剂相比，CO2具有环保、安全、经济和单位容积制冷量等性能方面上的明显优势，也有运行工作压力和效率方面上的不足。目前的研究表明，只要合理选择管材和管壁的厚度，可保证CO2系统在跨临界压力下运行的安全性和可靠性，而合理改善CO2跨临界循环方式，可以有效地减少节流损失，提高系统的循环效率，CO2作为环保制冷剂之一，有着很好的应用前景，随着制冷与空调技术领域的发展必将会得到广泛应用。