Замена озоноопасного фреона-12 на озонобезопасный фреон

АННОТАЦИЯ

В работе приведены данные по изучению экологически чистых холодильных агентов, обеспечивающие нормальное функционирование существующего парка малых холодильных установок. Освящены данные о влиянии холодильных агентов, в частности фреона 12 и фреона 22, на разрушение озонового слоя, на глобальное потепление Земли и экспериментального исследования бытовой холодильной установки, заправленной смесью озонобезопасных холодильных агентов: пропан-бутановой смесью, R600/290.

ABSTRACT

The paper presents data on the study of environmentally friendly refrigerants, ensuring the normal functioning of the existing fleet of small refrigeration units. Data on the effect of refrigerants, in particular Freon 12 and Freon 22, on the destruction of the ozone layer, on the global warming of the Earth and an experimental study of a household refrigeration unit charged with a mixture of ozone-safe refrigerants: propane-butane mixture, R600 / 290 are described.

Ключевые слова: фреон, аммиак, холодильный агент, озон, хладагент, озонобезопасность.

Keywords: freon, ammonia, refrigerant, ozone, refrigerant, ozone safety.

Широкое применение холодильников во всех отраслях пищевой промышленности в мире обеспечивает ритмичность производства, рациональное использование основных фондов, сохранение качества продуктов питания. Но хладагент фреон-12, используемый  в этих холодильниках, является веществом, разрушающим озоновый слой. Непрерывное разрушение озонового слоя приводит к различным изменениям климата. Поэтому, важное значение имеет, заменить озоноопасный хладагент фреон-12, на другой озонобезапасный хладагент.

В мире научное обоснование соответствующих решений по хранению продуктов питания в бытовых и коммерческих холодильниках, замене озоноразрушающего холодильного агента  фреона-12 на озонобезопасный холодильный агент, в частности, определение влияния холодильного агента фреона-12 на озоновый слой; обоснование глобальных климатических изменений; использование новых хладагентов, экологически безопасных и эффективных; определение оптимальных концентраций и объема выбранного хладагента, в целях обеспечения оптимальных и необходимых температурных режимов полученного реагента необходима модернизация методов замораживания, включающая замену озоноопасного фреона-12 на озонобезопасный холодильный агент.

В Республике достигаются научные и практические результаты по получению новых охлаждающих средств на основе местного сырья и замене вредных для озона газов фреона-12 и фреона-22. В стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан определены задачи   “принятие системных мер по глобальным климатическим изменениям и смягчению негативного воздействия осушения Аральского моря на развитие сельского хозяйства и жизнедеятельность населения”^[1]. Важное значение в этом плане, в частности, имеют научные исследования, направленные на производство безвредных для озонового слоя холодильных агентов на основе местного сырья, определение их оптимальных условий и применение в промышленности.

Научно-техническое значение  проблемы и ее связь с экологией обусловили интенсивное развитие создания озонобезопасных смесей: пропан-бутановая (R600/290) и аммиака, их широкое применение на практике. В научных исследованиях многих ученых мира рассматриваются вопросы использования озонобезопасных хладагентов в малых  холодильных установках, а также возможность целенаправленного применения углеводородов и аммиака вместо фреона-12 и фреона-22 на озонобезопасные смеси R600 и R290, и аммиака, благодаря чему уменьшится выброс ХФУ.

Основными требованиями к режиму работы малого холодильника определяются технологическими требованиями хранения, охлаждения пищевых продуктов которые ежедневно присутствуют на столе каждой семьи. Охлаждение и замораживание пищевых продуктов – один из экономических способов консервирования. Проблема сохранения свежести скоропортящихся продуктов сводится в основном к регулированию или устранению биохимических процессов, протекающих за счёт ферментов продуктов, и разрушающих процессов, совершающихся за счёт жизнедеятельности микроорганизмов. Охлаждение широко используют для увеличения сроков хранения пищевых продуктов. Охлаждение – это понижение температуры объекта до заданной конечной температуры (не ниже криоскопической), вследствие чего задерживаются биохимические процессы и развитие микроорганизмов. При хранении продуктов в охлаждённом состоянии необходимо учитывать различие условий охлаждения и содержания продуктов растительного происхождения. Они имеют ряд особенностей, с которыми нельзя не считаться. Например, цель охлаждения мяса, мясопродуктов, субпродуктов – уменьшение в них тепловой энергии и понижение температуры до определённого уровня. При длительном хранении мяса температура понижается до – 18°С. Замороженное мясо имеет среднюю температуру в толще мышцы – 11°С Такая же температура необходима и при хранении сливочного масла. Овощи и фрукты хранятся при 0°С – яблоки, груши, косточковые плоды, ягоды, зелёные овощи, корнеплоды, при 7°С – апельсины мандарины, созревшие ананасы, красные томаты, картофель огурцы, фасоль, при 12°С – лимоны, бананы, зелёные ананасы, зелёные томаты, манго и др. Следовательно новый холодильный агент должен обеспечивать температурный режим в камере холодильника температуры от –20°С до +10°С.

Задачей данных экспериментов явилось установление, что термодинамические свойства пропан-бутановой смеси вписываются в возможности бытового или торгового холодильников, рассчитанных на работу на фреоне-12. Было установлено, что углеводороды имеют отличные термодинамические и транспортные свойства, что обеспечивает высокий холодильный коэффициент и меньшее по сравнению с основными ГФУ потребление электроэнергии оборудованием. Незначительное падение давления в теплообменниках (меньше чем для R22) и хорошие коэффициенты теплопередачи (по сравнению с R22) также могут быть отнесены к преимуществам углеводородов. Чистый пропан и чистый бутан не могут служить заменителями фреона-12. У пропана хорошая нормальная температура кипения t_о=-42,17^оС, но при температуре конденсации t_к=+55^оС,  давление конденсации доходит до 18,4 атм. Это выше допустимого давления заложенного в бытовые или торговые холодильники. У бутана при приемлемых давлениях кипения и конденсации высокая нормальная температура кипения t_о=-0,6^оС. Этого недостаточно для сохранения качества большинства скоропортящихся продуктов – сливочного масла, рыбы, мяса и др. Следовательно, возникает необходимость смешения этих двух компонентов пропана и бутана для приближения их термодинамических свойств к свойствам фреона-12. Чем выше летняя температура окружающей среды, тем ниже количество пропана в смеси и наоборот, чем ниже летняя температура окружающей среды желательно иметь большее количество пропана в смеси. Расчетно-теоретические исследования термодинамических циклов показали, что использование в качестве хладагента этой смеси со значительной неизотермичностью процессов фазовых превращений позволяет повысить энергетическую эффективность системы охлаждения бытового холодильника по сравнению с холодильником, работающем на моно веществе.

С целью проверки работоспособности, бытовые и витринные холодильники заправлялись пропан-бутанововй смесью, несколько раз с различной концентрацией. В испарителе домашнего холодильника загружалось 10 литров воды с температурой 18^о-20^оС и замерялась скорость понижения его температуры, замерзание и дальнейшее падение температуры льда. Обе холодильные установки проработали более шести месяцев. Результаты экспериментов, подкорректированные расчетами приведены на рис. 1. и 2. В графиках зависимости отношений давления Р_к/Р_о, разности давлений (Р_к–Р_о,)кг/см² в зависимости от изменения температуры конденсации – t_к^оС и температуры кипения – t_о^оС при различных концентрациях пропана и бутана.

Из рисунков 1 и 2 видно, что наиболее благоприятным условием для работы холодильной установки, если исходить исключительно из значений разности давлений это соответствует меньшим количеством в смеси пропана. Если исходить исключительно из значений отношения давлений конденсации кипения, то это соответствует большим количеством пропана в смеси. Следовательно, полученные данные рис.2 и 3 необходимо рассматривать совместно, с фреоном-12, для сравнения, что позволит определить оптимальную концентрацию смеси обеспечивающую работоспособность существующих холодильных установок, работающих на фреоне-12. Совмещение графиков (рис.1 и рис.2) показывает, что наиболее оптимальной концентрацией смеси исходя из значений разности давлений и отношения давлений конденсации и кипения при условиях с жарким климатом, это 55% пропана и 45% бутана.

Показания бытового холодильника при работе на фреоне-12 уступают при его работе на пропан-бутанововй смеси. Холодопроизводительность при работе на пропан-бутанововй смеси выше чем при работе на фреоне-12, при этом потребляемая мощность ниже. Это сказалось на величине холодильного коэффициента. При работе бытового холодильника на пропан-бутанововй смеси оно выше, чем при работе на фреоне-12.

Рисунок 3. График зависимости, потребляемой мощности и холодильного коэффициенте бытового холодильника от температуры кипения, при температуре конденсации + 50°С

На рис. 3, где дана зависимость холодопроизводительности, потребляемой мощности и холодильного коэффициента бытового холодильника от температуры кипения, при температуре конденсации +50^оС [4]. При этом длина капиллярной трубки холодильника не менялась. Масло (минеральное) в агрегате оставалось такой же как при работе на фреоне-12. Количество фреона-12 в холодильном агрегате при работе на фреоне-12 заправлялось 95 гр., при работе на пропан-бутановой смеси оно колебалось от 45-50 гр. в зависимости от концентрации пропан-бутановой смеси. Подбор концентрации пропана и бутана в зависимости от температуры окружающей среды можно осуществлять руководствуясь графиком зависимости давления паров смеси от температуры и ее концентрации приведенной на рис.3.

Список литературы:
1. Кароль И.А., Киселев А.А. Озон и фреоны: развод по Монреальски//Холодильный бизнес, 2001. - №6. – С.4-5.
2. Gapparova Z.X., Mutalov Sh.A., Tursunov T.T. Use of Hydrocarbon Refrigerating Agents in Freon-12 replaments.//Advanced Materials Research, 2019. - C.89-91.
3. Афанасьев И.А., Лунин А.И. Применение озонобезопасных хладагентов в бытовых холодильных приборах. //Холодильная техника» №3, 1997, стр. 55-57
4. Цветков О.Б., Бараненко А.В., Лаптев Ю.А., Сапожников С.З., Ховалыг Д.М., Пятаков Г.Л. Озонобезопасные хладагенты// Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование» № 3, 2014– С.98-111.

^[1] Указ Президента Республики Узбекистан от 7 февраля 2017 года №УП-4947 «О стратегии дальнейшего развития Республики Узбекистан».