OpenFlowChem – a platform for quick, robust and flexible automation and self-optimisation of flow chemistry

文献情報

出版日 2018-08-09
DOI 10.1039/C8RE00046H
インパクトファクター 4.239
著者

Yang Bai, Antonio José Expósito


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要旨

Flow chemistry is a time-saver in the laboratory and a cost-saver in industry partly because of automation and autonomous operation. Nevertheless, a batch process is often preferred over a flow counterpart because setting up the autonomous operation may take a lot of time. In this paper, we propose a novel open-access OpenFlowChem platform based on LabVIEW for process automation, control and monitoring. The platform is optimized for quick system setup, reconfiguration and high flexibility. The platform is demonstrated in three examples: autonomous operation with an automatic stepwise program, proportional–integral–derivative (PID) control and self-optimization. In the first example, the system automatically executed a reaction program defined in a spreadsheet file to study the reversibility of a Pd/SiO2 catalyst poisoning with quinoline in the reaction of alkyne semihydrogenation. The addition of quinoline increased alkene selectivity and reduced the catalyst activity, but the time required to remove the catalyst poison varied by a factor of 10 and depended on the poison concentration. In the second example, a PID controller adjusted the nitrobenzene concentration in a hydrogenation reaction to compensate for catalyst deactivation and a disturbance in process parameters. The PID controller kept constant the hydrogen consumption determined by an inline optical liquid sensor. In the third example, the product yield in alkyne semihydrogenation was self-optimized, adjusting the flow rates of the substrate, the catalyst poison (quinoline) and the solvent in a tube reactor coated with a 5 wt% Pd/SiO2 catalyst. As a result, the alkene yield reached 96.5%.

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掲載誌

Reaction Chemistry & Engineering

Reaction Chemistry & Engineering
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Reaction Chemistry & Engineering is an interdisciplinary journal reporting cutting-edge research focused on enhancing the understanding and efficiency of reactions. Reaction engineering leverages the interface where fundamental molecular chemistry meets chemical engineering and technology. Challenges in chemistry can be overcome by the application of new technologies, while engineers may find improved solutions for process development from the latest developments in reaction chemistry. Reaction Chemistry & Engineering is a unique forum for researchers whose interests span the broad areas of chemical engineering and chemical sciences to come together in solving problems of importance to wider society. All papers should be written to be approachable by readers across the engineering and chemical sciences. Papers that consider multiple scales, from the laboratory up to and including plant scale, are particularly encouraged.

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