Do những đặc điểm của chu trỡnh ngược, hệ thống thiết bị, điều kiện vận hành… mơi chất cú những tớnh chất húa học, vật lý, nhiệt động … thớch hợp.
1.1. Tớnh chất húa học:
_ Mụi chất cần vững bền về mặt húa học trong pham vi ỏp suất và nhiệt độ làm việc của hệ thống lạnh, khụng được phõn hủy, khơng được polime húa.
_ Mụi chất phải trơ khơng ăn mịn kim loại cỏc vật liệu chế tạo mỏy, dầu bụi trơn, oxi trong khơng khớ và hơi ẩm.
_Mơi chất lạnh khơng phản ứng húa học với tất cả cỏc thiết bị, vật liệu chế tạo hệ thống lạnh.
_Mơi chất lạnh phải cú qui trỡnh sản xuất đơn giản, phải cú khả năng tỏi sinh, tỏi chế sử dụng được.
_ An tồn khơng chỏy, khụng nổ ở điều kiện làm việc.
1.2. Tớnh chất lý học:
_ Áp suất ngưng tụ khụng được quỏ cao, nếu ỏp suất ngưng tụ quỏ cao dễ bị rũ rỉ đường ống, thiết bị mất an toàn.
_ Nhiệt độ bay hơi khụng được quỏ nhỏ phải lớn hơn Pkg để hệ thống khụng bị chõn khụng.
_Nhiệt độ đụng đặc (tủủ) nhỏ hơn nhiệt độ bay hơi rất nhiều (t0), nhiệt độ tới hạn (tth) lớn hơn nhiệt độ ngưng tụ rất nhiều.
_ Ổn nhiệt húa hơi r = h’’-h’ và nhiệt dung riờng của mụi chất lạnh lỏng càng lớn càng tốt, tuy nhiờn chỳng khụng đỏnh giỏ được chất lượng của mụi chất lạnh, cần chỳ ý khi ẩn nhiệt húa hơi r lớn thỡ năng suất lạnh riờng về khối lượng q0 = m.r ,( kj/kg) lớn do đú lưu lương khối lượng thực tế của mơi chất tuần hồn qua hệ thống nhỏ (m nhỏ m) vỡ vậy hệ thống lạnh gọn nhẹ.
GIÁO TRèNH KỸ THUẬT LẠNH
_ Năng suất lạnh riờng về thể tớch (qv , kj/m3) càng lớn càng tốt, mỏy nộn và cỏc thiết bị gọn nhẹ.
_ Độ nhớt của mụi chất lạnh càng nhỏ càng tốt, vỡ nú làm giảm tổn thất ỏp suất trờn đường ống và cỏc lỏ van, đồng thời khả năng bụi trơn cỏc chi tiết truyền động của mỏy múc và thiết bị tốt hơn.
_ Hệ số dẫn nhiệt ()và tỏa nhiệt v ()càng lớn càng tốt.
_Mụi chất lạnh hũa tan được với dầu càng tốt, nếu nú khơng hũa tan được với dầu nú hạn chế q trỡnh bụi trơn, nhưng bự lại nú khơng làm độ nhớt của dầu giảm.
_ Mụi chất lạnh khơng được dẫn điện để cú thể sử dụng cho mỏy nộn khớ và nửa kớn, nếu như mơi chất lạnh cú dẫn điện như Amụniắc (NH3) … thỡ chỉ sử dụng cho cỏc loại mỏy nộn hở, tuyệt đối khơng sử dụng cho mỏy nộn kớn và nửa kớn.
_ Khả năng hịa tan của mơi chất lạnh với nước càng nhiều càng tốt, vỡ nú trỏnh được tắt nghẻn ẩm khi mụi chất qua van tiết lưu hoặc ống mao (cỏp).
1.3. Tớnh chất sinh lý:
_Mụi chất lạnh khụng được độc hại đối với cơ thể người và cơ thể sống, khụng gõy phản ứng với cơ quan hụ hấp, khơng tạo ra khớ độc khi tiếp xỳc với lửa hàn và vật liệu chế tạo mỏy, thiết bị trong hệ thống lạnh.
_Mụi chất lạnh phải cú mựi để dể dàng phỏt hiện khi hệ thống bị rũ rỉ.
_Mụi chất lạnh khụng được ảnh hưởng xấu đến chất lượng cỏc sản phẩm bảo quản, cũng như khi chế biến. Cú nghĩa khơng làm giảm giỏ trị dinh dưởng, giỏ trị cảm quan của sản phẩm thực phẩm.
_Mụi chất lạnh khụng gõy ụ nhiễm mụi trường đặc biệt là khụng phỏ hỏng tầng ụzụngõy ra hiệu ứng nhà kớnh.
1.4. Tớnh kinh tế:
_Mụi chất lạnh phải cú giỏ thành hạ, nhưng độ tinh khiết phải đạt yờu cầu. _Mụi chất lạnh phải dễ kiếm, dễ vận chuyển, dể bảo quản, dể sử dụng và dể mua.
2. Phõn loại và ký hiệu mụi chất lạnh:
2.1. Phõn loại:
_ Mơi chất lạnh cú thể được phõn theo nhiều đặc điểm khỏc nhau. Căn cứ vào thành phần húa học người ta cú thể phõn ra thành hai lọai như sau:
GIÁO TRèNH KỸ THUẬT LAẽNH
+ Mụi chất lạnh vụ cơ: Nước, khơng khớ, amoniắc, sulphurdioxide,…v.v. + Mụi chất lạnh hữu cơ: Cỏc hydrocarbon, halozencarbon,…v.v.
_ Nếu căn cứ vào nhiệt độ sụi và ỏp suất bóo hịa cú thể phõn loại như sau: Mụi chất lạnh cú ỏp suất sơi trung bỡnh và cao.
_ Nếu căn cứ vào tớnh độc hại cú thể phõn loại như sau: Mụi chất lạnh rất độc hại và mơi chất lạnh ớt độc hại và mơi chất lạnh khụngđộc hại.
_ Nếu căn cứ vào tớnh dễ gõy chỏy nổ cú thể phõn loại như sau: Mụi chất lạnh gõy chỏy nổ và mụi chất lạnh khụng gõy chỏy nổ.
2.2. Ký hiệu mụi chất lạnh:
Ký hiệu mụi chất lạnh xuất phỏt đầu tiờn hóng Dupont (F12, F22 …). Sau đú Hội cỏc kỹ sư Mỹ về lạnh, sưởi ấm và điều hịa khơng khớ ( ASHRACE-American society of Heating, Refrigeration and conditioning Engineers) đó phỏt triển, bổ sung và hiệp hội tiờu chuẩn Mỹ (American Standards Association) đó phờ duyệt. Ngay nay hệ thống ký hiệu này được sử dụng rộng rói trờn tồn thế giới. Mỗi mơi chất lạnh đều cú một ký hiệu riờng bằng chữ kốm theo dễ sử dụng và tiện lợi để phõn biệt trong việc thương mại húa mơi chất lạnh cho cỏc hóng sản xuất.
a. Ký hiệu mụi chất lạnh hữu cơ:( Cỏc hydrocarbon, halozencarbon,…v.v.) Ký hiệu cỏc mụi chất lạnh bắt đầu bằng chữ R viết tắt của chữ Refrigerant tiếng Anh là mụi chất lạnh, sau đú là tập hợp số thường gồm ba con số.
Vớ dụ: Mụi chất lạnh R113 (cơng thức húa học CClcF-CClF2). R 1 1 3
Như vậy:C – 1 = 1 C=2 (cú hai nguyờn tử cacbon trong phõn tử mụi chất lạnh H + 1 = 1 H = 0 (khơng cú nguyờn tử hydro trong phõn tử mụi chất lạnh
F =3 (cú hai nguyờn tử cacbon trong phõn tử mụi chất lạnh Chỳ ý:
+ Số húa trị cịn lại trong cụng thức cấu tạo mụi chất lạnh là số nguyờn tử clo.
Chữ đầu là Refigerant
Số lượng nguyờn tử cacbon trừ đi 1 Số lượng nguyờn tử hydro cộng 1 Số lượng nguyờn tử flo trong phõn tử
GIÁO TRèNH KỸ THUẬT LẠNH
Do đú khi hai nguyờn tử cacbon liờn kết với nhau thỡ nú cịn lại 6 húa trị, 3 cho F nờn suy ra 3 húa trị cịn lại là 3 ngun tử Cl cú trong phõn tử.
Cuối cựng ta cú cơng thức phõn tử của mụi chất lạnh R113 là CClF2-CCl2F và tương tự ta cú thể xỏc định cơng thức phõn tử và cụng thức cấu tạo (nếu được) cho cỏc mụi chất lạnh R12, R22,R134a…v.v.
+ Trong mụi chất lạnh người ta ký hiệu a, b như : R134a, R134b là ký hiệu cho cỏc mơi chất lạnh cú cựng cơng thức phõn tử nhưng khỏc nhau về cụng thức cấu tạo.
b. Ký hiệu mụi chất lạnh vụ cơ: (Nước, khơng khớ, amoniắc, sulphurdioxide,…v.v.)
Vỡ cơng thức húa học của cỏc chất vụ cơ tương đối đơn giản và ớt gõy nhầm lẫn nờn ớt khi dựng khớ hiệu. Tuy nhiờn, cỏc chất vụ cơ được qui ước ký hiệu như sau: sau chữ Rlà số 700. Cỏc mơi chất lạnh cú cụ thể hai số thay cho số 00 là phõn tử lượng làm trũn cỏc chất đú. Vớ dụ amơniắc NH3 là R717, khơng khớ là R729, nước là R718 … cỏc chất cú cựng phõn tử lượng cú kớ hiệu A để phõn biệt vớ dụ CO2 là R744 cũn N2O là R744A.
3. Cỏc mụi chất lạnh thụng dụng: 3.1. Amụniac:
Cụng thức cấu tạo: NH3 Ký hiệu: R717
_ NH3 là một chất khớ khơng màu, cú mựi khai, nhiệt độ sụi (nhiệt độ bay hơi của mụi chất lạnh) ts = -33,350C cú tớnh chất nhiệt động tốt, phự hợp với chu trỡnh lạnh mỏy nộn piston và mỏy nộn trục vớt.
_ Trong hệ thống lạnh sử dụng mụi chất lạnh NH3 ở điều kiện bỡnh thường làm mỏt bằng nước thỡ nhiệt độ ngưng tụ tk = 300C và ỏp suất ngưng tụ Pk = 1,2MPa (gần bằng 12kg/cm2).
_ ở điều kiện bỡnh thường ỏp suất bay hơi của hệ thống lạnh sử dụng mụi chất lạnh NH3 P0 lớn hơn ỏp suất khớ quyển Pkq = 1at, nhưng ở mỏy nộn hai cấp khi nhiệt độ bay hơi t0 = -33,350C thỡ ỏp suất bay hơi bị chõn khơng (tức là nhỏ hơn ỏp suất khớ quyển).
_ Năng suất lạnh riờng về khối lượng q0 (kj/kg) lớn do đú mơi chất lạnh tuần hoàn qua hệ thống nhỏ vỡ vậy mơi chất lạnh NH3 phự hợp cho những mỏy nộn lạnh của hệ thống lạnh cú năng suất lạnh lớn và rất lớn.
GIÁO TRèNH KỸ THUẬT LẠNH
_ Năng suất lạnh riờng về thể tớch qv (kj/m3) lớn nờn hệ thống lạnh và mỏy nộn gọn nhẹ.
_ Hệ số dẫn nhiệt và hệ số tỏa nhiệt lớn gần bằng với nước nờn khụng cần làm cỏnh tản nhiệt ở thiết bị ngưng tụ làm mỏt bằng nước.
_ Tớnh lưu động của mụi chất lạnh NH3 tương đối cao vỡ vậy tổn thất ỏp suất trờn đường ống và ở cỏc van chặn (Pms, Ps) nhỏ do đú nú phự hợp sử dụng cho những hệ thống lạnh cú năng suất lớn và rất lớn.
_ Nhiệt độ tới hạn (tth) lớn hơn 1400C vỡ vậy nú sử dụng cho mỏy nộn hai cấp hoặc ba cấp vẫn được.
_ Mụi chất lạnh NH3 tan được trong nước nờn hệ thống khơng cần phải kớn tuyệt đối, khụng cần phải hỳt chõn khụng tuyệt đối khi lắp đặc hệ thống.
_ Mụi chất lạnh NH3 khụng tan trong dầu bụi trơn nờn hệ thống lạnh phải bố trớ thờm bỡnh tỏch dầu trước khi mơi chất lạnh đưa về thiết bị ngưng tụ và thiết bị hồidầu về mỏy nộn (Bỡnh tập trung dầu).
_ Mụi chất lạnh NH3 dẫn điện do đú ta chỉ sử dụng cho những hệ thống lạnh mỏy nộn hở.
_ Mụi chất lạnh NH3 tỏc dụng được với đồng, hợp kim đồng và bạc nờn vật liệu chế tạo thiết bị của hệ thống khụng được sử dụng làm bằng đồng, hợp kim đồng và bạc.
_ Mụi chất lạnh NH3 ở dạng khớ rất độc nờn khi vận hành mỏy nộn cũng như khi sửa chữa hệ thống cần phải cú đồ bảo hộ lao động.
_ Mụi chất lạnh NH3 dễ chỏy, nổ cho nờn cần phải phũng chỏy, phũng gõy nổ. _ Mụi chất lạnh NH3 cũng gõy ụ nhiễm mụi trường nhưng khụng gõy tỏc hại đến tầng ụzụn.
3.2. Mụi chất Freon12:
Cụng thức cấu tạo: CCl2F2 Ký hiệu: R12
_ Mụi chất lạnh R12 là một chất khớ khơng màu, cú mựi thơm nhẹ, nặng gấp bốn lần khơng khớ (dR12/kk = 4) ở nhiệt độ t= 300C, ỏp suất P =10at nú ở trạng thỏi lỏng nặng hơn nước khoảng 1, 3 lần.
_ Nếu hệ thống lạnh sử dụng mụi chất lạnh R12 làm mỏt bằng nước thỡ nhiệt độ ngưng tụ tk = 300C lỳc đú ỏp suất ngưng tụ Pk = 0,74MPa (gần bằng 7,4kg/cm2).
GIÁO TRèNH KỸ THUẬT LAẽNH
Nếu làm mỏt bằng khơng khớ thỡ nhiệt độ ngưng tụ tk = 420C lỳc đú ỏp suất ngưng tụ Pk = 1,02MPa (gần bằng 10,2kg/cm2).
_ Mụi chất lạnh R12 nếu sụi ở trạng thỏi ỏp suất P0 = 1 at, lỳc đú nhiệt độ sơi t0 = ts = -29,80C , nếu t0 > -29,80C thỡ P0 > Pkq = 1at , nếu ỏp suất bay hơi bị chõn khi t0 < - 29,80C.
_ Năng suất lạnh riờng về khối lượng mụi chất lạnh R12 (q0R12 , kj/kg) bộ hơn năng suất lạnh riờng về khối lượng của NH3 nhiều lần, chỉ bằng 1/10 1/8 của NH3 nờn lưu lượng tuần hoàn qua hệ thống lớn, do đú mơi chất lạnh R12 chỉ phự hợp với hệ thống nhỏ và rất nhỏ, tuy nhiờn R12 vẩn được sử dụng cho hệ thống lạnh cú năng suất lớn.
_ Năng suất lạnh riờng về thể tớch mơi chất lạnh R12 (qvR12 , kj/m3) chỉ bằng 60% năng suất lạnh riờng về thể tớch mụi chất lạnh NH3 (qvNH3 , kj/m3), nờn hệ thống lạnh sử dụng mụi chất lạnh R12 lớn và cụng kềnh.
_ Hệ số dẫn nhiệt và hệ số tỏa nhiệt của R12 nhỏ hơn hệ số dẫn nhiệt và tỏa nhiệt của NH3, hệ số tỏa nhiệt của R12 khi sụi ở thiết bị ngưng tụ chỉ bằng 1/5 hệ số tỏa nhiệt của nước cho nờn thiết bị trao đổi nhiệt với nước khi sử dụng R12 thường bố trớ cỏnh tản nhiệt về phớa R12.
_ Tớnh lưu động của mụi chất lạnh R12 kộm hơn so với NH3 nờn tổn thất ỏp suất trờn đường ống và qua cỏc van của R12 lớn, vỡ vậy tốc độ của mụi chất lạnh qua tiết diện đường ống giảm đi từ 2 đến 2, 5 lần so với NH3.
_ Vỡ số mũ đoạn nhiệt (k) của R12 nhỏ hơn số mũ đoạn nhiệt của NH3 nờn nhiệt độ cuối tầm nộn của hệ thống lạnh sử dụng R12 thấp do đú nú phự hợp cho mỏy nộn ngược dịng cú khoang hỳt liền nhau.
_ Mụi chất lạnh R12 khụng dẫn điện cho nờn nú dựng cho mỏy nộn lạnh kớn và nửa kớn tốt .
_ Mơi chất lạnh R12 hịa tan hồn tồn trong dầu do đú nú thuận lợi cho q trỡnh bơi trơn.
_ Mụi chất lạnh R12 hồn tồn khơng tan trong nước chỉ cần một lượng ẩm nhỏ 15mg nước thỡ nú bị tắc nghẽn ẩm khi mơi chất lạnh qua van tiết lưu hoặc ống mao (cỏp), nờn hệ thống cần phải kớn tuyệt đối.
_ Mơi chất lạnh R12 cú khả năng rửa sạch cặn bẩn nờn hệ thống phải bố trớ phin lọc.
_ Mụi chất lạnh R12 gặp ngọn đốn halozen thỡ mất màu do đú ta cú thể phỏt hiện những chỗ bị rũ rỉ của hệ thống.
GIÁO TRèNH KỸ THUẬT LẠNH
_ ở nhiệt độ t = (540 565)0C thỡ mơi chất lạnh R12 bị phõn hủy khi cú xỳc tỏc.
_ Mụi chất lạnh R12 khụng gõy chỏy nổ, khụng độc hại cho cơ thể người, cơ thể sống, ở nồng độ lớn hơn 30% nú gõy nghẹt thở vỡ thiếu khơng khớ.
_ R12 khụng làm biến chất thực phẩm.
_ Mụi chất lạnh R12 dễ mua, dễ vận chuyển, dễ bảo quản.
_ Mụi chất lạnh R12 cú thể phỏ vỡ tầng ơzơn gõy ơ nhiễm mụi trường.
Hiện nay cỏc nhà khoa học đang tỡm mơi chất lạnh mới để thay thế cho mụi chất lạnh R12.
3.3. Mụi chất Freon 22:
Cụng thức cấu tạo: CHClF2 Ký hiệu: R22
_ Mụi chất lạnh R22 là một chất hữu cơ khụng màu, cú mựi thơm nhẹ dễ chịu. _ Trong hệ thống lạnh sử dụng mụi chất lạnh R22 . Nếu thiết bị ngưng tụ làm mỏt bằng nước (H2O) thỡ nhiệt độ ngưng tụ tk = 300C lỳc đú ỏp suất ngưng tụ Pk = 1,19MPa (gần bằng 11,9 kg/cm2), nếu thiết bị ngưng tụ làm mỏt bằng khơng khớ thỡ nhiệt độ ngưng tụ tk = 420C lỳc đú ỏp suất ngưng tụ Pk = 1,6MPa (gần bằng 16 kg /cm2).
_ ở ỏp suất khớ quyển Pkq =1at thỡ nhiệt độ sơi của nú là ts = -40,80C , vỡ vậy khi hệ thống lạnh cú nhiệt độ bay hơi yờu cầu t0 > -40,80C thỡ ỏp suất bay hơi lớn hơn ỏp suất khớ quyển và ngược lại khi hệ thống lạnh cú nhiệt độ bay hơi yờu cầu t0 < -40,80C thỡ ỏp suất bay hơi bị chõn khơng, trường hợp này thường xảy ra ở mỏy hai cấp nộn trở lờn.
_ Mơi chất lạnh R22 cú ỏp suất trung bỡnh giống như amoniắc (NH3) nhưng cú ưu điểm hơn NH3 là tỉ số nộn = Pk/P0 thấp, vỡ vậy mỏy hai cấp nộn cú thể đạt được nhiệt độ ở thiết bị bay hơi t0 = (-60 -70 )0C, nhiệt độ đụng đặc tủủ cũng thấp hơn.
_ Năng suất lạnh riờng về khối lượng của mụi chất lạnh R22 (q0R22 , kj/kg) lớn hơn R12 nờn thuận lợi cho việc chế tạo mỏy nộn cú cụng suất lớn và lắp đặt hệ thống lạnh cú cơng suất lớn.
_ Năng suất lạnh riờng về thể tớch của mơi chất lạnh R22 (qvR22 , kj/m3) lớn