Характеристики и свойства фреона R600a (изобутана), рабочее давление, особенности

Что такое фреон R600a или изобутан

Хладагент R600a (изобутан, хладон 600а) – природный газ. Имеет нулевой потенциал разрушения озонового слоя Земли и минимальное влияние на парниковый эффект. Является альтернативой вышедшему из употребления фреону R12.

Химическая формула фреона r-600a аналогичная бутану, природному газу. Бутан является хладагентом R600. Приставка в названии изо- обозначает что при одинаковом химическом составе, молекулы газа имеют разное строение. Это обозначается буквой «а» в классификации хладагента.

Слева — молекула изобутана, справа — бутана. Темные шарики соответствуют атомам углерода, светлые — водорода.

Реакции замещения

В молекулах алканов связи С–Н более доступны для атаки другими частицами, чем менее прочные связи С–С.

1.1. Галогенирование

Бутан реагирует с хлором и бромом на свету или при нагревании.

При хлорировании бутана образуется смесь хлорпроизводных.

История вопроса

Благодаря хорошим характеристикам хладагент R600a (HC 600a) использовался в холодильниках с начала 20 века. После появления хладагента R12, изобутан перестали использовать из-за того, что его требовалось много, 200-400 грамм в одном бытовом холодильнике.

В больших объемах хладон r600a был пожароопасным в таких количествах. В случае утечки он мог воспламениться от открытого огня, электрической искры и привести к пожару. На десятилетия изобутан был забыт.

В 20 веке холодильная техника постоянно совершенствовалась. К 1990 годам для работы системы бытового холодильника нужно было не более 150 грамм изобутана. К тому же, после подписания Монреальского протокола, хладагент R12 стали выводить из обращения. Фреон R600a стал основным хладагентом для бытовой холодильной и морозильной техники.

Применение:

В пищевой промышленности изобутан выступает в роли антифламинга, глазирующего агента и пропеллента ингаляционных и пищевых упаковок, в частности он входит в состав дезодорирующих смесей в баллончиках. Иногда, изобутан применяется, как экстракционный и технологический растворитель ароматизаторов. Добавка Е-943b широко применяется как хладагент при производстве кондиционеров, холодильников, морозильных камер. Изобутан не имеет негативного влияния на озоновый слой, и его использование в холодильной промышленности позволяет экономить электроэнергию, благодаря высокому уровню охлаждения. Только холодильники с использованием воспламеняющихся хладагентов должны иметь специальную безопасную конструкцию. Часто добавка Е-943b применяется как компонент для наполнения газовых зажигалок и заправок к ним, аэрозолях в косметической продукции. А так же высокое октановое число изобутана позволяет использовать его как компонент горючего двигателей внутреннего сгорания.

Производство R600a, изобутана (n-бутана)

Хладагент R600a получают путем перестройки молекул бутана (R600). Этот процесс называется изомеризацией. В молекуле сохраняется количество атомов водорода и углерода, но меняется их геометрическая структура.

Изомеризация бутана происходит в бутамерной установке с помощью катализатора из платины или других редкоземельных металлов. В процессе только часть газа преобразуется в n-бутан. Полученная смесь пропускается через ректификационную колонну деизобутанизации, в которой R600a отделяется от R600.

Бутамерная установка Honeywell.

Структурная изомерия

Для бутана характерна структурная изомерия – изомерия углеродного скелета.

Структурные изомеры — это соединения с одинаковым составом, которые отличаются порядком связывания атомов в молекуле, т.е. строением молекул.

Изомеры углеродного скелета отличаются строением углеродного скелета.

Для бутана не характерна пространственная изомерия.

Физические свойства фреона R600a, изобутана

R600-a – бесцветный газ без запаха. У него низкая температура кипения, что позволяет использовать его в климатической и охладительной технике. В его состав не входит хлор и фтор, в отличие от таких газов как R12 и R134a.

Газ хладагент R600a пожароопасен. При его хранении, транспортировке и использовании необходимо соблюдать технику безопасности. Под высоким давлением его температура воспламенения снижается. В обычный фреоновый баллон закачивают 5,45 кг изобутана, в 2,5 раза меньше чем r134a (тетрафторэтана) или r12.

Сырьем для производства изобутана служат природные газы, добываемые из недр Земли. Его можно получить из продуктов переработки нефти, крекинга, других процессов преобразования углеводородов.

Благодаря характеристикам хладон r600a используется в качестве компонента хладагентов R406a, R413A, R414A, R414B, R422A, R422B, R422C, R422D, R422E, R424A, R428A, R429A, R430A, R434A R439A, R436A, R436B, R441A, R443A, R461A, R510A.

Интересный факт

Изобутан часто используется как наполнитель в баллончиках с аэрозолями, зажигалках и баллончиках для их заправки.

Отрывок, характеризующий Изобутан

Солдаты, принесшие князя Андрея и снявшие с него попавшийся им золотой образок, навешенный на брата княжною Марьею, увидав ласковость, с которою обращался император с пленными, поспешили возвратить образок. Князь Андрей не видал, кто и как надел его опять, но на груди его сверх мундира вдруг очутился образок на мелкой золотой цепочке. «Хорошо бы это было, – подумал князь Андрей, взглянув на этот образок, который с таким чувством и благоговением навесила на него сестра, – хорошо бы это было, ежели бы всё было так ясно и просто, как оно кажется княжне Марье. Как хорошо бы было знать, где искать помощи в этой жизни и чего ждать после нее, там, за гробом! Как бы счастлив и спокоен я был, ежели бы мог сказать теперь: Господи, помилуй меня!… Но кому я скажу это! Или сила – неопределенная, непостижимая, к которой я не только не могу обращаться, но которой не могу выразить словами, – великое всё или ничего, – говорил он сам себе, – или это тот Бог, который вот здесь зашит, в этой ладонке, княжной Марьей? Ничего, ничего нет верного, кроме ничтожества всего того, что мне понятно, и величия чего то непонятного, но важнейшего!» Носилки тронулись. При каждом толчке он опять чувствовал невыносимую боль; лихорадочное состояние усилилось, и он начинал бредить. Те мечтания об отце, жене, сестре и будущем сыне и нежность, которую он испытывал в ночь накануне сражения, фигура маленького, ничтожного Наполеона и над всем этим высокое небо, составляли главное основание его горячечных представлений. Тихая жизнь и спокойное семейное счастие в Лысых Горах представлялись ему. Он уже наслаждался этим счастием, когда вдруг являлся маленький Напoлеон с своим безучастным, ограниченным и счастливым от несчастия других взглядом, и начинались сомнения, муки, и только небо обещало успокоение. К утру все мечтания смешались и слились в хаос и мрак беспамятства и забвения, которые гораздо вероятнее, по мнению самого Ларрея, доктора Наполеона, должны были разрешиться смертью, чем выздоровлением. – C’est un sujet nerveux et bilieux, – сказал Ларрей, – il n’en rechappera pas. [Это человек нервный и желчный, он не выздоровеет.] Князь Андрей, в числе других безнадежных раненых, был сдан на попечение жителей. В начале 1806 года Николай Ростов вернулся в отпуск. Денисов ехал тоже домой в Воронеж, и Ростов уговорил его ехать с собой до Москвы и остановиться у них в доме. На предпоследней станции, встретив товарища, Денисов выпил с ним три бутылки вина и подъезжая к Москве, несмотря на ухабы дороги, не просыпался, лежа на дне перекладных саней, подле Ростова, который, по мере приближения к Москве, приходил все более и более в нетерпение.

Плюсы хладагента R600a

1. Для заправки бытового холодильника требуется от 25 до 150 граммов газа. Это меньшее, чем в технике, работающей на других видах фреонов.
2. Изобутан дешевле других хладагентов.
3. Фреон R600a обеспечивает высокую холодопроизводительность. На нем работают самые экономные бытовые холодильники классов А+, А++, А+++.
4. Производство изобутана не сопряжено со сложными химическими процессами. О доступен и дешев.
5. Хладагент R600-a химически устойчив, не вступает в реакции с металлами, каучуками и пластиками.
6. В холодильной технике с изобутаном используется дешевое минеральное масло, а не дорогое синтетическое.
7. За счет меньшего количества газа в системе холодильника, снижается уровень шума.

Характеристика:

Изобутан — бесцветный горючий газ, без запаха, легко сжижаемый углеводород класса алканов. Химическая формула CH(CH3)3 или С4Н10. Он хорошо растворяется в органических растворителях: воде, эфире и спирте, легко переходит в жидкую фазу, а в составе аэрозолей на масляной основе может самовоспламеняться. В водной среде E-943b Изобутан трансформируется в клатраты. Клатраты представляют собой газовые гидраты (кристаллические вещества, которые образуются в результате взаимодействия воды и газа). В свою очередь газовые гидраты способны образовываться только при соблюдении особых термобарических условий. По своей сути изобутан является изомером бутана (Н-Бутана), в природной среде добавка Е-943b присутствует в составе природного и нефтяного газов и газовом конденсате. Температура кипения изобутана — 11,73 ° С, самовоспламенение происходит при нагревании газа до 462,2 ° С. При высоких температурах высока опасность взрыва изобутана. Получают пищевую добавку Е-943b путем гидрокрекинга фракций нефти или каталитического крекинга, с последующей за ним ректификацией. Ещё один способ получения изобутана при помощи каталитических изомеризаций н-бутана. Изобутан хранят и транспортируют в цистернах и баллонах с особым давлением. В период хранения и транспортировки необходимо избегать нагревания баллонов и цистерн с добавкой Е-943b.

Особенности изобутана

По равнению с другими хладагентами фреон R600a имеет более высокую хладопроизводительность. Для полноценной работы техники его требуется меньше. Поэтому стоимость узлов холодильного контура снижается. Это приводит к удешевлению бытовой техники.

При замене фреона r12 на r600 не требуется больших доработок оборудования. Необходимо лишь поменять фильтр-осушитель и нарастить капиллярную трубку. Стоимость такой доработки минимальна. Учитывая разницу в цене фреонов r12 и r600a, перевоз холодильника на изобутан вполне оправдан.

Для воспламенения изобутана достаточно небольшой искры. Газ загорается если его содержание в воздухе оставляет от 14 до 85 куб. см на литр, или от 31 до 205 грамм. При другой концентрации он не загорится. Но в холодильниках его немного, поэтому вероятность пожара минимальна, хоть и существует.

При небольшой утечке газ будет гореть в непосредственной близости от места протечки. Если он выйдет сразу весь и воспламенится, то моментально вспыхнет и сгорит. При этом огонь не сможет перекинуться на другие предметы.

Многие сайты воруют друг у друга данную цитату, не задумываясь о ее бессмысленности:

Современные конструкции бытового и торгового холодильного оборудования содержат допустимую концентрацию R600. Доза заправки изобутаном бытовых холодильников столь мала, что практически не может привести к пожару: при полной утечке хладагента из агрегата его концентрация в кухне объемом 20 куб.м будет ниже порога горючести в десятки раз.

Наверное, авторы статей совсем не учили физику за среднюю школу. Изобутан имеет свойство скапливаться внизу помещения. Его концентрация будет изменяться в зависимости от высоты. Если помещение не вентилируется и произошла утечка, на определенной высоте от пола соотношение изобутана и воздуха будет в пределах взрывоопасности.

Утверждение что хладагент r600a опасен, ложно. Изобутан не является токсичным или ядовитым. Отравление может произойти только при очень большой концентрации в воздухе. При утечке из бытового холодильника он абсолютно безопасен.

За счет безопасности и химической стабильности, фреон R600a не нуждается в утилизации. При ремонте системы или переводе ее на другой хладагент остатки старого газа просто стравливаются в атмосферу.

Интересный факт

К холодильной технике, рассчитанной на использование изобутана в качестве хладагента предъявляются особые требования. Она сконструирована так, что при утечке в месте скопления газа его воспламенение невозможно. Там нет электрических или электронных узлов, способных поджечь газ.

Что представляет собой R600a (изобутан)

Свойства

R600a (изобутан) является веществом, входящим в состав природного газа. Он абсолютно безопасен для окружающей среды, так как имеет нулевой потенциал разрушения озонового слоя Земли и практически не влияет на развитие парникового эффекта. Благодаря своей экологичности вытеснил такие фреоны-«конкуренты», как хладагент R12.

Изобутан – бесцветное летучее вещество. Если говорить о химической формуле изобутана, то она подобна (но не идентична) формуле природного газа бутана.

ДЛЯ СПРАВКИ:

Изобутан применяется в качестве хладагента с начала ХХ века. Однако холодильники того времени были настолько технически несовершенны, что изобутана в качестве хладагента требовалось до 400 гр. для одного агрегата. В таких объемах газ становился пожароопасным. В современных моделях холодильников этого хладагента достаточно 25 гр.

Процесс получения R600a представляет собой так называемую изомеризацию в специальных промышленных установках , в результате чего структура атомов водорода и углерода в молекуле меняется, а количество их при этом остается прежним. Изобутан производится из природных газов, добываемых из недр Земли, а также из продуктов переработки нефти.

Физические характеристики и химические свойства изобутана:

• R600-a (изобутан) –газ без цвета и запаха. В его составе нет хлора и фтора, что выгодно отличает его от ряда других фреонов;
• Молекулярная (молярная) масса составляет 58,12 г/моль;
• Молекулярная формула – С4Н10;
• R600-a относится к группе гидроуглеродов (ГФУ; HFC), срок применения которых не ограничен;
• Температура замерзания при 0,1 МПа, – 159,6 ºС;
• R600-a отличается низкой температура кипения, а именно – 11,73 °С, благодаря чему изобутан используется не только в качестве хладагента в бытовых холодильниках, но и в бытовых кондиционерах;
• Плотность при 25ºС составляет 0,551 г/куб.см. Плотность изобутана такова, что он имеет свойство концентрироваться в нижней части помещения: чем выше, тем ниже концентрация газа. Во избежание взрывоопасности важно, чтобы помещение проветривалось и вентилировалось;
• В изобутане в микроскопических количествах возможны некоторые примеси: метан, этан, вода, кислород, пропан, сера, пропилен, N-бутан, пентен, изобутилен, изопентан, углекислый газ, азот;
• Температура возгорания газа R600a составляет 83 °С, что делает его пожароопасным. Хладагент 3-го класса пожароопасности. Критическая температура – 135°С. Воспламеняемость и взрывоопасность возможны только при соединении с воздухом при объемной доле газа 1,3- 8,5%. Заправка этим хладагентом производится только специалистами сервисных центров, прошедшими профессиональную подготовку.

Под высоким давлением значение температуры

возгорания снижается, поэтому при работе с изобутаном ( в том числе при хранении и транспортировке) в целях безопасности в баллон рекомендуется закачивать в 2-2,5 раза меньше газа по сравнению с другими фреонами.

С учетом характеристик, описанных выше, необходимо организовывать правильное хранение и транспортировку изобутана, при этом категорически запрещается:

– допускать нагрев тары;

– хранить изобутан вблизи источников тепла, отрытого огня, электрических приборов.

При работе с газом рекомендуется пользоваться индивидуальными средствами защиты ( очками и перчатками).

ДЛЯ СПРАВКИ

Фреон R600a продается в следующих видах тары и упаковки:

• Баллончики для дозаправки вместимостью 420 мг;
• Газовые баллоны вместимостью 50 кг;
• Фреоновые баллоны вместимостью до 6,5 кг;
• Спецконтейнер – изотанк вместимостью 600кг.

Преимущества хладагента R600a

1. Низкая стоимость и себестоимость по сравнению с другими хладонами.
2. Экономичность: для заправки холодильника требуется существенно меньше изобутана, чем других фреонов.
3. Высокая холодопроизводительность (холодильный коэффициент), что способствует снижению цены на холодильное оборудование.
4. Химическая устойчивость: не вступает в реакции с другими веществами.
5. Уровень шума от холодильника, заправленного изобутаном, ниже, так как количество необходимого газа меньше.
6. Использование в холодильниках, заправленных изобутаном, недорогого минерального масла.
7. Изобутан не токсичен и не ядовит, отравление им возможно лишь при очень большой концентрации в воздухе. При утечке же из бытового холодильника для здоровья человека нет никакой угрозы.
8. Благодаря химической стабильности и безопасности фреон R600a не требует утилизации после замены на другой хладагент, остатки изобутана могут стравливаться в атмосферу без всякого вреда для окружающей среды.
9. Полная растворимость в масле.
10. Высокая экологичность: озоноразрушающий потенциал (ODP) и парниковый потенциал (GWP) равняются нулю.

Помимо заметных преимуществ R600a имеет и ряд недостатков

Поскольку газ не имеет ни цвета, ни запаха, для выявления его утечки необходимо профессиональное оборудование. Своевременное выявление утечки крайне важно, так как изобутан пожароопасен. Однако газ загорается, если его концентрация в воздухе достигает 14 – 80 куб. см на литр. А поскольку в холодильниках его немного, вероятность пожара сведена к минимуму. Тем не менее она не исключена.

Мастера по ремонту и обслуживанию холодильных установок отмечают еще один недостаток этого хладона: при замене изобутана другим хладагентом иногда требуется замена компрессора.

ДЛЯ СПРАВКИ

При замене некоторых видов фреонов на r600 объем работ и финансовых вложений будет минимальным: потребуется только замена фильтр-осушителя и наращивание капиллярной трубки.

Хладагент r600a, технические характеристики

В изобутане в ничтожно малых количествах возможны следующие примеси: метан, этан, вода, пропан, пропилен, N-бутан, пентен, бутен-1, изобутилен, изопентан, N-пентан, углекислый газ, сера, азот, кислород.

Окисление бутана

Бутан

– слабополярное соединение, поэтому при обычных условиях он не окисляется даже сильными окислителями (перманганат калия, хромат или дихромат калия и др.).

3.1. Полное окисление – горение

Бутан горит с образованием углекислого газа и воды. Реакция горения пропана сопровождается выделением большого количества теплоты.

Уравнение сгорания алканов в общем виде:

При горении бутана в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С.

3.2. Каталитическое окисление

• Каталитическое окисление бутана – промышленный способ получения уксусной кислоты:

Рабочее давление всасывания r600a в холодильнике

Требования к чистоте фреона хладагента R600a по AHRI 700

* ppm, parts per million (англ.) — частей на миллион.

Результаты исследования фреона R600a

Влияние на здоровье человека

При контакте с глазами при быстром испарении вещества возможно обморожение. Контакт с кожей при быстром испарении может привести к обморожению. Проявляется в изменении цвета кожи от белого до серого, образованием волдырей.

Изобутан тяжелее воздуха и может привести к удушью из-за уменьшения количества воздуха для дыхания. Это может привести к потере сознания и смерти. Предварительными эффектами могут быть:

• Головокружение;
• Дезориентация;
• Рвота или тошнота;
• Сонное состояние;
• Нарушение сердечно-сосудистой деятельности.