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DE2756470A1 - Konstant siedende gemische von 1-chlor-2,2,2-trifluoraethan und deren verwendung - Google Patents

Konstant siedende gemische von 1-chlor-2,2,2-trifluoraethan und deren verwendung

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DE2756470A1
DE2756470A1 DE19772756470 DE2756470A DE2756470A1 DE 2756470 A1 DE2756470 A1 DE 2756470A1 DE 19772756470 DE19772756470 DE 19772756470 DE 2756470 A DE2756470 A DE 2756470A DE 2756470 A1 DE2756470 A1 DE 2756470A1
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DE
Germany
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constant boiling
hydrocarbon
chloro
boiling mixtures
constant
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Withdrawn
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DE19772756470
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Kevin P Murphy
Sabatino R Orfeo
Richard F Stahl
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Honeywell International Inc
Original Assignee
Allied Chemical Corp
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Description

Konstant siedende Gemische von 1-Chlor-2,2,2-trifluorMthan
und deren Verwendung
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 .
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.
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It
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.
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.
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 und
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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.
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.
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.
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.
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-
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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.
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:
Tabelle I (Beispiele 1 - 5)
Beispiel
Nr.
Komponente A (Mol-%) ♦
1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan (88)
1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan (96)
1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan (39)
1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan (55)
1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan
Komponente B Siedepunkt (Mol-%) * (760 mm Hg)
Isopentan (12)
n-Pentan (4) 5
n-3utan (61) -5
2,2-Dimethyl
propan (4 5)		 1
Isobutan C-13°C.
♦ bei 2CTC
Beispiel 6
Eine Phasenstudie wurde mit 1-Chlor-2,2,2-trifluormethan
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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:
1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan 22 Mol-% Octafluorcyclobutan 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.
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.
Beispiel 7
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 bei
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dem Maximaldruck erhalten und war folgende:
1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan 29 Mol-% 2-Chlorheptafluorpropan 71 Mol-%
Der niedrigere Siedepunkt des Azeotrops im Vergleich mit seinen Komponenten ergibt erhöhte Kühlkapazität gegenüber beiden Komponenten und ein neues Niveau der Kühlkapazität.
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 .
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 azeotropartig
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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.
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.
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 azeotropen
sich
Gemische im wesentlichen wie eine Einzelkomponente verhalten. Die neuen azeotropen Gemische sind im wesentlichen nicht entflammbar.
Beispiel 8
Die Azeotrope wurden in folgender Weise bestimmt. Phasenstudien
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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.
Alle Azeotrope haben niedrigere Siedepunkte als die Einzelkomponenten und ergeben so höhere Kühlkapazität für die Azeotrope als die Einzelkomponenten sowie neue Kühlkapazitätsniveaus.
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.
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- V-
Tabelle II Vergleich der Kühlleistung
1-Chlor-2,2,2-trlfluoräthan
Verdampfer
druck, psia		 13.75
Kondensator
druck, psia		 53.35
Verdampfer-
temperatur, F		 40
Kondensator
temperatur , F		 110
Austrag-
temperatur, F		 116
Nettokühleffekt
(NRE), BTü/lb		 69.9
Leistungs
koeffizient (COP)		 6.13
Kapazität
ft /Minute/Tonne 9.02
Kompressions
verhältnis		 3.88
azeotrope Zusammensetzung aus 88 Mol-% 1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan und 12 Mol-% Isopentan
14.34
54.36
40 110 110
72.78 6.04
8.64 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.
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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.
Das Azeotrop zeigt eine 4,4 %ige Steigerung der Kapazität gegenüber 1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan.
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.
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.
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Claims (7)

Dr. Hans-Heinrich Willrath t Dr. Dieter Weber Dipl.-Phys. Klaus Seiffert PATENTANWÄLTE D-62 WIESBADEN , 16.DeZ.1977 Postfadi 6145 Gusnv-Frcyug-Strafe (S Dr . We /TU « (061 «I 37(7«0 TeleKr.mni.dr.-Me! WILLPATENT Telex: 4-186247 5400-1466 Allied Chemical Corporation, Morristown, New Jersey 07960, USA Konstant siedende Geraische von 1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan und deren Verwendung Prioritäten; Serial No. 753 054, 753 063, 753 064 jeweils vom 21. Dezember 1976 in USA Patentansprüche:
1. Konstant siedende Gemische, im wesentlichen bestehend aus 1-Chlor-2,2,2-trifluoräthan und einem Kohlenwasserstoff oder Halogenkohlenwasserstoff aus der Gruppe Isopentan, n-Pentan, η-Butan, 2,2-Dimethylpropan, Isobutan, Octofluorcyclobutan und/oder 2-Chlorheptafluorpropan.
OBCHNAL INSPECTED 809825/0963
2. Konstant siedende Gemische nach Anspruch 1, worin der Kohlenwasserstoff Isopentan ist und die bei etwa 4°C bei 760 nun sieden.
3. Konstant siedende Gemische nach Anspruch 1, worin der Kohlenwasserstoff n-Pentan ist und die bei etwa 5 C bei 760 mm sieden.
4. Konstant siedende Gemische nach Anspruch 1, worin der Kohlenwasserstoff η-Butan ist und die bei etwa -5 C bei 760 mm sieden.
5. Konstant siedende Gemische nach Anspruch 1, worin der
Kohlenwasserstoff 2,2-Dimethylpropan ist und die bei etwa 1°C bei 760 mm sieden.
6. Konstant siedende Gemische nach Anspruch 1, worin der Halogenkohlenwasserstoff Octafluorcyclobutan und/oder 2-Chlorheptafluorpropan ist.
7. Verwendung konstant siedender Gemische nach Anspruch 1 bis als Kühlmittel.
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DE19772756470 1976-12-21 1977-12-17 Konstant siedende gemische von 1-chlor-2,2,2-trifluoraethan und deren verwendung Withdrawn DE2756470A1 (de)

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US05/753,064 US4057974A (en) 1976-12-21 1976-12-21 Constant boiling mixtures of 1-chloro-2,2,2-trifluoroethane and octafluorocyclobutane
US05/753,054 US4101436A (en) 1976-12-21 1976-12-21 Constant boiling mixtures of 1-chloro-2,2,2-trifluoroethane and hydrocarbons
US05/753,063 US4057973A (en) 1976-12-21 1976-12-21 Constant boiling mixtures of 1-chloro-2,2,2-trifluoroethane and 2-chloroheptafluoropropane

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DE19772756470 Withdrawn DE2756470A1 (de) 1976-12-21 1977-12-17 Konstant siedende gemische von 1-chlor-2,2,2-trifluoraethan und deren verwendung

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