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新年第一课 :流动化学快问快答

来源:康宁反应器技术有限公司      分类:操作使用 2025-01-14 09:02:13 82阅读次数
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流动化学

新年第一课

Vol.1

BEN QI HUA TI

流动化学是一个广泛、跨学科且持续创新发展的领域。你了解这些问题吗?


进入流动化学领域,技术挑战是什么?

技能与知识差距、学科间差异又是什么?

哪些因素限制了流动化学在实验室的广泛应用?

在新兴领域和工业化方面又如何应用?


英国诺丁汉大学与利物浦大学化学与材料创新工程系的专家团队给出了答案。

让我们跟随作者一同揭开流动化学的神秘面纱。

01

如何迈入流动化学的第一步


应该在何时采用流动化学技术?

总所周知,传统釜式反应器在选择性、产率、可重复性或规模放大上常受限制。例如,初始混合的重要性、温度控制的精准度、反应时间的冗长,或中间体的高度不稳定性和危险性等因素,都可能促使研究者转向流动化学。此外,在线分析能否为过程提供新视角,也是值得考量的问题。

图1 流动的潜在好处

在这些情境下,流动化学给化学家提供了一个崭新的视角解决了传统方式无法克服的难题


成为流动化学家究竟需要具备哪些技能呢?

  • 构建流动设备需一定的工程知识,流体动力学的全面理解非常重要。商业化的“即插即用”流动化学系统已经适用于本科教育,降低了进入流动化学的门槛,但同时掌握稳态、质量和热传递知识,以及流动化学背景下的反应工艺设计与优化策略仍至关重要。

  •  在具备流动化学基础知识的基础上,向该领域有经验的人学习,无论是通过讲座课程、实践培训还是研究交流,是无可替代的。(告诉您一个小秘密:可以通过文末“阅读原文” 免费观看流动化学专家讲座哦


02

我该如何选择连续流设备?


@快问快答

在选择流动实验室设备的过程中,首要的关键考量是使用场景:

用于化学化工教育或流动化学入门系统的需求,与针对特定反应类型的流动化学装备,或在工艺优化过程中追求高度灵活性的流动化学系统所需的配置截然不同


在初始阶段,为了避免漫长且可能昂贵的试错过程,与流动化学领域内的专家进行深入交流无疑是明智之举:

这些专家不仅拥有丰富的实践经验,还能提供针对性的建议和指导。此外,经验丰富的全连续流程解决方案供应商发布的案例研究和应用说明也是宝贵的资源。它们不仅揭示了在实际应用中可能遇到的常见问题,还提供了克服这些问题的有效策略和解决方案。这些资源对于新手用户来说尤为重要,可以帮助他们更快地熟悉设备,提高实验效率。

图2 方案展示了在将过程转入流动时的关键问题和基础实际考虑

流动化学家们也遭遇了一些普遍存在的挑战,包括泵的选择与维护、硬件之间的通信顺畅性、浆料的稳定输送,以及取样频率的设定等。此外,污垢积累、堵塞现象、设备清洁和故障排除也是流动化学家日常工作中不可或缺的一部分,这些经验构成了他们专业技能的重要组成部分。


03

如何将反应流程转入流动化学?


@你知道吗?


 流动化学家致力于将批量过程转化为流动过程,以期改善效率与选择性。这一转化过程涉及一系列细致的考量,尽管每个项目的具体策略可能大相径庭,但一些核心步骤和挑战却普遍存在。

1

早期需要评估的内容包括测试的目标或批次存在的问题:

过程是否涉及需要在线淬火的危险中间体?

该过程在批量生产中是否难以放大?

它是否高度放热并需要严格的温度控制?

产率是否较低,并且可能通过提高温度来增加?

选择性是否受到批量容器中混合的限制?

这些都为流动化学家设定了场景,并基于此开始构建流动路径、设备和优先考虑事项。




2

实验室规模流动合成的核心步骤包括:反应体系的相态(液相、固相或气相)、物料输送、混合、反应、后处理、纯化、分析和收集。这些步骤的选择包括泵的选择、管道选择、反应器设计和流动路径规划,以及缩放、反应优化和分析。

3

在流动化学过程中,整体效率与可持续性至关重要。通过耦合单元操作、优化质量与热传递动力学及强化混合策略,能有效减少废物产生,提升转化效率与产率。

4

进一步实施废物最小化策略,如重复使用与回收机制,并结合替代能源及环保溶剂的应用,可显著增强过程的可持续性。

5

反应后的后处理步骤,特别是对于串联反应,至关重要。一系列连续流技术,如液-液萃取、柱色谱、微结晶、微蒸馏等已被开发,旨在提升过程安全性及产物纯度。

6

在线与实时分析技术作为流动化学的一大特色,利用在线分析探头或多分析点实时监测反应动力学与路径,结合液相色谱、气相色谱、质谱、红外光谱等先进分析技术,极大地提高了过程控制的精确度。

7

最终,在流程结束时,采用自动取样器等收集技术,实现分馏收集与多点采样,确保批量与流动过程性能的准确比较,同时提升实验效率与数据准确性



ASKING & ANSWER

关注流动化学的你又有哪些问题呢? 欢迎您文末留言。


#

下期我们将继续分享:

@ YOU

如何应对连续流的挑战:固体?

创新是否还有空间?

流动化学的未来在哪里?


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最近更新:2024-10-11 21:13:47
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