Παρουσίαση/Προβολή

(CHEM293) -  Γεώργιος Παπαδογιαννάκης, Ανθούλα - Χρύσα Παπαγεωργίου

Περιγραφή Μαθήματος

Περιεχόμενο Μαθήματος

Βασικές έννοιες της Κατάλυσης: βασικοί τύποι καταλυτικών συστημάτων, καταλυτική δραστικότητα, εκλεκτικότητα/οικονομία ατόμων, χρόνος ζωής των καταλυτικών συστημάτων, φύση των ενεργών κέντρων των καταλυτών. Σύγκριση της ομογενούς με την ετερογενή κατάλυση και τη βιοκατάλυση. Βασικές έννοιες της Πράσινης - Βιώσιμης Χημείας. Οι 12 Αρχές της Πράσινης Χημείας. Ο συντελεστής περιβάλλοντος (E-factor). Πράσινες πρώτες ύλες, βιομηχανικές διεργασίες, αντιδράσεις, υποστρώματα, αντιδραστήρια, διαλύτες, συνθήκες αντίδρασης, χημικά προϊόντα και υλικά. Υπολογισμός της οικονομίας ατόμων σε καταλυτικές βιομηχανικές διεργασίες για την παραγωγή χημικών ενώσεων μεγάλης κλίμακας παραγωγής, χημικών ενώσεων υψηλής προστιθέμενης αξίας και φαρμακευτικών υλών όπως και η σύγκρισή τους με τις αντίστοιχες στοιχειομετρικές βιομηχανικές διεργασίες. Σχεδιασμός πράσινων καταλυτικών αντιδράσεων με υψηλή ενεργειακή αποτελεσματικότητα. Μηχανισμοί ομογενών καταλυτικών διεργασιών και θεωρητικές μελέτες επιβεβαίωσης μηχανισμών. Μηχανισμοί ετερογενών καταλυτικών διεργασιών. Βασικές χημικές βιομηχανικές καταλυτικές διεργασίες (Unit Processes). Διεργασίες διυλιστηρίων πετρελαίου: καταλυτική διάσπαση, υδρογονοεπεξεργασία, διεργασία Merox, υδρογονοδιάσπαση, αναμόρφωση, αλκυλίωση, ισομερείωση, ανάκτηση στοιχειακού θείου (διεργασία Claus) κ.λπ. Παραγωγή εναλλακτικών καυσίμων από μη-ανανεώσιμες πρώτες ύλες: παραγωγή βενζίνης από μεθανόλη με την πορεία MTG και από αέριο σύνθεσης με την πορεία Fischer-Tropsch. Βιομηχανικές διεργασίες παραγωγής χημικών προϊόντων που βασίζονται στη δράση ετερογενών καταλυτικών συστημάτων: αφυδρογόνωση αιθυλοβενζολίου προς στυρένιο, υδρογόνωση αζώτου προς αμμωνία, σύνθεση μεθανόλης, εποξείδωση αιθυλενίου προς αιθυλενοξείδιο, οξείδωση αιθυλενίου προς ακεταλδεῢδη (διεργασία Wacker) κ.λπ. Βιομηχανικές διεργασίες παραγωγής χημικών προϊόντων με ομογενή καταλυτικά συστήματα: υδροφορμυλίωση ολεφινών (διεργασίες Shell, LPO, RCH/RP), καρβονυλίωση μεθανόλης προς οξικό οξύ (διεργασίες Monsanto, Cativa), υδροκαρβοξυλίωση ολεφινών κ.λπ. Ασύμμετρη κατάλυση: εναντιοεκλεκτική υδρογόνωση προχειρόμορφων ολεφινών για τη βιομηχανική παραγωγή του L-dopa (διεργασία Monsanto) και εναντιοεκλεκτική ισομερείωση για την παραγωγή L-μενθόλης (διεργασία Takasago). Πράσινη διεργασία Boots-Hoechst Celanese για την παραγωγή του μη-στεροειδούς, αντιφλεγμονώδους φαρμάκου (ΜΣΑΦ) ιβουπροφαίνη. Εφαρμογές ενζύμων στη βιομηχανική κλίμακα παραγωγής (white biotechnology): ενζυματική καταλυτική υδρόλυση αμύλου προς γλυκόζη και ισομερείωση γλυκόζης προς φρουκτόζη. Βιοδιυλιστήρια: παραγωγή βιοντίζελ 1ης γενιάς με τη διεργασία της μετεστεροποίησης και βιοντίζελ 2ης γενιάς με την υδρογονοεπεξεργασία ανανεώσιμων φυτικών ελαίων. Καταλυτικές μετατροπές ανανεώσιμων υδατανθράκων για την παραγωγή βιοκαυσίμων προηγμένης τεχνολογίας, βιο-βασιζόμενων εναλλακτικών χημικών προϊόντων και νέων βιο-υλικών. Βιοκαύσιμα και χημικά προϊόντα drop-in. Τριοδικοί καταλυτικοί μετατροπείς (Three Way Catalysts, TWCs), 1ης έως και 4ης γενιάς, των αυτοκινήτων με βενζινοκινητήρα (Otto engine). Εκλεκτική καταλυτική αναγωγή (Selective Catalytic Reduction, SCR) για τη μετατροπή των εκπομπών NOx από οχήματα με πετρελαιοκινητήρα (Diesel engine), από βιομηχανικές μονάδες και συγκροτήματα παραγωγής ενέργειας.

 

Course content

Basic concepts of Catalysis: main types of catalytic systems, catalytic activity, selectivity/atom economy, lifetime of catalysts, active catalytic sites. Comparison of Homogeneous Catalysis with Heterogeneous Catalysis and Biocatalysis. Basic concepts of Green - Sustainable Chemistry. The 12 Principles of Green Chemistry. The Environmental-factor (E-factor). Green raw materials, industrial processes, reactions, starting materials, reagents, solvents, reaction conditions, chemicals, and materials. Calculation of the atom economy in catalytic industrial processes to produce bulk chemicals, high value-added fine chemicals and pharmaceuticals and their comparison with the corresponding stoichiometric industrial processes. Design of green catalytic reactions with high energy efficiency. Mechanisms of homogeneous catalytic processes proved by experimental and theoretical studies. Mechanisms of heterogeneously catalyzed processes. Unit processes. Oil refinery processes: catalytic cracking, hydrotreating, Merox process, hydrocracking, catalytic reforming, alkylation, isomerization, elemental sulfur recovery (Claus process) etc. Manufacture of alternative fuels from non-renewable raw materials: production of gasoline from methanol by the MTG process and from synthesis gas by the route of the Fischer-Tropsch process. Industrial applications of heterogeneous catalysis: dehydrogenation of ethylbenzene to styrene process, hydrogenation of nitrogen to ammonia, synthesis of methanol, ethylene epoxidation to ethylene oxide, ethylene oxidation to acetaldehyde (Wacker process) etc. Applied industrial homogeneous catalysis: hydroformylation of olefins (Shell, LPO, RCH/RP processes), carbonylation of methanol to acetic acid (Monsanto, Cativa processes), hydrocarboxylation of olefins etc. Asymmetric catalysis: enantioselective hydrogenation of prochiral olefins for the industrial production of L-dopa (Monsanto process) and enantioselective isomerization for the manufacture of L-menthol (Takasago process). The Boots-Hoechst Celanese green process to produce the non-steroidal anti- inflammatory drug ibuprofen. White biotechnology: enzymatic catalytic hydrolysis of starch to glucose and enzymatic isomerization of glucose to fructose. Biorefineries: production of biodiesel 1st generation by transesterification reactions and of biodiesel 2nd generation by the hydrotreating route from renewable vegetable oils. Catalytic conversions of renewable carbohydrates to manufacture advanced biofuels, bio-based alternative chemicals, and new biomaterials. Drop-in biofuels and chemical products. Automotive ThreeWay Catalysts, (TWCs), first up to fourth generation, for Otto engines. Selective Catalytic Reduction (SCR) for the NOx emissions control from vehicles with Diesel engines, from industrial units and energy production plants.

Ημερομηνία δημιουργίας

Πέμπτη 19 Νοεμβρίου 2020