氢氟烃和烷烯烃纯质及其混合物在离子液体中溶解度的研究

The development of new lubricant is the urgent need of refrigeration industry. Ionic liquids are promising environment friendly lubricants due to their excellent physical and chemical characteristics. However, there are a little research on the solubilities of hydrofluorocarbon refrigerants and hydrocarbon refrigerants in ionic liquids, and there are no solubility data for their mixtures in ionic liquids. Systemic experimental investigation and theoretic analysis on the solubilities of hydrofluorocarbons, hydrocarbons and their mixtures in ionic liquids will be conducted in this project. An experimental system for the solubilities of hydrofluorocarbons, hydrocarbons and their mixtures in ionic liquids will be built. Then large amounts of solubility data will be obtained. The trend of the solubilities of hydrofluorocarbons, hydrocarbons and their mixtures in ionic liquids, the interaction between ionic liquids and refrigerants and the interaction between different refrigerants will be analyzed. A prediction model based on the group contribution theory and the statistic associating fluid theory will be established for the solubilities of hydrofluorocarbons, hydrocarbons and their mixtures in ionic liquids. The goal of this project is to provide scientific basis for the design and application of ionic liquid lubricants.

新型制冷润滑油的开发是制冷行业发展的迫切需求，离子液体具有优良的物理化学性质，是一种非常有潜力的环保型润滑油。但是，目前国际上对氢氟烃和烷烯烃制冷剂在离子液体中溶解度的研究较少，而对它们混合物在离子液体中溶解度的研究还处于空白状态。本项目拟针对氢氟烃和烷烯烃纯质及其混合物在离子液体中的溶解度开展系统的实验和理论研究：研制一套适用于氢氟烃和烷烯烃纯质及其混合物在离子液体中溶解度的实验测量系统，获取一批高精度的溶解度实验数据；分析不同状态下氢氟烃和烷烯烃纯质及其混合物在离子液体中溶解度的变化规律，深入探讨离子液体和制冷剂以及制冷剂各组分之间的微观作用机理，进而基于基团贡献理论和统计缔合流体理论建立能够精确预测氢氟烃和烷烯烃纯质及其混合物在离子液体中溶解度的理论模型。本项目的研究旨在为离子液体润滑油的设计与应用提供科学依据。

新型制冷润滑油的开发是制冷行业发展的迫切需求，离子液体具有优良的物理化学性质，是一种非常有潜力的环保型润滑油。制冷剂在润滑油中的溶解度是润滑油设计与应用的基础数据，但是目前国际上对氢氟烃和烷烯烃制冷剂在离子液体中溶解度的研究还较少。本项目主要围绕氢氟烃和烷烯烃在离子液体中的溶解度展开了实验和理论研究，主要研究内容及取得的成果如下：（1）考察取样方式、离子液体的体积变化等因素对气体溶解度测量精度的影响，基于等压饱和法研制了氢氟烃和烷烯烃及其混合物在在离子液体中溶解度的实验测量装置；（2）对丙烷、环丙烷、异丁烷、R32、R152a、R1233zd(E)、R1234yf等15种氢氟烃和烷烃在咪唑类和季磷类离子液体（[HMIM][Tf2N]、[HMIM][BF4]、[HMIM][PF6]、[HMIM][FEP]、[HMIM][TfO]、[P14666][TMPP]）中的溶解度开展了实验研究，获取了一批高精度的实验数据；（3）基于实验数据，从微观角度揭示了温度、压力、离子液体阴阳离子结构、制冷剂分子结构对氢氟烃和烷烯烃在离子液体中溶解度的影响规律；（4）将烷烯烃和氢氟烃进行基团划分，将基团个数与温度、压力作为输入参数，建立了氢氟烃和烷烯烃在离子液体中溶解度的人工神经网络理论预测模型，并通过与实验数据对比验证了该模型的预测能力和计算精度。（5）首次将HFO/离子液体作为吸收式制冷系统工质对，构建了2种新型吸收-压缩复合制冷系统以提高其热力学性能，对比结果显示：2种新系统在热力学性能和工作温度范围两方面均优于传统的单效式吸收式制冷系统。本项目的研究成果为新型制冷润滑油和吸收式制冷工质对的开发与应用提供了基础数据和理论依据。