旋转蒸发器:其设计的创新方法

电子设备极大地改变了化学。就像现在家庭厨房里有多锅锅和电热水壶这样的机器,让做饭变得更方便一样,现代实验室的工作台也开始使用专门的省力设备。

旋转蒸发器是许多实验室中最常见和经常使用的设备之一,特别是那些与有机化学有关的实验室。2020欧洲杯下注官网下一代,电子旋转蒸发器开始提供显著的,有形的性能效益。

通常被称为旋转蒸发,这些工作机器可以在几乎任何合成化学过程结束时去除溶剂,并再次进行下面的色谱,以留下纯的最终产品。

在大多数有机化学和制药实验室中,罗莫普经常使用,每个实验室都将经常拥有自己的机器。因为它们如此大量使用和依赖,所以任何创新导致更快,更节能或更方便的罗瓦瓦圈可能会有主要的收益,适用于实验室生产力和环境可持续性。

Rotovap基础知识

在大多数化学实验过程中的某一时刻,必须将反应容器中的溶剂或在净化过程中引入的溶剂去除。对于许多溶剂来说,它们相对较低的沸点可以用来蒸发掉溶剂,留下反应产物。

长期以来,化学家寻求新的加速溶剂去除的方法。这些历史上包括加热血管或施加真空以降低溶剂的沸点。Rotovaps都做,同时旋转该样品以最小化所谓的“撞击” - ,其中过热溶剂漏出反应烧瓶的,与它携带一些珍贵反应产物的问题。

溶剂蒸气可能含有有害物质,因此不能简单地排放到环境中。旋转液盖包括冷凝器单元,其负责冷却溶剂蒸汽并将其冷凝回待收集的液体。然后捕获的液体溶剂然后滴入接收烧瓶中以进行安全处理。

直到最近,自1957年瑞士公司Büchi发布第一台商用机器以来,rotovap的设计和操作的基石没有太大的改变。这些第一代的旋转蒸汽是大量消耗水的,正如那些可能还记得十年前使用过它们的化学家经常指出的那样。

“当我读博士的时候,我们用水吸引器和通过旋转蒸汽的水来冷却溶剂馏分,”1995年开始研究生教育的加州大学伯克利分校有机化学教授Richmond Sarpong说。水吸引器连接在快速流动的水龙头上,产生真空。用户还需要不断地让自来水通过冷凝器来实现冷却,所有的水最终会直接进入排水管。

Ecodyst的旋转蒸发器

Ecodyst的旋转蒸发器采用了由聚合物涂层金属制成的冷凝器线圈,而不是传统的玻璃。将冷凝器和冷却器组合成一个单元已被证明是一种可扩展的方法。

在2000年代初开始的新兴实验室可持续发展运动中的最初步骤之一是认可,即罗瓦膜的耗水水平是不可持续的,并且必须介绍替代方案。

十年前在科罗拉多大学博尔德分校发起绿色实验室项目的凯瑟琳·拉米雷斯-阿吉拉尔解释道,“在绿色实验室之前,我的一位导师在化学实验室研究旋转蒸发,”她说。单通水冷凝器和水吸引器被真空泵和再循环冷水机取代,再循环冷水机通过在闭环系统内的旋转蒸发冷凝器的玻璃盘管泵送防冻液来工作。

其他公司,大学和研究机构选择用填充有干冰的“冷手指”附件更换液体线圈冷凝器,但这些选项中的每一个都有其缺点,概述乔治·邻居,仪器公司Ecodyst的联合创始人兼首席执行官成立2014年,Adjabeng在化学实验室工作了几年,其中包括一家在一家主要制药公司的十年,他几乎每天使用罗瓦瓦。

从小我感到失望,寻找干冰。冷水机组是不是一种选择,有两个原因。一,他们是笨重的,我们不能满足他们在我们的通风柜。其次,他们是非常低效的。它需要大约45分钟即可到达冷凝器下降到-10℃。

Ecodyst乔治·邻居,联合创始人兼首席执行官

这些挫折非常多于Adjabeng的工作,以开发一种新型的罗沃瓦。

挫折,免费技术

Adjabeng的原型将冷凝器和冷却器合并成单一,紧凑且高效的单位。“2015年,我将我们的第一个冷凝器单位放在加州大学,伯克利,实验室,”他解释说。“那台机器再也没有回来;他们非常喜欢,于是就买了下来。”

在传统的旋转瓦皮冷却器中,制冷剂用于冷却水防冻混合物,泵送到旋转伏特冷凝器的玻璃线圈。Addabeng的主要提前 - 现在构成了所有Ecodyst在Rotovap领域的创新 - 不仅要结合冷水机组和冷凝器,而且还要完全重新评估用于制造冷凝器线圈的材料。

每个人都认为玻璃是唯一能在旋转蒸发中使用的耐化学腐蚀的材料。没有人想过制造金属线圈,然后在上面涂上一层耐化学的聚氟聚合物。

Ecodyst乔治·邻居,联合创始人兼首席执行官

富氟聚合物(如特氟隆)中强大的碳氟键也足以抵抗化学攻击。

冷凝器的保护聚合物涂层已经被证明是坚固的。“我们现在已经有近5年的工业部队,他们没有腐蚀的问题,”他说。“我认为我们已经建立,这是玻璃更好的选择。”

大麻产业正在推动向固定烧瓶旋转蒸汽的过渡,这种蒸汽比传统的旋转烧瓶设计具有更高的容量。

大麻产业正在推动向固定烧瓶旋转蒸汽的过渡,这种蒸汽比传统的旋转烧瓶设计具有更高的容量。

学术研究可持续发展

大多数大学现在优先考虑环境的可持续性,围绕大学实验室空间的可持续性的讨论始于2005年左右,当时大学开始跟踪和记录他们的温室气体排放。

“当那些第一次温室气体库存发表时,研究实验室的足迹是一个震惊,”亚特兰大实验室可持续发展顾问艾伦·多伊尔指出,直到2018年,他还是加州大学戴维斯分校(University of California, Davis)绿色实验室项目经理。“一所主要研究型大学的实验室空间通常占大学面积的25-30%,但占能源预算的60-70%。”他指出。

在实验室的总能源消耗中,插在插座上的设备的用电量往往是一个重要因素,

任何涉及加热的东西都是最大的能源消耗者,然后是冷冻,然后是真空泵。实验室中的电动机是一个小幅的绘图。

Allen Doyle,实验室可持续发展顾问,亚特兰大

以及对电力消费的直接影响,家电往往在使用过程中升温,这可能将额外的紧张建设空间冷却气流受到不充分。越电能的装置的用途,越加热它会辐射到室内。

由于科学家们在白天只是断断续续地使用旋涡,因此该仪器对实验室能耗的影响可能很小。然而,当Ramirez-Aguilar在整个大学的旋转蒸发设备上安装电表时,结果令人惊讶。2020欧洲杯下注官网

“我们在罗瓦瓦上使用了两个冷却器,”Ramirez- Aguilar说。这些冷却器中使用8.9千瓦小时/天和9.6千瓦小时/天。这是大约三分之一的美国普通家庭的日常用电的。“这不是能少量”她强调。

冷却器使用了这么大的电力,因为他们一直落在跑步。“科学家们发现,为了达到他们需要的温度,他们必须把冷却器打开,”Ramirez- Aguilar说。绿色实验室安装了定时器,以便在夜间自动关闭冷却器,并在早上重新启动它们,但即使在没有积极使用rotovap的情况下,冷却器仍将运行几个小时。“如果能在几分钟内将温度降下来,那就太好了。”Ramirez-Aguilar说。值得庆幸的是,Ecodyst的1分钟冷却时间成功地解决了这个问题。

而不是使用冷水机组,在Sarpong的实验室,他的大部分研究小组的30名成员的冷却使用冷手指附件,这就需要干冰来运行他们的旋转蒸发器冷凝器。这种方法也有缺点,但是,由于Sarpong指出,“干冰价格通过屋顶升起,供应不完全可靠,特别是在干冰送货公司无法访问我们的建筑物时的假期和周末。”

无法运行旋转蒸发器在任何有机合成化学实验室大幅瓶颈,因为反应溶剂一贯的需求,以从一个合成步骤到下一个移动到被移除。

在这些情况下,自冷装置具有非常有利的潜力。Sarpong的团队成员使用Ecodyst独立的EcoChyll冷凝器,它可以连接到任何旋转蒸汽,而不是冰冷的手指连接和玻璃盘管冷凝器。根据萨普昂的说法,新的冷凝器已经被证明是实验室中很受欢迎的新设备,他说,“事实上,当你打开它后,它会很快冷却,这绝对是一种方便。”

一体化的罗维狗可以取代传统的台式罗瓦瓦圈。

一体化的罗维狗可以取代传统的台式罗瓦瓦圈。

大思考

研究实验室可能对行业实验室不同的需求,但rotovaps是在这两个设置同样常见。新生的大麻行业具有用于有效提取一个不同的需要,在使用溶剂萃取,以从植物材料中分离的生物活性化合物,使用rotovaps以获得纯化的油之前大麻处理器。

人们建立小型大麻提取设备发现有处理干冰或消耗大量的水体积寒意传统的旋转蒸发仪是财务上不可行。然而,随着大麻产业的不断发展壮大,标准旋转蒸发器系统实际上是扩大业务时成为瓶颈。

许多工业和学术界的化学家在放大反应时都遇到过问题,他们发现他们必须蒸发掉相当大体积的溶剂,而不是他们设计的旋转vapap所能容纳的。

自从Ecodyst推出了它的第一款产品Ecochyll冷凝器冷却器- 公司规模迅速扩大其范围提供的产品,专注于解决规模的这个缺点。“我们设计了冷却技术,非常可扩展,”毗邻说。到2017年,该公司推出了22,50,72和100 L系统。

在萨普昂的实验室进行的多步骤有机合成包括将起始材料通过合成的前几个步骤,并进行大规模反应,通常是100克或更多。欧洲杯足球竞彩在这类反应结束时,用台式旋转蒸汽蒸发掉溶剂通常是一个缓慢而低效的过程。此外,盛有溶剂的烧瓶的重量可能会危及旋转蒸发的玻璃碎片,导致泄漏。

对更大容量rotovaps的需求一直在迅速扩张的行业大麻格外引人注目。例如,Tikun奥兰是15年前推出大以色列药用大麻的公司,现在工作在澳大利亚和美国的子公司。

就像许多大麻公司一样,直到最近,Tikum Olam还在使用标准的工业规模的20升旋转蒸汽来蒸发用于从植物材料中提取大麻油的乙醇。

据Oded lah米什(Oded lah米什是该公司在以色列的湿法生产设备负责人,同时负责与生产相关的所有研发工作)说,这就形成了相当大的生产瓶颈,即使当他们的旋转蒸发装置一天24小时运行时也是如此。“我们意识到大麻行业需要更大的工业规模机器,”Adjabeng补充道。

除了将冷凝器和冷却器组合成单个单元的创新选择之外,在切换到金属冷凝器材料时,Ecodyst也是一种具有较大尺度机器的先驱。“我们意识到,没有必要旋转烧瓶”Adjabeng说。烧瓶坐垂直,并保持加热罩内静止的,而高速顶置式搅拌器被用于最小化碰撞。

烧瓶本身可以填充到容量,因为它是直立的,而传统的,20L罗维狗只能在中途填充,因为它使旋转烧瓶沿角度倾斜。

塔尔过程是一个收费的公司,依靠Ecodyst的大容量机成功转换的客户大麻植物生物质转化为大麻油。“由于我们做的非常大型的提取,一般为1000公斤/麻生物质的日子里,我们需要最大的解决方案可用,”塔尔化学系的项目经理杰森·卢波伊说。

与此同时,北卡罗来纳州大麻提取公司创新农业产品提取实验室经理帕特里克·希利表示,他的公司正在朝着同一个方向前进。希利可以将完整的提取批次放入每台72 L Ecodyst机器中,他说,由于其集成设计,这台机器拥有相对紧凑的占地面积。“它们在我们的建筑物内适合,没有大量建筑修改或钻孔的墙壁,用于冷却器和加热器。”

在大麻加工过程中,去除乙醇以分离提取油通常是最大的瓶颈。“这不仅仅是蒸发,而且卸下了一端机器的产品,”这减慢了这个过程,希利说。生大麻油的稠度类似于粘稠的糖蜜,所以从系统中去除这种油通常是一个混乱和耗时的过程,导致不必要的机器停机。

Ecodyst的大型装置在烧瓶底部装有阀门,以加快这一过程。“通过这些较大的模型,我们可以将[油]排出底部,”避开解释。Ecodyst与创新的Agriproducts团队密切合作,以优化机器设计的许多方面,包括该阀门。

Tikun Olam表示,它的50 L Ecodyst机已经支付了股息。ECODYST机器而不是3-4 L / H蒸发速率,而是由20L标准旋转罗维图提供的,而是有效地去除9-12 L / h。“在我们的协议中,它将4天的过程缩短至1.5天,”Lahmish说。

该系统还提供能源节省,与Ecodyst100升机消耗10千瓦的力量。这与传统的20L罗维图相同的电源消耗,但Ecodyst的机器具有10倍由于20L rotovap上的倾斜烧瓶定位引起的容量。

Ecodyst的大型机器已经引起了其他化学相关行业研究人员的关注,将阿贾本带回到了他之前工作的制药行业。

“我们最近为一家制药公司安装了一台100升的机器,”他指出了。此前,在使用大量溶剂的情况下,Pharma公司的科学家将在四个20 L罗瓦瓦圈之间分开这一点。“然后他们会等待和等待”Adjabeng补充道。“在传统的20L机器上,对于乙酸乙酯的溶剂,如果它们幸运,它们就会去除10升10升。在我们的系统中,他们每小时获得50升。“

有两个关键因素导致了这种速度的提高,Adjabeng说。Ecodyst的高效金属冷凝器直接充入制冷剂,研究人员能够增加样品上的热量,以更快地蒸发溶剂蒸汽,而不会有冷凝器过热的风险。

Ecodyst的固定系统特别适用于液体产品,因为它们包括底部的排水阀,设计用于在工艺完成后收集产品。该系统还可以适应固体产品。

为方便的产品隔离,化学家可能更愿意采用100升机器迅速减少溶剂体积下降到一个可管理的10升切换到常规旋转蒸发来完成任务之前。

这种新一代rotovaps的环境和生产效益继续当他们在规模来生长。然而大他们,rotovaps仍然选择省力的电子设备大部分替补化学家。

这些信息已经从Ecodyst提供的材料中获得、审查和改编。欧洲杯足球竞彩

对于这个源的更多信息,请访问:Ecodyst。

引用

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    Ecodyst。(2020年9月29日)。旋转蒸发器:一种创新的设计方法。AZoM。于2021年8月23日从//www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=19677检索。

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    Ecodyst。旋转蒸发器:一种创新的设计方法。AZoM.2021年8月23日。< //www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=19677 >。

  • 芝加哥

    Ecodyst。旋转蒸发器:一种创新的设计方法。AZoM。//www.wireless-io.com/article.aspx?articled=19677。(访问了2021年8月23日)。

  • 哈佛

    Ecodyst。2020。旋转蒸发器:其设计的创新方法.viewed september 21, //www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=19677。

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