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氟利昂


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氟利昂,又名氟里昂,名称源于英文Freon,它是一个由美国杜邦公司注册的制冷剂商标。在中国,氟利昂定义存在分歧,一般将其定义为饱和烃(主要指甲烷、乙烷和丙烷)的卤代物的总称,按照此定义,氟利昂可分为CFC、HCFC、HFC等4类;有些学者将氟利昂定义为CFC制冷剂;[1]在部分资料中氟利昂仅指二氯二氟甲烷(CCl2F2,即R12,CFC类的一种)。

氟利昂在常温下都是无色气体或易挥发液体,无味或略有气味,无毒或低毒,化学性质稳定。

由于二氯二氟甲烷等CFC类制冷剂破坏大气臭氧层,已限制使用。地球上已出现很多臭氧层空洞,有些漏洞已超过非洲面积,其中很大的原因是因为CFC类氟利昂的化学性质。氟利昂可以促进温室效应。

  • 中文名
  • 氟利昂
  • 英文名
  • freon
  • 别称
  • 氟里昂
  • 水溶性
  • 难溶

物化性质

物理性质

氟利昂常温下一般为气体或液体,透明、介电常数低、临界温度高、易液化。

溶解性:氟利昂和水几乎完全相互不溶解,对水分的溶解度极小。一般是易溶于冷冻油的,但在高温时,氟利昂就会从冷冻油内分解出来。所以在大型冷水机组中的油箱里都有加热器,保持在一定的温度来防止氟利昂的溶解。

沸点:分子中氯原子数增加,沸点提高;氟原子数增加,沸点将降低。[2] 如下表几种物质示例:

分子式标准沸点分子式标准沸点CH3Cl

-23.74

CH2F2

-51.2

CH2Cl2

40.7

CHF3

-82.0

CHCl3

61.2

CF4

-128.0

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化学性质

不同的氟利昂制冷剂有不同的性质,其可燃性、毒性等与分子中的氯、氟、氢原子个数有关。

毒性:低毒,或无毒。如R12为低毒,可以认为是基本无毒的化合物。氯原子数增加,毒性增加;氟原子数增加,毒性降低。

可燃性:分子中氢原子的减少可燃性降低,化学稳定性增加。

稳定性:氢、氯、氟原子个数增加,工质化学稳定性增强。氯原子数增加,工质在大气中的寿命增加,对臭氧层的破坏能力加强。[2]

品种分类

按照氟利昂为饱和烃(主要指甲烷、乙烷和丙烷)的卤代物的总称这一定义,氟里昂制冷剂大致分为4类:

常用的氟利昂制冷剂

CFC(Chlorofluorocarbon,或写作CFCs,氟氯烃)类,组成元素氟F、氯Cl、碳C。由于对臭氧层的破坏作用最大,被《蒙特利尔议定书》列为一类受控物质;

HCFC(Chlorodifuoromethane,或写作HCFCs、HCF,氢氯氟烃)类物质组成元素氢H、氯Cl、氟F、碳C,由于其臭氧层破坏系数仅仅是R11的百分之几,因此被视为CFC类物质的最重要的过渡性替代物质;

HFC(Hydrofluorocarbon,氢氟烃)类的组成元素氢H、氟F、碳C,臭氧层破坏系数为0,但是气候变暖潜能值很高。在《蒙特利尔议定书》没有规定其使用期限,在《联合国气候变化框架公约》京都议定书中定性为温室气体;[4]

最后一类是混合制冷剂,如R401A,为R22、R152a、R124分别以53、13、34的质量比例混合。共沸混合是无数混合物中的特例,绝大部分的混合物都是非共沸混合物。[1]

(注:也有人认为混合制冷剂不是氟利昂,而是多种氟利昂的混合物。)

命名规则

每一种氟利昂制冷剂都有一个唯一的编号名称,形式为:前缀+编号。

对于纯净物,若存在同分异构体,则在编号后面添加附加字母以示区分;对于混合物,若组分相同,但比例不同,也用附加字母区分。

前缀

常用写法以大写字母R做前缀,代表Refrigerant(制冷剂),如R11、R12等。但RXX不能直观表示制冷剂的类别,因此ASHARE标准按照组成元素,采用CFC、HCFC、HFC等标识前缀区分,如CFC-11、HCFC-22、HFC152a等分别代表R11、R22、R152a,说明分别为CFC、HFC、HCFC类物质。

不过,组成标识前缀的使用是有局限性的,R开头的制冷剂编号名称仍然是最基本、最简洁和最重要的写法:

  1. 在制冷器具的铭牌上标注制冷剂名称时,应该写成R134a而不是HFC134a;
  2. 在文章中涉及到混合物制冷剂名称时,一般写成R401a,或R22/152a/124(53/13/34)而不是HCFC22/HFC152a/HCFC124(53/13/34);
  3. 无机化合物制冷剂的简写名称没有组成标识前缀的写法。[1]

另外,也有使用F作为前缀的,F代表Freon,如R11、R12也可写作F11、F12。

编号

  • 纯净物

Rxx、CFC-xx、HCFC-xx等中的数字编号规则如下:

1、右边的第一位数字是化合物分子式中氟F原子数;

2、右边的第二位数字是化合物分子式中氢H原子数加1;

3、右边的第三位数字是化合物分子式中碳C原子数减1的数。当这位数是零时,则从编号中略去这位数。[5]

如CCl3F,有1个C原子、0个H原子、1个F原子,则可写做R11、CFC-11;CHF2CHF2,有2个C原子,2个H原子,4个F原子,则可写做R134、HFC-134。

  • 混合物

共沸混合物:由ASHARE(美国供暖、制冷和空调工程师协会)标准编号命名为500系列,按照命名的先后顺序依次为R500、R501、R502……

非共沸混合物:SHRAE将所有商业化的非共沸混合物编号命名为400系列,按照先后顺序为R400、R401、R402……[1]

附加字母

  • 同分异构体

R134(CH2FCF3)与R134a(CHF2CHF2)为同分异构体,分子式中各原子个数相同,如果都写作R134则无法区分。为此,ASHARE为其制定了附加字母(R134a中的“a”即为附加字母)。下面分别介绍最为重要的卤代乙烷和卤代丙烷的附加字母规则。

卤代乙烷用数字代号后附加一个小写字母来表示同分异构体,附加字母表达了卤代乙烷分子中两碳原子(C1和C2)卤代结构的均匀度。均匀度的确定方法是:分别计算C1、C2卤代结构的原子量之和W1、W2,得出它们差值的绝对值

,△W越小则均匀度越好。对于均匀度最好的卤代乙烷,就用数字代号本身表示;随着均匀度的变差,依次附加字母a、b或c。

卤代丙烷用数字代号后附加两个小写字母来表示同分异构体。第一个附加字母表达了卤代丙烷分子的中间碳原子(C2)卤代结构,a、b、c、d、e和f分别对应Cl2、ClF、F2、HCl、HF和H2六种C2卤代结构。第二个附加字母表达了卤代丙烷分子中两端两个碳原子(C1和C3)卤代结构的均匀度。均匀度的确定方法是:分别计算C1、C3卤代结构的原子量之和W1、W3,得出它们差值的绝对值

,△W越小则均匀度越好。对于均匀度最好的卤代丙烷,附加字母a;随着均匀度的变差,依次附加字母b或c。

如果某卤代丙烷化合物不存在同分异构体,由于数字代号本身已能唯一性地代表它,所以应当省略附加字母。例如,CF3CF2CF3编号命名是R218而不是R218ea。[1]

  • 混合物

从R401A开始,都不含有CFC,它们都是为替代CFC类制冷剂而开发的。需要特别注意的是,没有R401、R402、R403……这样的写法,而应写为R401A、R402A、R403A。[1]

主要用途

氟利昂被广泛用被当作制冷剂、发泡剂[6] 、清洗剂,广泛用于家用电器、泡沫塑料、日用化学品、汽车、消防器材等领域。

氟利昂

不同的化学组成和结构的氟里昂制冷剂热力性质相差很大,可适用于高温、中温和低温制冷机,以适应不同制冷温度的要求。氟利昂制冷系统包括高压系统、低压系统、油路系统和融霜系统。氟利昂制冷系统设备选择计算与氨制冷系统在方法上基本一致。制冷压缩机的选择应以用冷单元的制冷机负荷为依据,根据所确定的氟利昂制冷剂种类、制冷工况及压缩机型式进行选择计算。

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