De alta presión de la célula de zafiro para la Fase Equilibrios mediciones de CO₂ / Orgánicos / Sistemas de Agua

Cuando las reacciones se llevan a cabo con un catalizador hidrófilo y un sustrato hidrofóbico para formar un producto hidrófobo, es bastante común emplear disolventes mixtos con el fin de proporcionar un sistema de reacción homogénea. Por ejemplo, THF-agua y agua-acetonitrilo se mezclan comúnmente vehículos solventes para estos procesos de reacción homogéneas. Idealmente, sería ventajoso desarrollar un proceso en el que la reacción se realiza en condiciones homogéneas, seguido por una separación de fases inducida para separar los componentes acuosos y disolventes orgánicos. El catalizador hidrófilo entonces se encuentra en la fase acuosa y el producto hidrófobo en la fase orgánica. El proceso global permitiría una separación fácil / aislamiento de producto y un medio para reciclar el catalizador. Orgánico acuoso sintonizables solventes (avena) proporcionan un vehículo para llevar a cabo esta estrategia. El primer paso en el desarrollo de OATS era entender el comportamiento de fase de la solución orgánica-acuosa como una función de proporción orgánica / agua, CO ₂ de presión y temperatura. La eficiencia de la separación de fases tras la adición de CO ₂ (es decir, la cruz-solubilidad en cada fase) es importante para cuantificar. De hecho desde el punto de vista del proceso, cruzada solubilidad puede traducir directamente a las pérdidas de producto y catalizador en las respectivas fases, no deseados. Por lo tanto, conociendo la composición de fase en función de la presión es una información clave para las aplicaciones del "mundo real". Los métodos de muestreo están disponibles; ^5-7 Sin embargo, el muestreo directo de sistemas de alta presión puede alterar el equilibrio del sistema y dar lugar a la separación de fases o intermitente, como resultado de los cambios bruscos en la presión o la temperatura en la línea de muestra. Por lo tanto, un método que no altere el sistema y permite que los datos reproducibles adquisición rápido y era preferible. El aparato de la célula de zafiro de alta presión es de hecho una herramienta versátil para medir el comportamiento de las fases sin muestreo. Ucantar una catetómetro, medidas de volumen muy precisas se pueden grabar. Estas mediciones experimentales de volumen se utilizan entonces con la ecuación cúbica Peng-Robinson de Estado (modificaciones de Stryjek y Vera) y modificar Huron-Vidal mezcla reglas para calcular efectivamente la expansión de volumen y composiciones de fase como una función de la temperatura y la presión de ^8-10. Esta técnica ha sido diseñado específicamente para medir equilibrio de fases de sistemas de vapor-líquido-líquido. Cabe destacar que la célula de zafiro no es adecuado para estudiar los sistemas que implican sólidos. Los datos obtenidos con la célula de zafiro de alta presión guiado la elección de las condiciones experimentales para reacciones mediadas AVENA, separaciones y reciclado de catalizador. Además, la célula de zafiro se utilizó también para (1) la expansión disolvente medida (o hinchazón) como una función de la presión de CO ₂ con disolventes orgánicos y líquidos iónicos, (2) determinar la partición catalizador en sistemas multifásicos como una función de la presión, disolventesistema y la temperatura y (3) comprenden el comportamiento de fase en sistemas de reacción complejas realizadas bajo presión. Aquí, un informe (1) la descripción del aparato de celda de zafiro de alta presión, (2) las posibles limitaciones y precauciones de seguridad, (3) su protocolo de funcionamiento, y (4) la prueba específica de los resultados principales.

La célula de zafiro de alta presión se discutió anteriormente era por encargo (Figura 1). La célula de equilibrio consiste en un cilindro hueco de zafiro (50,8 mm de diámetro exterior x 25,4 ± 0,0001 mm DI x 203,2 mm L). La célula se divide en dos cámaras separadas por un pistón. La celda inferior contiene agua que se utiliza como fluido de presurización (azul teñido con fines demostrativos) y la célula superior contiene los componentes de equilibrio (Figura 2). El baño de aire fue construido por encargo de plexiglás para adaptarse a la configuración específica y campana grande. La célula se coloca dentro de un baño de aire de temperatura controlada, que se mantiene con un control digital de la temperaturaler. La temperatura del baño de aire se controla con termopares (tipo K) y lecturas digitales. Hay un termopar adicional (tipo K) dentro de la célula de zafiro, que también es controlada con una lectura digital. Las presiones se midieron con un transductor de presión y lectura digital. Dos de alta presión, de 500 ml, bombas de jeringa, capaz de mantener una presión de hasta 10 MPa se requiere para el funcionamiento. La primera bomba de jeringa de alta presión contiene agua que se utiliza para presurizar el sistema. La segunda bomba de alta presión se utiliza para introducir CO ₂ (u otro gas) para el sistema. La entrada de gas es en la parte superior de la célula de zafiro. La presión se controla con la bomba de jeringa de alta presión para lograr la presión de equilibrio en ambos lados del pistón. La célula está montado sobre un eje de rotación, y la mezcla se consigue mediante la rotación manualmente toda la célula.

Volúmenes de líquido y vapor se calculan mediante la medición de la altura del menisco con un micrometer catetómetro. Para desplazamientos de menos de 50 mm, la precisión es de 0,01 mm; para desplazamientos más grandes, la exactitud es 0,1 mm.