procesos cataliticos quimica_verde
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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.
