专利名称：五氟乙烷和丙烷或异丁烷的共沸组合物或类共沸组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及氟代烃的混合物，更具体讲，涉及含五氟乙烷和丙烷或异丁烷的恒沸点混合物。此等混合物可用作致冷剂、气溶胶推动剂、热传递介质、气态介电体、灭火剂、用于聚烯烃或聚氨酯的发泡剂，以及用作动力循环的工作流体。对于市售的二元共沸致冷剂R-502(致冷剂502)而言，本发明这些混合物是有希望的环境安全的替代品。
在70年代初期，人们开始关注到同温层的臭氧层(其提供防止紫外辐射线穿透地球大气的保护作用)由于全囟代的氯氟烃的氯原子而趋于耗竭。所说的这些氯氟烃是用作气溶胶的推动剂，泡沫塑料的发泡剂，致冷剂，以及清洁/干洗溶剂。按照臭氧耗竭理论，由于全囟代氯氟烃的高度化学稳定性，这些化合物在地球大气层中不会分解而到达同温层，在那里慢速降解，释放出氯原子，进而与臭氧反应。
所述的关注达到这样的程度于1978年，美国环境保护局(EPA)颁布禁令，禁止把全卤代的氯氟烃作为气溶胶推动剂这种非必需的用途。这一禁令引致巨大变化，使得美国不再使用氯氟烃推动剂(除去经过豁免的用途之外)而改用普通烃类推动剂。然而，由于世界上其余地方并未与美国联合实施此气溶胶禁令，结果是在美国之外在气溶胶中使用氯氟烃，全世界的氯氟烃总生产量并未持续下降。事实上，在过往几年中，全世界的氯氟烃生产量已经超过1978年美国实施禁令以前的产量。
在1978-1987年间，关于臭氧耗竭理论作了大量研究。由于大气化学的复杂性，关系到此一理论的许多问题仍未有答案。然而，假定此一理论可以成立，则由于臭氧层耗竭所带来的对健康危害性是很大的。由此，再加之氯氟烃的全世界产量在增多，使得国际上在努力减少使用氯氟烃。1987年9月，联合国的环境规划组织(UNEP)发布一项临时性建议，要求到1998年，全世界的全卤代氯氟烃的产量减少50%。此一建议于1989年1月1日得到批准，1989年7月1日起生效。
由于此一建议中要求诸如CFC-11、CFC-12和R-502等全囟代氯氟烃要减少供应，亟需符合环境要求的替代品。
早在70年代初刚刚提出臭氧耗竭理论时，已经知道在先前的全卤代氯氟烃中引入氢可使其化学稳定性大大下降。因此，这些不太稳定的化合物预期将在大气中降解，不会到达同温层和臭氧层。在表1中列出一些全卤代和部分卤代烃的臭氧耗竭潜势。还示出卤代烃的地球温暖潜势数据(将红外热辐射反射回地球的潜势，从而使地球表面温度升高)。
表1臭氧耗竭和温室潜势致冷剂臭氧耗竭潜势卤代烃地球温暖潜势CFC-11(CFCl3) 1.0 1.0CFC-12(CF2Cl2) 1.0 3.0HFC-125(CF3CHF2) 0.0 0.58R-5020.234.0丙烷和异丁烷不含氯或溴，所以其臭氧耗竭潜势是零。
单一氟代烃并且是环境安全物质的数目是很有限的。若是给定的已知物料的混合物具有所要求的综合性质，也可以使用，然而，简单的混合物在致冷和其他设备的操作和设计中会有问题，因为在汽相和液相都会发生组分分离。为避免组分分离，特别需要的是去发现新的共沸或恒沸点含氟烃混合物。这样的混合物就不会有组分分离的问题。
不利的是，正如本技术领域所公认，并不能预见到共沸物的形成，这样使得寻找具有所要求的综合性质的新的共沸组合物颇为复杂。
本发明涉及发现这样的共沸或类共沸组合物，其中包含有效量的五氟乙烷(HFC-125)和丙烷，或者有效量的五氟乙烷和异丁烷。界定本发明的方式之一是以各组分的重量百分率来表示。五氟乙烷和丙烷的共沸或类共沸组合物含有约65-99%五氟乙烷和约1-35%丙烷，五氟乙烷和异丁烷的共沸或类共沸组合物含有约90-99%(重量)五氟乙烷和约1-10%(重量)异丁烷。
界定本发明的另一方式是组合物中含有有效量的五氟乙烷和丙烷，或有效量的五氟乙烷和异丁烷，使得组合物的露点和泡点温度相差小于或等于1℃。
界定本发明的又一方式是组合物中含有有效量的五氟乙烷和丙烷，或有效量的五氟乙烷和异丁烷，使得利用诸如蒸发或煮沸方法将其50%(重量)除掉后，其蒸汽压与原来组合物蒸汽压的差别小于10%。
本发明的组合物是恒沸点的共沸或类共沸组合物或混合物，其中包含有效量的五氟乙烷(HFC-125)和丙烷，或者有效量的五氟乙烷和异丁烷。
界定本发明的方式之一是以各组分的重量%来表示。五氟乙烷和丙烷的恒沸点、共沸或类共沸组合物含有约65-99%(重量)的五氟乙烷和约1-35%(重量)的丙烷。优选的组合物含约75-99%(重量)五氟乙烷，约1-25%(重量)的丙烷。本发明的更优选组合物是一种共沸物，其含有约79.4%(重量)五氟乙烷(CF3CHF2，沸点48.5℃)和约20.6%(重量)丙烷(CH3CH2CH3，沸点-42.1℃)，其75.6磅/平方英寸绝对压的沸点为-14℃。
五氟乙烷和异丁烷的恒沸点、共沸或类共沸组合物含有约90-99%(重量)的五氟乙烷和约1-10%(重量)的异丁烷。优选的组合物含约94-99%(重量)五氟乙烷，约1-6%(重量)的异丁烷。本发明的更优选组合物是一种共沸物，其含有约98.3%(重量)五氟乙烷(CF3CHF2沸点-48.5℃)和约1.7%(重量)异丁烷(CH3)3CH沸点-11.7℃其135.9磅/平方英寸绝对压的沸点为11.7℃。
本技术领域公认，一个组合物在特定压力其露点和泡点温度相差很小则表示该组合物是共沸物或类共沸物。所谓小的差别是指露点和泡点的温度差小于或等于1℃。意外的发现，当该等组合物的组成远离HFC-125和丙烷以及HFC-125和异丁烷的真实共沸物组成的情况下，其露点与泡点温度相差仍小于或等于1℃。
因此，本发明包括了具有效量HFC-125和丙烷的混合物或有效量HFC-125和异丁烷的混合物，并使该等组合物的露点与泡点相差小于或等于1℃。
本技术领域还公认，正如US4810403所记载，该文作为本文的参考资料，一种混合物具备下述条件即为共沸物或类共沸物当混合物以诸如蒸发或煮沸方法将之除掉50%(重量)后，其蒸汽压与原来蒸汽压相差小于10%。所述蒸汽压是按绝对单位度量，例如磅/平方英寸绝对压、大气压、巴、乇、达因/平方厘米、毫米汞柱、英寸水柱以及本领域公知的其他等效方式。
因此，本发明包括这样的具有效量的HFC-125和丙烷或有效量的HFC-125和异丁烷的混合物，当该混合物以蒸发或煮沸方式除掉50%(重量)后，余下的混合物的蒸汽压与原来混合物的蒸汽压的相差为10%或更小。
就本发明目的而言，“有效量”的定义是，本发明混合物的各组分当其混合后能形成共沸或类共沸组合物情况下的每一组分的量。此一定义包括每一组分的量，该量可以因组合物所处的压力而变化，只要在不同压力条件下该共沸或类共沸组合物仍然存在即可，只是压力不同时，沸点不同。因此，所说有效量包括这样的量，例如以重量百分数表示，即本发明的组合物在此处所述压力以外的其他压力条件下亦形成共沸或类共沸组合物的每一组分的量。
在本文的讨论中，共沸或类共沸还意指基本上共沸或基本上恒沸点。换言之，这些术语的含义不仅包括上述的真实共沸物，也包括含相同组分但具不同比率，并且在其他温度和压力是真实共沸物的其他组合物;也包括这样的等效组合物，它们是同一共沸物体系的一部分并且具有类共沸物性质。正如本技术领域所公认，可以有一个范围内的含有与共沸物相同组分的组合物，它们不仅对致冷及其他用途具基本上等效的性质，并且在恒沸点特性或在煮沸时不趋向分离或分馏方面具有与真实共沸组合物等效的性质。
从功效来讲，有可能为一个恒沸点混合物这样规定特性，它们可因所选定的条件由数种标准之任一而出现多种的外表表示＊该组合物可以定义为A、B、C(D…)的共沸物，因为“共沸物”这一术语具确定性和限定性，并且需要有效量的A、B、C(D…)来形成此独一的物质组合物，其为一种恒沸点混合物。
＊本领域技术人员公知，当压力不同时，给定共沸物的组成至少有一定程度的变化，并且压力变化时，其沸点温度至少有一定程度的变化。因此，A、B、C(D…)的共沸物代表一种独一类型的相互关系，但其组成却因温度和/或压力而变化。所以，在定义共沸物时，常常用组成范围，而不是固定的组成。
＊该组合物可以定义为A、B、C(D…)的特定重量百分率关系，或摩尔百分率关系，同时还承认，这些具体数值只是表示一个特定的此种关系，而实际上，对于一个给定的共沸物，存在着一系列由A、B、C(D…)表示的关系，并且由压力的影响而变化。
＊一种A、B、C(D…)的共沸物可以这样表征即将该组合物定义为一种共沸物，其特征为在给定压力有一沸点，从而给出识别的特征，而不必由具体的数字组成而不必要地限定本发明的范围，其为由可得的分析仪器所限定，并且只是达到可得的分析仪器的精确度。
含有约65-99%(重量)HFC-125和约1-35%(重量)丙烷的二元混合物，以及含90-99%(重量)HFC-125和1-10%(重量)异丁烷的二元混合物，其所以表征为共沸或类共沸物之处在于在此等范围内的混合物于恒定压力时显现实质上恒定沸点。由于是实质上恒沸点，该混合物在蒸发时没有较大程度分离的趋向。在蒸发之后，在蒸汽组成和初始液相组成之间只有很小差别。此差别很小，以致认为蒸汽和液的组成是实质上相同的。因此，在此范围之内的任何混合物所显现的性质均表征为真实的二元共沸物。
本发明的共沸或类共沸组合物可以由任何便利的方法制备，包括将具所需量的各组分混合或掺合到一起。优选方法是将各组分称重，然后在适当容器中将它们混合。
下文示出阐明本发明的具体实施例。除另有说明者外，所有百分率均按重量。不言而喻，此等实施例只是用于阐明，而非对本发明范围的限定。
HFC-125和丙烷实例1对五氟乙烷和丙烷进行了物相研究，改变组合物组成，同时测其恒温-14℃的蒸汽压。由测到的最高蒸汽压证明出现共沸组合物，其鉴别数据如下·五氟乙烷＝79.4%，重量·丙烷＝20.6%，重量·蒸汽压＝75.6磅/平方英寸，绝对压，-14℃实例2本发明的新的共沸或类共沸组合物具有比其每一组分都更高的蒸汽压，并且其露点和泡点之间实质上无温度差。如本技术领域所公知，当露点与泡点温度相差很小，则为该混合物为类共沸物的指示。
对于不同混合物的露点与泡点的研究表明，本发明的类共沸混合物的露点与泡点温度相差，与一些已知的非共沸二元组合物的露点与泡点温度差相比，前者是非常小的，所述非共沸组合物例如50% 50%(重量)的五氟乙烷(HFC-125)和1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a);50% 50%(重量)的氯二氟甲烷(HCFC-22)和1-氯-1，1-二氟乙烷(HCFC-142b)。这些数据可以确认本发明组合物的类共沸物特性。
表2于14.696磅/平方英寸绝对压力的温度致冷剂组合物露点泡点△THFC-125 HFC-134a-30.5-35.75.2(50 50)HCFC-22 HCFC-142b-18.6-28.39.7(50 50)HFC-125 丙烷-50.6-49.80.8(99 1)HFC-125 丙烷-53.5-52.60.9(95 5)HFC-125 丙烷-53.8-54.30.5(95 10)HFC-125 丙烷-54.2-53.50.7(85 15)HFC-125 丙烷-54.3-54.30.0(79.4 20.6)HFC-125 丙烷-54.3-54.20.1(75 25)
约75-99%(重量)五氟乙烷和约1-25%(重量)丙烷的组合物，其常压条件的露点与泡点温度相差小于1℃，表明此等组合物实质上是恒沸点的。
按照本发明，更优选的组合物是该共沸物，其含79.4%(重量)五氟乙烷和20.6%(重量)丙烷，其于75.6磅/平方英寸绝对压的沸点为-14℃。
实例3对于本发明的共沸混合物、致冷剂502及五氟乙烷(HFC-125)比较了其致冷性质。其致冷能力是以固定排量3.5立方英尺/分钟的压缩机为基准。以下数据是以带抽吸管路热交换器的制冷循环为基础。
表3致冷性能之比较HFC/丙烷(重量百分率)致冷剂混合物共沸物混合物502HFC-124(99.0/1.0)(79.4/20.6)(75.0/25.0)蒸发器温度,°F-30.0-30.0-30.0-30.0-30.0蒸发器压力,Psia24.0426.6827.6935.9635.70冷凝器温度,°F115.0115.0115.0115.0115.0冷凝器压力,Psia281.96327.50333.41321.30314.60返回气体温度,°F65.065.065.065.065.0压缩机排出口,°F238.0223.1222.8210.2209.9性能系数1.891.691.701.962.00致冷能力,BTU/分钟80.0179.4181.37107.20108.02此处所述致冷能力，是指每循环1磅致冷剂，在蒸发器中致冷剂的焓的变化，亦即单位时间在蒸发器中由致冷剂移走的热量。
此处COP(性能系数)指致冷能力对压缩机作功的比率。这是对致冷剂能量效率的度量。
对于具如上典型条件的制冷循环而言，向HFC-125中加入丙烷，使COP和致冷能力都得到提高。还有，加入丙烷使压缩机排出口温度降低，这对于延长压缩机使用寿命很重要。以上结果表明，HFC-125和丙烷的混合物与单独的HFC-125相比，对于致冷循环的致冷能力、能量效率和排气温度都有所改进。
实例4对五氟乙烷和丙烷的物相研究，证明于25℃发生蒸汽损失时，其分馏作用和蒸汽压变化都是最小。4种混合物的IQ(初始液体)，FQ(最终液体)，蒸汽组成(1至6)，蒸汽压，与初始蒸汽压比较的蒸汽压变化示于表中。
表4样品损失率组成%蒸汽压蒸汽压%(重量)变化HFC-125丙烷(PSIA)(%)IQ090.010.0233.501086.313.7233.5021086.613.4233.10.232086.913.1232.60.443087.312.7231.90.754087.912.1231.01.165088.511.5229.91.5FQ5092.67.4229.91.5含90%HFC-125和10%丙烷的初始混合物具基本上恒沸点，并且当50%蒸发之后，蒸汽压变化为1.5%。此外，丙烷浓度是下降的，所以如果原始混合物是不可燃的，则该混合物将保持是不可燃的。
表5样品损失率组成%蒸汽压蒸汽压%(重量)变化HFC-125丙烷(PSIA)(%)IQ095.05.0224.301091.28.8224.3021091.78.3223.10.532092.27.8221.81.143092.87.2220.21.854093.66.4218.22.765094.45.6216.03.7FQ5097.32.7216.03.7含95%HFC-125和5%丙烷的初始混合物具基本上恒沸点，并且当50%蒸发后，蒸汽压变化只有3.7%。同样，丙烷浓度是下降的，所以，如果原始混合是不可燃的，则该混合物将保持是不可燃的。
表6样品损失率组成%蒸汽压蒸汽压%(重量)变化HFC-125丙烷(PSIA)(%)IQ075.025.0236.101079.021.0236.1021078.921.1236.00.0432078.721.3235.90.0843078.521.5235.60.2154078.221.8235.30.34
65077.822.2234.90.51FQ5077.128.9234.90.51含75%HF-125和25%丙烷的初始混合物具基本上恒沸点，当50%蒸发后，蒸汽压变化只有0.5%。然而，丙烷浓度是上升的，即使所配制的初始混合物是不可燃的，则在发生蒸汽漏出时该混合物可能变成可燃的。尽管此混合物可能是可燃的或可能变成为可燃的，它却基本上是恒沸点的，从而可以有几方面用途，如许可可燃性的致冷剂、气溶胶推动剂、热传递介质、气态介电物质、聚烯烃和聚氨酯的发泡剂，以及动力循环的工作流体。
表7样品损失率组成%蒸汽压蒸汽压%(重量)变化HFC-125丙烷(PSIA)(%)IQ065.035.0232.4011075.724.3231.70.322075.224.8230.80.733074.625.3229.71.244073.826.2227.91.955072.627.4225.33.1FQ5052.447.6225.33.1含65%HFC-125和35%丙烷的初始混合物具基本上恒沸点，当50%蒸发后，蒸汽压变化只有3.1%。然而，丙烷浓度是上升的，即使所配制的初始混合物是不可燃的，则在发生蒸汽漏出后，该混合物可能变成为可燃的。尽管此混合物可能是可燃的或可能变成为可燃的，它却基本上是恒沸点的，从而可以有几方面用途，如许可可燃性的致冷剂、气溶胶推动剂、热传递介质、气态介电物质、聚烯烃和聚氨酯的发泡剂，以及动力循环的工作流体。
总结来讲，从表4至表7的数据可以确定共沸或类共沸组合物的存在，其实质上由约65-99%(重量)的五氟乙烷和约1-35%(重量)的丙烷所组成，当压力调控至约约226±10磅/平方英寸绝对压时，该组合物沸点约25℃。
HFC-125和异丁烷实例5对五氟乙烷和异丁烷进行了物相研究，改变组合物组成，同时测其恒温11.2℃的蒸汽压。由测到的最高蒸汽压证明出现共沸组合物，其鉴别数据如下·五氟乙烷＝98.3%，重量·异丁烷＝1.7%，重量·蒸汽压＝135.9磅/平方英寸，绝对压，11.2℃实例6HFC-125和异丁烷的新的共沸或类共沸组合物其露点和泡点之间实质上无温度差。如本技术领域所公知，当露点与泡点温度相差很小，则为该混合物为类共沸物的指示。
对于不同混合物的露点与泡点的研究表明，本发明的类共沸混合物的露点与泡点温度相差，与一些已知的非共沸二元组合物的露点与泡点温度差相比，前者是非常小的，所述非共沸组合物例如50% 50%(重量)的五氟乙烷(HFC-125)和1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a);50% 50%(重量)的氯二氟甲烷(HCFC-22)和1-氯-1，1-二氟乙烷(HCFC-142b)。这些数据可以确认本发明组合物的类共沸物特性。
表8于14.696磅/平方英寸绝对压力的温度致冷剂组合物露点泡点△T
HFC-125 HFC-134a-30.5-35.75.2(50 50)HCFC-22 HCFC-142b-18.6-28.39.7(50 50)HFC-125 异丁烷-48.6-48.60.0(99 1)HFC-125 异丁烷-48.6-48.60.0(98.3 1.7)HFC-125 异丁烷-48.4-48.50.1(96 4)HFC-125 异丁烷-48.0-48.50.5(95 5)HFC-125 异丁烷-47.5-48.40.9(94 6)约94-99%(重量)五氟乙烷和约1-6%(重量)异丁烷的组合物，其常压条件的露点与泡点温度相差小于1℃，表明此等组合物实质上是恒沸点的。
按照本发明，更优选的组合物是该共沸物，其含约98.3%(重量)五氟乙烷和约1.7%(重量)异丁烷，其于135.9磅/平方英寸绝对压的沸点为11.2℃。
实例7对本发明的共沸混合物、致冷剂502及五氟乙烷(HFC-125)比较了其致冷性质。其致冷能力是以固定排量3.5立方英尺/分钟的压缩机为基准。以下数据是以带抽吸管路热交换器的制冷循环为基础。
表9致冷性能之比较
HFC/异丁烷(重量百分率)HFC/异丁烷(重量百分率)致冷剂共沸物混合物混合物502HFC-125(98.3/1.7)(95.0/5.0)(90.0/10.0)蒸发器温度,°F-30.0-30.0-30.0-30.0-30.0蒸发器压力,Psia24.0426.6827.027.3325.81冷凝器温度,°F115.0115.0115.0120.2118.8冷凝器压力,Psia281.96327.5326.7309.5276.6返回气体温度,F65.065.065.065.065.0压缩机排出口,F238.0223.1221.5215.5208.5性能系数1.891.691.701.791.95致冷能力,BTU/分钟80.0179.4179.6082.6183.0此处所述致冷能力，是指每循环1磅致冷剂，在蒸发器中致冷剂焓变化，亦即单位时间在蒸发器中由致冷剂移走的热量。
此处COP(性能系数)是指致冷能力对压缩机作功的比率。这是对致冷剂能量效率的度量。
对于具如上典型条件的致冷循环而言，向HFC-125中加入异丁烷，使COP和致冷能力都得到提高。还有，加入异丁烷使压缩机排出口温度降低，这对于延长压缩机使用寿命很重要。以上结果表明，HFC-125和异丁烷的混合物与单独的HFC-125相比，对于制冷循环的致冷能力、能量效率和排气温度都有所改进。
实例8对五氟乙烷和异丁烷的物相研究，证明于25℃发生蒸汽损失时，其分馏作用和蒸汽压变化都是最小。3种混合物的IQ(初始液体)，FQ(最终液体)，蒸汽组成(1至5)，蒸汽压，与初始蒸汽压比较的蒸汽压变化示于表中。
表10样品损失率组成%蒸汽压蒸汽压%(重量)变化HFC-125异丁烷(PSIA)(%)IQ099.01.0199.501099.01.0199.5025099.01.0199.50FQ5099.01.0199.50含99%HFC-125和1%异丁烷的初始混合物具基本上恒沸点，并且当50%蒸发之后，蒸汽压变化为9%。此外，异丁烷浓度是恒定的，所以如果原始混合物是不可燃的，则该混合物将保持是不可燃的。
表11样品损失率组成%蒸汽压蒸汽压%(重量)变化HFC-125异丁烷(PSIA)(%)IQ095.05.0198.201096.23.8198.2021096.13.9198.10.0532096.04.0198.00.143095.94.1197.90.1554095.84.2197.70.2565095.74.3197.50.35FQ5094.06.0197.50.35含95%HFC-125和5%异丁烷的初始混合物具基本上恒沸点，并且当50%蒸发后，蒸汽压变化只有0.35%然而，异丁烷浓度是上升的，即使所配制的初始混合物是不可燃的，则在发生蒸汽漏出时，该混合物可能变成可燃的。尽管此混合物可能变成为可燃的，它却基本上是恒沸点的，从而可以有几方面用途，如许可可燃性的致冷剂、气溶胶推动剂、热传递介质、气态介电物质、聚烯烃和聚氨酯的发泡剂，以及动力循环的工作流体。
表12样品损失率组成%蒸汽压蒸汽压%(重量)变化HFC-125异丁烷(PSIA)(%)IQ090.010.0194.501094.25.8194.5021094.15.9194.10.232093.96.1193.60.543093.76.3193.00.854093.56.5192.21.265093.16.9191.11.7FQ5085.914.1191.11.7含90%HFC-125和10%异丁烷的初始混合物具基本上恒沸点，当50%蒸发后，蒸汽压变化只有1.7%。同样，异丁烷浓度是上升的，即使所配制的初始混合物是不可燃的，则在发生蒸汽漏出后，该混合物可能变成为可燃的。尽管此混合物可能是可燃的可能变成为可燃的，它却基本上是恒沸点的，从而可以有几方面用途，如许可可燃性的致冷剂、气溶胶推动剂、热传递介质、气态介电物质、聚烯烃和聚氨酯的发泡剂，以及动力循环的工作流体。
总结来讲，从表10至12的数据可以确定共沸或类共沸组合物的存在，其实质上由约90-99%(重量)的五氟乙烷和约1-10%(重量)的异丁烷所组成，当压力调控至约195±5磅/平方英寸绝对压时，该组合物沸点约25℃。
HFC-125和丙烷或HFC-125和异丁烷的新的共沸或类共沸混合物可应用于制冷，即将混合物冷凝，然后在需冷却的物体近旁使冷凝液汽化。
该等新的共沸或类共沸混合物还可以用于产生热量，即将该致冷剂于需加热的物体近旁冷凝，其后再使致冷剂汽化。
使用共沸或类共沸混合物可消除组分分馏和在系统操中输送的困难，因为这些混合物基本上象单一物质那样操作。其中一些新的类共沸物还具有实质上不可燃的优点。
该等新的共沸或类共沸混合物与致冷剂502相比，前者的臭氧耗竭潜势为零，后者为0.23。所述数据来自“ScientificAssessmentofStratosphericOzone，1989”，UNEO/WMOAFEASReport，1989年9月5日。
除制冷用途之外，本发明的新的恒沸点组合物可用作气溶胶推动剂、热传递介质、气态介电物质、灭火剂、聚烯烃和聚氨酯的发泡剂，以及作为动力循环工作流体。
可以向HFC-125和丙烷的恒沸点混合物中加入其他组分而不改变其类共沸性质。这类组分例如有氯二氟甲烷(HCFC-22)，1，2，2，2-四氟乙烷(HFC-134a)，1，1，2，2-四氟乙烷(HCFC-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)，1，1，1，2，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)，1，1，1，2，2，3，3-七氟丙烷(HFC-227ca)，全氟环丙烷(FC-218)，二氟甲烷(HFC-32)，氟甲烷(HFC-41)，三氟甲烷(HFC-23)，1，1，1-三氟乙烷(HFC-143a)，1，1-二氟乙烷(HFC-152a)，氟乙烷(HFC-161)。
在本发明的新的组合物中，可以为多种目的加入其他添加剂，如润滑剂、防腐蚀剂、稳定剂、染料以及其他适用的物质，条件是不得对该组合物的目的用途有不利影响。
权利要求
1.一种共沸或类共沸组合物，其实质上由约65-99%(重量)的五氟乙烷和约1-35%(重量)的丙烷所组成，当压力调控至约226磅/平方英寸绝对压时，该组合物沸点约25℃。
2.权利要求1的共沸或类共沸组合物，其实质上由约75%(重量)的五氟乙烷和约25%(重量)的丙烷所组成。
3.一种共沸或类共沸组合物，其实质上由约79.4%(重量)的五氟乙烷和约20.6%(重量)的丙烷所组成，当压力调控至约75.6磅/平方英寸绝对压时，该组合物沸点约-14℃。
4.一种共沸或类共沸组合物，其实质上由约90-99%(重量)的五氟乙烷和约1-10%(重量)的异丁烷所组成，当压力调控至约195磅/平方英寸绝对压时，该组合物沸点约25℃。
5.权利要求4的共沸或类共沸组合物，其实质上由约94-99%(重量)的五氟乙烷和约1-6%(重量)的异丁烷所组成。
6.一种共沸或类共沸组合物，其实质上由约98.3%(重量)的五氟乙烷和约1.7%(重量)的异丁烷所组成，当压力调控至约135.9磅/平方英寸绝对压时，该组合物沸点约11.2℃。
7.一种共沸或类共沸组合物，其中包括有效量的五氟乙烷和丙烷，使得该组合物在常压条件的露点与泡点温度的相差等于或小于1℃。
8.一种共沸或类共沸组合物，其中包括有效量的五氟乙烷和异丁烷，使得该组合物在常压条件的露点与泡点温度的相差等于或小于1℃。
9.一种共沸或类共沸组合物，其中包括有效量的五氟乙烷和丙烷，使得该组合物有50%(重量)被除去后，其蒸汽压与原来组合物的蒸汽压相差为10%或更小。
10.权利要求9的组合物，其中该组合物有50%(重量)被除去后，其蒸汽压与原来组合物的蒸汽压相差为4%或更小。
11.一种共沸或类共沸组合物，其中包括有效量的五氟乙烷和异丁烷，使得该组合物有50%(重量)被除去后，其蒸汽压力与原来组合物的蒸汽压相差为10%或更小。
12.权利要求11的组合物，其中该组合物有50%(重量)被除去后，其蒸汽压与原来组合物的蒸汽压相差为2%或更小。
13.一种制冷的方法，包括将权利要求1-12中任一的共沸或类共沸组合物冷凝，然后在需冷却的物体的近旁使该组合物汽化。
14.一种产生热量的方法，包括在需加热的物体的近旁使权利要求1-12中任一的共沸或类共沸组合物冷凝，然后在需冷却的物体近旁使该组合物汽化。
15.一种制备泡沫聚合物的方法，包括利用有效量的权利要求1-12中任一的组合物作为发泡剂，由一种泡沫聚合物配方制剂所制成。
16.一种制备气溶胶配制剂的方法，其中各有效成分与有效量的权利要求1-12中任一的共沸或类共沸组合物在一个气溶胶容器中混合。
全文摘要
披露了五氟乙烷丙烷或异丁烷所成的恒沸点共沸或类共沸组合物，其可用作为致冷剂、气溶胶推动剂、热传递介质、气态介电物质、灭火剂、聚烯烃和聚氨酯的发泡剂、动力循环工作流体。
文档编号C07C19/08GK1069049SQ92105460
公开日1993年2月17日 申请日期1992年7月3日 优先权日1991年7月3日
发明者M·B·希夫列特, 横关昭道, H·J·博查特 申请人:纳幕尔杜邦公司
技术领域：
本发明涉及氟代烃的混合物，更具体讲，涉及含五氟乙烷和丙烷或异丁烷的恒沸点混合物。此等混合物可用作致冷剂、气溶胶推动剂、热传递介质、气态介电体、灭火剂、用于聚烯烃或聚氨酯的发泡剂，以及用作动力循环的工作流体。对于市售的二元共沸致冷剂R-502(致冷剂502)而言，本发明这些混合物是有希望的环境安全的替代品。
在70年代初期，人们开始关注到同温层的臭氧层(其提供防止紫外辐射线穿透地球大气的保护作用)由于全囟代的氯氟烃的氯原子而趋于耗竭。所说的这些氯氟烃是用作气溶胶的推动剂，泡沫塑料的发泡剂，致冷剂，以及清洁/干洗溶剂。按照臭氧耗竭理论，由于全囟代氯氟烃的高度化学稳定性，这些化合物在地球大气层中不会分解而到达同温层，在那里慢速降解，释放出氯原子，进而与臭氧反应。
所述的关注达到这样的程度于1978年，美国环境保护局(EPA)颁布禁令，禁止把全卤代的氯氟烃作为气溶胶推动剂这种非必需的用途。这一禁令引致巨大变化，使得美国不再使用氯氟烃推动剂(除去经过豁免的用途之外)而改用普通烃类推动剂。然而，由于世界上其余地方并未与美国联合实施此气溶胶禁令，结果是在美国之外在气溶胶中使用氯氟烃，全世界的氯氟烃总生产量并未持续下降。事实上，在过往几年中，全世界的氯氟烃生产量已经超过1978年美国实施禁令以前的产量。
在1978-1987年间，关于臭氧耗竭理论作了大量研究。由于大气化学的复杂性，关系到此一理论的许多问题仍未有答案。然而，假定此一理论可以成立，则由于臭氧层耗竭所带来的对健康危害性是很大的。由此，再加之氯氟烃的全世界产量在增多，使得国际上在努力减少使用氯氟烃。1987年9月，联合国的环境规划组织(UNEP)发布一项临时性建议，要求到1998年，全世界的全卤代氯氟烃的产量减少50%。此一建议于1989年1月1日得到批准，1989年7月1日起生效。
由于此一建议中要求诸如CFC-11、CFC-12和R-502等全囟代氯氟烃要减少供应，亟需符合环境要求的替代品。
早在70年代初刚刚提出臭氧耗竭理论时，已经知道在先前的全卤代氯氟烃中引入氢可使其化学稳定性大大下降。因此，这些不太稳定的化合物预期将在大气中降解，不会到达同温层和臭氧层。在表1中列出一些全卤代和部分卤代烃的臭氧耗竭潜势。还示出卤代烃的地球温暖潜势数据(将红外热辐射反射回地球的潜势，从而使地球表面温度升高)。
表1臭氧耗竭和温室潜势致冷剂臭氧耗竭潜势卤代烃地球温暖潜势CFC-11(CFCl3) 1.0 1.0CFC-12(CF2Cl2) 1.0 3.0HFC-125(CF3CHF2) 0.0 0.58R-5020.234.0丙烷和异丁烷不含氯或溴，所以其臭氧耗竭潜势是零。
单一氟代烃并且是环境安全物质的数目是很有限的。若是给定的已知物料的混合物具有所要求的综合性质，也可以使用，然而，简单的混合物在致冷和其他设备的操作和设计中会有问题，因为在汽相和液相都会发生组分分离。为避免组分分离，特别需要的是去发现新的共沸或恒沸点含氟烃混合物。这样的混合物就不会有组分分离的问题。
不利的是，正如本技术领域所公认，并不能预见到共沸物的形成，这样使得寻找具有所要求的综合性质的新的共沸组合物颇为复杂。
本发明涉及发现这样的共沸或类共沸组合物，其中包含有效量的五氟乙烷(HFC-125)和丙烷，或者有效量的五氟乙烷和异丁烷。界定本发明的方式之一是以各组分的重量百分率来表示。五氟乙烷和丙烷的共沸或类共沸组合物含有约65-99%五氟乙烷和约1-35%丙烷，五氟乙烷和异丁烷的共沸或类共沸组合物含有约90-99%(重量)五氟乙烷和约1-10%(重量)异丁烷。
界定本发明的另一方式是组合物中含有有效量的五氟乙烷和丙烷，或有效量的五氟乙烷和异丁烷，使得组合物的露点和泡点温度相差小于或等于1℃。
界定本发明的又一方式是组合物中含有有效量的五氟乙烷和丙烷，或有效量的五氟乙烷和异丁烷，使得利用诸如蒸发或煮沸方法将其50%(重量)除掉后，其蒸汽压与原来组合物蒸汽压的差别小于10%。
本发明的组合物是恒沸点的共沸或类共沸组合物或混合物，其中包含有效量的五氟乙烷(HFC-125)和丙烷，或者有效量的五氟乙烷和异丁烷。
界定本发明的方式之一是以各组分的重量%来表示。五氟乙烷和丙烷的恒沸点、共沸或类共沸组合物含有约65-99%(重量)的五氟乙烷和约1-35%(重量)的丙烷。优选的组合物含约75-99%(重量)五氟乙烷，约1-25%(重量)的丙烷。本发明的更优选组合物是一种共沸物，其含有约79.4%(重量)五氟乙烷(CF3CHF2，沸点48.5℃)和约20.6%(重量)丙烷(CH3CH2CH3，沸点-42.1℃)，其75.6磅/平方英寸绝对压的沸点为-14℃。
五氟乙烷和异丁烷的恒沸点、共沸或类共沸组合物含有约90-99%(重量)的五氟乙烷和约1-10%(重量)的异丁烷。优选的组合物含约94-99%(重量)五氟乙烷，约1-6%(重量)的异丁烷。本发明的更优选组合物是一种共沸物，其含有约98.3%(重量)五氟乙烷(CF3CHF2沸点-48.5℃)和约1.7%(重量)异丁烷(CH3)3CH沸点-11.7℃其135.9磅/平方英寸绝对压的沸点为11.7℃。
本技术领域公认，一个组合物在特定压力其露点和泡点温度相差很小则表示该组合物是共沸物或类共沸物。所谓小的差别是指露点和泡点的温度差小于或等于1℃。意外的发现，当该等组合物的组成远离HFC-125和丙烷以及HFC-125和异丁烷的真实共沸物组成的情况下，其露点与泡点温度相差仍小于或等于1℃。
因此，本发明包括了具有效量HFC-125和丙烷的混合物或有效量HFC-125和异丁烷的混合物，并使该等组合物的露点与泡点相差小于或等于1℃。
本技术领域还公认，正如US4810403所记载，该文作为本文的参考资料，一种混合物具备下述条件即为共沸物或类共沸物当混合物以诸如蒸发或煮沸方法将之除掉50%(重量)后，其蒸汽压与原来蒸汽压相差小于10%。所述蒸汽压是按绝对单位度量，例如磅/平方英寸绝对压、大气压、巴、乇、达因/平方厘米、毫米汞柱、英寸水柱以及本领域公知的其他等效方式。
因此，本发明包括这样的具有效量的HFC-125和丙烷或有效量的HFC-125和异丁烷的混合物，当该混合物以蒸发或煮沸方式除掉50%(重量)后，余下的混合物的蒸汽压与原来混合物的蒸汽压的相差为10%或更小。
就本发明目的而言，“有效量”的定义是，本发明混合物的各组分当其混合后能形成共沸或类共沸组合物情况下的每一组分的量。此一定义包括每一组分的量，该量可以因组合物所处的压力而变化，只要在不同压力条件下该共沸或类共沸组合物仍然存在即可，只是压力不同时，沸点不同。因此，所说有效量包括这样的量，例如以重量百分数表示，即本发明的组合物在此处所述压力以外的其他压力条件下亦形成共沸或类共沸组合物的每一组分的量。
在本文的讨论中，共沸或类共沸还意指基本上共沸或基本上恒沸点。换言之，这些术语的含义不仅包括上述的真实共沸物，也包括含相同组分但具不同比率，并且在其他温度和压力是真实共沸物的其他组合物;也包括这样的等效组合物，它们是同一共沸物体系的一部分并且具有类共沸物性质。正如本技术领域所公认，可以有一个范围内的含有与共沸物相同组分的组合物，它们不仅对致冷及其他用途具基本上等效的性质，并且在恒沸点特性或在煮沸时不趋向分离或分馏方面具有与真实共沸组合物等效的性质。
从功效来讲，有可能为一个恒沸点混合物这样规定特性，它们可因所选定的条件由数种标准之任一而出现多种的外表表示＊该组合物可以定义为A、B、C(D…)的共沸物，因为“共沸物”这一术语具确定性和限定性，并且需要有效量的A、B、C(D…)来形成此独一的物质组合物，其为一种恒沸点混合物。
＊本领域技术人员公知，当压力不同时，给定共沸物的组成至少有一定程度的变化，并且压力变化时，其沸点温度至少有一定程度的变化。因此，A、B、C(D…)的共沸物代表一种独一类型的相互关系，但其组成却因温度和/或压力而变化。所以，在定义共沸物时，常常用组成范围，而不是固定的组成。
＊该组合物可以定义为A、B、C(D…)的特定重量百分率关系，或摩尔百分率关系，同时还承认，这些具体数值只是表示一个特定的此种关系，而实际上，对于一个给定的共沸物，存在着一系列由A、B、C(D…)表示的关系，并且由压力的影响而变化。
＊一种A、B、C(D…)的共沸物可以这样表征即将该组合物定义为一种共沸物，其特征为在给定压力有一沸点，从而给出识别的特征，而不必由具体的数字组成而不必要地限定本发明的范围，其为由可得的分析仪器所限定，并且只是达到可得的分析仪器的精确度。
含有约65-99%(重量)HFC-125和约1-35%(重量)丙烷的二元混合物，以及含90-99%(重量)HFC-125和1-10%(重量)异丁烷的二元混合物，其所以表征为共沸或类共沸物之处在于在此等范围内的混合物于恒定压力时显现实质上恒定沸点。由于是实质上恒沸点，该混合物在蒸发时没有较大程度分离的趋向。在蒸发之后，在蒸汽组成和初始液相组成之间只有很小差别。此差别很小，以致认为蒸汽和液的组成是实质上相同的。因此，在此范围之内的任何混合物所显现的性质均表征为真实的二元共沸物。
本发明的共沸或类共沸组合物可以由任何便利的方法制备，包括将具所需量的各组分混合或掺合到一起。优选方法是将各组分称重，然后在适当容器中将它们混合。
下文示出阐明本发明的具体实施例。除另有说明者外，所有百分率均按重量。不言而喻，此等实施例只是用于阐明，而非对本发明范围的限定。
HFC-125和丙烷实例1对五氟乙烷和丙烷进行了物相研究，改变组合物组成，同时测其恒温-14℃的蒸汽压。由测到的最高蒸汽压证明出现共沸组合物，其鉴别数据如下·五氟乙烷＝79.4%，重量·丙烷＝20.6%，重量·蒸汽压＝75.6磅/平方英寸，绝对压，-14℃实例2本发明的新的共沸或类共沸组合物具有比其每一组分都更高的蒸汽压，并且其露点和泡点之间实质上无温度差。如本技术领域所公知，当露点与泡点温度相差很小，则为该混合物为类共沸物的指示。
对于不同混合物的露点与泡点的研究表明，本发明的类共沸混合物的露点与泡点温度相差，与一些已知的非共沸二元组合物的露点与泡点温度差相比，前者是非常小的，所述非共沸组合物例如50% 50%(重量)的五氟乙烷(HFC-125)和1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a);50% 50%(重量)的氯二氟甲烷(HCFC-22)和1-氯-1，1-二氟乙烷(HCFC-142b)。这些数据可以确认本发明组合物的类共沸物特性。
表2于14.696磅/平方英寸绝对压力的温度致冷剂组合物露点泡点△THFC-125 HFC-134a-30.5-35.75.2(50 50)HCFC-22 HCFC-142b-18.6-28.39.7(50 50)HFC-125 丙烷-50.6-49.80.8(99 1)HFC-125 丙烷-53.5-52.60.9(95 5)HFC-125 丙烷-53.8-54.30.5(95 10)HFC-125 丙烷-54.2-53.50.7(85 15)HFC-125 丙烷-54.3-54.30.0(79.4 20.6)HFC-125 丙烷-54.3-54.20.1(75 25)
约75-99%(重量)五氟乙烷和约1-25%(重量)丙烷的组合物，其常压条件的露点与泡点温度相差小于1℃，表明此等组合物实质上是恒沸点的。
按照本发明，更优选的组合物是该共沸物，其含79.4%(重量)五氟乙烷和20.6%(重量)丙烷，其于75.6磅/平方英寸绝对压的沸点为-14℃。
实例3对于本发明的共沸混合物、致冷剂502及五氟乙烷(HFC-125)比较了其致冷性质。其致冷能力是以固定排量3.5立方英尺/分钟的压缩机为基准。以下数据是以带抽吸管路热交换器的制冷循环为基础。
表3致冷性能之比较HFC/丙烷(重量百分率)致冷剂混合物共沸物混合物502HFC-124(99.0/1.0)(79.4/20.6)(75.0/25.0)蒸发器温度,°F-30.0-30.0-30.0-30.0-30.0蒸发器压力,Psia24.0426.6827.6935.9635.70冷凝器温度,°F115.0115.0115.0115.0115.0冷凝器压力,Psia281.96327.50333.41321.30314.60返回气体温度,°F65.065.065.065.065.0压缩机排出口,°F238.0223.1222.8210.2209.9性能系数1.891.691.701.962.00致冷能力,BTU/分钟80.0179.4181.37107.20108.02此处所述致冷能力，是指每循环1磅致冷剂，在蒸发器中致冷剂的焓的变化，亦即单位时间在蒸发器中由致冷剂移走的热量。
此处COP(性能系数)指致冷能力对压缩机作功的比率。这是对致冷剂能量效率的度量。
对于具如上典型条件的制冷循环而言，向HFC-125中加入丙烷，使COP和致冷能力都得到提高。还有，加入丙烷使压缩机排出口温度降低，这对于延长压缩机使用寿命很重要。以上结果表明，HFC-125和丙烷的混合物与单独的HFC-125相比，对于致冷循环的致冷能力、能量效率和排气温度都有所改进。
实例4对五氟乙烷和丙烷的物相研究，证明于25℃发生蒸汽损失时，其分馏作用和蒸汽压变化都是最小。4种混合物的IQ(初始液体)，FQ(最终液体)，蒸汽组成(1至6)，蒸汽压，与初始蒸汽压比较的蒸汽压变化示于表中。
表4样品损失率组成%蒸汽压蒸汽压%(重量)变化HFC-125丙烷(PSIA)(%)IQ090.010.0233.501086.313.7233.5021086.613.4233.10.232086.913.1232.60.443087.312.7231.90.754087.912.1231.01.165088.511.5229.91.5FQ5092.67.4229.91.5含90%HFC-125和10%丙烷的初始混合物具基本上恒沸点，并且当50%蒸发之后，蒸汽压变化为1.5%。此外，丙烷浓度是下降的，所以如果原始混合物是不可燃的，则该混合物将保持是不可燃的。
表5样品损失率组成%蒸汽压蒸汽压%(重量)变化HFC-125丙烷(PSIA)(%)IQ095.05.0224.301091.28.8224.3021091.78.3223.10.532092.27.8221.81.143092.87.2220.21.854093.66.4218.22.765094.45.6216.03.7FQ5097.32.7216.03.7含95%HFC-125和5%丙烷的初始混合物具基本上恒沸点，并且当50%蒸发后，蒸汽压变化只有3.7%。同样，丙烷浓度是下降的，所以，如果原始混合是不可燃的，则该混合物将保持是不可燃的。
表6样品损失率组成%蒸汽压蒸汽压%(重量)变化HFC-125丙烷(PSIA)(%)IQ075.025.0236.101079.021.0236.1021078.921.1236.00.0432078.721.3235.90.0843078.521.5235.60.2154078.221.8235.30.34
65077.822.2234.90.51FQ5077.128.9234.90.51含75%HF-125和25%丙烷的初始混合物具基本上恒沸点，当50%蒸发后，蒸汽压变化只有0.5%。然而，丙烷浓度是上升的，即使所配制的初始混合物是不可燃的，则在发生蒸汽漏出时该混合物可能变成可燃的。尽管此混合物可能是可燃的或可能变成为可燃的，它却基本上是恒沸点的，从而可以有几方面用途，如许可可燃性的致冷剂、气溶胶推动剂、热传递介质、气态介电物质、聚烯烃和聚氨酯的发泡剂，以及动力循环的工作流体。
表7样品损失率组成%蒸汽压蒸汽压%(重量)变化HFC-125丙烷(PSIA)(%)IQ065.035.0232.4011075.724.3231.70.322075.224.8230.80.733074.625.3229.71.244073.826.2227.91.955072.627.4225.33.1FQ5052.447.6225.33.1含65%HFC-125和35%丙烷的初始混合物具基本上恒沸点，当50%蒸发后，蒸汽压变化只有3.1%。然而，丙烷浓度是上升的，即使所配制的初始混合物是不可燃的，则在发生蒸汽漏出后，该混合物可能变成为可燃的。尽管此混合物可能是可燃的或可能变成为可燃的，它却基本上是恒沸点的，从而可以有几方面用途，如许可可燃性的致冷剂、气溶胶推动剂、热传递介质、气态介电物质、聚烯烃和聚氨酯的发泡剂，以及动力循环的工作流体。
总结来讲，从表4至表7的数据可以确定共沸或类共沸组合物的存在，其实质上由约65-99%(重量)的五氟乙烷和约1-35%(重量)的丙烷所组成，当压力调控至约约226±10磅/平方英寸绝对压时，该组合物沸点约25℃。
HFC-125和异丁烷实例5对五氟乙烷和异丁烷进行了物相研究，改变组合物组成，同时测其恒温11.2℃的蒸汽压。由测到的最高蒸汽压证明出现共沸组合物，其鉴别数据如下·五氟乙烷＝98.3%，重量·异丁烷＝1.7%，重量·蒸汽压＝135.9磅/平方英寸，绝对压，11.2℃实例6HFC-125和异丁烷的新的共沸或类共沸组合物其露点和泡点之间实质上无温度差。如本技术领域所公知，当露点与泡点温度相差很小，则为该混合物为类共沸物的指示。
对于不同混合物的露点与泡点的研究表明，本发明的类共沸混合物的露点与泡点温度相差，与一些已知的非共沸二元组合物的露点与泡点温度差相比，前者是非常小的，所述非共沸组合物例如50% 50%(重量)的五氟乙烷(HFC-125)和1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a);50% 50%(重量)的氯二氟甲烷(HCFC-22)和1-氯-1，1-二氟乙烷(HCFC-142b)。这些数据可以确认本发明组合物的类共沸物特性。
表8于14.696磅/平方英寸绝对压力的温度致冷剂组合物露点泡点△T
HFC-125 HFC-134a-30.5-35.75.2(50 50)HCFC-22 HCFC-142b-18.6-28.39.7(50 50)HFC-125 异丁烷-48.6-48.60.0(99 1)HFC-125 异丁烷-48.6-48.60.0(98.3 1.7)HFC-125 异丁烷-48.4-48.50.1(96 4)HFC-125 异丁烷-48.0-48.50.5(95 5)HFC-125 异丁烷-47.5-48.40.9(94 6)约94-99%(重量)五氟乙烷和约1-6%(重量)异丁烷的组合物，其常压条件的露点与泡点温度相差小于1℃，表明此等组合物实质上是恒沸点的。
按照本发明，更优选的组合物是该共沸物，其含约98.3%(重量)五氟乙烷和约1.7%(重量)异丁烷，其于135.9磅/平方英寸绝对压的沸点为11.2℃。
实例7对本发明的共沸混合物、致冷剂502及五氟乙烷(HFC-125)比较了其致冷性质。其致冷能力是以固定排量3.5立方英尺/分钟的压缩机为基准。以下数据是以带抽吸管路热交换器的制冷循环为基础。
表9致冷性能之比较
HFC/异丁烷(重量百分率)HFC/异丁烷(重量百分率)致冷剂共沸物混合物混合物502HFC-125(98.3/1.7)(95.0/5.0)(90.0/10.0)蒸发器温度,°F-30.0-30.0-30.0-30.0-30.0蒸发器压力,Psia24.0426.6827.027.3325.81冷凝器温度,°F115.0115.0115.0120.2118.8冷凝器压力,Psia281.96327.5326.7309.5276.6返回气体温度,F65.065.065.065.065.0压缩机排出口,F238.0223.1221.5215.5208.5性能系数1.891.691.701.791.95致冷能力,BTU/分钟80.0179.4179.6082.6183.0此处所述致冷能力，是指每循环1磅致冷剂，在蒸发器中致冷剂焓变化，亦即单位时间在蒸发器中由致冷剂移走的热量。
此处COP(性能系数)是指致冷能力对压缩机作功的比率。这是对致冷剂能量效率的度量。
对于具如上典型条件的致冷循环而言，向HFC-125中加入异丁烷，使COP和致冷能力都得到提高。还有，加入异丁烷使压缩机排出口温度降低，这对于延长压缩机使用寿命很重要。以上结果表明，HFC-125和异丁烷的混合物与单独的HFC-125相比，对于制冷循环的致冷能力、能量效率和排气温度都有所改进。
实例8对五氟乙烷和异丁烷的物相研究，证明于25℃发生蒸汽损失时，其分馏作用和蒸汽压变化都是最小。3种混合物的IQ(初始液体)，FQ(最终液体)，蒸汽组成(1至5)，蒸汽压，与初始蒸汽压比较的蒸汽压变化示于表中。
表10样品损失率组成%蒸汽压蒸汽压%(重量)变化HFC-125异丁烷(PSIA)(%)IQ099.01.0199.501099.01.0199.5025099.01.0199.50FQ5099.01.0199.50含99%HFC-125和1%异丁烷的初始混合物具基本上恒沸点，并且当50%蒸发之后，蒸汽压变化为9%。此外，异丁烷浓度是恒定的，所以如果原始混合物是不可燃的，则该混合物将保持是不可燃的。
表11样品损失率组成%蒸汽压蒸汽压%(重量)变化HFC-125异丁烷(PSIA)(%)IQ095.05.0198.201096.23.8198.2021096.13.9198.10.0532096.04.0198.00.143095.94.1197.90.1554095.84.2197.70.2565095.74.3197.50.35FQ5094.06.0197.50.35含95%HFC-125和5%异丁烷的初始混合物具基本上恒沸点，并且当50%蒸发后，蒸汽压变化只有0.35%然而，异丁烷浓度是上升的，即使所配制的初始混合物是不可燃的，则在发生蒸汽漏出时，该混合物可能变成可燃的。尽管此混合物可能变成为可燃的，它却基本上是恒沸点的，从而可以有几方面用途，如许可可燃性的致冷剂、气溶胶推动剂、热传递介质、气态介电物质、聚烯烃和聚氨酯的发泡剂，以及动力循环的工作流体。
表12样品损失率组成%蒸汽压蒸汽压%(重量)变化HFC-125异丁烷(PSIA)(%)IQ090.010.0194.501094.25.8194.5021094.15.9194.10.232093.96.1193.60.543093.76.3193.00.854093.56.5192.21.265093.16.9191.11.7FQ5085.914.1191.11.7含90%HFC-125和10%异丁烷的初始混合物具基本上恒沸点，当50%蒸发后，蒸汽压变化只有1.7%。同样，异丁烷浓度是上升的，即使所配制的初始混合物是不可燃的，则在发生蒸汽漏出后，该混合物可能变成为可燃的。尽管此混合物可能是可燃的可能变成为可燃的，它却基本上是恒沸点的，从而可以有几方面用途，如许可可燃性的致冷剂、气溶胶推动剂、热传递介质、气态介电物质、聚烯烃和聚氨酯的发泡剂，以及动力循环的工作流体。
总结来讲，从表10至12的数据可以确定共沸或类共沸组合物的存在，其实质上由约90-99%(重量)的五氟乙烷和约1-10%(重量)的异丁烷所组成，当压力调控至约195±5磅/平方英寸绝对压时，该组合物沸点约25℃。
HFC-125和丙烷或HFC-125和异丁烷的新的共沸或类共沸混合物可应用于制冷，即将混合物冷凝，然后在需冷却的物体近旁使冷凝液汽化。
该等新的共沸或类共沸混合物还可以用于产生热量，即将该致冷剂于需加热的物体近旁冷凝，其后再使致冷剂汽化。
使用共沸或类共沸混合物可消除组分分馏和在系统操中输送的困难，因为这些混合物基本上象单一物质那样操作。其中一些新的类共沸物还具有实质上不可燃的优点。
该等新的共沸或类共沸混合物与致冷剂502相比，前者的臭氧耗竭潜势为零，后者为0.23。所述数据来自“ScientificAssessmentofStratosphericOzone，1989”，UNEO/WMOAFEASReport，1989年9月5日。
除制冷用途之外，本发明的新的恒沸点组合物可用作气溶胶推动剂、热传递介质、气态介电物质、灭火剂、聚烯烃和聚氨酯的发泡剂，以及作为动力循环工作流体。
可以向HFC-125和丙烷的恒沸点混合物中加入其他组分而不改变其类共沸性质。这类组分例如有氯二氟甲烷(HCFC-22)，1，2，2，2-四氟乙烷(HFC-134a)，1，1，2，2-四氟乙烷(HCFC-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)，1，1，1，2，3，3-七氟丙烷(HFC-227ea)，1，1，1，2，2，3，3-七氟丙烷(HFC-227ca)，全氟环丙烷(FC-218)，二氟甲烷(HFC-32)，氟甲烷(HFC-41)，三氟甲烷(HFC-23)，1，1，1-三氟乙烷(HFC-143a)，1，1-二氟乙烷(HFC-152a)，氟乙烷(HFC-161)。
在本发明的新的组合物中，可以为多种目的加入其他添加剂，如润滑剂、防腐蚀剂、稳定剂、染料以及其他适用的物质，条件是不得对该组合物的目的用途有不利影响。
权利要求
1.一种共沸或类共沸组合物，其实质上由约65-99%(重量)的五氟乙烷和约1-35%(重量)的丙烷所组成，当压力调控至约226磅/平方英寸绝对压时，该组合物沸点约25℃。
2.权利要求1的共沸或类共沸组合物，其实质上由约75%(重量)的五氟乙烷和约25%(重量)的丙烷所组成。
3.一种共沸或类共沸组合物，其实质上由约79.4%(重量)的五氟乙烷和约20.6%(重量)的丙烷所组成，当压力调控至约75.6磅/平方英寸绝对压时，该组合物沸点约-14℃。
4.一种共沸或类共沸组合物，其实质上由约90-99%(重量)的五氟乙烷和约1-10%(重量)的异丁烷所组成，当压力调控至约195磅/平方英寸绝对压时，该组合物沸点约25℃。
5.权利要求4的共沸或类共沸组合物，其实质上由约94-99%(重量)的五氟乙烷和约1-6%(重量)的异丁烷所组成。
6.一种共沸或类共沸组合物，其实质上由约98.3%(重量)的五氟乙烷和约1.7%(重量)的异丁烷所组成，当压力调控至约135.9磅/平方英寸绝对压时，该组合物沸点约11.2℃。
7.一种共沸或类共沸组合物，其中包括有效量的五氟乙烷和丙烷，使得该组合物在常压条件的露点与泡点温度的相差等于或小于1℃。
8.一种共沸或类共沸组合物，其中包括有效量的五氟乙烷和异丁烷，使得该组合物在常压条件的露点与泡点温度的相差等于或小于1℃。
9.一种共沸或类共沸组合物，其中包括有效量的五氟乙烷和丙烷，使得该组合物有50%(重量)被除去后，其蒸汽压与原来组合物的蒸汽压相差为10%或更小。
10.权利要求9的组合物，其中该组合物有50%(重量)被除去后，其蒸汽压与原来组合物的蒸汽压相差为4%或更小。
11.一种共沸或类共沸组合物，其中包括有效量的五氟乙烷和异丁烷，使得该组合物有50%(重量)被除去后，其蒸汽压力与原来组合物的蒸汽压相差为10%或更小。
12.权利要求11的组合物，其中该组合物有50%(重量)被除去后，其蒸汽压与原来组合物的蒸汽压相差为2%或更小。
13.一种制冷的方法，包括将权利要求1-12中任一的共沸或类共沸组合物冷凝，然后在需冷却的物体的近旁使该组合物汽化。
14.一种产生热量的方法，包括在需加热的物体的近旁使权利要求1-12中任一的共沸或类共沸组合物冷凝，然后在需冷却的物体近旁使该组合物汽化。
15.一种制备泡沫聚合物的方法，包括利用有效量的权利要求1-12中任一的组合物作为发泡剂，由一种泡沫聚合物配方制剂所制成。
16.一种制备气溶胶配制剂的方法，其中各有效成分与有效量的权利要求1-12中任一的共沸或类共沸组合物在一个气溶胶容器中混合。
全文摘要
披露了五氟乙烷丙烷或异丁烷所成的恒沸点共沸或类共沸组合物，其可用作为致冷剂、气溶胶推动剂、热传递介质、气态介电物质、灭火剂、聚烯烃和聚氨酯的发泡剂、动力循环工作流体。
文档编号C07C19/08GK1069049SQ92105460
公开日1993年2月17日 申请日期1992年7月3日 优先权日1991年7月3日
发明者M·B·希夫列特, 横关昭道, H·J·博查特 申请人:纳幕尔杜邦公司
再多了解一些
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