БИНАРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ХЛАДАГЕНТА Российский патент 2002 года по МПК C09K5/04 

Изобретение относится к составу бинарной композиции фторсодержащих галогенуглеводородов, которую можно использовать в качестве низкотемпературного хладагента, теплопередающей среды, газообразного диэлектрика, пропеллента, замедлителя горения, вспенивающего агента для полиуретанов и полиолефинов.

Известно достаточно много неазеотропных композиций на основе 1,1,1-трифторэтана (см. , например, авт. cв. СССР 178833, 217365, 510498, 540901, 779378, пат. США 5108637). Но все они озоноактивны и, кроме того, фракционируются при испарении в случае утечки. Фракция, обогащенная 1,1,1-трифторэтаном, является горючим веществом с объемными концентрационными пределами распространения пламени 9,2 - 18,4%.

Известна также бинарная азеотропная не разрушающая озоновый слой композиция, наиболее близкая по совокупности существенных признаков к предлагаемой, представляющая собой смесь фторсодержащих углеводородов состава, мас. %: октафторпропан (хладон 218) 1 - 65, предпочтительно 43-58, 1,1,1-трифторэтан (хладон 143а) 35-99, предпочтительно 42-57 (пат. США 5236611, кл. 252/67, МПК С 09 К 5/04, 17.08.93). Наиболее предпочтительный состав известной композиции, мас.%: октафторпропан 47,4; 1,1,1-трифторэтан 52,6. Азеотропная композиция по указанному патенту США при 25^oС имеет изменение давления не более чем на 10% после испарения половины исходной смеси.

Недостаток известной композиции состоит в ее пожароопасности, поскольку хладон 143а, входящий в ее состав в количестве до 99 мас.%, горюч, и в случае утечки такой композиции в атмосферу может образоваться взрывопожароопасная смесь. Другим недостатком известной композиции является значительный расход на ее получение хладона 143а. Последний образуется в небольших количествах как побочный продукт в производстве ряда хладонов. Крупномасштабное производство известной композиции требует организации специального производства хладона 143а.

Технической задачей настоящего изобретения является создание бинарной озононеактивной и негорючей композиции фторсодержащих углеводородов, содержащей 1,1,1-трифторэтан и октафторпропан, исключающей возможность концентрирования 1,1,1-трифторэтана в процессе фракционирования испарением, например, в случае утечки, а также расширение ассортимента таких композиций в условиях ограниченного производства 1,1,1-трифторэтана.

Поставленная техническая задача решается тем, что бинарная композиция фторсодержащих углеводородов, содержащая октафторпропан и 1,1,1-трифторэтан, согласно изобретению содержит указанные ингредиенты в соотношении, мас.%:
Октафторпропан - 66 - 99
1,1,1-трифторэтан - Остальное
На графике (см. чертеж) показана полученная экспериментально зависимость температуры начала кипения смесей от их состава (кривая 1) и зависимость упругости пара смесей от их состава при 20^oС (кривая 2), доказывающие азеотропные свойства смесей.

В таблицах 1 и 2 показан состав образующихся фракций при разгонке на низкотемпературной ректификационной колонке известной смеси (табл. 1) и предлагаемой смеси (табл.2). Из таблиц видно, что при разгонке предлагаемой смеси концентрация хладона 143а в отбираемых фракциях не превышает 53 мас.%, а при разгонке известной смеси образуется фракция с концентрацией хладона 143а, близкой к 100%.

В таблице 3 представлена полученная экспериментально зависимость упругости пара смесей разного состава от температуры. Экспериментальные результаты резко отличаются от расчетных по закону Рауля, что является подтверждением азеотропных свойств предлагаемой композиции.

Смеси хладона 143а с хладоном 218 в предлагаемом диапазоне концентраций являются невоспламеняющимися, т.к. хладон 218 - негорючий газ, флегматизатор горения углеводородов.

Пример. Для доказательства отсутствия явления фракционирования предлагаемой композиции в случае разгерметизации оборудования проведены лабораторные опыты, имитирующие утечку композиции.

В металлическом аппарате, оборудованном в верхней части вентилем, термометром и манометром, приготавливают смесь 1,1,1-трифторэтана (хладона 143а) и октафторпропана (хладона 218) в отношении соответственно 30 и 70 мас. % (48,96 и 51,04 мол.%). Аппарат взвешивают, устанавливают в термостат, помещенный в вытяжном шкафу, где выдерживают 0,5 ч, затем вентиль открывают. В результате происходит утечка смеси с определенной скоростью из газовой фазы аппарата при кипении жидкой смеси. Скорость утечки определяют взвешиванием аппарата с содержимым через определенные промежутки времени. Состав истекающего продукта и остатка жидкой фазы в аппарате периодически анализируют методом хроматографии. Результат эксперимента представлен в таблице 4.

Проведен аналогичный опыт при другом соотношении ингредиентов в исходной смеси. В таблице 5 представлены результаты утечки смеси, содержащей 17,25 мас. % хладона 143а и 82,75 мас.% хладона 218 (31,81 и 68,19 мол.% соответственно) при температуре 20^oС.

Как видно из таблиц 4 и 5, истекающий газообразный продукт всегда содержит негорючий октафторпропан. Такая смесь после разбавления воздухом в любых сооотношениях не может быть горючей. Жидкий продукт в аппарате при всех концентрациях благодаря содержанию октафторпропана также не горюч. Более того, поскольку октафторпропан является флегматизатором горения углеводородов, присутствие этого компонента в композиции надежно защищает последнюю от воспламеняемости.

Предлагаемая композиция является озононеактивной, т.к. потенциал истощения озонового слоя обеих ее составляющих равен нулю.

Предлагаемая композиция во всем интервале концентраций имеет более низкую температуру кипения, чем ее компоненты (см. чертеж и таблицу 3). Это позволяет использовать предлагаемую композицию в низкотемпературных холодильных машинах.

Токсичность предлагаемой композиции не выше, чем известной, т.к. ПДК р. з. обоих ее компонентов 3000 мг/м³.

Предлагаемая композиция совместима с хладоном 12, поэтому пригодна в качестве ретрофита (модификатора), а также совместима с обычными минеральными маслами типа ХФ 22-24.

Таким образом, путем добавления хладона 218 к хладону 143а в предлагаемом отношении создается пожаробезопасная, не разрушающая озоновый слой бинарная композиция широкого применения, что позволяет эффективно утилизировать хладон 143а.

Композиция применима как низкотемпературный хладагент, теплопередающая среда, газообразный диэлектрик, пропеллент, замедлитель горения, вспенивающий агент для полиолефинов и полиуретанов. Композиция фторсодержащих галогенированных углеводородов содержит 66-99 мас.% октафторпропана (хладона 218), остальное 1,1,1-трифторэтан (хладон 143а). Предлагаемая композиция является озононеактивной, негорючей, безопасной в пожарном отношении, так как при испарении или утечке всегда содержит негорючий октафторпропан. 1 ил., 5 табл.

Бинарная композиция хладагента, содержащая октафторпропан и 1,1,1-трифторэтан, отличающаяся тем, что она содержит 66-99 мас. % октафторпропана, остальное - 1,1,1-трифторэтан.