DE2756470A1 - CONSTANT BOILING MIXTURES OF 1-CHLORINE-2,2,2-TRIFLUORAETHANE AND THEIR USE - Google Patents
CONSTANT BOILING MIXTURES OF 1-CHLORINE-2,2,2-TRIFLUORAETHANE AND THEIR USEInfo
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Description
und deren Verwendungand their use
Die Erfindung betrifft konstant siedende binäre Gemische von 1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan in Kombination mit bestimmten Kohlenwasserstoffen und Halogenkohlenwasserstoffen. Solche Gemische sind besonders brauchbar als Kompressionskühlmittel, besonders in Systemen, die Zentrifugal- oder Rotationskompressoren verwenden .The invention relates to constant-boiling binary mixtures of 1-chloro-2,2,2-trifluoroethane in combination with certain hydrocarbons and halogenated hydrocarbons. Such mixtures are particularly useful as compression refrigerants, especially in systems using centrifugal or rotary compressors.
Die Kühlmittelkapazität je gepumptes Volumen eines Kühlmittels ist weitgehend eine Funktion des Siedepunktes, wobei die niedriger siedenden Kühlmittel allgemein bei einer bestimmten Verdampfertemperatur die größere Kapazität ergeben. Dieser Faktor beeinflußt in großem Umfang die Konstruktion der Kühlanlage und beeinträchtigt die Kapazität, die Energieerfordernisse, die Größe und Kosten der Anlage. Ein anderer wichtiger Faktor der in Beziehung zu dem Siedepunkt des Kühlmittels steht, ist die Mindestkühltemperatur, die während des Kühlzyklus gewünscht ist, wobei die niedriger siedenden Kühlmittel verwendet werden, um die niedrigeren Kühltemperaturen zu erreichen. Aus diesen Gründen ist eine große Zahl von Kühlmitteln unterschiedlicher Siedetemperatur und Kapazität erforderlich, um Konstruktionsflexibilität zu gestatten, und die Technik wird ständig mit dem Problem konfrontiert, neue Kühlmittel zu entwickeln, da der Bedarf an neuen Kapazitäten und Installationstypen wächst.The coolant capacity per pumped volume of a coolant is largely a function of the boiling point, with the lower-boiling coolants generally giving the greater capacity at a certain evaporator temperature. This factor Greatly affects the design of the refrigeration system and affects capacity, energy requirements, the size and cost of the facility. Another important factor related to the boiling point of the coolant is the minimum cooling temperature desired during the cooling cycle with the lower boiling refrigerants being used to achieve the lower refrigeration temperatures. From these For reasons, a large number of coolants of varying boiling temperature and capacity are required to allow design flexibility, and technology is constantly evolving Faced problem of developing new coolants as the demand for new capacities and installation types grows.
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ItIt
Die niedermolekularen aliphatischen Kohlenwasserstoffe, die mit Fluor und Chlor substituiert sind, sind als Kühlmittel bekannt. Viele dieser Fluorkohlenwasserstoffe haben bestimmte erwünschte Eigenschaften, wie niedrigere Toxizität und Nichtentflammbarkeit, was zu einer umfangreichen Verwendung solcher Verbindungen in einer großen Zahl von Kühl- bzw. Gefrieranwendungen führte. Trichlorfluormethan und Dichlordifluormethan sind zwei der gebräuchlichsten Chlorfluorkohlenwasserstoff-Kühlmittel, die heute verfügbar sind. Es besteht ein erkannter Bedarf an Kühlmitteln mit Siedetemperaturen zwischen dem relativ hohen Siedepunkt von Trichlorfluormethan (+ 23,78 C bei Atmosphärendruck) und dem relativ niedrigen Siedepunkt von Dichlordifluormethan (-29,80C bei Atmosphärendruck), um Kühlmittel guter Leistung in variierenden Kapazitäten zur Verfügung zu haben.The low molecular weight aliphatic hydrocarbons substituted with fluorine and chlorine are known as refrigerants. Many of these fluorocarbons have certain desirable properties, such as lower toxicity and non-flammability, which has led to the extensive use of such compounds in a large number of refrigeration and freezing applications, respectively. Trichlorofluoromethane and dichlorodifluoromethane are two of the most common chlorofluorocarbon refrigerants available today. There is a recognized need of refrigerants with boiling points between the relatively high boiling point of trichlorofluoromethane (+ 23.78 C at atmospheric pressure) and the relatively low boiling point of dichlorodifluoromethane (-29.8 0 C at atmospheric pressure), good to coolant performance in varying capacities available.
Verschiedene Fluorchlorkohlenwasserstoffe haben Siedepunkte in diesem Bereich, doch leiden sie unter anderen Nachteilen, wie Brennbarkeit, schlechter Stabilität oder schlechter thermodynamischer Leistung. Einige Beispiele dieser Typen von Kühlmitteln sind Tetrafluordichloräthan, Fluordichlormethan, Difluorchloräthan und Fluorchlormethan.Various chlorofluorocarbons have boiling points in this range, but they suffer from other disadvantages such as flammability, poor stability or poor thermodynamic Power. Some examples of these types of refrigerants are tetrafluorodichloroethane, fluorodichloromethane, difluorochloroethane and fluorochloromethane.
Es wäre auch möglich, den erwünschten Siedepunkt durch Vermischen von zwei Kühlmitteln mit Siedepunkten oberhalb und unterhalb des erwünschten Siedepunktes zu erhalten. In diesem Fall könnten beispielsweise Gemische von Trichlorfluormethan und Dichlordifluormethan verwendet werden. Es ist jedoch bekannt, daß einfache Gemische Probleme in der Konstruktion und dem Betrieb wegen der Abscheidung der Komponenten in der flüssigen undIt would also be possible to achieve the desired boiling point by mixing two coolants with boiling points above and below of the desired boiling point. In this case, for example, mixtures of trichlorofluoromethane and dichlorodifluoromethane could be used be used. However, it is known that simple mixtures cause problems in construction and operation because of the deposition of the components in the liquid and
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Dampfphase verursachen. Dieses Problem ist besonders ärgerlich in Systemen, die Sentrifugalkompression benutzen, und zwar wegen der großen Mengen an Flüssigkeit, die man gewöhnlich in dem Verdampfer findet.Cause vapor phase. This problem is particularly troublesome in systems using centrifugal compression, namely because of the large amounts of liquid usually found in the vaporizer.
Um solche Abscheidungsprobleme zu vermeiden, sucht die Technik ständig nach neuen azeotrop oder konstant siedenden Gemischen, wie die konstant siedenden Fluorkohlenstoffgeraische gemäß den US-PSen 3 607 755, 3 470 101, 3 640 869, 3 505 232 und 3 634 255 und der CA-PS 332 341 oder die konstant siedenden Gemische von Fluorkohlenstoffen und Kohlenwasserstoffen gemäß den US-PSen 3 249 546 und 3 431 211, der CA-PS 829 259 und der Literaturstelle "Soap and Chemical Specialities", August 1964.To avoid such separation problems, technology is constantly looking for new azeotropic or constant boiling mixtures, such as the constant-boiling fluorocarbon devices disclosed in U.S. Patents 3,607,755, 3,470,101, 3,640,869, 3,505,232 and 3 634 255 and CA-PS 332 341 or the constant-boiling mixtures of fluorocarbons and hydrocarbons according to U.S. Patents 3,249,546 and 3,431,211, Canadian Patent 829,259, and Soap and Chemical Specialties, August 1964.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, neue konstant siedende binäre Gemische mit Siedepunkten zwischen dem von Trichlorfluormethan und Dichlordifluoräthan zu bekommen, die für die Verwendung als Kühlmittel geeignet sind.An object of the present invention is to provide new constant boiling binary mixtures with boiling points between that of trichlorofluoromethane and dichlorodifluoroethane, which are suitable for use as refrigerants.
Spezieller ist es ein Ziel der Erfindung, Kühlmittelsysteme mit einer Kapazität zwischen der Kühlkapazität von Trichlorfluormethan und Dichlordifluoräthan zu bekommen, die als Kompressionskühlmittel, besonders in Systemen, wo ein Zentrifugal- oder Rotationskompressor Verwendung findet, brauchbar sind.More particularly, it is an object of the invention to provide refrigerant systems with a capacity between the refrigeration capacity of trichlorofluoromethane and dichlorodifluoroethane, which are used as compression refrigerants, are particularly useful in systems where a centrifugal or rotary compressor is used.
Ein anderes Ziel ist es, neue, niedrigsiedende azeotrope oder konstant siedende Gemische zu bekommen, die bei der Kühlung in jenen Systemen brauchbar sind, in denen die Kühlung durch Ver-Another goal is to get new, low-boiling azeotropic or constant boiling mixtures that can be used in cooling those systems are useful in which the cooling by
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dampfung in der Nähe des zu kühlenden Körpers erreicht wird und in denen wegen der Natur des Systems das Problem der Abscheidung oder Komponententrennung kritisch ist.vaporization is achieved in the vicinity of the body to be cooled and in which, because of the nature of the system, the problem of separation or component separation is critical.
Gemäß der Erfindung wurden konstant siedende Gemische gefunden, die im wesentlichen aus 1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan und einem Kohlenwasserstoff oder Halogenkohlenwasserstoff aus der Gruppe Isopentan, n-Pentan, η-Butan, Isobutan, 2,2-Dimethylpropan, Octafluorcyclobutan und/oder 2-Chlorheptafluorpropan bestehen. Die Zusammensetzungen sind folgende:According to the invention, constant-boiling mixtures were found, which consist essentially of 1-chloro-2,2,2-trifluoroethane and a Hydrocarbon or halogenated hydrocarbon from the group Isopentane, n-pentane, η-butane, isobutane, 2,2-dimethylpropane, Octafluorocyclobutane and / or 2-chloroheptafluoropropane exist. The compositions are as follows:
Tabelle I (Beispiele 1 - 5)Table I (Examples 1 - 5)
Beispiel
Nr. example
No.
Komponente A (Mol-%) ♦ Component A (mol %) ♦
1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan (88)1-chloro-2,2,2-trifluoroethane (88)
1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan (96)1-chloro-2,2,2-trifluoroethane (96)
1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan (39)1-chloro-2,2,2-trifluoroethane (39)
1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan (55)1-chloro-2,2,2-trifluoroethane (55)
1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan 1-chloro-2,2,2-trifluoroethane
Komponente B Siedepunkt (Mol-%) * (760 mm Hg)Component B boiling point (mol%) * (760 mm Hg)
Isopentan (12)Isopentane (12)
propan (4 5)2,2-dimethyl
propane (4 5)
♦ bei 2CTC♦ at 2CTC
Eine Phasenstudie wurde mit 1-Chlor-2,2,2-trifluormethanA phase study was carried out with 1-chloro-2,2,2-trifluoromethane
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(Kp._, = 6,1°C) und Octafluorcyclobutan (Kp. _g = 60C) durchgeführt, wobei die Zusammensetzung variiert wurde und die Dampfdrücke bei einer Temperatur von 20,O0C gemessen wurden. Eine azeotrope Zusammensetzung bei 20°C wurde bei dem Maximaldruck erhalten und war folgende:(Kp._, = 6.1 ° C) and octafluorocyclobutane (Kp. _ G = 6 0 C) carried out, the composition was varied and the vapor pressures were measured at a temperature of 20, 0 0 C. An azeotropic composition at 20 ° C was obtained at the maximum pressure and was as follows:
1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan 22 Mol-% Octafluorcyclobutan 78 Mol-%1-chloro-2,2,2-trifluoroethane 22 mol% octafluorocyclobutane 78 mol%
Der niedrigere Siedepunkt des Azeotrops im Vergleich mit seinen Komponenten führt zu erhöhter Kühlkapazität gegenüber beiden Komponenten und zu einem neuen Niveau der Kühlkapazität.The lower boiling point of the azeotrope compared to its components results in increased cooling capacity compared to both Components and to a new level of cooling capacity.
Die neuen azeotropen Zusammensetzungen von etwa 22 Mol-% 1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan und etwa 78 Mol-% Octafluorcyclobutan haben einen Siedepunkt von etwa -80C bei Atmosphärendruck (760 mm Hg). 1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan hat einen Siedepunkt von etwa 6,I0C bei Atmosphärendruck, und Octafluorcyclobutan hat einen Siedepunkt von -60C.The novel azeotropic compositions of about 22 mole% of 1-chloro-2,2,2-trifluoroethane and about 78 mol% octafluorocyclobutane have a boiling point of about -8 0 C at atmospheric pressure (760 mm Hg). 1-chloro-2,2,2-trifluoroethane has a boiling point of about 6, I 0 C at atmospheric pressure, and octafluorocyclobutane has a boiling point of -6 0 C.
Eine Phasenstudie wurde mit 1-Chlor-2,2,2-trifluormethan (Kp. 76O = 6,1°C) und 2-Chlorhaptafluorpropan (Kp. 750 mm β -2,6°C) durchgeführt, wobei die Zusammensetzung variiert wurde und die Dampfdrücke bei einer Temperatur von 20,0°C gemessen wurden. Es wurde eine azeotrope Zusammensetzung bei 20 C beiA phase study was carried out with 1-chloro-2,2,2-trifluoromethane ( boiling point 76O = 6.1 ° C.) and 2-chlorohaptafluoropropane (boiling point 750 mm β -2.6 ° C.), the composition being varied and the vapor pressures were measured at a temperature of 20.0 ° C. It became an azeotropic composition at 20 ° C
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dem Maximaldruck erhalten und war folgende:received the maximum pressure and was the following:
1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan 29 Mol-% 2-Chlorheptafluorpropan 71 Mol-%1-chloro-2,2,2-trifluoroethane 29 mol% 2-chloroheptafluoropropane 71 mol%
Der niedrigere Siedepunkt des Azeotrops im Vergleich mit seinen Komponenten ergibt erhöhte Kühlkapazität gegenüber beiden Komponenten und ein neues Niveau der Kühlkapazität.The lower boiling point of the azeotrope compared to its components results in increased cooling capacity compared to both components and a new level of cooling capacity.
Die neuen azeotropen Zusammensetzungen von etwa 29 Mol-% 1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan und etwa 71 Mol-% 2-Chlorheptafluorpropan haben einen Siedepunkt von etwa -5 C bei Atnosphärendruck (760 mm Hg). i-Chlor-2,2,2-trifluoräthan hat einen Siedepunkt von etwa 6,1 C bei Atmosphärendruck, und 2-Chlorheptafluorpropan hat einen Siedepunkt von etwa -2,6 C bei Atmosphärendruck .The new azeotropic compositions of about 29 mol% 1-chloro-2,2,2-trifluoroethane and about 71 mol% 2-chloroheptafluoropropane have a boiling point of about -5 C at atmospheric pressure (760 mm Hg). i-chloro-2,2,2-trifluoroethane has a boiling point of about 6.1 C at atmospheric pressure, and 2-chloroheptafluoropropane has a boiling point of about -2.6 C at atmospheric pressure.
Zum Zwecke der Diskussion soll azeotropes oder konstantes Sieden auch ein im wesentlichen azeotropes oder im wesentlichen konstantes Sieden bedeuten. Mit anderen Worten innerhalb der Bedeutung dieser Begriffe liegt nicht nur das wirkliche Azeotrop, das oben bei 20,0 C beschrieben ist,sondern in diesen Begriffen liegen auch andere Zusammensetzungen, die die gleichen Komponenten in unterschiedlichen Mengenverhältnissen, die bei anderen Temperaturen und Drücken echte Azeotrope sind, enthalten, wie auch jene äquivalenten Zusammensetzungen, die Teil des gleichen azeotropen Systems sind und in ihren Eigenschaften azeotropartigFor purposes of discussion, azeotropic or constant boiling is also intended to be essentially azeotropic or essentially mean constant boiling. In other words, within the meaning of these terms is not only the real azeotrope, which is described above at 20.0 C, but in these terms also include other compositions that have the same components in different proportions, which are true azeotropes at other temperatures and pressures, such as also those equivalent compositions which are part of the same azeotropic system and are azeotrope-like in their properties
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sind, tfie in der Technik erkannt wird, gibt es einen Bereich von Zusammensetzungen, die die gleichen Komponenten wie das Azeotrop enthalten und die nicht nur im wesentlichen äquivalente Eigenschaften für die Kühlung und andere Anwendungsgebiete zeigen, sondern auch im wesentlichen äquivalente Eigenschaften wie die echten azeotropen Zusammensetzungen bezüglich konstant siedender Eigenschaften und der Tendenz, beim Sieden nicht zu fraktionieren, haben.are to be recognized in the art, there is an area of compositions which contain the same components as the azeotrope and which are not just essentially equivalent Properties for cooling and other areas of application show, but also essentially equivalent properties such as the true azeotropic compositions in terms of constant boiling properties and tendency not to fractionate on boiling, to have.
Die neuen azeotropen Zusammensetzungen nach der Erfindung haben alle niedrigere Siedepunkte als ihre Einzelkomponenten.Aufgrund der Eigenschaften der Komponenten alleine konnten die Herabsetzung der Siedetemperatur und die Azeotrop-Eigenschaften in den Gemischen nicht erwartet werden.The new azeotropic compositions according to the invention all have lower boiling points than their individual components the properties of the components alone could cause the degradation the boiling temperature and the azeotrope properties in the mixtures are not expected.
Die neuen azeotropen Gemische ergeben erhöhte Kühlkapazität gegenüber den Komponenten und stellen neue Kühlgemische dar, welche besonders in Systemen brauchbar sind, die Zentrifugal- und Rotationskompressoren verwenden. Die Verwendung der azeotropen Gemische beseitigt das Problem der Komponententrennung und der Handhabung in dem Betrieb des Systems, da die azeotropenThe new azeotropic mixtures result in increased cooling capacity compared to the components and represent new cooling mixtures, which are particularly useful in systems using centrifugal and rotary compressors. The use of the azeotropic Mixtures eliminates the problem of component separation and handling in the operation of the system, since the azeotropic
sich
Gemische im wesentlichen wie eine Einzelkomponente verhalten. Die neuen azeotropen Gemische sind im wesentlichen nicht entflammbar.
themselves
Mixtures behave essentially like a single component. The new azeotropic mixtures are essentially non-flammable.
Die Azeotrope wurden in folgender Weise bestimmt. PhasenstudienThe azeotropes were determined in the following manner. Phase studies
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wurden gemacht, bei denen die Zusammensetzung der verschiedenen binären Gemische variiert wurde und die Dampfdrücke bei einer
Temperatur von 20,0 C gemessen wurden. In allen Fällen wurden
bei 20 C azeotrooe Zusammensetzungen bei dem Maximaldruck erhalten,
wie in der obigen Tabelle berichtet wurde. Das Azeotrop von 1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan und Isobutan wurde festgestellt, doch
wurde seine genaue Zusammensetzung nicht bestimmt.were made in which the composition of the various binary mixtures was varied and the vapor pressures at one
Temperature of 20.0 C were measured. In all cases were
obtained at 20 C azeotropic compositions at the maximum pressure as reported in the table above. The azeotrope of 1-chloro-2,2,2-trifluoroethane and isobutane was noted, but its exact composition was not determined.
Alle Azeotrope haben niedrigere Siedepunkte als die Einzelkomponenten und ergeben so höhere Kühlkapazität für die Azeotrope als die Einzelkomponenten sowie neue Kühlkapazitätsniveaus.All azeotropes have lower boiling points than the individual components thus providing higher cooling capacity for the azeotropes than the individual components as well as new levels of cooling capacity.
Eine Bewertung der Kühleigenschaften des Azeotrops von 1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan und Isopentan nach der Erfindung sowie ihrer Fluorkohlenstoffkomponente ist in der folgenden Tabelle gezeigt. Isopentan alleine ist als Kühlmittel wegen seiner Entflammbarkeit nicht geeignet.An evaluation of the cooling properties of the azeotrope of 1-chloro-2,2,2-trifluoroethane and isopentane according to the invention and its fluorocarbon component are shown in the following table. Isopentane alone is not suitable as a coolant because of its flammability.
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- V- - V-
1-Chlor-2,2,2-trlfluoräthan 1-chloro-2,2,2-trifluoroethane
druck, psiaEvaporator
pressure, psia
druck, psiacapacitor
pressure, psia
temperatur, FEvaporator-
temperature, F
temperatur , Fcapacitor
temperature, F
temperatur, FDischarge
temperature, F
(NRE), BTü/lbNet cooling effect
(NRE), BTü / lb
koeffizient (COP)Performance
coefficient (COP)
verhältnisCompression
relationship
azeotrope Zusammensetzung aus 88 Mol-% 1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan und 12 Mol-% Isopentan azeotropic composition of 88 mol% 1-chloro-2,2,2-trifluoroethane and 12 mol% isopentane
14.3414.34
54.3654.36
40 110 11040 110 110
72.78 6.0472.78 April 6
8.64 3.798.64 3.79
Unter dem Nettokühleffekt (NRE) versteht man die Veränderung der Enthalpie des Kühlmittels in dem Verdampfer oder mit anderen Worten die durch die Kühlung in dem Verdampfer entfernte Wärme.The change is understood as the net cooling effect (NRE) the enthalpy of the refrigerant in the evaporator or in other words the heat removed by the cooling in the evaporator.
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Unter dem Leistungskoeffizienten (COP) versteht man das Verhältnis von NRE zu der Kompressorarbeit. Er ist ein Maß für die Wirksamkeit des Kühlmittels.The coefficient of performance (COP) is the ratio from NRE to the compressor work. It is a measure of the effectiveness of the coolant.
Das Azeotrop zeigt eine 4,4 %ige Steigerung der Kapazität gegenüber 1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan.The azeotrope shows a 4.4% increase in capacity versus 1-chloro-2,2,2-trifluoroethane.
Additive, wie Schmiermittel, Korrosionsinhibitoren und andere/ können den neuen Zusammensetzungen nach der Erfindung zu verschiedenen Zwecken zugesetzt werden, vorausgesetzt, daß sie keinen nachteiligen Einfluß auf die Zusammensetzungen für ihre beabsichtigten Anwendungen ausüben.Additives such as lubricants, corrosion inhibitors and others / can add to the new compositions according to the invention Purposes provided that they do not adversely affect the compositions for their intended uses.
Außer zu Kühlzwecken sind die neuen konstant siedenden Zusammensetzungen nach der Erfindung auch brauchbar als Wärmeüberführungsmedien, gasförmige Dielektrika, expandierende Mittel, wie für Polyolefine und Polyurethane, Arbeitsflüssigkeiten in Kraftzyklen, Lösungsmittel und Aerosoltreibmittel, die besonders umweltfreundlich sind.Except for cooling purposes, the new compositions are constant boiling according to the invention also useful as heat transfer media, gaseous dielectrics, expanding agents, such as for polyolefins and polyurethanes, working fluids in force cycles, Solvents and aerosol propellants that are particularly environmentally friendly.
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