CO Faz Dengeleri Ölçümleri için yüksek basınçlı Safir Hücre<sub> 2</sub> / / Organik Su Sistemleri
Summary
Yüksek basınç safir hücre aparatı baskıların geniş bir yelpazede altında örnekleme, faz davranış olmadan, incelemek için eşsiz bir araçtır. Bir cathetometer kullanarak, çok hassas hacim ölçümleri sıvı genişleme ve faz bileşimini ölçmek için kaydedilebilir. Bu nedenle, bu sentetik yöntem, çok bileşenli karışımların (1) faz denge çalışma ve basıncın bir fonksiyonu olarak, katalizör ya da model bileşiklerinin (2) bölümü davranış sağlar.
Abstract
Yüksek basınç safir hücre aparatı görsel fiziksel örnekleme olmadan çok fazlı sistemleri kompozisyonunu belirlemek için inşa edilmiştir. Özellikle, safir hücre tam faz kompozisyonunu belirlemek için malzeme dengesi bir dizi çözmek için birden fazla yüklemelerde görsel veri toplama sağlar. Üçlü faz diyagramları daha sonra, belirli bir koşulda her aşamasında her bir bileşenin oranını belirlemek üzere kurulabilir. Üçlü sistemleri (gaz-sıvı-sıvı) burada tarif edilen özel örnekler, her ne kadar ilke olarak, herhangi bir üçlü bir sistem incelenebilir. Örneğin, üçlü THF-su-CO 2 sistemi, 25 ve 40 ° C 'de incelenmiştir ve burada tarif edilmektedir. Kilit önem, bu teknik, örnekleme gerektirmez. Örnekleme üzerine sistem denge olası rahatsızlık engellemeyi, doğal ölçüm hataları ve fiziksel baskı altında örnekleme teknik zorluklar bu tekniğin önemli bir şeydir. Pönemli erhaps, safir hücre, aynı zamanda, faz davranışının doğrudan görsel gözlem sağlar. Yaklaşık 2 MPa Aslında, CO2 basınç arttıkça, homojen THF-su çözelti fazı böler. Bu teknik ile, kolay ve net bir bulut noktası gözlemlemek ve basıncın bir fonksiyonu olarak yeni oluşan aşamalarının bileşimini tespit etmek mümkün oldu.
Safir hücre tekniği ile elde edilen veriler, bir çok uygulama için kullanılabilir. Bizim durumumuzda, biz gaz-genişletilmiş sıvı, gaz-genişletilmiş iyonik sıvılar ve Organik Sulu Ayarlanabilir Sistemleri (ASTA) 1-4 gibi, ayarlanabilir çözücüler için şişme ve kompozisyon ölçülür. Yeni sistem için, YULAF, yüksek basınçlı safir hücre basıncının bir fonksiyonu olarak her bir fazın (2) bileşim (gaz-sıvı-sıvı), basınç ve sıcaklığın bir fonksiyonu olarak, (1) faz davranışı çalışma etkin ve pres bir fonksiyonu olarak sıcaklık ve iki sıvı fazın (3), katalizör bölümlemeEmin ve kompozisyon. Son olarak, safir hücre zamanında doğru ve tekrarlanabilir ölçümler toplamak için özellikle etkili bir araçtır.
Introduction
Reaksiyonlar, bir hidrofobik ürünü oluşturmak üzere bir hidrofilik katalizör ve bir hidrofobik alt-tabaka ile yürütülen, bu bir homojen reaksiyon sistemi sağlamak amacıyla karışık çözücü kullanmak için oldukça yaygındır. Örneğin, THF-su, asetonitril-su genellikle, bu homojen, reaksiyon işlemleri için solvent araçlar karıştırılır. İdeal olarak, bu reaksiyon, sulu ve organik çözücü, bileşenleri ayırmak için bir neden faz bölünmesi ve ardından homojen koşullar altında gerçekleştirilir edildiği bir süreç geliştirmek de avantajlı olacaktır. Hidrofilik Katalizör daha sonra organik faz, sulu bir faz ve hidrofobik üründe yer olacaktır. Genel işlem ürünü için kolay bir ayırma / izolasyonunu ve katalizör geri dönüşüm için bir vasıta sağlayacak. Organik Sulu Ayarlanabilir çözücüler (ASTA) bu stratejiyi gerçekleştirmek için bir araç sağlar. YULAF gelişmekte ilk adım bir fu gibi organik sulu çözelti faz davranışını anlamak olduorganik / su oranının nction, CO 2 basınç ve sıcaklık. (Her aşamasında çapraz çözülebilirliği örneğin,) 2, CO ilavesi üzerine bir faz ayrılması etkinliği ölçmek için önemlidir. Bir işlem açısından Aslında, çapraz çözünürlük, istenmeyen, ilgili fazda ürün ve katalizör kayıpları doğrudan çevirebilir. Bu nedenle, basıncın bir fonksiyonu olarak faz bileşimi bilen "gerçek dünya" uygulamalar için önemli bir bilgidir. Örnek alma yöntemleri mevcuttur; 5-7, ancak yüksek basınç sistemlerinin doğrudan numune sistemin denge değiştirebilir ve örnek doğrultusunda basınç veya sıcaklık ani değişikliklerin bir sonucu olarak, faz ayrılması veya yanıp neden olabilir. Bu nedenle, sistemi rahatsız ve hızlı toplama ve tekrarlanabilir verileri sağlayan olmayan bir yöntem tercih edildi. Yüksek basınç safir hücre aparatı gerçekten örnekleme olmaksızın faz davranışını ölçmek için çok yönlü bir araçtır. UBir cathetometer şarkı, çok hassas hacim ölçümleri kaydedilebilir. Bu deneysel hacim ölçümleri daha sonra durumu (stryjek Vera ve modifikasyonları) of Peng-Robinson kübik denklemi ile kullanılabilir ve etkin bir şekilde sıcaklık ve basınç, 8-10 bir fonksiyonu olarak hacim genişlemesini ve faz bileşimlerin hesaplamak için kuralları karıştırma Huron-Vidal modifiye edilir. Bu teknik, özellikle buhar-sıvı-sıvı sistemleri faz dengeleri ölçmek için tasarlanmıştır. Bu safir hücre katı dahil sistemlerini incelemek için uygun değildir vurgulanmış olmalıdır. YULAF reaksiyonların ayrımları ve katalizör geri dönüşüm için deneysel koşulların seçimi güdümlü yüksek basınçlı safir hücre ile elde edilen veriler. Ayrıca, safir hücre, aynı zamanda (2) basıncın bir fonksiyonu olarak, çok fazlı sistemlerde katalizör ayırımını saptamak, çözücü, organik çözücü ve iyonik sıvı CO2 basıncın bir fonksiyonu olarak, (1) ölçü çözücü genleşme (veya şişme) için kullanılansistemi ve sıcaklık ve (3) basınç altında yürütülen karmaşık reaksiyon sistemlerinin faz davranışlarını anlamak. Bu yazıda, yüksek basınçlı safir hücre aparatı (1) açıklama, (2) olası sınırlamalar ve güvenlik önlemleri, (3) çalışma protokolü ve ilke sonuçları (4) belirli kanıt rapor.
Yukarıda tartışılan yüksek basınçlı safir hücre özel (Şekil 1) yapılmıştır. Denge hücre içi boş bir silindir içinde safir (50.8 mm dış çap x 25.4 ± 0.0001 mm ID x 203.2 mm L) oluşur. Hücre, bir piston ile ayrılmış iki odalı ayrılmıştır. Alt hücre, bir basınç sıvısı (gösterim amaçlı olarak boyanmış mavi) olarak kullanılan su içerir ve en üst hücre denge bileşenleri (Şekil 2) içerir. Hava banyosu özel ayarı ve kaput-boyutuna uyması için pleksiglas özel inşa edildi. Hücre dijital sıcaklık kontrolü ile korunur, sıcaklık kontrollü AIRBATH, içine yerleştirilirler. AIRBATH sıcaklığı termokupl (K Tipi) ve dijital okuma ile izlenir. Ayrıca bir dijital okuma ile izlenir safir hücrenin içinde ek bir termokupl (K Tipi) vardır. Basınçları bir basınç sensörü ve dijital okuma ile ölçüldü. İki yüksek basınçlı, 500 mi, 10 MPa'ya kadar basınç muhafaza edebilen şırınga pompaları çalışması için gerekli idi. İlk yüksek basınç şırınga pompa sistemi basınç altında tutmak için kullanılan su içerir. İkinci yüksek basınç pompası sisteme CO2 (veya başka bir gaz) tatbik etmek için kullanılmıştır. Gaz giriş safir hücrenin üst kısmında yer alır. Basınç, pistonun her iki yanında basınç denge elde etmek için yüksek basınçlı bir şırınga pompası ile kontrol edilir. Hücre, bir döner şaft üzerine monte edilir ve karıştırma elle tüm hücre döndürülmesiyle elde edilmektedir.
Sıvı ve buhar hacimleri micromete olan menisküsün yüksekliği ölçülerek hesaplanmıştırr cathetometer. 50 mm'den az değiştirmeler için, doğruluk 0,01 mm; büyük yer değiştirmeler için, doğruluk 0.1 mm dir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Safir hücre aparatı örnekleme olmaksızın faz davranışını ölçmek için eşsiz bir araçtır, ve böylece denge rahatsız değil. Doğru tekrarlanabilir verileri sağlamak için, takip edilmesi gerektiğini (Protokolü 4 "Safir Hücre Aparatı Operasyonu" başlıklı) protokolünde kritik adımlar vardır. Faz bileşimi ölçüldüğü herhangi bir sistem için, ölçüm öncesinde dengeye ulaşmak için çok önemlidir. Safir Hücre daha hızlı bir denge elde etmek için karıştırma kolaylaştıra…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Materials
| Hollow sapphire cylinder | 50.8 mm O.D. × 25.4±0.0001 mm I.D. × 203.2 mm L |
| Pressurizing fluid | Water |
| Syringe pumps | Teledyne Isco Model 500D |
| Digital temperature controller | Omega CN76000 |
| Digital readouts | HH-22 Omega |
| Thermocouples | Omega Type K |
| Pressure transducer & readout | Druck, DPI 260, PDCR 910 |
| CO2 | SCF grade |
| Cathetometer | Gaertner Scientific corporation or any scientific lab suppliers. |
| Relief valve | Spring loaded releive valve (swagelok) |
| mounting bracket | UNISTRUT bracket |
| Hollow spacers | 3/4 inch |
| 4 stainless steel bolts, 4 nuts, 2 washers | 3/4 inch |
| 3 O-rings | Kalrez, 210 size |
| 3 backing rings | 116 size for piston; 2 8210 size for end caps |
| 1 multi-port fitting | HiP |
| High pressure tubing | Stainless steel, 1/16 in. |
References
- Hallett, J. P., Pollet, P., Eckert, C. A., Liotta, C. L. Recycling homogeneous catalysts for sustainable technology. Catal. Org. React. 115, 395-404 (2007).
- Hallett, J. P., et al. Hydroformylation catalyst recycle with gas-expanded liquids. Ind. Eng. Chem. Res. 47, 2585-2589 (2008).
- Pollet, P., Hart, R. J., Eckert, C. A., Liotta, C. L. Organic Aqueous Tunable Solvents (OATS): A Vehicle for Coupling Reactions and Separations. Accounts Chem. Res. 43, 1237-1245 (2010).
- Fadhel, A. Z., et al. Exploiting Phase Behavior for Coupling Homogeneous Reactions with Heterogeneous Separations in Sustainable Production of Pharmaceuticals. J. Chem. Eng. Data. 56, 1311-1315 (2011).
- Briones, J. A., Mullins, J. C., Thies, M. C., Kim, B. U. Ternary Phase-Equilibria for Acetic Acid-Water Mixtures with Supercritical Carbon Dioxide. Fluid Phase Equilib. 36, 235-246 (1987).
- Wendland, M., Hasse, H., Maurer, G. Multiphase High-Pressure Equilibria of Carbon-Dioxide-Water-Isopropanol. J. Supercrit. Fluid. 6, 211-222 (1993).
- Traub, P., Stephan, K. High-Pressure Phase-Equilibria of the System CO2 Water Acetone Measured with a New Apparatus. Chem. Eng. Sci. 45, 751-758 (1990).
- Peng, D. -. Y., Robinson, D. B. A New Two-Constant Equation of State. Ind. Eng. Chem. Fund. 15, 59-64 (1976).
- Stryjek, R., Vera, J. H. PRSV – An Improved Peng-Robinson Equation of State with New Mixing Rules for Strongly Nonideal Mixtures. Can. J. Chem. Eng. 64, 334-340 (1986).
- Michelsen, M. L. A Modified Huron-Vidal Mixing Rule for Cubic Equations of State. Fluid Phase Equilib. 60, 213-219 (1990).
- Lazzaroni, M. J., et al. High-pressure phase equilibria of some carbon dioxide-organic-water systems. Fluid Phase Equilib. 224, 143-154 (2004).
- Lazzaroni, M. J., Bush, D., Brown, J. S., Eckert, C. A. High-pressure vapor-liquid equilbria of some carbon dioxide plus organic binary systems. J. Chem. Eng. Data. 50, 60-65 (2005).
- Lazzaroni, M. J., Bush, D., Eckert, C. A., Glaser, R. High-pressure vapor-liquid equilibria of argon plus carbon dioxide+2-propanol. J. Supercrit. Fluid. 37, 135-141 (2006).
- Laugier, S., Richon, D., Renon, H. Simultaneous Determination of Vapor-Liquid Equilibiria and Volumetric Properties of Ternary Systems with a New Experimental Apparatus. Fluid Phase Equilib. 54, 19-34 (1990).
- Fontalba, F., Richon, D., Renon, H. Simultaneous determination of vapor–liquid equilibria and saturated densities up to 45 MPa and 433. 55, 944-951 (1984).
- Lazzaroni, M. J. . Georgia Institute of Technology. , (2004).
- Diandreth, J. R., Ritter, J. M., Paulaitis, M. E. Experimental-Technique for Determining Mixture Compositions and Molar Volumes of 3 or More Equilibrium Phases at Elevated Pressures. Ind. Eng. Chem. Res. 26, 337-343 (1987).
