Phase Equilibria and Diffusivities of HFC-32 and HFC-125 in Ionic Liquids for the Separation of R-410A
Phase Equilibria and Diffusivities of HFC-32 and HFC-125 in Ionic Liquids for the Separation of R-410A
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用于分离 R-410A 的离子液体中 HFC-32 和 HFC-125 的相平衡和扩散率
DOI：
10.1021/acssuschemeng.1c06252
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发表时间：
2022
影响因子：
8.4
通讯作者：
Shiflett, Mark B.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Baca, Kalin R.;Olsen, Greta M.;Matamoros Valenciano, Lucia;Bennett, Madelyn G.;Haggard, Dorothy M.;Befort, Bridgette J.;Garciadiego, Alejandro;Dowling, Alexander W.;Maginn, Edward J.;Shiflett, Mark B.
目前要求逐步淘汰氢氟碳化合物（HFC）制冷剂的立法正在推动全球市场的转变，这促使工业和研究机构研究新的制冷剂混合物和可持续的分离技术，以回收制冷剂。最近的《2020年美国创新和制造法》（AIM）要求在未来15年内逐步减少85%的HFC生产。为了实现这一目标，必须分离共沸制冷剂混合物，例如由50重量% HFC-32（二氟甲烷，CH 2F 2）和50重量% HFC-125（五氟乙烷，CHF 2CF 3）组成的R-410 A，以再循环较低全球变暖的HFC-32组分。本文研究了HFC-32和HFC-125在六种含卤素阴离子离子的离子液体中的溶解度，旨在为萃取蒸馏回收工艺的设计提供热物理性质数据，并了解阳离子和阴离子类型的选择。使用重量微量天平收集每个离子液体在298.15 K和0.05 - 1.0 MPa压力下的等温汽液平衡数据。采用Peng-Robinson状态方程模拟了HFCs在离子液体中的溶解度。HFC-32在离子液体中的溶解度表现出较小的差异，而HFC-125的溶解度相对于阴离子类型和阳离子烷基链长度具有显著的变化。Fick定律用于计算每个HFC/IL系统的扩散系数。HFC-32的扩散率比HFC-125大，因为其分子尺寸较小。氯化1-正己基-3-甲基咪唑和氯化三己基（十四烷基）鏻离子液体在298.15 K时具有最高的HFC-125/HFC-32选择性。基于质量吸收和选择性比，这两种离子液体是用于萃取精馏分离R-410 A的潜在分离剂。
Current legislation calling for the phase out of hydrofluorocarbon (HFC) refrigerants is driving a global market shift that has prompted industry and research institutions to investigate new refrigerant mixtures and sustainable separation techniques for recycling refrigerants. The recent American Innovation and Manufacturing (AIM) Act of 2020 requires an 85% phase down of HFC production over the next 15 years. To achieve this goal, azeotropic refrigerant mixtures, such as R-410A composed of 50 wt % HFC-32 (difluoromethane, CH2F2) and 50 wt % HFC-125 (pentafluoroethane, CHF2CF3), will have to be separated to recycle the lower global warming HFC-32 component. The present work investigates the solubility of HFC-32 and HFC-125 in six ionic liquids (ILs) with halogen anions for the purpose of developing the thermophysical property data required for designing extractive distillation recycling processes and understanding the choice of cation and anion type. A gravimetric microbalance was used to collect isothermal vapor liquid equilibrium data for each of the ILs at 298.15 K and pressures from 0.05 to 1.0 MPa. The Peng–Robinson equation of state was used to model the solubility of the HFCs in the ILs. The solubility of HFC-32 in the ILs showed small differences, while the solubility of HFC-125 had significant variations with respect to the anion type and the cation alkyl chain length. Fick’s law was applied to calculate diffusion coefficients for each HFC/IL system. HFC-32 has a greater diffusivity than HFC-125 based on smaller molecular size. The 1-n-hexyl-3-methylimidazolium chloride and the trihexyl(tetradecyl)phosphonium chloride ILs have the highest HFC-125/HFC-32 selectivity at 298.15 K. Based on both the mass uptake and selectivity ratio, these two ILs are potential entrainers for the separation of R-410A using extractive distillation.
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