第四章1 制冷与低温的热力学基础.ppt

第四章第一节 制冷与低温的热力学基础 一 制冷与低温原理的热力学基础 二 制冷与低温工质 第三节 制冷技术与学科交叉 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