Урок на тему : "Вода, повітря та вуглекислота в якості холодоагентів" для учнів ПТНЗ.

Урок № 52   Розряд ІІ                               Дата:___________

ТЕМА: Вода, повітря та вуглекислота в якості холодоагентів.

Мета:  навчальна - Розглянути  основні властивості води, повітря та вуглекислоти , галузі їх застосування..                                                                                                розвивальна – Розвивати вміння застосовувати знання з фізики та хімії  в холодильній техніці.                                                                                       виховна - Виховувати цікавість до майбутньої професії.                             Тип уроку: комбінований.                                                                        Методи: розповідь з елементами бесіди, демонстрації, фронтальне опитування.                                                                                           Література: С.С.Червяков, А.І.Кулаковський, "Основы холодильного дела": Навчальний посібник для СПТУ.-Москва: "Высшая школа", 1988.- 144с.                                                                                                      Міжпредметні звязки: фізика. хімія.                                                           Оснащення: комп’ютер, проектор,  довідковий матеріал, опорний кон­спект катки-завдання.                                                                                                                                 

                                   ХІД УРОКУ                                     

                 І. Організаційний момент                                                                        Перевірка присутності та готовності учнів до уроку                     

ІІ.  Повторення матеріалу                                                                                     

1. Дайте загальну характеристику аміаку.

2. Як позначають аміак?

3. Властивості аміаку. 

4. Переваги та недоліки застосування аміаку в холодильній техніці.

          ІІІ. Вивчення нового матеріалу 

  План викладення нового матеріалу                                                   

1. Характеристика повітря.

2. Характеристика води.

3. Характеристика диоксиду вуглецю.

Природні холодоагенти це речовини, що утворяться в природі природним шляхом, а неприродні або синтетичні - штучні хімічні речовини, які в природі не зустрічаються. Оскільки використовувані як  холодоагенти аміак, вуглекислий газ і вуглеводні піддаються процедурі промислового очищення й переробки, час від часу піднімаються суперечки про точність терміна "природні холодоагенти". Проте  , сьогодні проводиться чітке розходження між речовинами, чиї хімічні властивості й характеристики безпеки були повністю вивчені, і тими хлор і фторвмісткими газами, чиї негативний вплив на озоновий шар, внесок у глобальне потепління й погроза екологічної безпеки в силу хімічної складності й порівняно нетривалого періоду використання цих речовин визначені з тим або іншим ступенем вірогідності. Як наслідок, ведеться постійне обговорення проблеми використання цих газів.

Повітря.

Повітря це екологічно безпечний, недорогий, зовсім безпечний і нетоксичний холодоагент за назвою R729. Проблеми руйнування озонового шару, глобального потепління й жорсткого законодавства повернули інтерес до альтернативних холодоагентів в усьому світі. Однак повітряні холодильні системи цей не новий винахід: вони використалися на рефрижераторних судах ще на початку попереднього сторіччя.

Повітряне охолодження засноване на зворотному циклі Брайтона або Джоуля. При температурах, застосовуваних у типових холодильних системах, використовуваний як  холодоагент повітря не піддається фазовому переходу (конденсації або випару). Через низьку вагу повітря має невисоке СМІТТЯ, однак повітряні холодильні системи забезпечують тепло утилізацію при відносно високих температурах без зниження ефективності, що спостерігається в парових компресійних установках. У порівнянні з останніми установки з повітряним циклом можуть забезпечити більшу різницю температур між гарячою й холодною сторонами. У результаті стає можливим охолодження повітря до температур, властивих процесам, що протікають при практично криогенних умовах.

При роботі за межами проектних значень продуктивність систем з повітряним циклом знижується не настільки сильно, як парових компресійних установок. У холодильному циклі система з повітряним циклом може виробляти тепло.

Протягом  довгого часу системи з повітряним охолодженням використалися на повітряних судах. Низьке СМІТТЯ тут не є більшим недоліком, оскільки повітря відповідає безлічі особливих умов експлуатації повітряних судів (доступність стисненого повітря й піддувши) і твердих вимог (невелика вага, малий розмір, абсолютна безпека, нульова токсичність і ін.). Крім того, повітря використався як холодоагент у системах кондиціювання й охолодження житлових приміщень і автомобілів. У ряді холодильних установок повітря служить для швидкого заморожування продуктів харчування.

Як рідкий холодильний агент повітря може бути використане у діапазоні -150 до -200 °С. У діапазоні -80 ~ 120 °С повітря використовують тільки у вигляді газу (t_Kр = -140,7 °С). При розширенні з віддачею роботи (у детандері) повітря різко  прохолоджується, і його подають в охолоджуваний об'єкт . Низькі значення коефіцієнта тепловіддачі приводять до необхідності збільшення розмірів теплообмінних апаратів. При більш високих температурах застосування повітряних машин не економічно.

Вода.

Вода (хімічна формула H₂O, назва холодоагенту R718) це один із самих древніх холодоагентів, використовуваних для охолодження. Вода або водяний пара, також називані терміном "дигідромонооксид", - одне з найпоширеніших  на Землі речовин. Вода знаходить різне застосування: як технологічне середовище при дистиляції й сушінні, для теплопередачі або нагромадження енергії в системах центрального опалення, системах охолодження двигуна й льодовиках, як робоча рідина в циклі Ренкина. R718 це екологічно безпечний холодоагент із нульовими ОРП і ПГП, що не має кольору, заходу, нетоксичний, негорючий, невибухонебезпечний, легкодоступний і вкрай дешевий.

На воді працюють найсучасніші  холодильні системи. Як  холодоагент раніше вона застосовувалася в основному в компресійних чиллерах з пароструминними компресорами, двоконтурних абсорбційних системах із бромистим літієм як  абсорбент, а також адсорбційних системах із цеолітами як  адсорбент. З погляду  екологічності й термодинаміки, вода являє собою ідеальний холодоагент для сфер застосування з температурою вище 0°С. У порівнянні з іншими природними холодоагентами R718 має більше високу сховану теплоту паротворення: 2 270 кдж/кг. При переході з рідкого в газоподібний стан без зміни температури R718 поглинає дуже більші кількості теплової енергії.

Застосування води обмежене її високою швидкістю замерзання при атмосферному тиску. Крім того, вода приведе до корозії й окислювання багатьох металів. У силу високої, у порівнянні з іншими холодоагентами, здатністю води вступати в хімічні реакції при розробці систем на R718 необхідно приділяти особливу увагу вибору придатних матеріалів.

Як і повітря, нешкідлива й доступна. Через високу  температуру замерзання   (0 °С) воду можна прохолоджувати не нижче 4-5 °С, Однак для цього потрібні дуже низькі залишкові тиски (нижче 1 кПа). Поршневі машини були б при цьому занадто громіздкі.

Вода знаходить застосування в пароежекторних машинах для  кондиціювання повітря й технологічних цілей. Водний лід використовують у невеликих холодильниках, на  транспорті, у ресторанах. При таненні 1 кг льоду відбирає 335 кДж теплоти. Теплоємність льоду 2,1 кДж/(кг К). Лід з морської води (солоний) має температуру плавлення - 0,5 -2 °С.

Диоксид вуглецю.

Це холодоагент високого тиску (при +30 °С Р = 72-10⁵ Па). Як холодоагент парокомпресійних  холодильних машин диоксид вуглецю був витиснутий аміаком, а потім фреонами. Потрійна крапка диоксида вуглецю  має  температуру -56,6 °С и тиск 5,36 10б Па. При більш низькому  тиску диоксид вуглецю може існувати тільки у двох фазах: твердій або газоподібній.

Твердий диоксид вуглецю (сухий лід) має температуру  сублімації при атмосферному тиску -78,9°С. Щільність сухого льоду 1300-1500 кг/м³. Холодопродуктивність 1 кг (теплота сублімації) 574 кДж/кг, а з урахуванням утеплення пари до 0 °С - 633 кДж/кг. Диоксид вуглецю нейтральний до металів і майже  нешкідливий.

Сухий лід використовують для охолодження невеликих об'єктів до -60 -і 70 °С, де потрібно епізодичне, нетривале охолодження (у медицині, при випробуванні зразків приладів і т.д. ); 90 % сухого льоду використовується для збереження морозива при  перевезеннях і продажі. На реалізацію 1 кг морозива відпускається 100 г сухого льоду.

Диоксид вуглецю або вуглекислий газ (ОРП = 0, ПГП = 1)

Диоксид вуглецю (хімічна формула CO₂, назва холодоагенту R744) не має кольору, заходу й важче повітря. Потенціал глобального потепління CO₂, рівний 1, уважається опорним значенням для оцінки безпосереднього впливу холодоагентів на глобальне потепління. Як і більшість хладонів, по стандарті ASHRAE "Класифікація по групах безпеки" диоксид вуглецю має індекс А1, що означає низьку токсичність і негорючість. CO₂, використовуваний як  холодоагент, це побічний продукт, що утвориться при багатьох технологічних процесах. Незважаючи на нетоксичність, при високій концентрації в замкнутому просторі диоксид вуглецю починає заміщати кисень і по закінченні деякого часу може зробити задушливий вплив на присутніх людей. Завдяки тривалому часу життя в атмосфері CO₂ не утворить побічних продуктів або продуктів розпаду, що роблять значний вплив на навколишнє середовище. Робочий тиск диоксида вуглецю, використовуваного як  холодоагент, як правило, вище, ніж в інших холодоагентів. Цю особливість необхідно враховувати при проектуванні.

Диоксид вуглецю сполучимо лише з деякими розповсюдженими мастильними речовинами, використовуваними в холодильному встаткуванні. Він несумісний з полиолефіром (POE) і полівінілефиром (PVE) і обмежено сполучимо з поліалкиленгликолем (PAG). Диоксид вуглецю традиційно вважається дешевим і доступним холодоагентом.

ІV. Закріплення матеріалу

Користуючись роздатковим матеріалом заповнити таблицю "ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЛОДОАГЕНТІВ"

.

V. Підведення підсумків та оцінювання учнів.

                                   В.:Таким чином, сьогодні на уроці ми з вами вивчили основні властивості повітря, води та диоксиду вуглецю, галузі їх застосування.

                 Обґрунтування та виставлення оцінок за урок.

            VІІ . Домашнє завдання.

            С.С.Червяков, А.І.Кулаковський, "Основы холодильного дела": с. 46-48

                Самостійна робота учня групи №_____

                      _______________________________________________

ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ХОЛОДОАГЕНТІВ

         Оцінка :___________               Викладач:__________________