procesos cataliticos quimica_verde

Recopilado y Diseñado por: Odalis Vásquez

QUÍMICA

Es la ciencia que estudia la composición,

la estructura, las propiedades, la

interacción con la energía y los cambios

que experimenta la materia durante las

reacciones químicas.

IMPACTO DE LA QUÍMICA

Modifica el estilo de vida: provee energía,

medicinas, materiales, alimentos…

Tiene mala imagen.

La industria química tradicional es

contaminante.

DESARROLLO SOSTENIBLE

•Una sociedad sostenible es aquella que

satisface sus necesidades sin sacrificar las

posibilidades de las generaciones futuras.

•El desarrollo sostenible debe ser un objetivo

estratégico de la sociedad.

•La química juega un papel fundamental para

tratar de alcanzar ese objetivo.

Ecología

Industrial

Ingeniería

verde

Química

verde

Energía

renovable

ENFOQUE PRÁCTICO

Desarrollo

sostenible

OBJETIVO

Análisis del ciclo

de vida del producto

Catálisis

Gerencia de

desechos

E-factor,

economía atómica.

Intensificación de

procesos

HERRAMIENTAS

HERRAMIENTAS

DE CONTROL

DESARROLLO SOSTENIBLE

OBJETIVOS DE LA QUÍMICA VERDE

Diseñar productos químicos y procesos que

generen y usen pocas (o ninguna) sustancias

peligrosas.

Prevenir no remediar (mitigar).

“Minimizar residuos”.

PRINCIPIOS DE LA QUÍMICA VERDE

•Prevenir los desechos en lugar de tratarlos.

•Diseñar procesos eficientes “atómicamente”.

•Escoger rutas sintéticas usando compuestos

no tóxicos mientras sea posible.

•Minimizar el uso de reactivos auxiliares y

disolventes.

•Diseñar procesos con requerimientos mínimos

de energía.

•Reemplazar reactivos “estequiométricos” por

ciclos catalíticos.

•Diseñar productos biodegradables.

•Desarrollar métodos de análisis y de control de

proceso en tiempo real y “en línea”.

•Diseñar procesos que disminuyan la

probabilidad de accidentes.

•Usar materias primas renovables.

•Evitar la derivatización innecesaria.

IMPULSORES DE LA QUÍMICA VERDE

QUÍMICA VERDE

Menos

materiales peligrosos

Grandes sanciones

por los desechos

Responsabilidad

legal del fabricante.

LEGISLACIÓN

Menor inversión

de capital

Menores

costos de operación

BENEFICIO ECONÓMICO

Control de la

contaminación

Plantas más

pequeñas y seguras

Mejorar

la imagen pública

Presión social

EL IMPACTO AMBIENTAL

Todos reclaman ser ambientalmente amigables.

¿Cómo comparar?

La ciencia se esfuerza por se objetiva.

La ciencia busca comparaciones numéricas.

Definiciones:

–Conversión: Expresa qué tanto de los

reactivos se transforma productos.

–Selectividad: Qué tanto de lo que se

transformó se convirtió en el producto de

interés.

–Rendimiento: Conversión x Selectividad.

FACTOR E Y ECONOMÍA ATÓMICA

(kg) Producto

(kg) DesechosE

reactivos los en átomos de Número

producto el en átomos de NúmeroEA

Sector industrial Producción

Ton/año

Factor E

Petroquímica 106 a 108 < 0,1

Química “bulk” 104 a 106 1 a 5

Química fina 102 a 104 5 a 50

Especialidades y

farmacéutica

10 a 103 20 a100

CATÁLISIS Y QUÍMICA VERDE

Un catalizador es una sustancia que facilita

que una reacción química posible suceda.

Los sistemas se dirigen hacia el equilibrio.

La catálisis tiene que ver con la ruta que un

sistema toma para llegar hacia ese punto de

equilibrio.

Los catalizadores no pueden cambiar la

posición del equilibrio.

¿QUÉ FUNCIÓN CUMPLE UN CATALIZADOR?

Acelera la reacciones químicas permitidas

Favorece la

selectividad.

LA IDEA DE LA CATÁLISIS

En el periodo comprendido entre 1835 y 1836, J. J.

Berzelius (1779–1848) expuso sus ideas en los

siguientes términos: Existe un “poder para producir

actividad química que pertenece por igual a la

naturaleza orgánica e inorgánica...”, que “yo lo llamaré

poder catalítico de las sustancias” mientras que “la

descomposición producida por este poder” se

denominará “catálisis”.

•Un catalizador no influye en el equilibrio de la

reacción y no puede hacer que una

transformación imposible, desde el punto de

vista termodinámico, ocurra.

•Existen varios tipos de catálisis:

•Catálisis homogénea

•Catálisis heterogénea

•Fotocatálisis (heterogénea, absorción de luz).

•Electrocatálisis

•Catálisis enzimática (enzimología, biocatálisis).

EXISTENCIA DEL FENÓMENO CATALÍTICO

Temperaturas: 78 a 1500 K

Presiones: 1x10–9 y 1000 bar

Fases: gaseosa o condensada

Rendimientos por sitio: entre 1x10–5 s–1 y 1x109 s–1.

En los procesos catalíticos heterogéneos, los

reaccionantes se adsorben sobre determinados

sitios del catalizador, denominados sitios

activos, para dar compuestos intermediarios

adsorbidos que luego se descomponen en

productos.

EL CICLO CATALÍTICO

Acción catalítica: secuencia de etapas elementales.

Actividad y selectividad: TOF.

Rendimiento: análisis microcinético.

Etapas del ciclo catalítico: difusión (reaccionantes),

adsorción, reacción, desorción, difusión (productos).

CATALIZADORES INDUSTRIALES

Hierro “fundido”: síntesis de amoniaco.

Zeolita USY: ruptura catalítica de hidrocarburos.

Zeolitas y tamices moleculares: catálisis ácida.

Gasa de platino: oxidación amoniaco a ácido nítrico.

Ni/kieselguhr: hidrogenación de aceites.

Metales nobles/Al2O3: hidrogenación olefinas.

Bi–Mo, Fe–Mo, perovskitas: oxidación selectiva.

COMPONENTES DE UN CATALIZADOR

Sustancia activa (elemental ó compuesta).

Metales de transición.

Cerámicas oxídicas: óxidos simples, óxidos mixtos.

Cerámicas no oxídicas: carburos, nitruros.

Cerámicas silíceas y no silíceas.

Polímeros y compósitos.

Soporte: cerámicas, polímeros (naturales, sintéticos).

Aditivos: promotores, rellenos, ligantes, matrices.

Los catalizadores comerciales son sustancias

robustas y complejas, con propiedades físicas y

químicas que dependen de diversas variables

(“unas desconocidas y otras ocultas”).

Son materiales cuya preparación si bien se guía

por unos principios orientadores, se continúan

haciendo con un alto contenido de empirismo y

en buena medida, a pesar numerosas

herramientas de diseño, por el “método

Edisoniano” del ensayo y error.