关键词:
离子液体
共沸制冷剂
分子动力学
萃取精馏
R-134a
R-1234yf
摘要:
含R-1234yf混合制冷剂凭借其低GWP(Global Warming Potential)优势,迅速成为备受瞩目的新一代制冷剂,并得到广泛应用。然而,日益严苛的制冷剂配额限制和居高不下的HFO制冷剂价格,对含R-1234yf混合制冷剂的回收与分离提出了迫切需求。回收和分离含R-1234yf混合制冷剂可有效减少温室气体排放,促进制冷剂循环利用,更能显著提升经济效益。然而,含R-1234yf混合制冷剂包含非共沸制冷剂和共沸制冷剂,非共沸制冷剂存在明显的温度滑移现象,分离较为容易,共沸制冷剂的分离则面临着严峻挑战。对此,本文通过分子动力学技术,深入探讨了含R-1234yf混合制冷剂的非共沸与共沸体系的微观作用差异,以共沸制冷剂R-134a和R-1234yf为例,以离子液体作为萃取剂,深入研究了萃取精馏技术分离共沸制冷剂R-134a和R-1234yf的微观机理,并通过溶解度实验进行了验证,具体研究内容和结论如下:
(1)通过分子动力学对含R-1234yf混合制冷剂的汽液相平衡体系进行模拟验证,成功捕捉到共沸制冷剂与非共沸制冷剂的压力随组分变化差异,并发现R-1234yf能否与另一种制冷剂形成共沸与它们之间的范德华相互作用能和沸点差的相对大小有关。制冷剂的C、F、H原子的数量均会影响其与R-1234yf之间的相互作用,当制冷剂(R-134a/R-152a)与R-1234yf形成全方位强相互作用时,二者产生共沸,难以分离。
(2)以R-134a/R-1234yf混合制冷剂为研究对象,对离子液体吸收R-134a/R-1234yf体系模拟发现,体系模拟选择性、阴离子-制冷剂的总相互作用能差异和实验选择性变化趋势一致。阴离子中与制冷剂产生强相互作用的原子是离子液体对R-134a和R-1234yf产生选择性的关键,-CN链、F原子的数量分别会影响[C2C1im][SCN]、[C2C1im][N(CN)2]、[C2C1im][C(CN)3]和[C2C1im][BF4]、[C4C1im][PF6]对R-134a和R-1234yf的选择性。
(3)对具有高选择性潜力的离子液体[C2C1im][FSI]、[C2C1im][Cl O4]、[C2C1im][Me SO3]吸收R-134a/R-1234yf体系模拟发现,三种离子液体均表现出较高选择性,[FSI]-对R-134a和R-1234yf具有最大的范德华相互作用差异。在此基础上,对R-134a/R-1234yf在三种离子液体中的溶解度进行了测量。结果显示,三种离子液体的实验选择性与模拟选择性变化趋势一致,[C2C1im][FSI]对R-134a和R-1234yf具有最高的选择性(8.01,298.15K),且具有较好溶解性与流动性,是萃取精馏分离R-134a和R-1234yf的最佳萃取剂。