Химический реактор типа «труба в трубе», обеспечивающий эффективность протекания реакций без использования внешних нагревателей, разработали совместно исследователи Санкт-Петербургского университета и ученые из Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН, 20 апреля сообщила пресс-служба университета.

Новый тип реактора, предложенный учеными для производства газообразного ацетилена C₂H₂ в процессе гидролиза карбида кальция CaC₂, позволяет более эффективно управлять реакцией.

Химические реакции можно разделить на те, которые выделяют тепло при своем протекании и называются экзотермическими, и другие, поглощающие тепло — эндотермические. Тепло, выделяемое в процессе экзотермических реакций в химпроизводстве, обычно рассеивается. Но химики из СПбГУ предложили использовать его для поддержания эндотермических реакций.

Для этих целей они предложили сделать химический реактор, стенки которого, как в термосе, состоят из двух трубок, одна в другой, но без соприкосновения между ними. Они соединяются лишь деталью из нейлона, напечатанной на 3D-принтере.

В пространство между трубками ученые помещали гранулы карбида кальция, добавляли растворитель, воду и все перемешивали. В результате происходящей экзотермической реакции смесь нагревалась, а выделяемое тепло переходило во внутреннюю часть и запускало эндотермические реакции между реактивами, находящимися в ней. Это позволило провести два типа реакции без использования внешних нагревателей.

Исследователи фиксировали выделяемое и поглощаемое тепло с помощью тепловизора, чтобы в режиме реального времени следить, как в процессе реакции меняется температура внутри устройства.

Результаты показали зависимость теплового эффекта, получаемого в реакторе-термосе, от типа растворителя, соотношения растворитель-вода и от количества карбида. Так, при малом процентном соотношении воды и растворителя (5%) выделения тепла практически не было. При 50% воды и более — температура в стенке реактора всего за 5 минут вырастала до 90 °С.

Константин Родыгин, руководитель проекта, научный сотрудник лаборатории кластерного катализа СПбГУ, пояснил: «Карбид кальция способен запускать реакции без внешних источников тепла, а разработанное нами устройство „труба в трубе“ помогает контролировать и при необходимости изменять скорость его гидролиза. Это может быть использовано в промышленности».

Примером такого применения новой разработки в промышленности может стать получение ацетилена, рассказал Родыгин: «При добавлении воды к карбиду получается так много тепла, что выделяющийся ацетилен полимеризуется и становится непригоден. Используя смеси растворителей с водой, можно замедлить этот процесс, остановить нежелательную полимеризацию и более эффективно отводить тепло».

Результаты своего исследования ученые опубликовали в журнале International Journal of Molecular Science.