Jaromír Literák. Zelená chemie Zelená chemie a chemické technologie

Podobné dokumenty
10. Chemické reaktory

Autokláv reaktor pro promíchávané vícefázové reakce

Bezpečnost chemických výrob N111001

Bezpečnost chemických výrob N Petr Zámostný místnost: A-72a tel.:

Třífázové trubkové reaktory se zkrápěným ložem katalyzátoru. Předmět: Vícefázové reaktory Jméno: Veronika Sedláková

Vícefázové reaktory. MÍCHÁNÍ ve vsádkových reaktorech

Reaktory pro systém plyn kapalina

Vícefázové reaktory. Probublávaný reaktor plyn kapalina katalyzátor. Zuzana Tomešová

METODY ČIŠTĚNÍ ORGANICKÝCH LÁTEK

Reaktory pro systém plyn-kapalina

Zplyňování biomasy. Sesuvný generátor. Autotermní zplyňování Autotermní a alotermní zplyňování

Základy chemických technologií

Třífázové trubkové reaktory se zkrápěným ložem katalyzátoru. Roman Snop

Destilace

Míchání a homogenizace směsí Míchání je hydrodynamický proces, při kterém je různými způsoby vyvoláván vzájemný pohyb částic míchaného materiálu.

4.Mísení, míchání MÍCHÁNÍ

Průtokové metody (Kontinuální měření v proudu kapaliny)

SPE je metoda vhodná pro rychlou přípravu vzorků, která užívá

Při směšování kapalin s většinou změní jejich výsledný objem; tzn. výsledný objem není součtem výchozích objemů obou kapalin, ale je menší.

Směsi a čisté látky, metody dělení

Výzkum vlivu přenosových jevů na chování reaktoru se zkrápěným ložem katalyzátoru. Petr Svačina

LABORATOŘ OBORU I. Testování katalyzátorů pro přípravu prekurzorů vonných látek. Umístění práce:

Selektivní dvoufázová hydrogenace kyseliny sorbové. Radka Malá

9. Chemické reakce Kinetika

DOKUMENTACE K PILOTNÍ JEDNOTCE SONOLÝZY OZONU

PRŮMYSLOVÉ PROCESY. Přenos tepla II Odparky a krystalizátory

Osnova pro předmět Fyzikální chemie II magisterský kurz

Nauka o materiálu. Přednáška č.10 Difuze v tuhých látkách, fáze a fázové přeměny

Biologické čištění odpadních vod - anaerobní procesy

Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel února 2013

ENERGIE Z ODPADNÍCH VOD

zpracování těžkých frakcí na motorová paliva (mazut i vakuový zbytek)

CHEMICKÉ TECHNOLOGIE PRO PROCESNÍ INŽENÝRSTVÍ N VÝROBA MTBE

Metody separace. přírodních látek

Tavení skel proces na míru?

5.4 Adiabatický děj Polytropický děj Porovnání dějů Základy tepelných cyklů První zákon termodynamiky pro cykly 42 6.

Vodík jako alternativní ekologické palivo. palivové články a vodíkové hospodářství

Optimalizace procesu přípravy elektrolytu pro vanadovou redoxní průtočnou baterii

Bezpečnostní inženýrství - Chemické procesy -

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

TVORBA UHLÍKATÝCH PRODUKTŮ PŘI I PYROLÝZE UHLOVODÍKŮ

Bezpečnost chemických výrob N111001

Přednáška 6. Vývěvy s pracovní komorou: pístové, s valivým pístem, olejové a suché rotační vývěvy, šroubové vývěvy.

5. PRŮTOČNÉ HOMOGENNÍ REAKTORY

Volba vhodného typu mísiče může být ovlivněna následujícími podmínkami

Intenzifikace, bezpečné řízení a provozování průmyslových zkrápěných reaktorů

2.4 Stavové chování směsí plynů Ideální směs Ideální směs reálných plynů Stavové rovnice pro plynné směsi

pevná látka tekutina (kapalina, plyn) (skripta str )

Energie v chemických reakcích

VÝUKOVÝ MODUL MEMBRÁNOVÝCH PROCESŮ TÉMATA PŘEDNÁŠEK

1/6. 2. Stavová rovnice, plynová konstanta, Avogadrův zákon, kilomol plynu

Využití faktorového plánování v oblasti chemických specialit

Recyklace energie. Jan Bartáček. Ústav technologie vody a prostředí

PLYNOVÁ CHROMATOGRAFIE (GC)

Separační metody Historie: Rozvoj separačních metod od minulého století Postavení separačních metod v rámci analytické chemie Význam chromatografie a

TECHNOLOGICKÉ PROCESY A APARÁTY


ZÁKLADNÍ MODELY TOKU PORÉZNÍ MEMBRÁNOU

Heterogenně katalyzovaná hydrogenace při syntéze léčiv

Separační procesy Separační procesy. Dělení heterogenních směsí

FIDI - RECYKLACE ROZPOUŠTĚDEL

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

Technický list. Vakuová destilace pro úpravu odpadních vod. Snadná úprava odpadních vod!

UČIVO. Termodynamická teplota. První termodynamický zákon Přenos vnitřní energie

Fentonova oxidace ve zkrápěném reaktoru za kontinuálního a periodického nástřiku

VYUŽITÍ AKTIVÁTORŮ ABSORPCE MIKROVLNNÉHO ZÁŘENÍ PŘI TERMICKÉ DESORPCI

Možnosti úspory energie

Monika Fialová VAKUOVÁ FYZIKA II. ZÍSKÁVÁNÍ NÍZKÝCH TLAKŮ

Lis na shrabky INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Teorie transportu plynů a par polymerními membránami. Doc. Ing. Milan Šípek, CSc. Ústav fyzikální chemie VŠCHT Praha

Výměna tepla může probíhat vedením (kondukcí), prouděním (konvekcí) nebo sáláním (zářením).

NEGATIVNÍ PŮSOBENÍ PROVOZU AUTOMOBILOVÝCH PSM NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

MODELOVÁNÍ MIGRAČNÍCH SCHOPNOSTÍ ŽELEZNÝCH NANOČÁSTIC A OVĚŘENÍ MODELU PŘI PILOTNÍ APLIKACI

Fyzikální chemie. ochrana životního prostředí analytická chemie chemická technologie denní. Platnost: od do

Hydrogenace sorbového. alkoholu pomocí toru. tická. Školitel: Ing. Eliška. Leitmannová

FIDI recyklace rozpouštědel

Jaromír Literák. Zelená chemie Problematika odpadů, recyklace

TLAKOVÉ MEMBRÁNOVÉ PROCESY A JEJICH VYUŽITÍ V OBLASTI LIKVIDACE ODPADNÍCH VOD

VÝUKOVÝ MODUL MEMBRÁNOVÝCH PROCESŮ SYLABY PŘEDNÁŠEK TRANSPORT LÁTEK MEMBRÁNAMI MEMBRÁNOVÉ MATERIÁLY

6.Úprava a čistění vod pro průmyslové a speciální účely

MÍCHÁNÍ V KAPALNÉM PROSTŘEDÍ

Omezování plynných emisí. Ochrana ovzduší ZS 2012/2013

Úvod do koroze. (kapitola, která bude společná všem korozním laboratorním pracím a kterou studenti musí znát bez ohledu na to, jakou práci dělají)

RUŠENÁ KRYSTALIZACE A SUBLIMACE

Směsi, roztoky. Disperzní soustavy, roztoky, koncentrace

Popis tematických okruhů

Denitrifikace vod s vysokým obsahem solí pomocí biotechnologie Lentikats

Superkritická fluidní extrakce (SFE) Superkritická fluidní extrakce

FYZIKÁLNÍ CHEMIE I: 1. ČÁST KCH/P401

Inovace výuky prostřednictvím šablon pro SŠ

Vliv reakčních podmínek na syntézu N - alkylbenzamidů v přítomnosti mikrovln

Termodynamika (td.) se obecně zabývá vzájemnými vztahy a přeměnami různých druhů

Problematika využití mikrovlnného ohřevu v sanačních technologiích Ing. Jiří Kroužek

HOŘENÍ A VÝBUCH. Ing. Hana Věžníková, Ph. D.

Sekce: Matematické modelování v chemickém inženýrství

AV EQUEN s.r.o. Vídeňská 117/113a, Brno tel více než čekáte

PVC-O, charakteristiky a výhody

Hydrodynamické mechanismy

Vzdělávací obsah vyučovacího předmětu

Transkript:

Zelená chemie Zelená chemie a chemické technologie

Chemické technologie Vývoj nového procesu začíná v chemické laboratoři. Provedení reakcí se často liší v laboratorním a v průmyslovém měřítku. Přechod do větších měřítek není lineární proces a má svá určitá specifika. Laboratorní experimenty jsou především zdrojem informací nezávislých na velikosti: Kinetika chemické reakce Termodynamické charakteristiky reakce Fyzikální vlastnosti látek Data o fázových rovnováhách

Specifika zvětšování měřítka Přechod do větších měřítek ( scaling-up ) má některá specifika: Zpomalení přenosu látky. Míchání makroskopické a míchání na molekulární úrovni, které je klíčové např. u: Krystalizace (rychlost růstu krystalů) Reakcí citlivých na změnu stechiometrických poměrů a teplotu Heterogenní reakce, oddělení fází Míchání se může stát faktorem limitujícím rychlost reakce v případě rychlých reakcí! Heterogenní katalýza celková rychlost přeměny látky v reaktoru (a selektivita) může být limitována: rychlostí samotné chemické reakce. Zlepšení přinese pouze nový typ katalyzátoru. rychlostí difúze látek k povrchu katalyzátoru. Zlepšení přinese katalyzátor s lepšími fyzikálními vlastnostmi (tvar, aktivní povrch, velikost pórů) a zrychlení průtoku směsi kolem katalyzátoru.

Specifika zvětšování měřítka Zpomalení přenosu tepla (zmenší se plocha pro přenos tepla 1l baňka 5 10 2 m 2, 10m 3 reaktor 20 m 2 25 menší povrch na jednotku objemu). Možnost lokálního přehřátí, vznik lokálních horkých míst. Vícefázové systémy, které jsou časté: Krystalizace Reakce s plyny Fázové rovnováhy s vodou Přítomnost nečistot, často jsou v laboratoři používány chemikálie čistější než ve výrobě, nebo chemikálie pocházející z jedné šarže, jejichž složení se na rozdíl od výroby nemění. Zacházení s (problematickými) látkami je snazší v malém měřítku

Specifika zvětšování měřítka Řešení spočívá v intenzifikaci chemické výroby, případně ve znásobení počtu malých reaktoru nísto zvětšování jejich velikosti.

Zelená chemie a vývoj technologie bdobí Popis 1960 1970 Návrhy nových prosesů se zabývají pouze chemickou reakcí a dělením směsi 1970 1980 Zahrnutí navíc přenosu tepla a energie 1980 1990 Přístup end-of-pipe, začínají snahy o prevenci znečištění a vzniku odpadů 21. století Dále rozvinutí otázek přenosu tepla, úspornosti, prevence znečištění, uvažování o celém životním cyklu výrobku

ptimalizace procesů Rychlost a pořadí přidávání látek do reakční směsi má velký dopad na rychlost reakce a výsledek (výtěžek a selektivitu) a její říditelnost. Cílem je dosáhnout optimálního kinetického řízení reakce Důležité ve vícefázových systémech Musí být spojeno se známou rychlostí míchání reakční směsi Míchání reakční směsi může omezovat celkovou rychlost reakce Heteogenní komponenty by měly být rovnoměrně rozptýleny ve směsi Nemělo by vést ke vzniku emulzí Intenzita míchání by měla zaručit optimální růst krystalů při krystalizaci

Návrh inherentně bezpečných procesů Cesty k inherentně bezpečným procesům: Škodlivá látka, kterou nemám, nemůže uniknout Minimalizace: minimalizovat množství nebezpečných látek, jejichž použití se nelze vyhnout (CCl 2, HCN). Výroba in situ těsně před použitím. Bhopal, 1984: CH 3NH 2 + Cl Cl H 3C N C + 2 HCl H CH 3 N H + H 3C N C V zásobníku o obsahu 42 tun methylisokyanátu došlo k reakci: H 3C N C + H 2 CH 3NH 2 + C 2

Návrh inherentně bezpečných procesů Dnes: H Cl + Cl Cl + HCl Cl CH 3 N + CH 3NH 2 H + HCl Bezpečné vedení procesu: stlačené plyny (Cl 2, NH 3 ) při porušení nádoby rychle unikají do okolí, skladováním chlazeného kapalného plynu za atmosferického tlaku omezíme rychlost úniku. Provádění reakce v několika menších paralelních reaktorech omezí velikost úniku při havárii ve srovnání s jedním velkým reaktorem.

Návrh inherentně bezpečných procesů Zjednodušení: omezením počtu spojů, přírub, potrubí, ventilů, vývodů, které mohou potenciálně selhat, omezím riziko havárie. mezení přebytečných látek (rozpouštědel usnadňujících chlazení), se kterými je potřeba manipulovat. Náhrada škodlivých látek méně škodlivými (např. CCl 2 lze nahradit C 2, C(R) 2 ). 2 RH RH R R C 2 R Cl RNH 2 Polykarbonáty R R N RH H Cl Cl R-NH 2 R N C Pesticidy Polyurethany

Perspektivní technologie Mikrovlnné reaktory rychlé zahřívání, bez rozpouštědel V současnosti i reaktory o objemu 42 l Elektrochemie vhodná pro oxidace a redukce Jednoduché provedení Rychlé rekce Jednoduchá zařízení Fotochemie radikálová chemie bez dalších činidel Syntézy na pevné fázi jednoduché provedení, separace a izolace, kombinatoriální postupy A A B A B C A B C + A B C

Intenzifikace chemických procesů Technologie a strategie směřující k omezení fyzické velikosti výrobní jednotky (zmenšení 100 1000 ). Jen asi 20 % ceny výrobní jednotky tvoří cena samotného chemického reaktoru, destilačních kolon atd. Zbytek tvoří cena dalšího doprovodného zařízení (potrubí, instrumentace), lidská práce. Původně motivována ekonomickými důvody, téměř vždy také vede k omezení negativních dopadů na životní prostředí. Intenzifikace je doprovázena zlepšením: transportu látek v reakční nádobě zlepšením přenosu tepla umožňuje dobře odhadnout optimální reakční dobu umožňuje snížit spotřebu rozpouštědel umožňuje dobře odhadnout optimální reakční dobu usnadňuje čištění

Intenzifikace chemických procesů Směry intenzifikace: Multifinkční a hybridní reaktory Hybridní separace Alternativní způsoby aktivace reakcí (MW, US, plazma) mezení mechanického pohybu zařízení Využití multifunkčních metod (reaktivní extrakce, reaktivní destilace) Využití odstředivé síly místo gravitace Míchadla brání vzniku koncentračních a teplotních gradientů, tím omezují možnost nežádoucího vývoje reakční směsi a vedlejších reakcí. Výhodná jsou míchadla bez potřeby mechanické energie. Míchání lze podpořit aplikací ultrazvuku.

Nové typy míchadel Statické míchadlo vnitřní prvky mohou být převodníkem tepla, jejich povrch může být modifikován katalyzátorem.

Nové typy míchadel Vírové míchadlo Y míchadlo

Základní typy chemických reaktorů Vsádkové přetržité fungování, produkce menších objemů. Průtočný míchaný reaktor díky průtoku docházi k ustálení stacionárního složení reakční směsi.

Základní typy chemických reaktorů Trubkový reaktor s pístovým tokem velkoobjemové výroby, často v plynné fázi. Docházi k ustálení stacionárního složení reakční směsi, koncentrace látek v místě se nemění, mění se ale se vzdáleností.

Mikroreaktory Reakce probíhá v mikrokanálcích o průměru řádově µm. V jednotlivých patrech mohou probíhat exothermní a endothermní reakce. Vhodné pro rychle probíhající reakce.

Reaktor s rotujícím diskem Rychlost otáčení 600 1.200 min 1. Film na povrchu rotujícího disku tloušťce 50 200 nm. Snadné míchání látek, přenos tepla, povrch může být modifikován katalyzátorem. Nevýhoda: menší kapacita, přítomnost mechanického pohybu.

Reaktor s rotujícím diskem Darzensova reakce: + R 1 R NC Cl 2 KH, THF BnEt 3NCl NC R 1 R 2 + NH 2 R 1 R 2 Parametr Vsádkový reaktor Reaktor s rotujícím reakce diskem Čas 0,5 2 h 1 s Teplota 0 C 20 C bsah nečistot 1,5 % 0,1 % Kompaktnost: reaktor má stejnou kapacitu jako reaktor 100 větší.

Reaktor s rotující tyčí Pohyb spojený s pohybem plochy rotoru. Vhodné pro viskózní směsi. Rychlé míchání na molekulární úrovni.

scilující průtokový reaktor scilace o frekvenci 0,5 15 Hz, amplituda 1 100 mm.

Reaktor s katalytickou membránou Příklad hybridního reaktoru rochází ke katalyzováné reakci a současně k separaci.

běhový reaktor Výroba nitroglycerinu H H H N 2 HN 3 2N N 2 Exotermní rakce, potřeba intenzivního chlazení. Velká reakční nádoba je potřeba jen kvůli pomalému průběhu reakce, který je výsledkem nedostatečné kontroly reakce. Nový reaktor umožňuje snížit množství produktu, který je v reaktoru až na 1 kg a snížit reakční dobu z 2 hodin na 2 minuty.

Separátor s rotujícím plněným ložem Síla spojená s rotací 1.000 g. Intenzivní styk kapalné a plynné fáze.

dstředivé extraktory kapalina-kapalina Vysoká kapacita. Rychlá extrakce vhodná pro nestabilní látky. Vhodná pro systému se sklonem k tvorbě emulzí.