制冷原理与装置第二章(郑贤德主编)

制冷原理与装置 郑贤德 主编

第二章制冷剂、载冷剂及润滑油

2013、10

目录

>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>第一节 制冷剂概述

第二节 制冷剂的热物性参数及其计算方法

第三节 制冷剂的物理化学性质

第四节 常用制冷剂

第五节 载冷剂第六节 润滑油

第一节

制冷剂概述

※ 制冷剂的发展最早使用的制冷剂 乙 醚

缺点

易燃、易爆

二甲基乙醚

其沸点为-23.6℃,蒸发压力比乙醚高得多 无毒无害，使用安全，曾在船用 冷藏装置中使用

CO 2

1967

优点 缺点

在使用温度范围内压力高，使机 器极为笨重

NH 3SO 2

1870年，由卡特· 林德提出，对使用氨做制冷剂做出了贡献

1874年被提出，沸点-10℃,在历史上曾是比较重要的制冷剂毒性大

具有良好的传热性能 氟利昂 部分会破坏臭氧层，,如：R11、R12、 R13、R14、R113、R114等

常识：为了加快对破坏臭氧层的制冷剂的淘

汰步伐，逐步限制使用的时间表不断提前。

※ 作为制冷剂应该符合的要求通常希望单位制 冷量和单位容积 制冷量比较大 比功和单位容 积压缩功小， 喜欢效率高

在工作范围内 有合适的压力 和压力比

等熵压缩 的终了温 度不太高

热力学 方面原料来源充 足，制造工 艺简单，价 格便宜 粘度、密度 尽量小

迁移性 方面

制冷剂 物理化 学性质

化学稳定性和 热稳定性好

其他

热导率大

对大气环境 无破坏作用

无毒、不燃烧、不 爆炸、使用安全

※ 制冷剂的命名 氨、二氧化碳和水等。 简写规定R7(),括号代 表该无机物相对分子 质量的整数部分 二氟二氯甲烷、四氯乙 烷、二氟一氯甲烷、一 氟三氯甲烷等；分子通 式： m H n Fx Cl y Brz C 简写规定：R(m1)(n+1)(x)B(z) 甲烷、乙烷、丙烷、异 丁烷、乙烯、丙烯等； 分子通式： m H 2n 2 C 简写规定：R(m1)(n+1)(x)B(z)

无机 物

卤代烃

碳氢化 合物

第二节

制冷剂的热物参数及其计算方法

※ 热力学性质 两种形式：一种是热力学性质图和表，另一种是参数关系方程式表2-1 一些制冷剂最基本的热力学性质制冷量 相对分子质量 正常沸点/℃ 凝固点/℃ 临界温度/℃ 临界压力/kPa 临界比体积/(L/kg)

R704R702 R720 R728 R729

4.00262.0159 20.183 28.013 28.97

-268.9-252.8 -246.1 -198.8 -194.3

—-259.2 -284.6 -210 —

-267.9-239.9 -228.7 -146.9 -140.7

228.813151 3397 3396 3772

14.4333.21 2.070 3.179 3.048

R740R732 R50 R14 R1150

39.94831.9988 16.04 88.01 28.05

-185.9-182.9 -161.5 -127.9 -103.7

-189.3-218.8 -182.2 -184.9 -169

-122.3-118.4 -82.5 -45.7 9.3

48955077 4638 3741 5114

1.8672.341 6.181 1.598 4.37

续表：制冷量 相对分子质量 正常沸点/℃ 凝固点/℃ 临界温度/℃ 临界压力/k

Pa 临界比体积/(L/kg)

R503R170 R23 R13 R744 R13B1 R504 R32 R125 R1270 R143a R502 R290 R22 R115 R161

87.530.07 70.02 104.47 44.01 148.93 79.2 52.02 120.02 42.09 84.04 111.64 44.10 86.48 154.48 48.06

-88.7-88.8 -82.1 -81.4 -78.4 -57.75 -57.2 -51.2 -48.45 -47.7 -47.6 -45.4 -42.07 -40.76 -39.1 -37.6

—-183 -155 -181 -56.6 -168 — -78.4 -103 -185 -111.3 — -187.7 -160 -106 -143.2

19.532.2 25.6 28.8 31.1 67.0 66.4 78.3 60.1 91.8 73.1 82.2 96.8 96 79.9 102.2

41824891 4833 3865 7372 3962 4758 5808 3592 4618 3776 4075 4254 4974 3153 5090

2.0355.182 1.942 1.729 2.135 1.342 2.023 2.326 1.751 4.495 2.305 1.785 4.545 1.907 1.629 3.472

参数关系方程式1、压缩性系数

p

ZRT v

Z为引入压缩性系数，也称因子。只要确定了Z就可按上式计算过热蒸汽的状态参数。Z为量纲为一 的量，它是温度和压力的函数；R为摩尔气体常数，它与气体的种类无关，采用的单位也不同，其 值不同，见表2-2.表2-2 理想气体常数与单位 R 8.317×107 1.987 8.314 8.314 单 位 R 82.06 8.206×10-5 62.36 10.73 单 位

erg/ (mol· K) cal/ (mol· K) J/ (mol· K) cm3 · MPa / (mol ·K)

cm3 · atm/ (mol· K) m3 · atm/ (mol· K) l ·mmHg/ (mol· K) (lb / in) ft3/ (mol· K)

2、饱和蒸汽压

ln pr a0 a1 (1 Tr ) a2 (1 Tr )1.5 a3 (1 Tr )3 a4 (1 Tr )7 a5 (1 Tr )9 / Tr式中,Pr是对比压力；Tr 是对比温度；a0、a1、a2、a3、a4、a5是拟合所得到的常数

3、汽化热

1 Tr r rs 1 T rb

0.38

制冷工质的汽化热与单位质量制冷量的关系。式中，rs为正常沸点时的汽化热；Tbr是正常的沸点对比温度， Tbr = Tb / Tc, Tb为正常沸点温度。

4、比热容制冷剂在理想气体状态下的比热容一般由实验测得，然后拟合成如下关系，即

c 0 d 0 d1T d 2T 2 d 3T 3 p式中，T是温度(K);Cp0是比定压热容[J/(mol ·K)];d0、d1、d2、d3是常数。

5、液体的密度

由于液体可压缩性很小，可认为过冷液体的密度等于饱和液体的密度。饱和液体的密度与温度的关系如下

s cr Z其中

(1 Tr ) cr

ln( sb / er ) ln lnZcr ln(1 - Tbr )

式中，ρcr是临界密度；Zcr是临界压缩因子；Tr是对比温度； ρsb是正常沸点是的密度； Tbr是正常沸点对比温度。

第三节※ 安全性

制冷剂的物理化学性质及其应用

毒性：美国工业与环境卫生专家大会用TLVs指标作为毒性标准，美国杜邦公司用AEL指标作为毒性 标准这两个标准在数值上非常接近。表2-3 常用制冷剂的毒性指标 制冷剂代号 R22 R23 R32 R123 TLVs或AEL 1000 1000 1000 50 制冷剂代号 R125 R134a R290 R600a TLVs或AEL 1000 1000 5000 800 制冷剂代号 R717 R744 TLVs或AEL 25 5000

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