Quels sont les pièges de la chimie en flux selon les universitaires et les professionnels de l’industrie ?

Un symposium en ligne organisé en 2021 par le groupe HEL a invité quatre professionnels spécialisés en chimie en flux pour discuter en profondeur du sujet. Cet article se penchera sur les points faibles des orateurs dans le travail en chimie en flux.

Crédit d’image : Groupe HEL

L’argument de l’analyse en ligne/hors ligne exploré

Le premier problème mis en évidence par le Dr Russel Taylor (EPSRC Fellow et chargé de cours en chimie inorganique synthétique à l’Université de Durham) et Ph.D. de l’Université de Durham. l’étudiant Samuel Raynes analyse la phase gazeuse en ligne.

Le principal défi de l’analyse en ligne est que toutes les substances analysées doivent être conservées en phase gazeuse. Ceci est particulièrement important lorsque vous travaillez avec GC-MS-BID. Atteindre certaines températures dans la recherche peut être difficile.

Si l’on prend comme exemple la déshydrogénation du propane et l’aromatisation du méthane, les hautes températures nécessaires à l’analyse en ligne (600 ^oC et 800 ^oC, respectivement) peut entraîner des problèmes de maintien de tous les produits dans la phase appropriée pendant l’analyse.

Les deux conférenciers ont convenu que l’analyse en ligne est préférable lorsque l’on compare l’analyse en ligne et hors ligne. Il est avantageux lorsque les études nécessitent que les paramètres soient modifiés au milieu de l’expérience, tels que les augmentations de température par paliers.

Le principal avantage de l’analyse en ligne est que les résultats peuvent être étudiés en temps réel, alors que l’analyse hors ligne ne peut pas tout rendre compte de manière adéquate en temps réel. Par exemple, les chercheurs peuvent avoir besoin de se demander s’il y a un risque de contamination dans la procédure d’échantillonnage ou s’il y a eu perte d’échantillon.

L’analyse en ligne a l’avantage de savoir que tout ce qui sort du réacteur va directement dans le GC. Cependant, la méthode de détection doit être correctement configurée et l’analyse en ligne ne peut pas être utilisée pour l’hélium ou le néon en raison de leur inertie.

Les réacteurs parallèles réduisent les défis de dépistage

Taylor et Raynes ont également reconnu qu’il est typique d’utiliser des techniques de criblage par catalyse discontinue. L’utilisation de cette approche permet à plusieurs catalyseurs et réacteurs de fonctionner simultanément sur le même système.

Les processus en flux adoptent généralement des expériences à réacteur unique qui étudient les catalyseurs un à la fois pour fournir une différenciation. Le processus de flux idéal impliquerait plus d’un réacteur à flux, en particulier pour le criblage à volume élevé. L’utilisation de réacteurs parallèles peut aider à réduire considérablement le temps nécessaire aux analyses.

La catalyse à flux parallèle apporte son propre ensemble de défis techniques. L’un des principaux défis est la nécessité de prolonger le temps nécessaire aux tests pour des raisons de qualité des données. Moins de points de données sont créés lorsque plusieurs réacteurs à flux passent par un système d’analyse.

Le Dr Taylor a souligné que cela nécessite un compromis lors de l’utilisation d’un système d’analyse unique ou limité. Les expériences donnent soit de nombreux points de données pour un catalyseur, soit moins de points de données par catalyseur dans un mode de criblage parallèle. Les besoins expérimentaux conduisent les recherches à choisir l’approche la plus adaptée.

Le problème de la taille des particules

Des questions ont été posées au chimiste Lee Edwards, GSK Associate Fellow et investigateur. Edwards a estimé que le problème clé auquel son travail était confronté était les catalyseurs eux-mêmes.

Les sociétés pharmaceutiques doivent acheter des catalyseurs avec des tailles de particules pour leurs applications d’écoulement, généralement entre 50 et 400 microns.

Trouver une quantité suffisante de catalyseurs dans cette gamme est un défi majeur. GSK investit massivement dans l’approvisionnement de catalyseurs spécifiques auprès de plusieurs fournisseurs de catalyseurs et travaille avec des universitaires pour en générer de nouveaux. Dans le but de lutter contre cela, GSK a formé une coopérative informelle avec d’autres sociétés pharmaceutiques pour améliorer leur pouvoir d’achat et demander aux fournisseurs de catalyseurs d’améliorer leur approvisionnement.

Edwards espère qu’une approche collective améliorera l’approvisionnement dans l’ensemble de l’industrie pharmaceutique.

Le Dr Joshua Barham, chef du groupe Sofja Kovalevskaja à l’Université de Ratisbonne, était d’accord avec Edwards sur l’importance de la taille des particules.

La question des techniques de catalyse en écoulement, notamment pour réaliser la caractérisation en ligne des événements dans un écoulement suspendu hétérogène, est critique.

Le Dr Barham a noté que les instituts Max Planck ont ​​caractérisé la distribution granulométrique des photocatalyseurs qu’ils ont fournis à son groupe. Cependant, il existe d’autres défis.

Lors de la manipulation des catalyseurs en flux, ils peuvent s’agglutiner, entraînant des pertes de charge importantes qu’il convient d’atténuer. Immobiliser le catalyseur signifierait que la lumière ne pourrait pas pénétrer, ce qui est un problème important pour une réaction hétérogène discontinue utilisant un système photocatalytique.

Améliorer le problème de solubilité gaz/liquide

Le Dr Barham a parlé de plusieurs problèmes de solubilité gaz/liquide. Plus précisément, des défis se posent avec la maximisation de la quantité d’oxygène en solution lorsque l’on travaille avec des solvants organiques.

Des problèmes existent dans l’équilibrage des débits de gaz/liquide, des chutes de pression et des réactions qui dégagent du gaz, ou lorsqu’il n’y a pas assez de gaz en solution – en particulier à petite échelle où l’équipe du Dr Barham opère.

L’augmentation de la pression, le ralentissement des vitesses d’alimentation et d’autres facteurs peuvent aider à résoudre ces problèmes, mais ils peuvent créer un problème supplémentaire. Des débits plus élevés pour augmenter la productivité et le transfert de masse signifieraient une perte de temps de séjour, qui est un élément important en photochimie.

En résumé

Chimie en flux fournit à la fois aux universités et à l’industrie des solutions innovantes, mais plusieurs défis et problèmes majeurs existent toujours. Pour en savoir plus sur les développements actuels de la chimie en flux, regardez l’enregistrement complet du webinaire du mini-symposium HEL Flow Chemistry 2021.

À propos du groupe HEL

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L’équipe HEL de 70 personnes comprend des ingénieurs de processus et de logiciels hautement qualifiés, basés dans leurs vastes installations de recherche et de fabrication au Royaume-Uni, ainsi que des bureaux de vente et d’assistance dans le monde entier.

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Publié le 13 mars 2023