2017-03-06 14:25:51

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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;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。氟利昂的另一个危害是温室效应。

基本信息

  • 中文名

    氟利昂

  • 英文名

    freon

  • 别称

    氟里昂,氟氯烃

  • 水溶性

    难溶

折叠 编辑本段 基本特性

氟利昂属性氟利昂氟利昂

是一种透明、无味、低毒、不易燃烧、爆炸和化学性稳定的制冷剂。不同的化学组成和结构的氟利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。

氟利昂的冰堵

氟利昂对水的溶解度小,制冷装置中进入水分后会产生酸性物质,并容易造成低温系统的“冰堵”,堵塞节流阀或管道。另外避免氟里昂与天然橡胶起作用,其装置应采用丁腈橡胶作垫片或密封圈。

基本作用

氟利昂氟利昂由于氟利昂化学性质稳定,具有不燃、低毒、介电常数低、临界温度高、易液化等特性,因而广泛用作冷冻设备和空气调节装置的制冷剂。 它们的商业代号R表示氟代烃,第一个数字等于碳原子数减1(如果是零就省略),第二个数字等于氢原子数加1,第三个数字等于氟原子数目,氯原子数目不列。由于氟利昂可能破坏大气臭氧层,已限制使用。目前地球上已出现很多臭氧层漏洞,有些漏洞已超过非洲面积,其中很大的原因是因为氟利昂的化学物质。

折叠 编辑本段 相关危害

氟利昂是臭氧层破坏的元凶,它是20世纪20年代合成的,其化学性质稳定,不具有可燃性和毒性,被当作制冷剂、发泡剂和清洗剂,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。20世纪80年代后期,氟利昂的生产达到了高峰,产量达到了144万吨。在对氟利昂实行控制之前,全世界向大气中排放的氟利昂已达到了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。在对流层相当稳定的氟利昂,在上升进入平流层后,在一定的气象条件下,会在强烈紫外线的作用下被分解,分解释放出的氯原子同臭氧会发生连锁反应,不断破坏臭氧分子。科学家估计一个氯原子可以破坏数万个臭氧分子。

在对流层的氟利昂分子很稳定,几乎不发生化学反应。但是,当它们上升到平流层后,会在强烈紫外线的作用下被分解,含氯的氟利昂分子会离解出氯原子(称为“自由基”),然后同臭氧发生连锁反应(氯原子与臭氧分子反应,生成氧气分子和一氧化氯基;一氧化氯基不稳定,很快又变回氯原子,氯原子又与臭氧反应生成氧气和一氧化氯基……),不断破坏臭氧分子。

Cl+O3===O2+ClO ClO+O3===O2+Cl

如此周而复始,结果一个氯氟利昂分子就能破坏多达10万个臭氧分子。即一千克氟利昂可以捕捉消灭约七万千克臭氧。总的结果,可以用化学方程式表示为:

2O3===3O2 (在反应中氟里昂分子起到催化剂的作用)。

反应机理:

臭氧在紫外线作用下(反应条件不好打,自己加上)

O3 === O2 + O

氯氟烃分解(以CF2Cl2为例)

CF2Cl2 ===CF2Cl + Cl

自由基链反应

Cl? + O3 === ClO+ O2

ClO? + O ===Cl + O2

总反应:O3 + O === 2O2

二氯二氟甲烷氟利昂的介电常数为2,可以采用脉冲时域反射物位计进行物位测量。此外,氟利昂也是重要的温室气体。一个氟利昂分子增加温室效应的效果相当于一万个二氧化碳分子。

折叠 编辑本段 发现历史

折叠 发现者

小托马斯米奇利(Midgley,Thomas,Jr.)1889年5月18日出生在美国宾夕法尼亚州比弗福尔斯,他本来是一名训练有素的工程师,后来对化学的工业用途产生了浓厚的兴趣。他曾经为世界发明了性能卓越的汽油抗爆振剂四乙铅以及无毒性的制冷剂氟利昂(二氟二氯甲烷)。这2种物质在各自的领域起到了划时代的作用,但是随着社会的发展,人们越来越认识到在这2种化合物辉煌的背后却隐藏着罪恶,美国于1986年开始停止销售和使用含铅(四乙铅)汽油,1974年开始禁止使用氟利昂。随后其他国家也纷纷颁布法律和条令限制或者禁止使用上述2种物质。四乙铅和氟利昂曾经给社会带来的巨大经济效益体现了米奇利的天才一面,但是这2种物质给现代社会带来的无穷无尽的危害和麻烦确实显示了他天才背后意料不到的对人类造成的负面作用。

折叠 发现

20世纪20年代,当时的冰箱使用一些有毒且危险的气体(其中包括氨、二氧化硫和丙烷)作为制冷剂,因为时常泄漏,所以这些制冷剂非常危险。1929年,发生在俄亥俄州克利夫兰某家医院的冰箱泄漏事故使超过100人丧生。于是,米奇利开始对研制一种稳定、不易燃、不腐蚀且无毒的新型制冷剂产生了浓厚的兴趣。他还是借助于门捷列夫的化学地图开始自己的工作,结果发现只有位于周期表右边的非金属元素能生成在室温下呈气态的化合物,同时他还注意到化合物的可燃性从左到右依次减小。事实上,卤化物可以用来阻燃,可是他发现比较重的元素化合物通常毒性很大。通过上述观察,他认为氟和其他较轻的非金属元素形成的化合物可以制成性能优良的制冷剂。经过2年的艰苦实验,他合成出二氟二氯甲烷(也称氟利昂),这种化合物具有理想的制冷效果,从而在20世纪30年代初开始投入大批量生产,而且还用处多多,从家用冰箱、空调到除臭喷雾剂都离不开它。

折叠 编辑本段 制备方法

置换法

主要用于生产R-11.R-12.R-22.R-21.R-13.R-113和R-114等。此法有液相法和气相法两种:①液相法技术较成熟,温度易控制,副产物少,是工业上采用的主要方法。所用的卤化锑催化剂(见固体酸催化剂)寿命也较长(约1~2年,每2~3个月需进行一次再生和补充)。根据原料和目的产品的不同而采取不同的反应温度(一般为45~200℃)和压力(最高可达 3.5MPa),以促使反应在均相下进行。不同的氯代烃原料可以制得不同的氟化合物,如以四氯化碳为原料,可以生产R-11和R-12;以三氯甲烷为原料,可以生产R-22;以四氯乙烯为原料可以生产R-113和R-114。反应生成物一般要经水洗、碱洗、干燥、压缩和蒸馏等后处理,才制得纯品。②气相法使用装有氟化铝、氟化铬和氟氧化铬催化剂的固定床反应器或流化床反应器,其后处理与液相法相似。

甲烷氟氯化法

甲烷、氯气和氟化氢为原料,在催化剂存在下,一步合成氟氯甲烷(见图)。反应产物中主要含R-11.R-12,沸点较高的氟化物和氯化氢,经汽提塔使部分氟化合物再循环,剩余气体进入氯化氢蒸馏塔,脱除氯化氢后经水洗、中和、干燥和精馏,得到R-11和R-12成品。所用催化剂是金属氟化物或氯化物,载体为活性炭硫酸铝碳酸钡。反应温度为370~470℃,接触时间约4~10s。反应收率以甲烷计为96%~99%;以氯计为97%;以氟计为94%。该过程的优点是工艺过程较简单、产品纯度高。

折叠 编辑本段 品种介绍

一、氟利昂R600a(C4H10)

2-甲基丙烷(异丁烷),属于CH类制冷剂A3类物质,充灌量很少时可用作冰箱制冷剂,具有节能、低噪、对大气无破坏的优势,但其易燃、易爆、安全性差。

二、氟利昂R410A

是一种新型环保制冷剂,HFC制冷剂,由二氟甲烷R32(CH2F2),五氟乙烷R125(C2HF5)以50%,50%的质量百分比混合而成的非(近)共沸制冷剂,温度滑移较小,发生相变时两组分比例基本保持恒定,物性接近单组分制冷剂。工作压力为普通R22空调的1.6倍左右,制冷(热)效率更高,不破坏臭氧层。另外,采用新冷媒的空调在性能方面也会有一定的提高。R410A是目前为止国际公认的用来替代R22最合适的的冷媒,并在欧美,日本等国家得到普及。

三、氟利昂R407C

是一种新型环保制冷剂,HFC制冷剂,由二氟甲烷R32(CH2F2),五氟乙烷R125(C2HF5),四氟乙烷R134a(C2H2F4)以23%,25%,52%的质量百分比混合而成的非共沸制冷剂,温度滑移较高。

四、氟利昂134a(C2H2F4,R134a)

是一种较新型的制冷剂,HFC制冷剂,其蒸发温度为-26.5℃。它的主要热力学性质与R12相似,不会破坏空气中的臭氧层,是鼓吹的环保冷媒,但会造成温室效应。是比较理想的R12替代制冷剂。

五、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与R115.R22相比具有更好的热力学性能,更适用于低温。R502的标准蒸发温度为-45.6℃,正常工作压力与R22相近。在相同的工况下的单位容积制冷量比R22大,但排气温度却比R22低。R502用于全封闭、半封闭或某些中、小制冷装置,其蒸发温度可低达-55℃。R502在冷藏柜中使用较多。

六、氟利昂22(CHF2CL,R22)

HCFC制冷剂,是氟里昂制冷剂中应用较多的一种,主要以家用空调和低温冰箱中采用。R22的热力学性能与氨相近。标准气化温度为-40.8℃,通常冷凝压力不超过1.6MPa。R22不燃、不爆,使用中比氨安全可靠。R22的单位容积比R12约高60%,其低温时单位容积制冷量和饱和压力均高于R12和氨。对大型空调冷水机组的冷媒大都采用R134a来代替。

七、氟利昂-13

分子式CClF3,分子量104.46。学名三氟一氯甲烷。熔点-182℃、沸点-82℃、密度(-130℃)1.703克/厘米3。无色气体。

八、氟利昂12(CF2CL2,R12)

是氟利昂制冷剂中应用较多的一种,CFC制冷剂,主要以中、小型食品库、家用电冰箱以及水、路冷藏运输等制冷装置中被广泛采用。R12具有较好的热力学性能,冷藏压力较低,采用风冷或自然冷凝压力约0.8-1.2KPa。R12的标准蒸发温度为-29℃,属中温制冷剂,用于中、小型活塞式压缩机可获得-70℃的低温。而对大型离心式压缩机可获得-80℃的低温。电冰箱的代替冷媒为R134a。

九、R-404A制冷剂

R404A是一种不含氯的非共沸混合制冷剂,常温常压下为无色气体,贮存在钢瓶内是被压缩的液化气体。其ODP为0 ,因此R404A是不破坏大气臭氧层的环保制冷剂。主要用途:R404A 主要用于替代 R22和R502 ,具有清洁、低毒、不燃、制冷效果好等特点,大量用于中低温冷冻系统。

十、混合共沸制冷剂

目前尚不公开配方,用在复叠式制冷机中,在空气冷凝的前提下,蒸发温度可以达到-150度左右

TIP:由于氟利昂化学性质稳定,具有不燃、低毒、介电常数低、临界温度高、易液化等特性,因而广泛用作冷冻设备和空气调节装置的制冷剂。[1]

折叠 编辑本段 常用制冷剂

氟利昂12(CF2CL2,R12)

氟利昂氟利昂

是氟利昂制冷剂中应用较多的一种,CFC制冷剂,主要以中、小型食品库、家用电冰箱以及水、路冷藏运输等制冷装置中被广泛采用。R12具有较好的热力学性能,冷藏压力较低,采用风冷或自然冷凝压力约0.8-1.2KPa。R12的标准蒸发温度为-29℃,属中温制冷剂,用于中、小型活塞式压缩机可获得-70℃的低温。而对大型离心式压缩机可获得-80℃的低温。近年来电冰箱的代替冷媒为R134a。

氟利昂-13

分子式CClF3,分子量104.46。学名三氟一氯甲烷。熔点-182℃、沸点-82℃、密度(-130℃)1.703克/厘米3。无色气体。

氟利昂22(CHF2CL,R22)

HCFC制冷剂,是氟里昂制冷剂中应用较多的一种,主要以家用空调和低温冰箱中采用。R22的热力学性能与氨相近。标准气化温度为-40.8℃,通常冷凝压力不超过1.6MPa。R22不燃、不爆,使用中比氨安全可靠。R22的单位容积比R12约高60%,其低温时单位容积制冷量和饱和压力均高于R12和氨。近年来对大型空调冷水机组的冷媒大都采用R134a来代替。

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与R115.R22相比具有更好的热力学性能,更适用于低温。R502的标准蒸发温度为-45.6℃,正常工作压力与R22相近。在相同的工况下的单位容积制冷量比R22大,但排气温度却比R22低。R502用于全封闭、半封闭或某些中、小制冷装置,其蒸发温度可低达-55℃。R502在冷藏柜中使用较多。

氟利昂134a(C2H2F4,R134a)

是一种较新型的制冷剂,HFC制冷剂,其蒸发温度为-26.5℃。它的主要热力学性质与R12相似,不会破坏空气中的臭氧层,是近年来鼓吹的环保冷媒,但会造成温室效应。是比较理想的R12替代制冷剂。

氟利昂R407C

是一种新型环保制冷剂,HFC制冷剂,由二氟甲烷R32(CH2F2),五氟乙烷R125(C2HF5),四氟乙烷R134a(C2H2F4)以23%,25%,52%的质量百分比混合而成的非共沸制冷剂,温度滑移较高。

氟利昂R410A

是一种新型环保制冷剂,HFC制冷剂,由二氟甲烷R32(CH2F2),五氟乙烷R125(C2HF5)以50%,50%的质量百分比混合而成的非(近)共沸制冷剂,温度滑移较小,发生相变时两组分比例基本保持恒定,物性接近单组分制冷剂。工作压力为普通R22空调的1.6倍左右,制冷(热)效率更高,不破坏臭氧层。另外,采用新冷媒的空调在性能方面也会有一定的提高。R410A是目前为止国际公认的用来替代R22最合适的的冷媒,并在欧美,日本等国家得到普及。

氟利昂R600a(C4H10)

2-甲基丙烷(异丁烷),属于CH类制冷剂A3类物质,充灌量很少时可用作冰箱制冷剂,具有节能、低噪、对大气无破坏的优势,但其易燃、易爆、安全性差。

折叠 编辑本段 安全防护

危险特性:与空气混合能形成爆炸性混合物。接触热、火星、火焰或氧化剂易燃烧爆炸。受热分解放出有毒的氟化物气体。气体比空气重,能在较低处扩散到相当远的地方,遇火源会着火回燃。

有害燃烧产物:一氧化碳、二氧化碳、氟化氢。

应急处理:迅速撤离泄漏污染区人员至上风处,并进行隔离,严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿防静电工作服。尽可能切断泄漏源。合理通风,加速扩散。如无危险,就地燃烧,同时喷雾状水使周围冷却,以防其它可燃物着火。或用管路导至炉中、凹地焚之。漏气容器要妥善处理,修复、检验后再用。

折叠 编辑本段 处置储存

操作注意事项:密闭操作,全面通风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员穿防静电工作服。远离火种、热源,工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂接触。在传送过程中,钢瓶和容器必须接地和跨接,防止产生静电。搬运时戴好钢瓶安全帽和防震橡皮圈,防止钢瓶碰撞、损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。

储存注意事项:储存于阴凉、干燥、通风良好的不燃库房。远离火种、热源。应与氧化剂分开存放,切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备。[2]

折叠 编辑本段 控制防护

工程控制:生产过程密闭,全面通风。

呼吸系统防护:一般不需要特殊防护,但建议特殊情况下,佩戴自吸过滤式防毒面具(半面罩)。

眼睛防护:必要时,戴化学安全防护眼镜。

身体防护:穿防静电工作服。

手防护:戴一般作业防护手套。

其他防护:工作现场严禁吸烟。避免高浓度吸入。

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