專(zhuān)利名稱(chēng)：二氟甲烷與丙烷組成的基本恒沸組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氟代烴與烷烴組成的混合物，更確切地說(shuō)是涉及二氟甲烷與丙烷組成的基本恒沸組合物。
由于人們普遍關(guān)心某些鹵代烴的耗臭氧勢(shì)，從而導(dǎo)致要尋求一種具有較低耗臭氧勢(shì)的替代組合物。近來(lái)經(jīng)過(guò)大量的科學(xué)研究已經(jīng)得出含氯氟烴對(duì)長(zhǎng)遠(yuǎn)環(huán)境的影響是由于這些物質(zhì)在同溫層中，在紫外光幅射的作用下會(huì)分解而放出氯原子。據(jù)推論氯原子在同溫層中會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這樣就減少了同溫層中的臭氧層，而同溫層中臭氧的顯著降低對(duì)地球上各種生物都具有嚴(yán)重有害的影響。
由于對(duì)氟化烴的數(shù)量有一定限制，就需要某些在環(huán)境上安全的物質(zhì)作為替代物。假如可以使用已知物質(zhì)的混合物，那么只要這種混合物具有所期望的綜合性能?？墒怯捎诤?jiǎn)單混合物在氣相和液相中組份會(huì)偏析，所以在致冷和其它設(shè)備的設(shè)計(jì)與操作方面帶來(lái)問(wèn)題。為避免過(guò)大的組份偏析問(wèn)題，特別希望開(kāi)發(fā)新的基本恒沸混合體，從而解決組份偏析問(wèn)題。遺憾的是，不可能予先確定共沸物或類(lèi)似共沸組合物的配方，這樣就很難尋找到具有所要求的綜合性能的組合物。
急需有一種與單一化合物很相似的基本恒沸組合物，而在沸騰時(shí)這種混合物的分離量是很小的。
本發(fā)明是關(guān)于基本恒沸組合物，它是由(a)二氟甲烷和(b)丙烷組成，其中這種組合物含有約67～90%(重量)，更好是約67～75%(重量)的二氟甲烷(HFC-32)，以(a)和(b)的重量之和為基準(zhǔn)并平衡，以及約10～33%(重量)，更好是25～33%(重量)的丙烷(HC-290)。尤其優(yōu)選的共沸組合物是由約70%(重量)的二氟甲烷和30%(重量)的丙烷組成，其中重量百分?jǐn)?shù)是以二氟甲烷和丙烷的重量之和為基準(zhǔn)。
本發(fā)明的組合物所顯示的蒸汽壓比這兩種組成物的任何一種都高。本發(fā)明所用的基本恒沸組合物的意思是指在初始混合物的一半被蒸發(fā)掉以后，在25℃時(shí)初始蒸氣壓的變化值不大于10%。因此，這里所述的組合物可克服組份偏析，因?yàn)槠鰰?huì)嚴(yán)重減少它們?cè)谟杵趹?yīng)用方面的用途。這些含有氟化烴的基本恒沸組合物尤其可作為功率循環(huán)工作流體使用。如致冷劑和傳熱介質(zhì)。氣溶膠噴射劑、氣體電介質(zhì)、滅火劑和用于聚合物例如聚烯烴和聚氨酯的膨脹劑。
本發(fā)明組合物中所用的氟化烴組份是二氟甲烷，在鹵代烴工業(yè)中表示為HFC-32，組合物中所用的第二種組份是飽和脂肪烴丙烷。
通過(guò)大范圍改變組合物中二氟甲烷和丙烷的含量進(jìn)行二氟甲烷和丙烷各種混合物的相態(tài)研究表明在恒溫下形成的共沸物超過(guò)了研究的溫度范圍。進(jìn)一步研究這種含有大范圍二氟甲烷與丙烷配比的本發(fā)明基本恒沸組合物的蒸發(fā)現(xiàn)象，結(jié)果克服了混合物的組份分離，以致在恒定溫度下組合物保持基本恒定的沸點(diǎn)。非常出乎意料的是，用二氟甲烷和丙烷組份按所公開(kāi)的用量表明在25℃的恒溫下，即使50%的初始組合物被蒸發(fā)掉以后，組合物的蒸氣壓變化也不大于10%。這種在恒溫下蒸氣壓很小變化的現(xiàn)象說(shuō)明即使有某一組分的分離和過(guò)量損失，混合物的沸點(diǎn)也不會(huì)發(fā)生本質(zhì)上的變化，這就使得這種組合物特別適用于各種予期的用途，如致冷劑，氣溶膠噴射劑，發(fā)泡劑等。
另外，研究還表明本發(fā)明這種新型的基本恒沸組合物顯示的露點(diǎn)壓力和泡點(diǎn)壓力具有很小的壓差。正如眾所周知的技術(shù)，在相同溫度下，露點(diǎn)壓力和泡點(diǎn)壓力之間的壓差是混合物呈現(xiàn)恒沸或類(lèi)似共沸的表征。經(jīng)試驗(yàn)論證，本發(fā)明基本恒沸組合物的壓差與一些已知的非共沸組合物比較是很小的。
本發(fā)明組合物進(jìn)一步的特征在于在恒溫下，這種混合物在泡點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力和在露點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力之間的壓差不大于10磅/英寸2(表壓)。
在本技術(shù)領(lǐng)域中同樣認(rèn)識(shí)到與真正的共沸物一樣，含有同樣組份的各種組合物，它不僅與用于致冷和其它用途的真正共沸物一樣顯示出基本相同的性能，而且與真正共沸物一樣，在恒沸特性方面亦顯示出基本相同的性能，并且在其它溫度和壓力下沸騰時(shí)，也沒(méi)有偏析或分離的跡象。
其它氟化烴也可以加入到HFC-32和丙烷的恒沸混合物中而基本上不改變組合物的類(lèi)似共沸性質(zhì)?？梢约尤氲奖景l(fā)明恒沸混合物中的典型氟化烴包括一氯二氟甲烷(HCFC-22)，五氟乙烷(HFC-125)，全氟丙烷(FC-218)，1，1，2，2-四氟乙烷(HFC-134)，1-氯-1，1，2，2-四氟乙烷(HCFC-124a)，1-氯-1，2，2，2-四氟乙烷(HCFC-124)，1，1，2，3，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)，1，1，1，2，2，3，3-七氟丙烷(HFC-227ca)，1，1，1-三氟乙烷(HFC-143a)，三氟乙烷(HFC-23)，1，1-二氟乙烷(HFC-152a)和氟代乙烷(HFC-161)。
通常加入本發(fā)明氟化烴組合物中的添加物包括潤(rùn)滑劑、緩蝕劑、穩(wěn)定劑和著色劑。
除了致冷方面的用途的外，本發(fā)明的新型恒沸組合物還可用于氣溶膠噴射劑、傳熱介質(zhì)，氣體電介質(zhì)，滅火劑，聚合物如聚烯烴和聚氨脂的膨脹劑，以及功率循環(huán)工作流體。
這里所述的組合物可通過(guò)冷凝恒化合物并隨后蒸發(fā)這種組合物如冷凝液來(lái)提供致冷作用，而使周?chē)奈矬w被冷卻，進(jìn)一步地，這些組合物也可用來(lái)提供加熱，例如用于熱泵中，通過(guò)蒸發(fā)組合物并隨后冷凝恒沸組合物而使周?chē)奈矬w被加熱。
由于本發(fā)明基本恒沸組合物實(shí)際上相當(dāng)于單一物質(zhì)，因此使用這些組合物可以消除體系運(yùn)轉(zhuǎn)中組份分離的問(wèn)題。
本發(fā)明組合物與致冷劑502相比較具有的耗臭氧勢(shì)為零，而致冷劑502的耗臭氧勢(shì)為0.25。
實(shí)施例1對(duì)二氟甲烷和丙烷的混合物進(jìn)行相態(tài)研究，其中改變組合物組成，并在-15.3℃的恒溫下測(cè)量蒸氣壓。通過(guò)觀測(cè)最大蒸氣壓作為得到恒沸組合物的依據(jù)。表示如下二氟甲烷＝大約70%(重量)丙烷＝大約30%(重量)蒸氣壓＝約4832乇 在-15.3℃時(shí)在其它溫度下的相態(tài)研究表明的共沸物有如下變化
(a)二氟甲烷＝約72%(重量)丙烷＝約28%(重量)蒸氣壓＝約15997乇，在25℃時(shí)(b)二氟甲烷＝約74%(重量)丙烷＝約26%(重量)蒸氣壓＝約28954乇 在50℃時(shí)(c)二氟甲烷＝約68%(重量)丙烷＝約32%(重量)蒸氣壓＝約1216乇 在-50℃時(shí)實(shí)施例2對(duì)二氟甲烷和丙烷的恒沸組合物進(jìn)行相態(tài)研究在25℃時(shí)，驗(yàn)證最小分離作用和蒸氣壓變化以及氣相損失時(shí)的組成變化。對(duì)初始液相(IQ)，最終液相(FQ)，初始?xì)鈮?O)，最終氣相(1)，蒸氣壓和從初始蒸氣壓變化的蒸氣均進(jìn)行了研究，以測(cè)定蒸氣滲漏對(duì)組成和蒸氣壓兩者的影響。如下表1所示
表1組成 蒸氣壓混合物 (wt%) 蒸氣壓 變化樣品 損失量 HFC-32 丙烷 (psia) (psia%)IQ 0 70.0 30.0 310.0 00 0 72.2 27.8 310.0 01 50 71.9 28.1 309.9 0.03FQ 50 67.9 32.1 309.9 0.03IQ 0 80.0 20.0 309.3 00 0 74.3 25.7 309.3 01 50 76.0 24.0 307.0 0.7FQ 50 85.1 14.9 307.0 0.7IQ 0 90.0 10.0 301.5 00 0 78.7 21.3 301.5 01 50 89.3 10.7 273.9 9.2FQ 50 97.4 2.6 273.9 9.2上表的數(shù)據(jù)表明二氟甲烷和丙烷的混合物(代表本發(fā)明組合物的兩個(gè)極端條件)是基本恒沸的，隨著初始混合物的50%被蒸發(fā)掉，蒸氣壓的最大變化僅有9.2%。如果一種混合物在25℃恒溫時(shí)滲漏50%后，它的蒸氣壓變化小于10%，這種混合物就可以被認(rèn)為是基本恒沸的。
實(shí)施例3本發(fā)明基本恒沸組合物致冷性能的評(píng)價(jià)，并與單一化合物HCFC-22，致冷劑502和五氟乙烷(HFC-125)相比較，如表2所示
表2致冷特性比較32/丙烷(wt%)組分 HCFC-22 R-502 HFC-125 80/20 70/30蒸發(fā)器溫度,°F -30 -30 -30 -30 -30蒸發(fā)器壓力磅/英寸2(表壓) 19.6 24.0 26.7 34.7 45.8冷凝器溫度,°F 115 115 115 115 115冷凝器壓力磅/英寸2(表壓) 258 282 327 420 389壓縮機(jī)出口溫度°F 303 239 223 337 273特性因數(shù) 1.97 1.89 1.69 1.83 2.06致冷能力(Btu/min) 76.6 80.0 79.4 124 151特性因數(shù)(C.O.P.)是凈致冷效果與壓縮功之比值。它是致冷機(jī)能量效率的度量。
功率是指蒸發(fā)器中致冷劑的焓變化，即單位時(shí)間致冷劑在蒸發(fā)器中所移走的熱量。致冷能力是以固定的壓縮機(jī)排量為基準(zhǔn)的。
對(duì)于表2中所示的用于蒸發(fā)器和冷凝器的條件所代表的致冷循環(huán)。在本實(shí)施例中所示的C.O.P.高于五氟乙烷(HFC-125)單獨(dú)的C.O.P.。HFC-32和丙烷共沸物的C.O.P.也比R-502和HCFC-22兩者都高。HFC-32和丙烷共沸混合物的功率均比HCFC-22，R-502或HFC-125高。
對(duì)于表2中所示的用于蒸發(fā)器和冷凝器的條件所代表的致冷循環(huán)，致冷能力被認(rèn)為是最關(guān)鍵的變量之一。
實(shí)施例4按指定的用量組成的本發(fā)明基本恒沸組合物的壓力差是通過(guò)測(cè)定每一種配方在25℃時(shí)的露點(diǎn)壓力和25℃時(shí)的泡點(diǎn)壓力之間的差值來(lái)表示的。為便于比較，給出了要求組成范圍之外的混合物的壓差。
表325℃時(shí)的露點(diǎn)和泡點(diǎn)壓力致冷劑組成 露點(diǎn) 泡點(diǎn) 壓差(weight%) 磅/英寸2(表壓) 磅/英寸2(表壓) 磅/英寸2(表壓)HFC-32+丙烷 269.9 307.7 38.6(60+40)HFC-32+丙烷 290.5 309.5 19.0(65+35)HFC-32+丙烷 307.2 310.0 2.8(70+30)HFC-32+丙烷 307.4 309.2 1.8(72+28)HFC-32+丙烷 307.8 309.3 1.5(80+20)HFC-32+丙烷 309.3 307.0 2.3(85+15)HFC-32+丙烷 310.0 301.5 8.5(90+10)HFC-32+丙烷 306.6 287.6 19.0(95+5)HFC-32+丙烷 277.5 259.2 18.3(99+1)
結(jié)果顯示，在25℃時(shí)，露點(diǎn)壓力和泡點(diǎn)壓力之間只有很小的壓差。這表明這種組合物不產(chǎn)生有效的分離作用，并顯示出如單一化合物一樣具有的基本恒定的沸點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種由(a)二氟甲烷和(b)丙烷所組成的組成的基本恒沸組合物，其中所說(shuō)的組合物含有67～90%(重量)的二氟甲烷，以(a)和(b)和重量之和為基準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物是由67～75%(重量)的二氟甲烷和25～33%(重量)的丙烷所組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物是由70%(重量)的二氟甲烷和30%(重量)的丙烷所組成，在4832乇時(shí)具有的沸點(diǎn)為-15.3℃。
4.一種致冷的方法，其包括將權(quán)利要求1所述的組合物冷凝，隨后將所述的組合物在需要被冷卻物體的周?chē)舭l(fā)。
5.一種致冷方法，其包括將權(quán)利要求2所述的組合物冷凝，隨后將所述的組合物在需要被冷卻的物體周?chē)舭l(fā)。
6.一種致冷的方法，其包括將權(quán)利要求3所述的組合物冷凝，隨后將所述的組合物在需要被冷卻的物體周?chē)舭l(fā)。
全文摘要
基本恒沸組合物是二氟甲烷和丙烷組成的混合物。這種組合物可用作致冷劑、氣溶膠噴射劑、傳熱介質(zhì)、氣體電介質(zhì)、滅火劑和聚合物膨脹劑。
文檔編號(hào)A62D1/00GK1087107SQ9211314
公開(kāi)日1994年5月25日 申請(qǐng)日期1992年11月16日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月30日
發(fā)明者M·B·希夫列特 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司