Hóa học xanh chương 6: REACTOR, ULTRASOUND MICROWAVE

CÂU HỎI THẢO LUẬN1/ Đặc điểm của loại thiết bị 2/ Ưu điểm của loại thiết bị 3/ Hạn chế của loại thiết bị 4/ Xu hướng sử dụng thiết bị trong công nghiệp 5/ Trình bày các điểm hướng tới gr

GREEN CHEMISTRY

Chapter 6 : REACTOR AND

Recent Advances

Dimensions remain essentially unchanged !!!

… and then micro reactors

Micro-sized channels

5

Why micro reactors?

Safety: levels of risk to operators & neighbouring community

are minimized

7

Waste can be minimized

Why micro reactors?

Safety: levels of risk to

• Typically 10-300 µm in diameter

• Very high surface / volume ratio, 10 000 – 50 000

m 2 m -3

•Conventional lab vessels: only 1000 m 2 m -3

•Flow controlled by syringe pump (bơm tiêm),

HPLC pump (bơm áp suất cao), peristaltic pump (bơm nhu động) or electro-osmotic flow (dòng thẩm tích)

• Heat transfer coefficients

exceed those of conventional heat exchangers

• Significantly high volume ratio better heat

Obvious applications in drug discovery

• Generation of compounds with different reagents

or under variable conditions

12

• Generate pure products:

– In high yield

– In shorter periods of times

Scale-up versus scale-out

• Avoid the need to

re-design the reactor &

• The number of micro reactors is increased

to increase production volume

• Cost-effective,

time-saving, flexible

• Generate product

volume:

– On demand

– At the point of use

• Reduce the need to store

& transport hazardous or reactive chemicals

• Reduce the quantities of raw materials required & minimize waste

19

CÂU HỎI THẢO LUẬN

1/ Đặc điểm của loại thiết bị

2/ Ưu điểm của loại thiết bị

3/ Hạn chế của loại thiết bị

4/ Xu hướng sử dụng thiết bị trong công nghiệp

5/ Trình bày các điểm hướng tới green chemistry của thiết bị

ÁP DỤNG VỚI MICROREACTOR

1/ ĐẶC ĐIỂM CỦA LOẠI THIẾT BỊ

üCHế Độ DÒNG KHÔNG Tự CHảY

ĐƯợC

2/ ƯU ĐIỂM CỦA LOẠI THIẾT BỊ

NHANH, GỌN TiẾT KiỆM

ü MIX: RẤT NHANH

ü ÁP DỤNG ĐƯỢC NHIỀU HỆ KỂ CẢ HỆ NHIỀU

PHA

ü THỜI GIAN PHẢN ỨNG NGẮN, HiỆU SuẤT CAO

=> TiẾT KiỆM VÀ GiẢM THẢI

3/ HẠN CHẾ CỦA LOẠI THIẾT BỊ

DÒNG

4/ XU HƯỚNG SỬ DỤNG THIẾT BỊ

TRONG CÔNG NGHIỆP

üƯU THẾ HƠN TRONG LAB

üSỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP SẢN XuẤT HÓA CHẤT CHẤT LƯỢNG CAO: DƯỢC PHẨM

üTHỰC HiỆN THEO CÁCH THỨC SCALE OUT

5/ TRÌNH BÀY CÁC ĐIỂM HƯỚNG TỚI GREEN CHEMISTRY CỦA THIẾT BỊ

SINH VIÊN TỰ TÓM TẠI THEO

CÁC NGUYÊN TẮC CỦA HÓA HỌC

XANH

Microwave-assisted synthesis

Microwaves: electromagnetic waves 0.3 – 300 GHz

• Fast changing electric field of MW radiation

rotation of dipole molecules ‘internal friction’

heating

• Conventional heating: slow, from the surface 22

• MW: rapid & volumetric, whole material heated

simultaneously

employing milder & less

toxic reagents & solvents

heating:

5-10 h

25

But !!!

Hazard of explosion on large scale !!!

27

Scale-out microwave reactor

Continuous flow microwave reactor

• Fast heating and cooling minimize reaction by-

continuous flow reactor

avoiding any risk associated with the handling of very large volumes.

CÂU HỎI THẢO LUẬN

1/ Đặc điểm của loại thiết bị

2/ Ưu điểm của loại thiết bị

3/ Hạn chế của loại thiết bị

4/ Xu hướng sử dụng thiết bị trong công nghiệp

5/ Trình bày các điểm hướng tới green chemistry của thiết bị

ÁP DỤNG VỚI MICROWAVE

1/ ĐẶC ĐIỂM CỦA LOẠI THIẾT BỊ

üSỬ DỤNG SÓNG CỦA MICROWAVE= 0.3-300GHz

üTHIếT Kế VÀ CHI TIếT THIếT Bị YÊU CầU CAO CầN Độ CHÍNH XÁC CŨNG NHƯ ĐIềU KIệN Kỹ THUậT CAO

üCHẾ ĐỘ GIA NHIỆT TỪ TRONG RA NGOÀI

üTỐC ĐỘ GIA NHIỆT THEO ĐiỀU

KHIỂN TẦN SỐ SÓNG(NĂNG LƯỢNG)

2/ ƯU ĐIỂM CỦA LOẠI THIẾT BỊ

üCÓ THỂ ÁP DỤNG DUNG MÔI NƯỚC VÀO

THỰC HiỆN TỔNG HỢP

3/ HẠN CHẾ CỦA LOẠI THIẾT BỊ

nổ nhất là khi mở rộng quy mô

khi điều khiển không đúng chế độ tối ưu

4/ XU HƯỚNG SỬ DỤNG THIẾT BỊ

TRONG CÔNG NGHIỆP

üƯU THẾ HƠN TRONG LAB

üTHỰC HiỆN THEO CÁCH THỨC SCALE OUT

5/ TRÌNH BÀY CÁC ĐIỂM HƯỚNG TỚI GREEN CHEMISTRY CỦA THIẾT BỊ

SINH VIÊN TỰ TÓM TẠI THEO

CÁC NGUYÊN TẮC CỦA HÓA HỌC

XANH

Ultrasound in organic synthesis

• Ultrasound waves consist

of cycles of compression & expansion

• Compression

positive pressure on

liquid

• Expansion negative pressure on liquid

• During expansion cycles

sound wave generates

micro bubbles (cavitation bubbles)

•Bubbles expand a little more during each E-C cycle

Reach critical size implode

gases & vapours inside bubble are compressed & create a

hot spot

• Heating / cooling rates: > 10 9 Ks -1

Three different temperature domains, in which peculiar

chemical process will occur

Three different temperature domains, in which peculiar

chemical process will occur

ĐK khắc nghiệt, sóng

rung

sóng rung, lực trượt

Lỗ hổng, vỡ bọt

• Volatile molecules enter micro bubbles high temperature & pressure break chemical bonds

(thermolysis & oxidation)

• Low volatility energy from pressure changes /

react with radicals generated by solvent sonolysis

• High temperatures & pressures by cavitation:

advantageous in multitude of common reactions

where conventional conditions cannot achieve the

same results

34

CÂU HỎI THẢO LUẬN

1/ Đặc điểm của loại thiết bị

2/ Ưu điểm của loại thiết bị

3/ Hạn chế của loại thiết bị

4/ Xu hướng sử dụng thiết bị trong công nghiệp

5/ Trình bày các điểm hướng tới green chemistry của thiết bị

ÁP DỤNG VỚI ultrasoud

1/ ĐẶC ĐIỂM CỦA LOẠI THIẾT BỊ

üSỬ DỤNG SÓNG CỦA MICROWAVE= 0.3-300GHz

üTHIếT Kế VÀ CHI TIếT THIếT Bị YÊU CầU CAO CầN Độ CHÍNH XÁC CŨNG NHƯ ĐIềU KIệN Kỹ THUậT CAO

üCHẾ ĐỘ GIA NHIỆT TỪ TRONG RA NGOÀI

üTỐC ĐỘ GIA NHIỆT THEO ĐiỀU

KHIỂN TẦN SỐ SÓNG(NĂNG LƯỢNG)

2/ ƯU ĐIỂM CỦA LOẠI THIẾT BỊ

üCÓ THỂ ÁP DỤNG DUNG MÔI NƯỚC VÀO

THỰC HiỆN TỔNG HỢP

3/ HẠN CHẾ CỦA LOẠI THIẾT BỊ

nổ nhất là khi mở rộng quy mô

khi điều khiển không đúng chế độ tối ưu

4/ XU HƯỚNG SỬ DỤNG THIẾT BỊ

TRONG CÔNG NGHIỆP

üƯU THẾ HƠN TRONG LAB

üTHỰC HiỆN THEO CÁCH THỨC SCALE OUT

5/ TRÌNH BÀY CÁC ĐIỂM HƯỚNG TỚI GREEN CHEMISTRY CỦA THIẾT BỊ

SINH VIÊN TỰ TÓM TẠI THEO

CÁC NGUYÊN TẮC CỦA HÓA HỌC

XANH