Химическая технология : что нового?

Содержание

1. Химическая технология : что нового?
2. F0j – входящий поток веществаFj –
3. НГУ, 3 курс ФЕН
4. Схемы реакторовНГУ, 3 курс ФЕН
5. Правило 1.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Для
6. Правило 2.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Для
7. Правило 3.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Для
8. Правило 4.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Сложные
9. Правило 5.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Идеального
10. Правило 6.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47О
11. 15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Чтобы минимизировать
12. Примеры альтернативных технологийНГУ, 3 курс ФЕН
13. МикрореакторыНГУ, 3 курс ФЕН Состоят из серии
14. Насосы для микрореакторовНГУ, 3 курс ФЕНПеристальтическийЭксцентричныйМембранныйВинтовой шприцевойвремяПлюсы:ЭкономичностьНе
15. Смешение реагентовНГУ, 3 курс ФЕНОбычно занимает от
16. Преимущества микрореакторовНГУ, 3 курс ФЕН Быстрое смешение
17. МасштабированиеНГУ, 3 курс ФЕНОбычный синтезСинтез в микрореактореЛабораторияПилотная установкаЗаводУвеличение размераили количества
18. ПримерыНГУ, 3 курс ФЕНУвеличение скорости реакции100% конверсииМикрореактор:
19. ПримерыНГУ, 3 курс ФЕНБезопасностьВыход мононитрата увеличен с
20. ПримерыНГУ, 3 курс ФЕНРеакция Гриньяра с двумя
21. Примеры альтернативных технологийНГУ, 3 курс ФЕН
22. Микроволновой синтезНГУ, 3 курс ФЕНМикроволны: 0.1 –
23. ПримерНГУ, 3 курс ФЕН
24. ПримерНГУ, 3 курс ФЕН
25. ПримерНГУ, 3 курс ФЕН
26. Примеры альтернативных технологийНГУ, 3 курс ФЕН
27. Индуктивное нагреваниеНГУ, 3 курс ФЕНПокрытые оксидом кремния магемитовые\магнетитовые наночастицы
28. НГУ, 3 курс ФЕНМагнетит (Fe2O3)\магемит (Fe3O4) основание
29. НГУ, 3 курс ФЕННагреваются за счет магнитной
30. Нагревание на масляной бане против микроволнового и индуктивного нагрева.НГУ, 3 курс ФЕН
31. НГУ, 3 курс ФЕН
32. ПримерНГУ, 3 курс ФЕН
33. Примеры альтернативных технологий15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН
34. Ионные жидкости15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47 ИЖ – органические соли с т. пл.
35. 15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47В жидком
36. 15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47
37. 15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47
38. 15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47
39. Применение15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Нелетучие пластификаторыТермические
40. Среда для хим. превращений15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН
41. 15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47
42. 15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47
43. 15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47
44. 15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47
45. 15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47
46. 15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47
47. Скачать презентанцию

F0j – входящий поток веществаFj – исходящий поток веществаr - скорость реакцииV - объем реакционной смесиNj - концентрацияРеактор идеального смешения (batch)Реактор идеального вытеснения (constant flow)Проточный реактор

Главная
Разное
Химическая технология : что нового?

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1Химическая технология: что нового?
Вадим К. Хлесткин, к.х.н.

Новосибирский государственный университет
Лекция 2

Слайд 2F0j – входящий поток вещества
Fj – исходящий поток вещества
r

- скорость реакции
V - объем реакционной смеси
Nj

- концентрация

Реактор
идеального смешения (batch)

Реактор
идеального вытеснения
(constant flow)

Проточный реактор
смешения

Химический реактор

- устройство, аппарат для проведения химических превращений.

F0j – входящий поток веществаFj – исходящий поток веществаr - скорость реакцииV -

Слайд 3НГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 4Схемы реакторов
НГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 5Правило 1.
15.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47
Для одной реакции.
Чтобы минимизировать

объем реактора, нужна как можно более высокая концентрация реагентов, порядок

по которым n > 1. Для тех компонентов, по которым порядок n < 1, концентрация должна быть низкой.

Правило 1.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Для одной реакции.Чтобы минимизировать объем реактора, нужна как можно более высокая

Слайд 6Правило 2.
15.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47
Для последовательных реакций.

А → R → S → T…..
Чтобы максимизировать выход

любого из интермедиатов, не смешивайте жидкости с разными концентрациями активных ингредиентов (реагента или интермедиатов).

Рецикл

Здесь смешивается жидкость с исходной и выходящей концентрациями

Правило 2.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Для последовательных реакций. А → R → S →

Слайд 7Правило 3.
15.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47
Для параллельных реакций.
n1 –

низкий порядок
n2 – средний порядок
n3 – высокий порядок
Для оптимального распределения

продуктов:

Низкая концентрация благоприятна для реакций низшего порядка
Высокая – для высшего
Средняя – для среднего
Для реакций одного порядка концентрация не влияет на распределение продуктов.

Нужный продукт

Правило 3.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Для параллельных реакций.n1 – низкий порядокn2 – средний порядокn3 – высокий

Слайд 8Правило 4.
15.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47
Сложные реакции.
Сложные процессы могут

быть сведены к простым (параллельным или последовательным).
Здесь: если R –

нужный продукт, то A и R вводятся в реактор идеального вытеснения, без всяких рециклизаций. А вот B можно вводить как угодно – его концентрация не повлияет на распределение продуктов.

Правило 4.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Сложные реакции.Сложные процессы могут быть сведены к простым (параллельным или последовательным).Здесь:

Слайд 9Правило 5.
15.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47
Идеального смешения или идеального

вытеснения?
Любое распределение продуктов может быть достигнуто как в реакторе идеального

смешения, так и в реакторе идеального вытеснения.

В потоке

В горшке

Вся жидкость доб сразу

Доб медленно

Держим конц постоянной

реактор

Правило 5.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Идеального смешения или идеального вытеснения?Любое распределение продуктов может быть достигнуто как

Слайд 10Правило 6.
15.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47
О температуре.
Высокая температура благоприятна

для реакций с высокой E.
Низкая – с низкой.

Правило 6.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47О температуре.Высокая температура благоприятна для реакций с высокой E.Низкая – с

Слайд 1115.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47
Чтобы минимизировать объем реактора, нужна

как можно более высокая концентрация реагентов, порядок по которым n

> 1. Для тех компонентов, по которым порядок n < 1, концентрация должна быть низкой.

Для последовательных реакций.
Чтобы максимизировать выход любого из интермедиатов, не смешивайте жидкости с разными концентрациями активных ингредиентов (реагента или интермедиатов).

Для параллельных реакций.

Для оптимального распределения продуктов:

Низкая концентрация благоприятна для реакций низшего порядка
Высокая – для высшего
Средняя – для среднего
Для реакций одного порядка концентрация не влияет на распределение продуктов.

Сложные процессы могут быть сведены к простым (параллельным или последовательным).

Любое распределение продуктов может быть достигнуто как в реакторе идеального смешения, так и в реакторе идеального вытеснения.

Высокая температура благоприятна для реакций с высокой E.
Низкая – с низкой.

15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Чтобы минимизировать объем реактора, нужна как можно более высокая концентрация реагентов, порядок

Слайд 12Примеры альтернативных технологий
НГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 13Микрореакторы
НГУ, 3 курс ФЕН
Состоят из серии мелких каналов (10

– 1000 микрон)
Материал: нержавеющая сталь, пластики, силикон, стекло
Могут

быть легко изготовлены
Используют самые простые устройства подачи растворов (насосы)
Либо гидродинамическая, либо электроосмотическая подача растворов

Lab-on-chip

МикрореакторыНГУ, 3 курс ФЕН Состоят из серии мелких каналов (10 – 1000 микрон) Материал: нержавеющая сталь, пластики,

Слайд 14Насосы для микрореакторов
НГУ, 3 курс ФЕН
Перистальтический
Эксцентричный
Мембранный
Винтовой шприцевой
время
Плюсы:
Экономичность
Не контактируют с раствором
Минусы:
Медленная

прокачка в мелких каналах
Пульсация
Параболический профиль потока

Насосы для микрореакторовНГУ, 3 курс ФЕНПеристальтическийЭксцентричныйМембранныйВинтовой шприцевойвремяПлюсы:ЭкономичностьНе контактируют с растворомМинусы:Медленная прокачка в мелких каналахПульсация Параболический профиль потока

Слайд 15Смешение реагентов
НГУ, 3 курс ФЕН
Обычно занимает от секунд до микросекунд
Реагент

1
Реагент 2
Зона смешения
Y-соединение
T-соединение
Реагент 1
Реагент 2
Многослойный смеситель

Смешение реагентовНГУ, 3 курс ФЕНОбычно занимает от секунд до микросекундРеагент 1Реагент 2Зона смешенияY-соединениеT-соединениеРеагент 1Реагент 2Многослойный смеситель

Слайд 16Преимущества микрореакторов
НГУ, 3 курс ФЕН
Быстрое смешение
Точный контроль температуры

Высокие выходы
Высокая селективность
Безопасность
Занимают мало места
Масштабируемость

Преимущества микрореакторовНГУ, 3 курс ФЕН Быстрое смешение Точный контроль температуры Высокие выходы Высокая селективность Безопасность Занимают

Слайд 17Масштабирование
НГУ, 3 курс ФЕН
Обычный синтез
Синтез в микрореакторе
Лаборатория
Пилотная установка
Завод
Увеличение размера
или количества

МасштабированиеНГУ, 3 курс ФЕНОбычный синтезСинтез в микрореактореЛабораторияПилотная установкаЗаводУвеличение размераили количества

Слайд 18Примеры
НГУ, 3 курс ФЕН
Увеличение скорости реакции
100% конверсии
Микрореактор: 20 мин
Обычная колба:

24 ч
Региоселективность
Микрореактор: 78%, 95:5 А:В
Обычный реактор:

49%, 65:35 А:В

ПримерыНГУ, 3 курс ФЕНУвеличение скорости реакции100% конверсииМикрореактор: 20 минОбычная колба: 24 ч РегиоселективностьМикрореактор: 78%,

Слайд 19Примеры
НГУ, 3 курс ФЕН
Безопасность
Выход мононитрата увеличен с 55% до 75%
Чистота

продукта увеличена с 56% до 75%
Побочная полимеризация уменьшена в 5

раз

За 40 минут:
Микрореактор: 83%
Обычный реактор: 15%

Увеличение выхода

ПримерыНГУ, 3 курс ФЕНБезопасностьВыход мононитрата увеличен с 55% до 75%Чистота продукта увеличена с 56% до 75%Побочная полимеризация

Слайд 20Примеры
НГУ, 3 курс ФЕН
Реакция Гриньяра с двумя последовательными актами гидролиза.
Реактор

из нержавеющей стали (ART, Alfa Laval, Lund, Sweden).
Занимает всего

30 X 50 см на столе.
200–300 кг 2-бензоилпиридина в день.

Using Microreactors in Chemical Synthesis: Batch Process versus Continuous Flow
Sep 1, 2009 By: Andreas Weiler, Matthias Junkers Pharmaceutical Technology

ПримерыНГУ, 3 курс ФЕНРеакция Гриньяра с двумя последовательными актами гидролиза.Реактор из нержавеющей стали (ART, Alfa Laval, Lund,

Слайд 21Примеры альтернативных технологий
НГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 22Микроволновой синтез
НГУ, 3 курс ФЕН
Микроволны: 0.1 – 100 см, 0.3

– 300 GHz
Нагревание системы «изнутри»
Поле
+
Ионы
Диполи
+
-
Быстрый и равномерный нагрев
Реакции в перегретых

растворителях
Ускорение реакций в разы
Повышение выходов
Подавление побочных процессов
Может быть использовано в реакторах вытеснения
Может быть использовано для приготовления больших количеств

Микроволновой синтезНГУ, 3 курс ФЕНМикроволны: 0.1 – 100 см, 0.3 – 300 GHzНагревание системы «изнутри»Поле+ИоныДиполи+-Быстрый и равномерный

Слайд 23Пример
НГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 24Пример
НГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 25Пример
НГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 26Примеры альтернативных технологий
НГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 27Индуктивное нагревание
НГУ, 3 курс ФЕН
Покрытые оксидом кремния магемитовые\магнетитовые наночастицы

$Индуктивное нагреваниеНГУ, 3 курс ФЕНПокрытые оксидом кремния магемитовые\магнетитовые наночастицы$

Слайд 28НГУ, 3 курс ФЕН
Магнетит (Fe2O3)\магемит (Fe3O4) основание – SiO2 покрытие
Стабильны

в различном химическом окружении
Большая суммарная площадь поверхности из за наноразмера

$НГУ, 3 курс ФЕНМагнетит (Fe2O3)\магемит (Fe3O4) основание – SiO2 покрытиеСтабильны в различном химическом окруженииБольшая суммарная площадь поверхности$

Слайд 29НГУ, 3 курс ФЕН
Нагреваются за счет магнитной индукции в проводниках

(железо, медь, сплавы и тд).
Суперпарамагнитные наночастицы могут быть легко нагреты

до >250оС при 25 кГц за секунды.

Прямое теплообразование у реакционных центров.
Безопасно.

Слайд 30Нагревание на масляной бане против микроволнового и индуктивного нагрева.
НГУ, 3

курс ФЕН

Слайд 31НГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 32Пример
НГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 33Примеры альтернативных технологий
15.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 34Ионные жидкости
15.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47
ИЖ – органические

соли с
т. пл.

находят промышленное применение

Слайд 3515.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47
В жидком виде содержат не

только ионы, но и ионные пары.
Расплав NaCl
Расплав bmim PF6
Раствор NaCl

в воде

15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47В жидком виде содержат не только ионы, но и ионные пары.Расплав NaClРасплав

Слайд 3615.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47

Слайд 3715.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47

Слайд 3815.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47

Слайд 39Применение
15.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47
Нелетучие пластификаторы
Термические жидкости
Гидравлические жидкости
Высоко\низкотемпературные смазки
Электрохимические

ячейки и устройства
Литиевые и литий-ионные батареи
Конденсаторы с двойным слоем (суперконденсаторы)
Электрохромные

дисплеи (OLEDs)
Сенсоры
Мембраны топливных ячеек

$Применение15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Нелетучие пластификаторыТермические жидкостиГидравлические жидкостиВысоко\низкотемпературные смазкиЭлектрохимические ячейки и устройстваЛитиевые и литий-ионные батареиКонденсаторы с$

Слайд 40Среда для хим. превращений
15.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47
Гидрирование
Гидроформилирование
Эпоксидирование
Свободнорадикальная полимеризация
Ацилирование

и алкилирование по Фриделю-Крафцу
Реакция Дильса-Альдера
Реакция Хека
Сочетание Сузуки
И другие

Среда для хим. превращений15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47ГидрированиеГидроформилированиеЭпоксидированиеСвободнорадикальная полимеризацияАцилирование и алкилирование по Фриделю-КрафцуРеакция Дильса-АльдераРеакция ХекаСочетание СузукиИ

Слайд 4115.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47

Слайд 4215.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47

Слайд 4315.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47

Слайд 4415.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47

Слайд 4515.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47

Слайд 4615.02.2012
НГУ, 3 курс ФЕН
из 47

Скачать презентацию

Разделы презентаций

Химическая технология : что нового?

Содержание

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1Химическая технология: что нового?Вадим К. Хлесткин, к.х.н.Новосибирский государственный университетЛекция 2

Слайд 2F0j – входящий поток веществаFj – исходящий поток веществаr

- скорость реакцииV - объем реакционной смесиNj

Слайд 3НГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 4Схемы реакторовНГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 5Правило 1.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Для одной реакции.Чтобы минимизировать

объем реактора, нужна как можно более высокая концентрация реагентов, порядок

Слайд 6Правило 2.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Для последовательных реакций.

А → R → S → T…..Чтобы максимизировать выход

Слайд 7Правило 3.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Для параллельных реакций.n1 –

низкий порядокn2 – средний порядокn3 – высокий порядокДля оптимального распределения

Слайд 8Правило 4.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Сложные реакции.Сложные процессы могут

быть сведены к простым (параллельным или последовательным).Здесь: если R –

Слайд 9Правило 5.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Идеального смешения или идеального

вытеснения?Любое распределение продуктов может быть достигнуто как в реакторе идеального

Слайд 10Правило 6.15.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47О температуре.Высокая температура благоприятна

для реакций с высокой E.Низкая – с низкой.

Слайд 1115.02.2012НГУ, 3 курс ФЕН из 47Чтобы минимизировать объем реактора, нужна

как можно более высокая концентрация реагентов, порядок по которым n

Слайд 12Примеры альтернативных технологийНГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 13МикрореакторыНГУ, 3 курс ФЕН Состоят из серии мелких каналов (10

– 1000 микрон) Материал: нержавеющая сталь, пластики, силикон, стекло Могут

прокачка в мелких каналахПульсация Параболический профиль потока

Слайд 15Смешение реагентовНГУ, 3 курс ФЕНОбычно занимает от секунд до микросекундРеагент

1Реагент 2Зона смешенияY-соединениеT-соединениеРеагент 1Реагент 2Многослойный смеситель

Слайд 16Преимущества микрореакторовНГУ, 3 курс ФЕН Быстрое смешение Точный контроль температуры

Высокие выходы Высокая селективность Безопасность Занимают мало места Масштабируемость

Слайд 17МасштабированиеНГУ, 3 курс ФЕНОбычный синтезСинтез в микрореактореЛабораторияПилотная установкаЗаводУвеличение размераили количества

Слайд 18ПримерыНГУ, 3 курс ФЕНУвеличение скорости реакции100% конверсииМикрореактор: 20 минОбычная колба:

24 ч РегиоселективностьМикрореактор: 78%, 95:5 А:ВОбычный реактор:

Слайд 19ПримерыНГУ, 3 курс ФЕНБезопасностьВыход мононитрата увеличен с 55% до 75%Чистота

продукта увеличена с 56% до 75%Побочная полимеризация уменьшена в 5

Слайд 20ПримерыНГУ, 3 курс ФЕНРеакция Гриньяра с двумя последовательными актами гидролиза.Реактор

из нержавеющей стали (ART, Alfa Laval, Lund, Sweden). Занимает всего

Слайд 21Примеры альтернативных технологийНГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 22Микроволновой синтезНГУ, 3 курс ФЕНМикроволны: 0.1 – 100 см, 0.3

– 300 GHzНагревание системы «изнутри»Поле+ИоныДиполи+-Быстрый и равномерный нагревРеакции в перегретых

Слайд 23ПримерНГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 24ПримерНГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 25ПримерНГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 26Примеры альтернативных технологийНГУ, 3 курс ФЕН

Слайд 27Индуктивное нагреваниеНГУ, 3 курс ФЕНПокрытые оксидом кремния магемитовые\магнетитовые наночастицы

Слайд 28НГУ, 3 курс ФЕНМагнетит (Fe2O3)\магемит (Fe3O4) основание – SiO2 покрытиеСтабильны

в различном химическом окруженииБольшая суммарная площадь поверхности из за наноразмера

Слайд 29НГУ, 3 курс ФЕННагреваются за счет магнитной индукции в проводниках

(железо, медь, сплавы и тд).Суперпарамагнитные наночастицы могут быть легко нагреты

Слайд 30Нагревание на масляной бане против микроволнового и индуктивного нагрева.НГУ, 3