氟利昂

作用

　　由于氟利昂化學性質穩(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備和空氣調節(jié)裝置的制冷劑。它們的商業(yè)代號R表示氟代烴，第一個數(shù)字等于碳原子數(shù)減1（如果是零就省略），第二個數(shù)字等于氫原子數(shù)加1，第三個數(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為氟利昂的化學性質。

危害

　　氟利昂是臭氧層破壞的元兇，它是20世紀20年代合成的，其化學性質穩(wěn)定，不具有可燃性和毒性，被當作制冷劑、發(fā)泡劑和清洗劑，廣泛用于家用電器、泡沫塑料、日用化學品、汽車、消防器材等領域。20世紀80年代后期，氟利昂的生產(chǎn)達到了高峰，產(chǎn)量達到了144萬噸。在對氟利昂實行控制之前，全世界向大氣中排放的氟利昂已達到了2000萬噸。由于它們在大氣中的平均壽命達數(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流層，一小部分升入平流層。在對流層相當穩(wěn)定的氟利昂，在上升進入平流層后，在一定的氣象條件下，會在強烈紫外線的作用下被分解，分解釋放出的氯原子同臭氧會發(fā)生連鎖反應，不斷破壞臭氧分子?？茖W家估計一個氯原子可以破壞數(shù)萬個臭氧分子。

　　根據(jù)資料，2003年臭氧空洞面積已達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，導致到達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。

　　在對流層的氟利昂分子很穩(wěn)定，幾乎不發(fā)生化學反應。但是，當它們上升到平流層后，會在強烈紫外線的作用下被分解，含氯的氟利昂分子會離解出氯原子（稱為“自由基”），然后同臭氧發(fā)生連鎖反應（氯原子與臭氧分子反應，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

　　如此周而復始，結果一個氯氟利昂分子就能破壞多達10萬個臭氧分子。即一千克氟利昂可以捕捉消滅約七萬千克臭氧?？偟慕Y果，可以用化學方程式表示為：

　　2O₃===3O₂（在反應中氟里昂分子起到催化劑的作用）。

　　反應機理：

　　臭氧在紫外線作用下（反應條件不好打，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

　　Cl₂+O₃===ClO+O₂

　　ClO₂+O===Cl+O₂

　　總反應：O₃+O===2O₂

　　二氯二氟甲烷氟利昂的介電常數(shù)為2，可以采用脈沖時域反射物位計進行物位測量。此外，氟利昂也是重要的溫室氣體。一個氟利昂分子增加溫室效應的效果相當于一萬個二氧化碳分子。

特性

　　氟利昂是制冷劑

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

　　氟利昂的冰堵

　　氟利昂對水的溶解度小，制冷裝置中進入水分后會產(chǎn)生酸性物質，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、路冷藏運輸?shù)戎评溲b置中被廣泛采用。R12具有較好的熱力學性能，冷藏壓力較低，采用風冷或自然冷凝壓力約0.8-1.2KPa。R12的標準蒸發(fā)溫度為-29℃，屬中溫制冷劑，用于中、小型活塞式壓縮機可獲得-70℃的低溫。而對大型離心式壓縮機可獲得-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。學名三氟一氯甲烷。熔點-182℃、沸點-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用較多的一種，主要以家用空調和低溫冰箱中采用。R22的熱力學性能與氨相近。標準氣化溫度為-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%，其低溫時單位容積制冷量和飽和壓力均高于R12和氨。對大型空調冷水機組的冷媒大都采用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性能，更適用于低溫。R502的標準蒸發(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-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℃。它的主要熱力學性質與R12相似，不會破壞空氣中的臭氧層，是鼓吹的環(huán)保冷媒，但會造成溫室效應。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，采用新冷媒的空調在性能方面也會有一定的提高。R410A是目前為止國際公認的用來替代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，充灌量很少時可用作冰箱制冷劑，具有節(jié)能、低噪、對大氣無破壞的優(yōu)勢，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個月需進行一次再生和補充）。根據(jù)原料和目的產(chǎn)品的不同而采取不同的反應溫度(一般為45～200℃)和壓力(最高可達3.5MPa)，以促使反應在均相下進行。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器或流化床反應器，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。反應產(chǎn)物中主要含R-11．R-12，沸點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。反應溫度為370～470℃，接觸時間約4～10s。反應收率以甲烷計為96%～99%；以氯計為97%；以氟計為94%。該過程的優(yōu)點是工藝過程較簡單、產(chǎn)品純度高。

物質關系

　　氟利昂與水的關系

　　氟利昂和水幾乎完全相互不溶解，對水分的溶解度極小。從低溫側進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系

　　一般是易溶于冷凍油的，但在高溫時，氟利昂就會從冷凍油內(nèi)分解出來。所以在大型冷水機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系

　　女士愛美也會讓全球變暖“女士的愛美之心，也導致全球變暖。”昨2009年9月10日，來渝參加第11屆科協(xié)年會的中國科學院院士、氣象學家李崇銀，在市氣象局作關于“氣候變化與和諧社會建設”的報告，對熱門的天氣話題進行了生動解釋。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、飛機等交通工具的增多，空調的使用，城市熱島效應等，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入平流層，如果沒有強烈的光化學作用，就無法分解，從而破壞臭氧層，導致了紫外線輻射加強。所以，從一定程度上說，愛美之心也推動了全球變暖。

泄漏事件

　　俄羅斯核潛艇事故調查委員會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查委員會在大卡緬市舉行的事故調查會議上做出初步結論，造船廠員工8日在新型核潛艇試航時非法啟動了自動消防系統(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·達爾金做出了這一決定。根據(jù)命令，哀悼日時邊疆區(qū)境內(nèi)俄羅斯聯(lián)邦國旗應下半旗致哀，建議文化機構和廣播電視公司分別取消娛樂活動和娛樂節(jié)目。”

　　出事核潛艇是2008年9月份制造的8140噸級的“獵豹號”核潛艇。該潛艇使用1190MW級核反應堆驅動渦輪機，可以潛到水面以下450米。

　　此事件中消防系統(tǒng)使用的滅火劑應該是C₂F₄Br₂，它是一種氟溴鹵烴，不叫氟利昂（如果上述對其定義準確的話）應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。一項旨在保護臭氧層的措施日前在我國出臺。按照有關部門制定的日程表：到2010年，我國將全面禁止生產(chǎn)和使用消耗臭氧層的物質--氟里昂。按照這個日程表，我國將從1999年7月1日開始把氟里昂的生產(chǎn)和消費水平凍結在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)有關部門預測，在今后幾年中，我國對使用氟里昂等消耗臭氧層物質的需求仍將保持旺盛的勢頭，保護臭氧層的形勢依然十分嚴峻。

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)設備選擇計算與氨制冷系統(tǒng)在方法上基本一致。制冷壓縮機的選擇應以用冷單元的制冷機負荷為依據(jù)，根據(jù)所確定的氟利昂制冷劑種類、制冷工況及壓縮機型式進行選擇計算。待壓縮機選定后，以壓縮機的工作參數(shù)冰結合選定的冷凝器型式，進行相應的冷凝器選型計算。蒸發(fā)器根據(jù)設備負荷計算確定。