新型真空冻干机环保型制冷剂的研发

新型真空冻干机环保型制冷剂的研发 zhuangbeiyingyongyuYan?装备应用与研究一 新型真空冻干机环保型制冷剂的研发 史伟勤楼唯 (上海远东制药机械总厂,上海2o0o00) 摘要:由于作为真空冷冻干燥机制冷工质的I2将于不久之后被淘汰,为此上海远 东制药机械总厂冻干设备厂进行 了一系列实验研究.最终采用R404A替代制冷剂,并取得了成功,就此作这一方 面的介绍. 关键词:真空冷冻干燥机;制冷剂替代;环保;R22;R4o4A 自进入21世纪后,我国真空冷冻干燥机(以下简称 冻干机)的研制生产己得到了长足的发展.我国冻干 机生产厂商所生产的冻干机在技术上经历了20世纪六 七十年代的全面仿制到八九十年代的部分仿制部分自 行研制,再到2l世纪初的自主创新3个发展阶段. 2005年以来,国际上对我国出口的冻干机提出了 更高的要求.冻干机不但要求参数先进,质量稳定,性 价比高而且环保上需提前达标. 我国在2o05年前生产的冻干机,在制冷方式上基 本采用双级压缩制冷方式.工质大都采用R22作为制 氯原子,则氢原子能减弱氯原子对臭氧层的破坏.为了 能从代号上直接反映对臭氧层的破坏,可将卤代烃分 成CFC,HCFC,HFC,HC及FC等5类.CFC是氯氟烃或 氯氟化碳(英语chloro—nuorocarbon的缩写),不含氢的 卤代烃统称氯氟烃,缩写为CFC,是对大气层破坏最大 的一类,属于限制和禁止使用的物质;含氢的卤代烃称 作氢氯氟烃(HVdroch1omfluor0carbon),缩写为 HCFC,是对大气臭氧仍有一定破坏作用的一类,属于 过渡性物质;而不含氯的卤代烃,称作氢氟烃( nuorocarbon),缩写为HFC,是对大气臭氧层无破坏作 冷剂(少量实验型冻干机采用复叠制冷方式).面对环用的一类(但对全球变暖仍 有一定的影响),是人们正 保要求,迫使冻干机生产商要提前采取行动. 1冻干机原采用的制冷剂R22介绍 R22(二氟一氯甲烷,CHF:C1)是常用的中温制冷 剂,属HCFC类物质.环境指标DOP为0.O55左右,GwP 为160O左右.R22的沸点为一40.8?,凝固点一160?. 能制取的最低蒸发温度为一8O?左右. 在研究和开发的一类替代物;HC(Hydr0carbon) 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示 碳氢化合物,FC(Fluorocarbon)表示氟烃,它们均不含 氯原子,也不存在对臭氧层破坏的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 . 按上述表示方法,R12(CCl2F:)可写成CFC12,R22 (CHF2C1)可写成HCFC22,R134a(CF3CHF2)可写成 HFC134a,R14(CF)可写成FCl4,R290(C8)可写成 . HC290.前3类为常用制冷剂,如表1所示 表1制冷剂对消耗臭氧的作用不同的代号表示法 由于I2属于HcFc类制冷剂,将要被限制和禁止代号英文名称含义举例墨雾吴 使用.本文简述一下各种制冷剂对大气臭氧层不同作cFC schl.r.fluorocarb.ns氯氟烃三j淘汰工质 用而进行的分类. 近年来,人们发现破坏大气臭氧层的主要是卤代 烃分子中的氯原子,但分子中如果同时存在氢原子与 HcFcsHydr0chl.r0flu.rocarb0ns氢氯氟烃:罢;三过渡工质 如sHydr.fIu.mcarb.ns氢氟烃:;;4替代工质 机电信息2o08年第32期总第2O6期29 I装备应用与研究?zhuangbeiyingyongyuYan 大气层同温层内有臭氧层(集中约90%的臭氧)是 人类及生物免遭短波紫外线伤害的天然保护层.大量 事例证实臭氧层消耗导致出现空洞将会引起人们的皮 肤癌,白内障等疾病的发病率上升;减退人类的免疫功 能:引起农作物如大豆,棉花,玉米,甜菜等减产;杀死 水中微生物而破坏水生物食物链使渔业减产;腐蚀聚 合物.此外,CFcs还是一种温室气体,它的大量排放, 会助长温室效应,加速全球气候变暖,这是地球环境面 临的最严重的问题之一.为此,联合国环保组织于l987 年9月l6日在加拿大蒙特利尔市召开会议,36个国家和 10个国际组织共同签署了《关于消耗大气臭氧层物质 的蒙特利尔议定书》,国际上正式规定了逐步削减 CFCs生产与消费的日程表.我国政府已于l992年正式 宣布加入修订后的《蒙特利尔议定书》,并于1993年批 准了《中国消耗大气臭氧层物质逐步淘汰国家方案》. 为了加快淘汰步伐,逐步限制使用的时间表在不断的 提前.到1995年12月在维也纳召开的《蒙特利尔议定 书》缔约国第七次会议上,国际上对CFCs和HCFCs物 质限制日程表如下: (1)对CFCs,包括CFC11,CFC12,CFC113,CFC114 等氯氟烃物质:1)对发达国家,规定从1996年1月1日起 完全停止生产和消费;2)对发展中国家(CFCs人均消 费小于0-3kg/年),最后停用的日期是2010年. (2)对HCFCs,包括HCHC22,HCFC142b,HCFC123 等:1)对发达国家,从1996年起冻结生产量,2004年开 始削减,至2O2O年完全停用;2)对发展中国家,从2016 年开始冻结生产量,2040年完全停用. 我国可能在2030年即停止R22(HCFC22)的使用. 这种制冷剂不仅要破坏大气臭氧层,还具有全球变暖 潜能值(Globalwa衄ingPotemia1,简称GwP).具有全 球变暖效应的气体称为温室气体.I2的D0P值为 0.055,GwP值为1600,因此它是过渡性工质,即将被 淘汰. 30中国制药装备?2o08年l1月?第7辑 2可能替代R22的工质 R22和R502的替代制冷剂是前些年新研究开发出 的制冷剂,根据现有报道,这些替代制冷剂多数为非共 沸制冷剂,如R404A(R125/R143a/R134a,质量百分比 为44/52/4),R4O7A(R32125134a,质量百分比为 20/4O/40),R407C(R32爪125134a,质量百分比为 23/25/52),R410A(R32/R125,质量百分比为50/50).共 沸制冷剂R507A(R125/R143a,质量百分比为50/50). 我们将注意力放到R404A上.R404A是HFC一125, HFC一143a和HFC一134a按照44:52:4的质量百分比组成 的三元近共沸混合制冷剂.研究表明:其运行性能如 容量和效率都比较接近R502,可以替代HCFC一22及 CFc502用于较低蒸发温度场合.计算和实验表明: R404A具有与R22相近的制冷性能,特别是在蒸发温度 ,R404A的性能比 和冷凝温度低的情况下.在低温范围 R22略有下降,I04A的排气温度一般低于R22,这对 于提高压缩机的运行可靠性和使用寿命是有利的.只 要进行小的改动或者不动,就能在原R22机组中换用 R404A且能达到相同的制冷性能.目前,I04A广泛使 用在商业制冷系统中,如超级市场的插入式展示柜和 中央空调系统,低温热泵也越来越经常使用.但在采 用双级压缩制冷方式的冻干机使用中未见报道.因 此,我们近几年进行了一系列实验,采用R404A作为冻 干机制冷替代工质.R404A与R22性能比较见表2. 从表2可以看出: (1)R404A比R22环保性能好.虽然R4o4A的GWP 值稍微高一些,但其0DP值为零,不破坏大气臭氧层, 相比较环保性能更好; (2)I04A比R22安全性高.R404A无毒,且因含有 较大比例的R125,不具可燃性,安全性高; (3)R404A工作压力比R22稍高.I04A标准沸点 比R22低5.8?,虽相差不大,但反映了其工作压力比 R22稍高的事实.即便在一45?的蒸发温度下仍可保持 表2R4O4A与R22性能比较 比较项目R22R404A HFC—l25,HFC—l43a和 成分HCFC22HFC一134a的近共沸混 合物 组成比例单一44:52:4 分子量/(moI)86.4797.6 沸点(1.O13×1OPa)一40.8l一46.56 温度滑移一0.78 蒸汽压力/(25/1OPa)lO.4412.5 临界温度/?96.1572.14 临界压力/10Pa49.937l35 临界密度/(km)5.25×1O5.O2×10 沸点下汽化潜热/(kJg)233.2200_3 液体导热(25?)/(tm?)0.O877O.O697 蒸汽导热(25?)/(w/m)O.o01l0.Ol38 表面张力(25?)/(kN/m)85 制冷剂中水溶解性O.00lO.O55 液体黏度(25?)/[k(m?s)]2×1O.1.34×10. 蒸汽黏度(25?)/[k(m?s)]1.2911.262 液体比热(25?)/[k(m??)]1.2581.64 蒸汽比热(25?)/[k(m??)]O.659O.88 等熵指数1.1941.125 ODPO.0550 GWP19OO454O 正压工作,可以实现更低的蒸发温度; (4)R404A等熵指数比I2小.在相同温度和压力 条件下,R404A等熵指数比I2稍小,这对压缩机排气 温度的降低非常有利; (5)R404A的温度滑移仅为O.8,属于近共沸制冷 剂.故基本上可将R404A视为单一制冷剂,在蒸发器和 冷凝器内的传热性能与R22相近.因此,从和R22基本 物性上看,用I04A替代I2存在相当的可能性; (6)在很大的温度范围内,R404A中水的溶解性数 值远远大于R22中的水溶解数值,这一点较好; (7)R404A液体比热比R22高,这通常表示在膨胀 过程中,损失了更大一部分蒸发焓以冷却通过膨胀阀 的液体,所以设备中使用I04A时若对冷凝器中排出 的制冷液体过冷,将达到更好的效果; (8)R404A液体的导热性比I2低20%,通常表现 为在热交换器中热传导效率有所下降; zhuangbeiyIngyongyuYan?装备应用与研究-}ij????自!!!!!!!!!={!??自自 EE!j!!!!!!一 (9)在很大的温度范围内,R404A液体黏度比R22 小30%左右,因此流动阻力小,从而使蒸发器和冷凝器 出入口温差较R22小; (10)在很大温度范围内,IO4A的表面张力比R22 低,更有利于蒸发. 3工质泄漏问题 应用混合工质,特别是非共沸混合工质时,泄漏是 一 个需要特别注意的问题.因为在实际的制冷系统中, 混合工质在不同的部件中处于不同的状态区.例如,混 合工质在冷凝器的前段其状态处于过热区,而在冷凝 器中段处于两相区,在冷凝器末段处于过冷区.当混合 工质处于单相区时,与纯工质一样,其在系统中发生泄 漏后,只是系统的充灌量发生了变化,而工质中各组份 成分并未发生变化;但当混合工质进入两相区时,与纯 质不同,在发生泄漏时不但会引起系统充灌量的变化, 而且会引起工质中各组份的成分变化.由于泄漏问题 使得混合工质的组成发生变化,这些变化都会影响系 统的整机性能. R404A是近共沸制冷剂,其组分HFC一125, HFC一143a,HFC一134a的沸点分别为一48.45?,一47.75? 和一26.4?.其配比中HFC一125和HFC—l43a分别占44% 和52%.组分HFC一125和HFC—l43a的沸点低,优先蒸 ,当系统发生泄漏时R404A的质量组分比发生变化. 发 由于HFC一125和HFC—l43a两组分共占R404A配比总重 的96%.所以系统发生少量泄漏时,制冷剂的组分不会 变化太多.向系统中补充制冷剂时,可以直接充注新的 R404A,而无需抽空系统中剩余的制冷剂.这一点对维 修有很大好处. 4替代结果 上海远东制药机械总厂冻干设备厂近几年对 机电信息2o08年第32期总第2O6期31 ?装备应用与研究?zhuangbeiyingy.ngyuYan R404A制冷剂在冻干机上替代I2制冷剂进行了大量 试验,取得了完全成功. 从表3可以看出,采用2种不同制冷剂后冻干机主 要温度参数,基本无差别. 表3采用2种不同制冷剂时冻干机各项制冷参数比较 采用R404A制冷剂后,冻干机(采用双级压缩制冷 方式)提前20年达到了环保要求. R404A替代I2的成功为冻干机生产打下了良好 基础.它不仅满足了国内对环保的要求,也完全满足今 后出口的要求. 可以预见,更多的中国品牌的冻干机将会出现在 世界各地,为人类的生活和健康作出更大的贡献.尹 [参考文献] [1]徐世琼.新编制冷技术问答.中国农业出版社,1999.1 [2]马勇.低温复叠机制冷工质.上海理工大学,2o08.3 收稿日期:2008—09一l2 作者简介:史伟勤(1947一),男,上海人,高级工程师,副总工程 师,研究方向:真空冷冻技术. _信息广角?一一 征稿启事 《中国制药装备》专辑是中国制药装备行业协会与《机电信息》杂志社于2003 年联合创办的一份面向国内外公开发行 的专业科技期刊.国际标准刊号:ISSN1671—0797;国内统一刊号:CN32—1628厂rM. 《中国制药装备》专辑主要以介绍国内外医药工业特别是制药机械行业动态,发表制药机械各类产品,技术及管理的 应用类技术论文为主.为使刊物水平得到进一步提高,现面向业界人士广泛征稿,欢迎大家不吝赐稿.来稿可围绕以下方 面撰写,题材可广泛涉猎. ?八大类制药机械验证系统 研发及 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 需求?工艺与设备 使用心得工艺路线优化与设备研发 创新及技改?在线设备 改进建议在线清洗 新技术介绍在线消毒灭菌 ?GMP在线检测监测(含验证) 对设备及设施的功能,结构,材质,卫生学等要求?系统工程 GMP认证净化系统 ?验证除尘系统 设备设施验证工艺管道及设备安装 工艺用水气等介质验证公用系统 计算机系统验证 《中国制药装备》编辑部 联系人:卢军地址:南京市中山北路283号1号楼4楼 电话:O25—83472192邮编:210003 传真:025—83472511E—maiI=tougao@v_p.163.com 32中国制药装备?2o08年l1月?第7辑