Posebna uporaba ciklopentana v hladilnikih

1. Vloga ciklopentana v hladilnikih - Sredstvo za napenjanje, ne hladilno sredstvo

Vloga ciklopentana v hladilnikih je "sredstvo za pihanje", ki je odgovorno za ustvarjanje mehurčkov v izolacijski plasti, ne kot hladilno sredstvo. To je koncept, ki ga je treba najprej razjasniti.

Pri proizvodnji hladilnikov se ciklopentan dodaja poliuretanskim surovinam in s fizičnim penjenjem tvori izolacijsko plast iz toge poliuretanske pene v votlini omare. Uradne informacije družbe Dymatic Chemicals jasno navajajo, da se ciklopentan, kot nova vrsta sredstva za razpenjanje za trdo poliuretansko peno, uporablja za zamenjavo klorofluoroogljikovodikov (CFC), ki poškodujejo atmosferski ozonski plašč, in se zdaj pogosto uporablja v proizvodnji hladilnikov in zamrzovalnikov brez CFC-.

Zakaj je potrebno penilo? Toplotna izolacija poliuretanske pene izhaja iz mehurčkov v peni - toplotna prevodnost plina v mehurčkih je veliko nižja kot pri trdni plastiki. Vloga ciklopentana je ustvarjanje teh mehurčkov med strjevanjem poliuretana: ne sodeluje pri kemičnih reakcijah, ampak samo "vstopi" z uporabo reakcijske toplote za izhlapevanje, pri čemer ostane enotna zaprta -celična struktura v polimerni matriki.

2. Mehanizem penjenja - Kako ciklopentan "ustvarja mehurčke" v poliuretanu

Kot fizično sredstvo za pihanje ciklopentan uporablja reakcijsko toploto poliuretana za izhlapevanje in uparjanje, pri čemer tvori jedra mehurčkov v tekoči mešanici. Ko mehurčki zrastejo, zapustijo enotno zaprto-celično strukturo, potem ko se pena strdi.

Ta postopek lahko razdelimo na tri stopnje:

Faza 1: Mešanje in raztapljanje

Ciklopentan je predhodno zmešan s polioli, katalizatorji, stabilizatorji pene itd., da nastane poliolna mešanica. Podjetje Nanjing Hongbaoli je uporabilo aromatske aminske iniciatorje kot glavno komponento za sintezo nove vrste polietra, primernega za uporabo ciklopentana kot sredstva za razpenjanje, kar zagotavlja dobro združljivost med ciklopentanom in sistemom polietra.

Faza 2: Nukleacija in rast mehurčkov

Ko je poliol pomešan z izocianatom, reakcija polimerizacije sprosti toploto. Ciklopentan pri segrevanju izhlapi in v tekoči mešanici tvori nešteto drobnih jeder mehurčkov. Med potekom reakcije mehurčki nenehno rastejo, zaradi česar se volumen pene širi.

Faza 3: Strjevanje pene

Ko je reakcija poliuretanskega zamreženja končana in se pena strdi, se plin ciklopentan zapre v celice in tvori zaprto-celično strukturo. Te zaprte celice so ključ do toplotne izolacije - toplotna prevodnost plina ciklopentana znotraj celic (približno 0,012 W/m·K) je veliko nižja od prevodnosti zraka (0,026 W/m·K) in trdnega poliuretana.

Italijanska raziskava leta 1994 je že potrdila, da so izolacijski materiali iz poliuretanske pene, proizvedeni z optimizirano ciklopentansko tehnologijo, po strukturi in toplotni učinkovitosti primerljivi s prejšnjimi sistemi s CFC-pihanjem.

3. Poseben prispevek ciklopentana k učinkovitosti toplotne izolacije hladilnika

Sistem za penjenje ciklopentana lahko zmanjša toplotno prevodnost pene za hladilnike na 0,0180–0,0220 W/(m·K), kar je ključni dejavnik pri doseganju toplotne izolacije hladilnika.

3.1 Razmerje med vrsto penilnega sredstva in zmogljivostjo pene

3.2 Tri ključne stopnje tehnološkega razvoja

Faza 1: Sistem čistega ciklopentana (1990-2000)

Leta 1993 je bila na Kitajskem uvedena tehnologija penjenja ciklopentana; -uporaba v velikem obsegu v kitajski industriji hladilnikov se je začela leta 1996. Sistem čistega ciklopentana je bil prva izbira za zamenjavo CFC-11 v industriji hladilnikov. Njegove okoljske značilnosti ODP=0 in izjemno nizek GWP so mu omogočile hitro širjenje. Do leta 2009 je približno 86 % hladilnikov, proizvedenih na Kitajskem, uporabljalo ciklopentan za penjenje.

2. stopnja: Kompozitni sistem za penjenje (pozno 2000–2010)

Sistem čistega ciklopentana je imel težave z relativno visoko toplotno prevodnostjo in visoko porabo energije. Hisense Kelon je uporabil ciklopentan v kombinaciji s HFC-245fa, "dobro rešil probleme slabe toplotne izolacije in visoke porabe energije obstoječih hladilnikov s sistemom za penjenje s ciklopentanom." Tehnologija penjenja z nizko-gostoto, ki sta jo skupaj razvila Hisense in BASF, temelji na njuni-tehnologiji kompozita 245fa/c-pentan, ki sta jo razvila, je dosegla preboj, saj je zmanjšala porabo energije na hladilnik za 3-5 % in prihranila približno 8 % porabe surovin za penjenje.

Faza 3: Tehnologija mešanega penjenja in nizke-vrelišča (2010 do danes)

Trenutno domači proizvajalci hladilnikov na splošno uporabljajo sistem penjenja z mešanico HFC-245fa + ciklopentan. Hisense je razvil tehnološko rešitev za penjenje z nizkim-vreliščem, ki je sestavljena iz ciklopentana + HFO/HFC-245fa + n-butana. Midea je razvila sistemsko raztopino za penjenje z nizkim vreliščem ciklopentana + izopentana + HFC-152a + HFO/HFC-245fa.

Hu Feng iz Hisense Refrigerators je pojasnil: "Kompozitni sistem penjenja ciklopentan + HFO prihrani 2 % energije za celotno napravo v primerjavi s sistemom penjenja ciklopentan + HFC-245fa." Raziskave kažejo, da lahko dodajanje posebnih dodatkov za penjenje sistemu za penjenje ciklopentana dodatno zmanjša porabo energije za 6 %.

4. Prednosti varčevanja z energijo in zmanjšanja porabe, ki jih prinaša ciklopentan

Z uporabo optimizirane tehnologije penjenja ciklopentana lahko zmanjšate porabo energije na hladilnik za 3-5 % in prihranite približno 8 % surovin. Celotna industrija lahko letno prihrani več deset tisoč ton poliuretanskih surovin.

Glede na-podatke o tehnologiji penjenja z nizko gostoto, ki sta jih skupaj objavila Hisense in BASF leta 2012:

Ta tehnologija ne ustvarja samo nižjih stroškov električne energije za potrošnike, temveč ustvarja tudi znatne družbene koristi z zmanjšanjem porabe in emisij. Za potrošnike odlični izolacijski materiali ne le zmanjšajo porabo električne energije, ampak tudi minimizirajo debelino izolacijske plasti, kar ustvarja več prostora za shranjevanje hladilnikov enake zunanje prostornine.

5. Sinergijski učinek ciklopentana in vakuumsko izolacijskih plošč (VIP)

The combination of cyclopentane-blown polyurethane foam and vacuum insulation panels achieves a "1+1>2" učinek toplotne izolacije, kar je tehnični trend pri-hladilnikih višjega cenovnega razreda.

Hitachijeva patentirana tehnologija razkriva rešitev, ki združuje penjenje ciklopentana z vakuumsko izolacijskimi ploščami (VIP):

VIP območje pokritosti:Vakuumske izolacijske plošče so pritrjene na notranjo površino zunanjega ohišja hladilnika in pokrivajo območja z najvišjimi izolacijskimi zahtevami

Polnilo iz ciklopentanske pene:Preostale reže so zapolnjene s ciklopentansko-pihano poliuretansko peno

Sinergijski učinek:Ciklopentanska pena zagotavlja splošno strukturno podporo in enakomerno izolacijo, medtem ko VIP zagotavlja lokalizirano izjemno izolacijo

Ciljni kazalniki uspešnosti, ki jih določa ta patent, so:

Končana omara te rešitve ima značilnosti visoke trdnosti, stabilnega dolgoročnega-odvajanja toplote in odličnega varčevanja z energijo.

6. Okoljska vrednost in status ciklopentana v industriji

Zaradi okoljskih značilnosti ODP=0 in izjemno nizkega GWP je ciklopentan postal prevladujoča izbira na področju razpenjalnikov za hladilnike.

Od leta 2010 je imel ciklopentan absolutno prevladujoč položaj na trgu razpenjalnikov za hladilnike:

Leta 2009 je bil delež hladilnikov, proizvedenih na Kitajskem s penjenjem ciklopentana, kar 86 %

Ameriški trg, ki prej ni sprejemal ciklopentanskega penila, je prav tako odpravil omejitve

Vrednost GWP ciklopentana je zelo nizka in izpolnjuje zahteve ciljev "dvojnega ogljika".

Potem ko se je Kitajska zavezala, da bo "dosegla najvišjo raven ogljika do leta 2030 in ogljično nevtralnost do leta 2060", se bodo HFC-snovi, kot je HFC-245fa, soočile z zmanjšanjem pritiska, okoljske prednosti ciklopentana pa bodo postale še bolj izrazite. V ozadju izvajanja uredbe EU o F-plinu je ciklopentan kot penilo brez fluora z ODP=0 stroga izbira za hladilnike, izvožene v EU.

7. Varnostni vidiki pri uporabi ciklopentana

Ciklopentan je zelo vnetljiva tekočina (plamenišče -42 stopinj), ki med uporabo zahteva opremo, varno proti eksploziji, in stroge varnostne predpise.

Glede na fizikalno-kemijske parametre ciklopentana:

Pri uporabi ciklopentana obstajata dve glavni nevarni povezavi: tovarniško območje za penjenje in rezervoar za shranjevanje ciklopentana. Leta 2007 je Kitajsko združenje gospodinjskih električnih aparatov organiziralo formulacijo "QB/T2911-2007 Varnostne tehnične specifikacije za proizvodnjo gospodinjskih in podobnih električnih aparatov z uporabo ciklopentanskega penila."

Mala in srednje{0}}velika podjetja običajno sprejmejo rešitev izgradnje distribucijskega centra za ciklopentan. "Gradnja distribucijskega centra ciklopentana v glavnih proizvodnih območjih hladilnikov in zamrzovalnikov odpravlja potrebo po postavitvi rezervoarjev za shranjevanje ciklopentana v tovarno, s čimer se zagotovi oskrba s ciklopentanom za majhne tovarne, medtem ko se najnevarnejši rezervoarji za shranjevanje ciklopentana premaknejo stran od podjetja, kar poveča preprečevanje varnostnih nevarnosti."

8. Nanjing ZL Energy Co., Ltd. - poklicni dobavitelj ciklopentana visoke-čistosti

Nanjing ZL Energy Co., Ltd. se osredotoča na raziskave, razvoj in proizvodnjo ogljikovodikov za razpenjanje, ki proizvajalcem hladilnikov zagotavlja visoko{2}}kakovostne ciklopentanske surovine.

Kot profesionalni dobavitelj ogljikovodikov ima Nanjing ZL Energy Co., Ltd. naslednje prednosti na področju ciklopentana:

Zaključek

Glavna vloga ciklopentana v hladilnikih je sredstvo za razpenjanje trde poliuretanske pene, ki tvori enotno zaprto-celično strukturo v izolacijski plasti s fizičnim penjenjem, kar daje hladilniku odlično toplotno izolacijo.

Od uvedbe na Kitajsko leta 1993 do danes je tehnologija penjenja s ciklopentanom prestala tri razvojne stopnje: sistem čistega ciklopentana → sistem sestavljenega penjenja → mešano penjenje in tehnologija nizke-vrelišča. Trenutno najnaprednejša tehnologija lahko zmanjša porabo energije na hladilnik za 3-5 %, prihrani približno 8 % surovin in zmanjša toplotno prevodnost pene pod 18,0 mW/(m·K). Ciklopentan se razvija iz preprostega "kreatorja mehurčkov" v ključni tehnološki nosilec za varčevanje z energijo v hladilniku in zmanjšanje porabe.