氟利昂

作用

　　由于氟利昂化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有不燃、低毒、介電常數(shù)低、臨界溫度高、易液化等特性，因而廣泛用作冷凍設(shè)備和空氣調(diào)節(jié)裝置的制冷劑。它們的商業(yè)代號(hào)R表示氟代烴，第一個(gè)數(shù)字等于碳原子數(shù)減1（如果是零就省略），第二個(gè)數(shù)字等于氫原子數(shù)加1，第三個(gè)數(shù)字等于氟原子數(shù)目，氯原子數(shù)目不列。由于氟利昂可能破壞大氣臭氧層，已限制使用。地球上已出現(xiàn)很多臭氧層漏洞，有些漏洞已超過非洲面積，其中很大的原因是因?yàn)榉旱幕瘜W(xué)性質(zhì)。

危害

　　氟利昂是臭氧層破壞的元兇，它是20世紀(jì)20年代合成的，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不具有可燃性和毒性，被當(dāng)作制冷劑、發(fā)泡劑和清洗劑，廣泛用于家用電器、泡沫塑料、日用化學(xué)品、汽車、消防器材等領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代后期，氟利昂的生產(chǎn)達(dá)到了高峰，產(chǎn)量達(dá)到了144萬噸。在對(duì)氟利昂實(shí)行控制之前，全世界向大氣中排放的氟利昂已達(dá)到了2000萬噸。由于它們?cè)诖髿庵械钠骄鶋勖_(dá)數(shù)百年，所以排放的大部分仍留在大氣層中，其中大部分仍然停留在對(duì)流層，一小部分升入平流層。在對(duì)流層相當(dāng)穩(wěn)定的氟利昂，在上升進(jìn)入平流層后，在一定的氣象條件下，會(huì)在強(qiáng)烈紫外線的作用下被分解，分解釋放出的氯原子同臭氧會(huì)發(fā)生連鎖反應(yīng)，不斷破壞臭氧分子?？茖W(xué)家估計(jì)一個(gè)氯原子可以破壞數(shù)萬個(gè)臭氧分子。

　　根據(jù)資料，2003年臭氧空洞面積已達(dá)2500萬平方公里。臭氧層被大量損耗后，吸收紫外線輻射的能力大大減弱，導(dǎo)致到達(dá)地球表面的紫外線明顯增加，給人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來多方面的危害。據(jù)分析，平流層臭氧減少萬分之一，全球白內(nèi)障的發(fā)病率將增加0.6-0.8%，即意味著因此引起失明的人數(shù)將增加1萬到1.5萬人。

　　在對(duì)流層的氟利昂分子很穩(wěn)定，幾乎不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。但是，當(dāng)它們上升到平流層后，會(huì)在強(qiáng)烈紫外線的作用下被分解，含氯的氟利昂分子會(huì)離解出氯原子（稱為“自由基”），然后同臭氧發(fā)生連鎖反應(yīng)（氯原子與臭氧分子反應(yīng)，生成氧氣分子和一氧化氯基；一氧化氯基不穩(wěn)定，很快又變回氯原子，氯原子又與臭氧反應(yīng)生成氧氣和一氧化氯基……），不斷破壞臭氧分子。

　　Cl+O₃===O2+ClOClO+O₃===O₂+Cl

　　如此周而復(fù)始，結(jié)果一個(gè)氯氟利昂分子就能破壞多達(dá)10萬個(gè)臭氧分子。即一千克氟利昂可以捕捉消滅約七萬千克臭氧?？偟慕Y(jié)果，可以用化學(xué)方程式表示為：

　　2O₃===3O₂（在反應(yīng)中氟里昂分子起到催化劑的作用）。

　　反應(yīng)機(jī)理：

　　臭氧在紫外線作用下（反應(yīng)條件不好打，自己加上）

　　O₃===O₂+O

　　氯氟烴分解（以CF₂Cl₂為例）

　　CF₂Cl₂===CF₂Cl+Cl

　　自由基鏈反應(yīng)

　　Cl₂+O₃===ClO+O₂

　　ClO₂+O===Cl+O₂

　　總反應(yīng)：O₃+O===2O₂

　　二氯二氟甲烷氟利昂的介電常數(shù)為2，可以采用脈沖時(shí)域反射物位計(jì)進(jìn)行物位測(cè)量。此外，氟利昂也是重要的溫室氣體。一個(gè)氟利昂分子增加溫室效應(yīng)的效果相當(dāng)于一萬個(gè)二氧化碳分子。

特性

　　氟利昂是制冷劑

　　是一種透明、無味、低毒、不易燃燒、爆炸和化學(xué)性穩(wěn)定的制冷劑。不同的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的氟里昂制冷劑熱力性質(zhì)相差很大，可適用于高溫、中溫和低溫制冷機(jī)，以適應(yīng)不同制冷溫度的要求。

　　氟利昂的冰堵

　　氟利昂對(duì)水的溶解度小，制冷裝置中進(jìn)入水分后會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)，并容易造成低溫系統(tǒng)的“冰堵”，堵塞節(jié)流閥或管道。另外避免氟里昂與天然橡膠起作用，其裝置應(yīng)采用丁晴橡膠作墊片或密封圈。

制冷劑

　　總述

　　有R12．R22．R502、R123及R134a，由于其他型號(hào)的制冷劑已經(jīng)停用或禁用。在此不做說明。

　　氟利昂12（CF₂Cl₂，R12）

　　是氟利昂制冷劑中應(yīng)用較多的一種，CFC制冷劑，主要以中、小型食品庫、家用電冰箱以及水、路冷藏運(yùn)輸?shù)戎评溲b置中被廣泛采用。R12具有較好的熱力學(xué)性能，冷藏壓力較低，采用風(fēng)冷或自然冷凝壓力約0.8-1.2KPa。R12的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-29℃，屬中溫制冷劑，用于中、小型活塞式壓縮機(jī)可獲得-70℃的低溫。而對(duì)大型離心式壓縮機(jī)可獲得-80℃的低溫。電冰箱的代替冷媒為R134a。

　　氟利昂-13

　　分子式CClF3，分子量104.46。學(xué)名三氟一氯甲烷。熔點(diǎn)-182℃、沸點(diǎn)-82℃、密度（-130℃）1.703克/厘米3。無色氣體。氟利昂22（CHF₂CL，R22）

　　HCFC制冷劑，是氟里昂制冷劑中應(yīng)用較多的一種，主要以家用空調(diào)和低溫冰箱中采用。R22的熱力學(xué)性能與氨相近。標(biāo)準(zhǔn)氣化溫度為-40.8℃，通常冷凝壓力不超過1.6MPa。R22不燃、不爆，使用中比氨安全可靠。R22的單位容積比R12約高60%，其低溫時(shí)單位容積制冷量和飽和壓力均高于R12和氨。對(duì)大型空調(diào)冷水機(jī)組的冷媒大都采用R134a來代替。

　　氟里昂502（R502）

　　R502是由R12．R22以51.2%和48.8%的百分比混合而成的共沸溶液。R502與R115．R22相比具有更好的熱力學(xué)性能，更適用于低溫。R502的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-45.6℃，正常工作壓力與R22相近。在相同的工況下的單位容積制冷量比R22大，但排氣溫度卻比R22低。R502用于全封閉、半封閉或某些中、小制冷裝置，其蒸發(fā)溫度可低達(dá)-55℃。R502在冷藏柜中使用較多。

　　氟利昂134a（C₂H₂F₄，R134a）

　　是一種較新型的制冷劑，HFC制冷劑，其蒸發(fā)溫度為-26.5℃。它的主要熱力學(xué)性質(zhì)與R12相似，不會(huì)破壞空氣中的臭氧層，是鼓吹的環(huán)保冷媒，但會(huì)造成溫室效應(yīng)。是比較理想的R12替代制冷劑。

　　氟利昂R407C

　　是一種新型環(huán)保制冷劑，HFC制冷劑，由二氟甲烷R32(CH₂F₂)，五氟乙烷R125(C₂HF₅)，四氟乙烷R134a(C₂H₂F₄)以23%，25%，52%的質(zhì)量百分比混合而成的非共沸制冷劑，溫度滑移較高。

　　氟利昂R410A

　　是一種新型環(huán)保制冷劑，HFC制冷劑，由二氟甲烷R32(CH₂F₂)，五氟乙烷R125(C₂HF₅)以50%，50%的質(zhì)量百分比混合而成的非(近)共沸制冷劑，溫度滑移較小，發(fā)生相變時(shí)兩組分比例基本保持恒定，物性接近單組分制冷劑。工作壓力為普通R22空調(diào)的1.6倍左右，制冷（熱）效率更高，不破壞臭氧層。另外，采用新冷媒的空調(diào)在性能方面也會(huì)有一定的提高。R410A是目前為止國際公認(rèn)的用來替代R22最合適的的冷媒，并在歐美，日本等國家得到普及。

　　氟利昂R600a（C₄H₁₀）

　　2-甲基丙烷(異丁烷)，屬于CH類制冷劑A3類物質(zhì)，充灌量很少時(shí)可用作冰箱制冷劑，具有節(jié)能、低噪、對(duì)大氣無破壞的優(yōu)勢(shì)，但其易燃、易爆、安全性差。

生產(chǎn)方法

　　置換法

　　主要用于生產(chǎn)R-11．R-12．R-22．R-21．R-13．R-113和R-114等。此法有液相法和氣相法兩種：①液相法技術(shù)較成熟，溫度易控制，副產(chǎn)物少，是工業(yè)上采用的主要方法。所用的鹵化銻催化劑（見固體酸催化劑）壽命也較長（約1～2年，每2～3個(gè)月需進(jìn)行一次再生和補(bǔ)充）。根據(jù)原料和目的產(chǎn)品的不同而采取不同的反應(yīng)溫度(一般為45～200℃)和壓力(最高可達(dá)3.5MPa)，以促使反應(yīng)在均相下進(jìn)行。不同的氯代烴原料可以制得不同的氟化合物，如以四氯化碳為原料，可以生產(chǎn)R-11和R-12；以三氯甲烷為原料，可以生產(chǎn)R-22；以四氯乙烯為原料可以生產(chǎn)R-113和R-114。反應(yīng)生成物一般要經(jīng)水洗、堿洗、干燥、壓縮和蒸餾等后處理，才制得純品。②氣相法使用裝有氟化鋁、氟化鉻和氟氧化鉻催化劑的固定床反應(yīng)器或流化床反應(yīng)器，其后處理與液相法相似。

　　甲烷氟氯化法

　　以甲烷、氯氣和氟化氫為原料，在催化劑存在下，一步合成氟氯甲烷。反應(yīng)產(chǎn)物中主要含R-11．R-12，沸點(diǎn)較高的氟化物和氯化氫，經(jīng)汽提塔使部分氟化合物再循環(huán)，剩余氣體進(jìn)入氯化氫蒸餾塔，脫除氯化氫后經(jīng)水洗、中和、干燥和精餾，得到R-11和R-12成品。所用催化劑是金屬氟化物或氯化物，載體為活性炭、硫酸鋁或碳酸鋇。反應(yīng)溫度為370～470℃，接觸時(shí)間約4～10s。反應(yīng)收率以甲烷計(jì)為96%～99%；以氯計(jì)為97%；以氟計(jì)為94%。該過程的優(yōu)點(diǎn)是工藝過程較簡(jiǎn)單、產(chǎn)品純度高。

物質(zhì)關(guān)系

　　氟利昂與水的關(guān)系

　　氟利昂和水幾乎完全相互不溶解，對(duì)水分的溶解度極小。從低溫側(cè)進(jìn)入裝置的水分呈水蒸氣狀態(tài)，它和氟利昂蒸氣一起被壓縮而進(jìn)入冷凝器，再冷凝成液態(tài)水，水以液滴狀混于氟利昂液體中，在膨脹閥處因低溫而凍結(jié)成冰，堵塞閥門，使制冷裝置不能正常工作。水分還能使氟里昂發(fā)生水解而產(chǎn)生酸，使制冷系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生“鍍銅”現(xiàn)象。

　　氟利昂與潤滑油的關(guān)系

　　一般是易溶于冷凍油的，但在高溫時(shí)，氟利昂就會(huì)從冷凍油內(nèi)分解出來。所以在大型冷水機(jī)組中的油箱里都有加熱器，保持在一定的溫度來防止氟里昂的溶解。

　　氟利昂與化妝品的關(guān)系

　　女士愛美也會(huì)讓全球變暖“女士的愛美之心，也導(dǎo)致全球變暖。”昨2009年9月10日，來渝參加第11屆科協(xié)年會(huì)的中國科學(xué)院院士、氣象學(xué)家李崇銀，在市氣象局作關(guān)于“氣候變化與和諧社會(huì)建設(shè)”的報(bào)告，對(duì)熱門的天氣話題進(jìn)行了生動(dòng)解釋。化妝品也是氣候殺手？“全球變暖的原因多種多樣，除了我們熟悉的溫室氣體排放，還有很多。”李崇銀說，汽車、飛機(jī)等交通工具的增多，空調(diào)的使用，城市熱島效應(yīng)等，甚至連化妝品的使用，也在一定程度上造成了全球變暖。李院士說，化妝品中含有氟利昂，其釋放出來后上升進(jìn)入平流層，如果沒有強(qiáng)烈的光化學(xué)作用，就無法分解，從而破壞臭氧層，導(dǎo)致了紫外線輻射加強(qiáng)。所以，從一定程度上說，愛美之心也推動(dòng)了全球變暖。

泄漏事件

　　俄羅斯核潛艇事故調(diào)查委員會(huì)2008年11月10日宣布，造成20人死亡的俄羅斯核潛艇事故的初步原因是有人非法啟動(dòng)消防系統(tǒng)。

　　俄羅斯濱海邊疆區(qū)聯(lián)邦總監(jiān)察員新聞秘書克謝尼婭·古先措娃表示，俄羅斯核潛艇事故調(diào)查委員會(huì)在大卡緬市舉行的事故調(diào)查會(huì)議上做出初步結(jié)論，造船廠員工8日在新型核潛艇試航時(shí)非法啟動(dòng)了自動(dòng)消防系統(tǒng)，氟利昂泄漏，造成20人死亡。死亡人員中有3名軍人和17名技術(shù)人員。此外，21人受傷，現(xiàn)正在醫(yī)院接受治療。

　　俄羅斯濱海邊疆區(qū)宣布11月11日為核潛艇事故死難者哀悼日。俄羅斯濱海邊疆區(qū)發(fā)言人解釋說：“由于核潛艇發(fā)生悲慘事故，邊疆區(qū)行政長官謝爾蓋·達(dá)爾金做出了這一決定。根據(jù)命令，哀悼日時(shí)邊疆區(qū)境內(nèi)俄羅斯聯(lián)邦國旗應(yīng)下半旗致哀，建議文化機(jī)構(gòu)和廣播電視公司分別取消娛樂活動(dòng)和娛樂節(jié)目。”

　　出事核潛艇是2008年9月份制造的8140噸級(jí)的“獵豹號(hào)”核潛艇。該潛艇使用1190MW級(jí)核反應(yīng)堆驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)，可以潛到水面以下450米。

　　此事件中消防系統(tǒng)使用的滅火劑應(yīng)該是C₂F₄Br₂，它是一種氟溴鹵烴，不叫氟利昂（如果上述對(duì)其定義準(zhǔn)確的話）應(yīng)該是廣義上的氟利昂。氟利昂產(chǎn)品主要用在制冷等行業(yè)，消防很少使用。

禁止使用

　　2010年后我國將全面禁止使用氟利昂。一項(xiàng)旨在保護(hù)臭氧層的措施日前在我國出臺(tái)。按照有關(guān)部門制定的日程表：到2010年，我國將全面禁止生產(chǎn)和使用消耗臭氧層的物質(zhì)--氟里昂。按照這個(gè)日程表，我國將從1999年7月1日開始把氟里昂的生產(chǎn)和消費(fèi)水平凍結(jié)在1995-1997年的平均水平上，以后逐年減少。2010年1月1日，氟利昂被我國禁止使用。

　　據(jù)有關(guān)部門預(yù)測(cè)，在今后幾年中，我國對(duì)使用氟里昂等消耗臭氧層物質(zhì)的需求仍將保持旺盛的勢(shì)頭，保護(hù)臭氧層的形勢(shì)依然十分嚴(yán)峻。

制冷系統(tǒng)

　　氟利昂制冷系統(tǒng)包括高壓系統(tǒng)、低壓系統(tǒng)、油路系統(tǒng)和融霜系統(tǒng)。氟利昂制冷系統(tǒng)設(shè)備選擇計(jì)算與氨制冷系統(tǒng)在方法上基本一致。制冷壓縮機(jī)的選擇應(yīng)以用冷單元的制冷機(jī)負(fù)荷為依據(jù)，根據(jù)所確定的氟利昂制冷劑種類、制冷工況及壓縮機(jī)型式進(jìn)行選擇計(jì)算。待壓縮機(jī)選定后，以壓縮機(jī)的工作參數(shù)冰結(jié)合選定的冷凝器型式，進(jìn)行相應(yīng)的冷凝器選型計(jì)算。蒸發(fā)器根據(jù)設(shè)備負(fù)荷計(jì)算確定。