Reakční kalorimetry

Dobrý den, jmenuji se Dom Hebro a jsem tu, abych vám pomohl získat z informací a dat, která dostáváte z přístrojů Mettler Toledo, co nejvíce znalostí. Mnoho lidí se mě ptá, jak mohou označit proces jako rizikový v laboratory scale, než přejdou na plant scale. A zde jsem vybral příklad, na který jsem nedávno narazil, kde se podíváme na tři parametry bezpečnosti procesu, které jsou zásadní při počátečním bezpečnostním posouzení pro implementaci ve větším měřítku. Prvním je zjistit, kdy dochází k vysokému okamžitému uvolnění tepla. Pokud není při velkém scale správně řízeno nebo kontrolováno, může se chemický proces vymknout kontrole. Zadruhé si definujeme a prozkoumáme příklad, kdy může být problémem zpožděné zahájení z hlediska bezpečnosti, ale také proto, že může vést k produktu nízké kvality. Nakonec se podíváme na akumulaci tepla, nejprve ji definujeme a poté uvidíme, jak výsledné zvýšení teploty může ve skutečnosti znamenat riziko nekontrolovaného exotermního průběhu ve větším scale. Dobře, tady je chemie. Jde o dvoustupňovou chemickou reakci, kde nejprve dochází k dvojité deprotonaci za použití silné báze, hexyllithia, a druhý krok vede z výsledného aniontu k benzylalkoholu s použitím kyslíku jako oxidantu. Pro účely studie používáme easy max pro přesné a automatizované řízení reakčních proměnných. Používáme kalorimetrickou sadu, která je doplňkem k easy max a také softwarové rozhraní potřebné pro provoz kalorimetrie. Software je iControl. Dobře, teď přepnu na stránku softwaru iControl, abych vám ukázal, jak výsledky interpretovat. Dobře, takže fialově je zobrazeno teplo, které můžete odečíst na levé ose. Zeleně je profil dávkování silné báze hexyllithia, který můžete odečíst na pravé straně obrazovky. A objem se pohybuje od nuly do přibližně 45 mililitrů báze do reakční směsi. Na levé straně se tedy můžete podívat na první krok deprotonace, jednu ekvivalentní dávku hexyllithia. Když se na to podívám, docházím k závěru, že reakce je řízena dávkováním, protože reakční teplo stoupá na maximální, stabilní úroveň hned po zahájení dávkování. Zůstává na konstantní hodnotě, což znamená, že reakce probíhá konstantní rychlostí, a když se injekční stříkačka přestane přidávat, protože je třeba ji znovu naplnit, profil tepla klesne zpět na nulu. Injekční stříkačka se znovu naplní a poté začne přidávat druhý ekvivalent báze a můžete vidět druhou pravoúhlou vlnu, kde je množství energie ve skutečnosti asi poloviční oproti první deprotonaci. To lze vidět při pohledu na okamžitý tepelný profil, 2.53 watt energie oproti 5.5 a celkové teplo bylo přibližně 9 kilojoule, neboli asi 4 kilojoule v druhém kroku deprotonace. Dobře, takže i když je reakce poměrně exotermní, lze ji velmi dobře řídit pomocí rychlosti dávkování. Nyní bych vám rád ukázal druhý krok, který je pro moji implementaci ve větším scale mnohem náročnější. A mluvím o oxidaci vzniklého aniontu kyslíkem na benzylalkohol. V tomto bodě byl do nádoby přiveden kyslík a můžete vidět, že teplo stoupá z nuly na asi, řekl bych, tři až čtyři watty po dobu asi 10 až 15 minut. Kdybyste v té době byli v laboratoři, mohli byste usoudit, že reakce je víceméně bez výraznějšího průběhu a že se chová dobře. A kdybyste z laboratoře odešli, mohli byste přehlédnout ten obrovský nárůst teploty a náhlý přírůstek energie, který při scale 100 mililitrů stoupá až na přibližně 60 wattů, což odpovídá asi 650 wattům nebo 600 wattům při scale jednoho litru. Takže skutečně jde o takovou energii, kterou nelze implementovat na scale větším než několik litrů, možná na laboratory scale. Něco, co opravdu musíte zachytit, než začnete uvažovat o jakémkoli bezpečném zvyšování scale. Dobře? Je to náhlý nárůst energie, který se po pouhých několika minutách vrátí zpět na nulu. Takže velmi náhlý. Dobře? Doufám tedy, že vám tento příklad byl užitečný. A na závěr bych vám rád uvedl několik odkazů, jeden z roku 2010, první, kde najdete využití EZMax pro včasný screening tepla. Druhý příklad je s RC1 pro hodnocení bezpečnosti procesu, jak se obvykle používá. Dávám vám webový odkaz na stránku, kde najdete více informací o kalorimetrii obecně, ale také informace o EasyMax, OptiMax a RC1, a nakonec odkaz na blog Autochem. Děkuji.