Какие свойства аммиака лежат в основе его применения в холодильных установках
Аммиак (NH3) является наиболее перспективным среди природных веществ, которые используются в качестве рабочих тел в холодильных установках и знаком под обозначением R717. Ниже рассмотрим положительные и отрицательные свойства аммиака, как холодильного агента, в сравнении с фреонами.
Рис.1. Продолжительность использования хладагентов.
Аммиак относится к группе хладагентов среднего давления и применяется при температуре конденсации не выше 550С в одноступенчатых холодильных машинах до температуры кипения – 300С, в двухступенчатых – до – 600С. Диаграмма давление-энтальпия (P-i) представлена на рис. 2.
Рис. 2. Диаграмма энтальпия-давление (i–P) для аммиака.
Термодинамические характеристики аммиака и некоторых фреонов представлены в таблице 1.
Таблица 1. Термодинамические характеристики хладагентов.
Хладагент | Формула | Мол-ная масса μ, кг/кмоль | Норм. темпер. кипения ts, 0С | Крит. темпер. tкр, 0С | Крит. давл. Ркр, МПа | Теплота парообра-зования r, кДж/кг |
| R717 | NH3 | 17,03 | -33,35 | 132,4 | 11,397 | 1360 |
R22 | CHF2Cl | 86,47 | -40,81 | 96,13 | 4,99 | 229 |
R134a | C2H2F4 | 102,03 | -26,3 | 101,5 | 4,06 | 215 |
| R290 | C3H8 | 44,1 | -41,97 | 96,81 | 4,269 | 419 |
R507a | Азеотропная смесь: 50%R125, 50% R143а | 98,8 | -47,1 | 71 | 3,72 | 200,5 |
R410a | Азеотропная смесь: 50%R32, 50% R125 | 72,58 | -52,6 | 72,13 | 4,93 | 264,3 |
R744 | СО2 | 44 | -93,85 (-78,5*) | 31 | 7,38 | 94,53 (573,13*) |
* – нормальная температура и теплота сублимации соответственно.
Как видно из таблицы, аммиак обладает высоким значением теплоты парообразования, что позволяет уменьшить массовый расход хладагента, циркулирующего в системе холодильной установки, по сравнению с установками, работающими на фреоне (в сравнении с R22 – в 5,94 раза, R134a – в 6,32 раза). Особенно это качество аммиака актуально при создании холодильных установок большой мощности (холодопроизводительностью более 100 кВт).
Вследствие высокого значения показателя адиабаты для аммиака (k=1,31) для него характерна высокая температура нагнетания, которая может привести не только к разложению масла, но и к его вспышке. Это, также, ограничивает применение в аммиачных установках воздушных конденсаторов.
К маслам, используемым в аммиачных холодильных машинах, предъявляют жесткие требования в отношении их термической стабильности в присутствии воздуха, влаги и металлических катализаторов. Недостаточная термическая стабильность масел приводит к образованию амидов, образованию отложений и коксованию на горячих клапанах компрессора, эмульсий в испарителях.
Одним из недостатков аммиака является то, что он вызывает коррозию медных сплавов, особенно в присутствии влаги, поэтому трубопроводы, теплообменные аппараты и арматуру данных установок выполняют из стали.
Высокая электрическая проводимость аммиака (1,1·10-7 См/м) затрудняет создание полугерметичных и герметичных компрессоров, работающих на аммиаке.
Поскольку аммиак является веществом природного происхождения, то он, в отличие от большинства распространенных фреонов, не оказывает никакого загрязняющего воздействия на окружающую среду. Влияние различных хладагентов на окружающую среду представлено в таблице 2.
Таблица 2. Влияние различных хладагентов на состояние окружающей среды.
Наименование параметра | Значения | ||||||
| R717 | R22 | R134a | R290 | R507a | R410a | R744 | |
Потенциал разрушения озонового слоя (ODP) | 0 | 0,05 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
Потенциал глобального потепления (GWP) | 0 | 1700 | 1300 | 3 | 3850 | 1890 | 1 |
Аммиак – это вещество с резким удушающим запахом, вредным для организма человека. Предельно допустимая концентрация R717 в рабочей зоне (ПДК) составляет 20 мг/м3, а опасное для жизни объемное содержание составляет 350…700 мг/м3. Аммиак горюч при его объемной концентрации в воздухе свыше 11% и взрывоопасен при концентрации в пределах от 15 до 28%, токсичен. Негативные свойства R717 заставляют принимать специальные меры, обеспечивающие безопасную эксплуатацию аммиачных холодильных установок, что требует от эксплуатирующей организации решения большего количества организационных и технических вопросов. При использовании фреоновых холодильных установок часть этих вопросов отпадает.
Между тем, вопросы безопасного использования аммиака успешно решаются за счет:
- использования современных систем с минимальной заправкой;
- использования систем промежуточного охлаждения;
- использования систем автоматики и предупреждения;
- вентиляция машинных отделений;
- обучение и сертификация персонала.
Резюмируя вышесказанное, можно сказать, что аммиак имеет хорошее будущее в качестве рабочего тела холодильных установок различной мощности. При его правильном использовании может быть обеспечен не только необходимый уровень безопасности, но и высокая эффективность установок.
Источник
30.08.2016
Доминирующим среди природных хладагентов является аммиак, известный как R-717, который благодаря своим превосходным тепловым характеристикам и высокой удельной холодопроизводительности широко используется как рабочее вещество в крупных холодильных установках на предприятиях многих отраслей промышленности. Например, для технология хранения фруктов в регулируемой газовой среде, которая является самым современным способом хранения сельскохозяйственной скоропортящейся продукции, необходимо использование аммиачных машин. Но т.к. идеального хладагента пока не придумали, использование аммиачных холодильных установок все же предполагает определенные риски.
Риски использования аммиачных холодильных установок
Бытует мнение, что аммиак – ядовитое, пожаро- и взрывоопасное вещество, использование которого необходимо сократить. На деле же аммиак как хладагент обладает непревзойденными качествами, сравнимыми и даже превышающими качества фреонов, которые до своего запрета Монреальскими протоколами считались идеальным рабочим веществом холодильной машины. Современные холодильные агрегаты продуманы до мелочей, при проектировании аммиачной холодильной установки действуют строгие нормы, а установленные правила четко и недвусмысленно определяют последовательность действий персонала для безопасной эксплуатации аммиачных систем. И на самом деле причиняемый вред здоровью людей при контакте с аммиаком в холодильных установках скорее исключение, чем правило, и проистекает от грубых нарушений техники безопасности вследствие человеческого фактора.
Согласно статистике, шанс умереть из-за воздействия аммиака в течение года есть только у двух человек из 10 миллиардов (от удара молнии – у 32 из миллиарда, от травм на производстве – у 5 из миллиона, от дорожных происшествий – у 5 из 100000). Этими двумя людьми могут стать только обслуживающий персонал, который в момент утечки осуществлял обслуживание аммиачных холодильных установок и находился в непосредственной близости от ее источника, не имея ни защитного снаряжения, ни средств индивидуальной защиты. В современных условиях это маловероятно, т.к. за техникой безопасности при эксплуатации аммиачных холодильных установок ведется строгий контроль. И даже в случае возникновения утечки серьезного ущерба не происходит.
Запах как сигнализатор утечки аммиака в холодильных установках
Высокая удельная теплота парообразования и парциальное давление аммиака затрудняют его испарение, поэтому в случае возникновении утечки она не может быть большой. А сильный характерный запах служит дополнительным сигналом опасности, предупреждая даже о сверхмалых утечках и становясь нестерпимым задолго до опасной для жизни концентрации аммиака. Так характерный неприятный запах начинает чувствоваться уже при концентрации в 0,0002%, при 0,0005% у непривыкшего человека появляется непреодолимое желание покинуть загазованный участок, а при 0,001% появляется паника. Однако все эти концентрации не являются опасными для человеческого здоровья и в некоторых странах даже являются допустимыми для работы персонала: например, в США только концентрация в 0,003% является достаточной для использования персоналом защитных масок и другого снаряжения. Вредные последствия для человека возникают только при концентрации в 0,004-0,007%, когда наступают раздражение глаз и дыхательной системы, и при концентрации в 0,02-0,05% при длительном воздействии возможен смертельных исход. Данные цифры показывают, что даже в случае аварии персонал холодильной установки имеет шанс не только спастись, но и устранить опасную ситуацию.
Пожар на аммиачных холодильных установках
Хотя аммиак классифицируется как пожаро- и взрывоопасное вещество, самовоспламениться он может только при очень высоких температурах (выше 651°C) и высокой концентрации его в воздухе (15-28%), т.е. напряжения оборудования, используемого в холодильных системах, недостаточно для воспламенения его паров. К тому же аммиак способен гореть только в замкнутых пространствах, на открытом воздухе становясь неопасным из-за малой скорости распространения пламени и большого количества энергии, которая необходима для его горения. Даже при возгорании аммиака уже через несколько секунд (в зависимости от объема помещения) соотношение атмосферного кислорода становится пожаробезопасным и пламя, если оно не успеет перекинуться на другие горючие вещества, гаснет само. Продуктами сгорания аммиака являются полностью безопасные для окружающей среды азот и вода, что выгодно отличает этот хладагент от фреонов, которые до сих пор используются в холодильных установках.
Таким образом, при хорошей вентиляции в машинном отделении, наличии автоматической сигнализации и противоаварийной защиты, а также соблюдении правил безопасности при эксплуатации аммиачных холодильных установок (в т.ч. запрета использования открытого огня и хранения горючих материалов в машинных помещениях) использование аммиака в качестве хладагента не вредит ни здоровью персонала, ни экологии.
Использование аммиака в промышленных холодильных установках
В настоящее время на отечественных и зарубежных крупных промышленных предприятиях широко используются аммиачные холодильные системы. Являясь одним из продуктов жизнедеятельности живых организмов, аммиак экологически чист и чрезвычайно распространен в природе. Именно его доступность обеспечивает минимизацию расходов на первичную заправку и последующие дозаправки системы, особенно в сравнении с дорогими фреонами, и делает использование аммиака экономически выгодным в крупных промышленных установках. Кроме того, аммиак в сравнении с фреонами является менее текучим веществом и имеет высокую активность по отношению к меди, поэтому аммиачные магистрали выполняются из железа и стали, что тоже сокращает расходы на организацию холодильной установки. С другой стороны, именно низкая текучесть ограничивает применение аммиака для небольших холодильных машинах, однако крупные аммиачные установки рентабельны в использовании.
Применение аммиака абсолютно безопасно для окружающей среды: он не разрушает озоновый слой и не способствует созданию парникового эффекта. А выдающиеся термохимические качества, обеспечивающие высокую холодопроизводительность, делают аммиачные холодильные установки эффективными и прибыльными.
Также рекомендуем статьи:
Аммиачные холодильные установки: перспективы использования
Аммиачные холодильные установки: пути снижения аммиакоемкости
Вода в аммиачной холодильной установке: последствия и пути решения
Источник
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 21 июня 2015; проверки требуют 8 правок.
Аммиачная холодильная установка (АХУ) — холодильная установка компрессионного или абсорбционного типа, в которой в качестве хладагента используется аммиак.
Особенности[править | править код]
Поскольку аммиак — сильнодействующее ядовитое вещество, взрывоопасное и пожароопасное вещество, обладает удушающим и нейротропным действием объект, участок или площадка с установленной аммиачной холодильной установкой может быть химически опасным объектом, при этом в состав установки входит оборудование, работающее под избыточным давлением, которое также может привести к необходимости получения лицензии в соответствии с Положением о лицензировании эксплуатации взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектов I, II и III классов опасности, Федеральным законом от 21.07.1997 № 116-ФЗ “О промышленной безопасности опасных производственных объектов” (см. Приложения 1 и 2) и Федеральным законом № 99-ФЗ “О лицензировании отдельных видов деятельности (см. пункт 12 статьи 12).
Использование аммиака, как потенциально опасного газа, достаточно строго регламентируется правилами безопасности аммиачных холодильных установок (ПБ 09-595-03). Ранее действующие Правила устройства и безопасной эксплуатации аммиачных холодильных установок не в полной мере обеспечивали их безопасность.
При этом ПБ 09-595-03 применяют в дополнение к Федеральным нормам и правилам в области промышленной безопасности “Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств” (см. п.1.4 ПБ 09-595-03) и Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности “Правила безопасности химически опасных производственных объектов”.
Преимущества аммиака как хладагента[править | править код]
Для аммиака характерно, что он:
- Экологически чист — поскольку является одним из продуктов жизнедеятельности живых организмов
- Не разрушает озоновый слой и не создает парниковый эффект
- Менее текуч чем фреоны, не проникает сквозь кристаллическую решетку черных металлов. Аммиачные магистрали могут выполняться из более дешевого по сравнению с цветными металлами железа. Более того, с многими цветными металлами аммиак вступает в химические реакции, образуя амиды металлов
- Аммиак значительно дешевле фреонов
- Удельная массовая производительность примерно в 3,5 раза превышает аналогичный показатель других хладагентов
- Обладает сильным резким запахом — что позволяет своевременно определять и устранять утечку
Абсорбционная аммиачная холодильная машина[править | править код]
Абсорбционные водоаммиачные холодильные машины (АВХМ) устанавливают вне помещений на многоярусной металлической или железобетонной «этажерке». Последовательно расположенные на разных ярусах цилиндрические ёмкости образуют ректификационную колонну TS. Из генератора AT насыщенный пар аммиака с большим содержанием воды поступает в ректификационную колонну. Выход 7 колонны TS соединен с конденсатором V. Содержание воды в аммиаке на выходе из колонны составляет всего лишь 0,2 %. Отделенная в ректификационной колонне вода по трубопроводу 8 возвращается в генератор AT. Охлажденный в конденсаторе V жидкий аммиак скапливается в накопителе HS и по необходимости расходуется для охлаждения контура теплоносителя 1-2 через теплообменник WT3. Забирая тепло, аммиак вскипает, и в газовой фазе поступает в абсорбер AB. Процесс абсорбции связан со значительным выделением тепла. Абсорбер и подаваемый абсорбент (через теплообменник WT2) охлаждаются контуром охлаждения 9. Насыщенный раствор аммиака в воде по магистрали 6, дополнительно подогреваясь в теплообменнике WT1 возвращается в генератор AT.
См. также[править | править код]
- Углекислотная установка
- Icy ball
Литература[править | править код]
- Фримштейн Ю. И. Машинист холодильных установок: Учебное пособие. М.: Издательство «Высшая школа» 1966 г., 88 стр.
- Холодильные машины: Учебник для студентов вузов специальности «Техника и физика низких температур»/А. В. Бараненко, Н. Н. Бухарин, В. И. Пекарев, Л. С. Тимофеевский: Под общ. ред. Л. С. Тимофеевского.- СПб.: Политехника, 1997 г.- 992с.
- Лепаев Д. А. Электрические машины бытового назначения. – М., Легпромбытиздат, 1991. – ISBN 5-7088-0183-2. – с. 228-236
Ссылки[править | править код]
- Правила безопасности аммиачных холодильных установок (ПБ 09-595-03).
Источник
Одним из важнейших химических веществ, которое используют в разных сферах деятельности человека, является аммиак. Ежегодно это вещество производят в огромных количествах – больше 100 млн тонн. Только вдумайтесь в это число! Сразу же возникает вопрос: « Для чего производят такое количество аммиака?». В этой статье мы ответим на этот вопрос, а также выясним причину популярности аммиака.
Свойства аммиака
Физические и химические свойства аммиака обуславливают его применения в различных областях. Аммиак представляет собой газообразное вещество без цвета с очень резким и неприятным запахом. Вещество ядовито. При длительном воздействии на человеческий организм способен вызывать отёки и поражение различных органов.
Аммиак – это слабая кислота, он взаимодействует с кислотами, водой, а с металлами способен образовывать соли. Он способен вступать в различные химические реакции с другими химическими веществами. Например, реакция безводного аммиака с азотной кислотой на практике позволяет получить аммиачную селитру, которая применяется для производства удобрений.
Аммиак является восстановителем. Он способен восстанавливать разные металлы из их оксидов. Реакция взаимодействия аммиака с оксидом меди дает возможность получить азот.
Различные сферы использования аммиака
Несмотря на свою токсичность, аммиак используют в самых разных сферах. Основная часть производимого аммиака идет на изготовление разных продуктов химической промышленности. К таким продуктам относятся:
– аммиачные и аммиачно-нитратные удобрения (аммиачные и нитратная селитра, сульфат аммония, хлористый аммоний и др.). Такие удобрения подходят для разных сельскохозяйственных культур. Важно знать, что внесение в почву удобрений нормируется из-за того, что содержащиеся в них вещества могут мигрировать в спелые овощи и фрукты.
– сода. Существует аммиачный метод получения кальцинированной соды. Аммиак используется для насыщения солевого рассола. Данный метод активно используется для промышленного производства соды.
– азотная кислота. Для её производства используют синтетический аммиак. На данный момент промышленное производство данного вещества основано на явлении катализа синтетического аммиака.
– взрывчатые вещества. Нитрат аммония нейтрален к механическому воздействию, но при некоторых условиях характеризируется высокими взрывчатыми свойствами. Именно поэтому он используется для производства таких веществ. В результате получают аммониты – аммиачные взрывчатые вещества.
– растворитель. Аммиак, в жидком состоянии, может использоваться как растворитель различных органический и неорганических веществ.
– аммиачная – холодильная установка. Аммиак применяется в холодильной технике, в качестве холодильного агента. Аммиак не вызывает парниковый эффект, он экологически чистый и дешевле фреонов. Эти факторы обуславливают применения данного вещества в качестве хладагента.
– нашатырный спирт. Его применяют в медицине и в быту. Данное вещество отлично выводит пятна с одежды различного происхождения, а также нейтрализует кислоты.
Применение аммиака в медицине
Аммиак широко применяется в медицине в качестве 10% -ого раствора аммиака и имеет название – нашатырный спирт. Когда человек падает в обморок, нашатырным спиртом приводят его в чувство. Также его используют как рвотное средство. Для этого его разводят и в малых количествах принимают внутрь. Особенно популярный такой метод при алкогольных отравлениях. Из нашатырного спирта делают примочки и обрабатывают укусы насекомых. Хирурги используют разведенный в воде нашатырный спирт для обработки рук.
Важно помнить, что передозировка аммиаком очень опасна. Возможны болевые ощущения в различных органах, их отеки и даже летальный исход. Этого можно избежать, если использовать данное вещество по назначению и с осторожностью!
Источник