Номер 12, страница 71 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

12. Объясните, почему аммиак используют в промышленных холодильных установках.

Аммиак (химическая формула $NH_3$), также известный как хладагент R717, является одним из наиболее распространенных и эффективных хладагентов для крупных промышленных холодильных систем. Его применение обусловлено уникальным сочетанием термодинамических, экономических и экологических преимуществ.

Высокая термодинамическая эффективность

Ключевым фактором является высокая эффективность аммиака как рабочего тела в холодильном цикле. Это связано со следующими свойствами:

• Высокая удельная теплота парообразования. Аммиак имеет одну из самых высоких величин удельной теплоты парообразования среди всех хладагентов (около 1370 кДж/кг). Это означает, что при испарении каждый килограмм аммиака способен поглотить большое количество тепла из охлаждаемой среды. В результате для достижения требуемой холодопроизводительности требуется меньшая массовая циркуляция хладагента, что ведет к повышению энергоэффективности (коэффициента производительности COP) установки и позволяет использовать трубы меньшего диаметра.
• Оптимальная температура кипения. При атмосферном давлении аммиак кипит при температуре -33.3°C. Это позволяет использовать его для получения низких температур, необходимых во многих промышленных процессах (например, в пищевой промышленности для заморозки продуктов). Кроме того, в большинстве режимов работы давление в испарителе (холодной части системы) остается выше атмосферного, что предотвращает подсос воздуха и влаги в систему, который мог бы снизить ее эффективность и вызвать коррозию.

Экономическая выгода

• Низкая стоимость. Аммиак является одним из самых дешевых хладагентов на рынке, так как он массово производится по всему миру, в основном для нужд сельского хозяйства (производство удобрений).
• Высокая энергоэффективность. Как уже упоминалось, системы на аммиаке обладают высоким коэффициентом производительности, что приводит к значительному снижению эксплуатационных расходов на электроэнергию по сравнению с системами на синтетических хладагентах (фреонах).
• Простота обнаружения утечек. Аммиак обладает резким, характерным запахом, который ощущается человеком даже при очень низких, безопасных для здоровья концентрациях. Это свойство является важным преимуществом с точки зрения безопасности и эксплуатации, так как позволяет быстро обнаружить и устранить утечку, предотвращая потерю дорогостоящего хладагента и снижение производительности системы.

Экологическая безопасность

Аммиак — это природный хладагент, который не оказывает негативного влияния на глобальные экологические проблемы:

• Нулевой озоноразрушающий потенциал (ODP = 0). В молекуле аммиака отсутствуют атомы хлора и брома, поэтому он не разрушает озоновый слой Земли.
• Нулевой потенциал глобального потепления (GWP = 0). Аммиак имеет очень короткое время жизни в атмосфере (несколько дней) и не вносит вклада в парниковый эффект.

Это делает его предпочтительной долгосрочной альтернативой многим синтетическим хладагентам, которые либо разрушают озоновый слой (ХФУ, ГХФУ), либо являются мощными парниковыми газами (ГФУ).

Почему именно в промышленных установках?

Несмотря на все преимущества, применение аммиака ограничено в основном промышленным сектором из-за его недостатков: он токсичен при вдыхании в высоких концентрациях и горюч в определенном диапазоне концентраций в воздухе. Поэтому промышленные аммиачные установки проектируются с учетом строжайших норм и правил безопасности, располагаются в отдельных, хорошо вентилируемых помещениях или на открытых площадках, а их обслуживание доверяется только высококвалифицированному персоналу.

Ответ: Аммиак используют в промышленных холодильных установках благодаря его превосходным термодинамическим характеристикам (в частности, очень высокой удельной теплоте парообразования), которые обеспечивают высокую энергоэффективность и низкие эксплуатационные расходы. Другими важными причинами являются его низкая стоимость и экологическая безопасность: аммиак не разрушает озоновый слой (ODP=0) и не способствует глобальному потеплению (GWP=0). Его применение ограничено промышленной сферой из-за токсичности и горючести, что требует соблюдения строгих мер безопасности.