HFO/HC、HFO/HFC/HC混合工质气液相平衡及PVTx性质研究

In the background of global warming, refrigerant mixtures containing Hydrofluoroolefins (HFOs) are considered as promising candidates because of low GWP values. However, their primary thermodynamic properties are still very limited. In this proposal, HFO/HC binary mixtures and HFO/HFC/HC ternary mixtures containing HFO-1234yf, HFO-1234ze(E) and HFO-1234ze(Z) are selected for experimental and theoretical study on their vapor-liquid equilibria, gaseous PVTx and azeotropic properties. A number of experimental data of these important properties will be obtained. Gaseous Virial equations of state will be built. An estimation method for the VLE of mixtures containing HFOs, HFCs, HCs will be developed for the PR+vdW model. The azeotropic and near-azeotropic properties of HFO/HFC/HC ternary mixtures will be investigated. The results of the study can provided basic data and theoretical support for the research of the HFO/HC and HFO/HFC/HC mixtures with both of low GWP and excellent performances.

在全球气候变暖的背景下，以氢氟烯烃类(HFOs)为主要组分的低GWP制冷混合工质成为目前替代工质研究的重要方向。但是其相关基础热力学数据还极为缺乏，因此本申请以HFO-1234yf、HFO-1234ze(E)、HFO-1234ze(Z)与HCs、HFCs组成的HFO/HC二元混合工质，HFO/HFC/HC三元混合工质为研究体系，开展气液相平衡性质、气相PVTx性质以及共沸特性的实验和理论研究。预期获得一批重要的基础实验数据，建立混合工质的气相维里方程，针对PR+vdW关联模型建立能够推算HFOs、HFCs、HCs混合工质体系气液相平衡性质的推算模型，并以此为基础结合实验测量研究HFO/HFC/HC三元混合工质共沸和近共沸性质。研究结果可以为寻求低GWP且性能优异的HFO/HC、HFO/HFC/HC混合工质提供基本数据和理论支持。

由于CFCs、HCFCs、HFCs等制冷工质破坏大气臭氧层或温室效应问题而被禁用或限制使用，因此寻找热工性能优异同时又安全环保的低GWP制冷工质十分迫切。以HFOs为主要组元的低GWP混合工质已经成为目前替代工质研究热点，其气液相平衡和气相PVTx等热力学性质是重要的基础物性，目前还十分缺乏。本研究在基金资助下，系统开展了相关试验和理论研究，在国际上首次高精度测量了HFO-1234yf/HC-600二元混合工质和HFC-134a/HFO- 1234yf/HC-600a三元混合工质气液相平衡性质、HFO-1234yf/HFC-32二元混合工质气相PVTx性质，发展了相关专用维里方程。分析了组分两两共沸或近共沸的53组三元混合工质，研究发现其中HFC-152a/HFC-134/HFC-227ea、HFC-32/HFC-125/HFC-143a和HFC-152a/HFO-1234yf/HC-600a这3组三元混合工质存在共沸现象；首次建立了以组分、温度、压力未输入变量的气相混合工质的黏度预测ANN模型；采用两种状态方程(PR方程，SRK方程)、两种经验公式(MCP，Redlich-Kister)和径向基函数神经网络(RBFNN)对二元混合物的临界性质进行推算和分析对比，发现RK方程和RBFNN在推算混合物临界性质方面具有更高的精度；基于从头算原理构建了高精度的全原子力场模型，采用吉布斯系综蒙特卡洛(GEMC)方法理论计算研究了HFC-161的饱和气液相密度、饱和蒸汽压和临界性质，以及HFC-161+HFO-1234yf二元混合工质的气液相平衡性质；以上主要成果为新型混合工质的研发提供了重要基础性质。本项目在研期间已发表SCI论文16篇，其中1区TOP期刊6篇，2区TOP期刊2篇，另外在国内中文核心期刊《化工学报》发表1篇论文（EI收录）。培养博士毕业生1名，硕士毕业生1名，博士生在读2名。