Des scientifiques de l'Université de Saint-Pétersbourg, en collaboration avec des chercheurs de l'Institut de chimie organique N.D. Zelinsky de l'Académie des sciences de Russie, ont mis au point un réacteur tube dans tube qui permet des réactions efficaces sans l'utilisation de radiateurs externes. Cette approche réduit considérablement les coûts énergétiques lors de la recherche chimique.

Les résultats de la recherche sont publiés dans le International Journal of Molecular Science .

Les réactions chimiques peuvent se dérouler avec dégagement de chaleur (exothermique) ou avec consommation de chaleur (endothermique). Dans le premier cas, les émissions thermiques résultantes se dissipent souvent. Cependant, ils peuvent être utilisés pour lancer les réactions du second type nécessitant un complément de chaleur pour l'absorption. La structure développée par les chimistes ressemble à un thermos permettant d'utiliser l'énergie thermique dégagée pour lancer la seconde réaction.

Les scientifiques ont mis au point un réacteur tube dans tube spécial qui permet une réaction efficace de l'hydrolyse du carbure de calcium, c'est-à-dire l'interaction du composé de calcium et du carbone avec l'eau. Aujourd'hui, le carbure de calcium est activement utilisé dans l'industrie pour obtenir de l'acétylène gazeux et l'utiliser pour produire de l'acide acétique, de l'alcool éthylique, du plastique, de la résine de caoutchouc et même des moteurs à réaction.

Le réacteur se compose d'un tube extérieur et d'un tube intérieur reliés par une pièce de jonction imprimée avec du nylon par une impression 3D. Les tubes n'entrent pas en contact les uns avec les autres. Cette structure permet de créer un soi-disant thermos chauffant. Les réchauffeurs sont situés dans l'espace entre les deux tubes ou dans la "paroi" du réacteur.

Pour effectuer une réaction efficace, les chercheurs ont placé des granulés de carbure de calcium dans l'espace entre les tubes, ajouté un solvant et de l'eau et mélangé. Le mélange a chauffé et la chaleur résultante est entrée dans la partie interne, déclenchant une réaction endothermique entre les réactifs qu'elle contenait. Les chercheurs ont pu réaliser deux types de réactions à moindre consommation d'énergie sans utiliser de radiateurs externes.

La chaleur dégagée et absorbée a été enregistrée avec une caméra thermique, qui a démontré un changement de température à l'intérieur de l'appareil pendant la réaction en mode temps réel.

Il s'est avéré que l'effet thermique dans le réacteur dépend du type de solvant ainsi que de la quantité d'eau et de carbure. Ainsi, si la "paroi" de l'appareil contenait peu d'eau (seulement 5%) et beaucoup de solvant, quasiment aucun dégagement de chaleur n'a été détecté. L'augmentation de la quantité d'eau à 50% et plus, au contraire, entraîne une augmentation rapide de la température jusqu'à 90 °С seulement en cinq minutes.

"Le carbure de calcium est capable de démarrer des réactions sans sources de chaleur externes. Le dispositif "tube dans tube" que nous avons développé permet de contrôler et de modifier la vitesse d'hydrolyse si nécessaire. Il peut être utilisé dans l'industrie pour obtenir de l'acétylène, par exemple. L'ajout d'eau au carbure génère tellement de chaleur que l'acétylène libéré polymérise et devient inutile. Les mélanges de solvants et d'eau peuvent ralentir ce processus, arrêter la polymérisation indésirable et évacuer la chaleur de manière plus efficace », a déclaré Konstantin Rodygin, chercheur principal. , Chercheur associé au Laboratoire d'analyse de grappes de l'Université de Saint-Pétersbourg.

Le groupe de recherche de chimistes de l'Université de Saint-Pétersbourg travaille également sur une stratégie de cycle de production neutre en carbone qui diminue les émissions de dioxyde de carbone. + Explorer plus loin

Une nouvelle stratégie pour une utilisation plus verte du carbure de calcium