Zelená chemie Problematika zelenějších chemických technologií Jaromír Literák Jaromír Literák Zelená chemie – Problematika zelenějších chemických technologií Chemické technologie Vývoj nového procesu začíná v chemické laboratoři. Provedení chemických reakcí se často liší v malém laboratorním měřítku a v průmyslovém měřítku. S přechodem do větších měřítek jsou spojena některá specifika: Zpomalení přenosu tepla (zmenší se plocha pro přenos tepla – 1l baňka 5 × 10−2 m2 , 10m3 reaktor 20 m2 – 25 × menší povrch na jednotku objemu). Zpomalení přenosu látky, obtížnější míchání Možnost lokálního přehřátí, větší lokální fluktuace teploty Jaromír Literák Zelená chemie – Problematika zelenějších chemických technologií Chemické reaktory Vsádkové (produkce menších objemů). Průtokové reaktory (velkoobjemové výroby). Reaktory vhodnější pro rychlé exothermní reakce. Volba typu reaktoru závisí na reakční kinetice a reakčních podmínkách. Jaromír Literák Zelená chemie – Problematika zelenějších chemických technologií Návrh bezpečných procesů „Škodlivá látka, kterou nemám, nemůže uniknout Minimalizace: minimalizovat množství nebezpečných látek, jejichž použití se nelze vyhnout (COCl2, HCN). Výroba in situ těsně před použitím. Zjednodušení: omezením počtu spojů, přírub, potrubí, ventilů, vývodů, které mohou potenciálně selhat, omezím riziko havárie. Omezení přebytečných látek (rozpouštědel usnadňujících chlazení), se kterými je potřeba manipulovat. Náhrada škodlivých látek méně škodlivými (např. COCl2 lze nahradit CO2, CO(OR)2). Jaromír Literák Zelená chemie – Problematika zelenějších chemických technologií Návrh bezpečných procesů Bezpečnější vedení procesu: stlačený Cl2 při porušení nádoby rychle uniká do okolí, skladováním chlazeného kapalného Cl2 za atmosferického tlaku omezíme rychlost úniku. Provádění reakce v několika menších paralelních reaktorech omezí velikost úniku při havárii ve srovnání s jedním velkým reaktorem. Jaromír Literák Zelená chemie – Problematika zelenějších chemických technologií Intenzifikace chemických procesů Technologie a strategie směřující k omezení fyzické velikosti výrobní jednotky. 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. Směry intenzifikace: Zařízení: nové typy reaktorů Metody: využití multifunkčních metod (reaktivní extrakce), nové metody separace (membránové procesy), využití nových zdrojů energie (MW, US, plazma). Jaromír Literák Zelená chemie – Problematika zelenějších chemických technologií Nové typy chemických reaktorů Film na povrchu rotujícího disku: snadné míchání, přenos tepla, povrch může být modifikován katalyzátorem. Jaromír Literák Zelená chemie – Problematika zelenějších chemických technologií Nové typy chemických reaktorů Reaktor s katalytickou membránou Jaromír Literák Zelená chemie – Problematika zelenějších chemických technologií Nové typy chemických reaktorů Výroba nitroglycerinu Exotermní rakce, potřeba intenzivního chlazení. Ukazuje se, že velká reakční nádoba je potřeba jen kvůli pomalému průběhu reakce, který je výsledkem nedostatečného míchání směsi. Nový reaktor umožňuje snížit množství produktu, který je v reaktoru až na 1 kg a snížit reakční dobu z 2 hodin na 2 minuty. Jaromír Literák Zelená chemie – Problematika zelenějších chemických technologií