Санкт-Петербург, 21 апр - ИА Neftegaz.RU. Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) совместно с исследователями из Института органической химии им. Зелинского РАН разработали тип реактора «труба в трубе», который обеспечивает эффективное протекание химических реакций без использования внешних нагревателей.
Об этом сообщила пресс-служба СПбГУ.
Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале International Journal of Molecular Science.
Новая разработка серьезно сокращает затраты энергии при проведении химических исследований.
Химические реакции могут сопровождаться выделением (экзотермические) или поглощением (эндотермические) тепла.
В первом случае получаемая тепловая энергия часто рассеивается, но ее можно использовать для запуска второго типа реакций, которые требуют дополнительного тепла для его поглощения.
Созданная химиками конструкция, похожая на термос, позволяет использовать выделяемую тепловую энергию одной реакции для запуска второй.
Разработка в т.ч. обеспечивает более эффективное протекание реакции гидролиза карбида кальция - взаимодействия соединения кальция и углерода с водой.
Карбид кальция активно используют в промышленности для получения газообразного ацетилена и его использования при производстве уксусной кислоты, этилового спирта, пластмассы, каучука и ракетных двигателей.
Конструкция реактора состоит из двух трубок, вставленных одна в другую, стенки которых не соприкасаются, и соединительной детали, напечатанной на 3D-принтере из нейлона.
Это своего рода греющийся термос - «нагреватели» располагаются в пространстве между двумя трубками, т.е. в «стенке» реактора.
Для проведения эффективной реакции ученые помещали гранулы карбида кальция в пространство между трубками, добавляли растворитель, воду и перемешивали.
Смесь нагревалась, а выделяемое тепло переходило во внутреннюю часть, запуская эндотермические реакции между реактивами в ней.
Это позволило провести 2 типа реакции с меньшими энергозатратами, без использования внешних нагревателей.
Выделяемое и поглощаемое тепло фиксировали с помощью тепловизора.
Оказалось, что тепловой эффект, получаемый в реакторе, зависит от типа растворителя, а также от количества воды и карбида.
Так, если в «стенке» установки было мало - всего 5 % - воды и много растворителя, то выделения тепла практически не наблюдалось.
Увеличение количества воды до 50 % и более привело к быстрому росту температуры в реакторе вплоть до 90 °С. Реакция заняла всего 5 мин.
Ученые отметили, что карбид кальция может запускать реакции без внешних источников тепла, а разработка помогает контролировать и при необходимости изменять скорость его гидролиза.
Это можно применять в промышленности - например, при получении ацетилена.
При добавлении воды к карбиду получается так много тепла, что выделяющийся ацетилен полимеризуется и становится непригоден, а смеси растворителей с водой позволяют замедлить этот процесс, остановить нежелательную полимеризацию и более эффективно отводить тепло.
Исследования проводились на базе ресурсных центров «Методы анализа состава вещества» и «Магнитно-резонансные методы исследования» Научного парка СПбГУ.
Разработка была поддержана грантом Российского научного фонда № 21-73-20003.Автор: А. Шевченко
