Ⅰ.Notas:
Atualmente, os reatores de água aquecidos mais comuns em laboratório são divididos em dois tipos de revestimento: PTFE e PPL. O material da carcaça pode ser aço inoxidável 304 ou 316. Devido à diferença entre materiais de boa e má qualidade, diferentes materiais geralmente possuem vidas úteis distintas. Recomenda-se que a temperatura externa de aquecimento, quando o material de PTFE estiver em operação, não exceda 230 °C, enquanto que para o material de PPL, a recomendação é não exceder 260 °C. A taxa de aquecimento recomendada é ≤ 5 °C/min. Após a conclusão da reação, o reator deve ser resfriado naturalmente até a temperatura ambiente antes de abrir a tampa. *Observação: o reator deve ser resfriado naturalmente até a temperatura ambiente antes de abrir a tampa. Nunca desmonte sob pressão. O revestimento de um reator comum não deve ser preenchido com mais de 70% do volume total do reator. Reatores à prova de explosão também devem ser preenchidos com no máximo 80% da sua capacidade. O reator hidrotérmico é normalmente projetado para uma pressão de 3,0 MPa. Antes de usar o reator, certifique-se de que o valor máximo da pressão de vapor da mistura gerada pelo sistema de reação, na temperatura de reação, seja inferior a 3,0 MPa. O reator hidrotérmico não possui dispositivo de alívio de sobrepressão e não deve ser usado em temperaturas ou pressões excessivas para evitar riscos. Como o revestimento interno do reator é feito de Teflon ou PPL, ambos plásticos de alta densidade molecular, a tampa não deve ser apertada em excesso no primeiro uso para evitar deformações causadas pelo aumento de temperatura e compressão do revestimento em altas temperaturas.
O uso do reator de síntese hidrotérmica não é recomendado para reações com as seguintes características (abaixo).
1. O ponto de ebulição do solvente é inferior a 60°C (ex.: éter, acetona, diclorometano, etc.)
2. Uma grande quantidade de gás é gerada durante a reação.
3. O material possui propriedades inflamáveis ou explosivas, ou é volátil em termos de toxicidade, e o grau de periculosidade é extremamente elevado.
4. A duração da reação ultrapassa 100 h e a temperatura está sempre acima de 250°C.
Imagem do reator de síntese hidrotérmica para PPL revestido com PTFE.
Imagem de um reator de síntese hidrotérmica rotativo de múltiplas combinações.
II: Operação Segura.
1. Despeje o reagente na bucha de PTFE ou na bucha de PPL e certifique-se de que o fator de dosagem seja inferior a 0,8.
2. Certifique-se de que a junta inferior da chaleira esteja posicionada corretamente, depois coloque a bucha de PTFE ou PPL e a junta superior, aperte primeiro a tampa da chaleira e, em seguida, rosqueie a tampa até que esteja totalmente apertada com um parafuso.
3. Coloque o reator de síntese hidrotérmica no aquecedor e eleve a temperatura até a temperatura de reação necessária, de acordo com a taxa de aquecimento prescrita.
4. Ao confirmar que a temperatura no interior do reator é inferior ao ponto de ebulição do solvente dos reagentes, a tampa do reator só poderá ser aberta para operações subsequentes. Após o término da reação e o resfriamento, o processo deve seguir rigorosamente a taxa de resfriamento especificada para prolongar a vida útil do reator.
5. Depois de confirmar que a temperatura dentro da chaleira esfriou até sua temperatura ambiente, primeiro afrouxe a tampa girando-a com o parafuso e, em seguida, abra a tampa.
6. Limpe a chaleira após cada utilização para evitar ferrugem e corrosão. Tenha especial cuidado ao limpar o corpo da chaleira e as vedações da tampa, evitando danos por atrito.
III: Limpeza do reator.
1. Ao limpar o reator hidrotérmico pela primeira vez, adicione uma pequena quantidade de álcali ou água ao revestimento e ferva por alguns instantes. Ao usar o reator hidrotérmico pela primeira vez, certifique-se de não aquecê-lo rapidamente, mas sim de programar o aquecimento gradualmente, sem elevar demais a temperatura, caso contrário, o revestimento de PTFE poderá se deformar facilmente. Comece a 150 °C por algumas horas, depois mantenha a 200 °C por mais algumas horas, após o que retire o reator e deixe esfriar naturalmente. Em seguida, repita o experimento a uma temperatura de 200 °C, até que o revestimento do reator hidrotérmico não apresente deformações.
2. O meio reacional do reator de síntese hidrotérmica varia, assim como o método de limpeza. Se for um sistema de silício, pode-se adicionar ácido fluorídrico ou álcali, aquecer e lavar após o uso; se for um sistema de silício metálico, depende do ácido utilizado. No caso do ácido clorídrico, é necessário usar água régia: ácido nítrico concentrado e ácido clorídrico concentrado (na proporção de três para um). Por exemplo: utilize permanganato de potássio dissolvido em água, adicione 3-5 mL de ácido clorídrico concentrado, coloque a mistura no reator e feche-o bem. A reação hidrotérmica deve ser realizada a 180 graus por 5-10 horas, garantindo que o revestimento do reator esteja limpo interna e externamente.
3. Métodos de limpeza: como água régia: ácido nítrico concentrado e ácido clorídrico concentrado na proporção de três para um: ao final da reação experimental, adicione aproximadamente 1:5 de ácido nítrico e água na solução misturada no reator hidrotérmico e aqueça a 180 graus Celsius por cerca de 12 horas. Esses dados não são fixos e devem ser ajustados de acordo com as especificidades da sua reação experimental. A proporção da mistura pode não ser necessariamente 1:5, a temperatura pode não ser necessariamente 180°C. Segue abaixo um valor de referência. No entanto, esse método apresenta uma desvantagem: torna o experimento menos reprodutível. A solução de ácido oxálico é fervida por 6 horas a uma temperatura de 160 graus, dependendo do experimento.
IV: Teste de vazamentos de gás em reatores
Ao realizar reações hidrotérmicas em laboratório, constatamos que o reator de síntese hidrotérmica apresenta vazamento de gás, independentemente do número de repetições. Como podemos identificar a origem do vazamento em um reator de síntese hidrotérmica?
O reator de síntese hidrotérmica geralmente tem um volume que varia de uma dezena de mililitros a várias centenas de litros. Para verificar a localização de vazamentos de ar no reator, você pode primeiro aplicar pressão e, em seguida, ouvir o som do vazamento. Isso se aplica aos vazamentos mais óbvios; na maioria dos casos, o vazamento no reator não é audível. Este método só é aplicável em alguns casos.
Em segundo lugar, você pode usar um conta-gotas para pingar água nos diversos pontos de conexão do reator para verificar se há formação de bolhas. Este método é demorado e requer observação cuidadosa. É adequado para quem tem uma ideia aproximada do vazamento ou para quem já substituiu uma peça com vazamento e precisa verificar novamente se o problema foi resolvido.
O método mais simples e direto é preparar um recipiente grande, enchê-lo com água e, em seguida, submergir completamente o reator para verificar em qual parte dele estão saindo bolhas. Após identificar os vazamentos, seque o reator com um soprador de ar quente ou limpe-o com um pano.
Data da publicação: 11 de janeiro de 2023