Sylabus
1. Úvod. Typy a důležité vlastnosti průmyslových katalyzátorů. Homogenní vs. heterogenní katalyzátor; aktivita a její charakteristiky (konverze, prostorová rychlost, prostoro-časový výtěžek, reakční rychlost, TOF, TON); selektivita, tvarová selektivita, uhlíková bilance; stabilita a životnost katalyzátoru. Průmyslové katalyzátory: zeolity, sulfidy, alumina, oxid titaničitý, silica
2. Reaktorové inženýrství. Východiska pro návrh reaktoru, klasifikace průmyslových reaktorů a volba typu reaktoru. Vsádkové vs. průtočné reaktory; reaktory s pístovým tokem vs. kontinuální promíchávané reaktory. Látková a tepelná balance. Kinetika a její popis. Volba reakčních podmínek.
3. Heterogenní katalyzátory - druhy a vlastnosti Složky katalyzátoru: aktivní faze, chemické a texturní promotory, nosiče; Dezaktivace katalyzátorů: tepelně indukovaná dezaktivace, sintrace, selektivní/neselektivní otrava, tvorba uhlíkatých úsad; regenerace katalyzátoru.
4. Hlavní velkotonážní heterogenně katalyzované procesy Krakování/hydrokrakování; výroba amoniaku; výroba kyseliny sírové; petrochemie aromatických uhlovodíků; FCC Význam zeolite
5. Petrochemie Katalytický reforming, Izomerace Alkylace/Transalkylace
6. Parní reforming: výroba vodíku a syntézního plynu; Reakce syntézního plynu: syntéza methanolu, Fischer–Tropschova syntéze; water-gas shift.
7. Syntéza anorganických sloučenin: syntéza amoniaku, syntéza kys. dusičné, syntéza kys. sírové – chemismus, popis procesů a návrh katalyzátoru. Dezaktivace katalyzátorů.
8. Chemické speciality Vitamíny, léčiva, vonné látky Syntéza speciálních chemikálií: druhy katalyzátorů a reakcí; procesy na bázi aromatické substituce: nitrace, halogenace aromátů; Friedel-Craftsovy reakce, Fisherova syntéza indolu; Přesmyky: Beckmanův, Friesův, benzaminový, pinacolinový, přesmyky terpenů; procesy založené na kondenzačních a redoxních reakcích.
9. Obnovitelné zdroje energie získané s využitím katalýzy: druhy biomasy, katalytická pyrolíza, základní chemikálie získávané z biomasy a jejich chemie; CO2 jako zdroj uhlíku
10. Katalýza v ochraně životního prostředí: automobilové katalyzátory: mechanismus a kinetika reakcí; trojcestný katalyzátor; systémy pro odstranění NOx a SOx; selektivní katalytická redukce; katalytické spalování stopových množství těkavých organických látek DeNOx DeSOx
11. Souvislosti mezi makroskopickými vlastnostmi a fungováním katalyzátoru. Charakterizace katalyzátoru; návrh katalyzátoru. Nosičové vs. nenosičové katalyzátory. Formování katalyzátorů (prášekové katalyzátory, peletování, granulace, extrudace, monolitické katalyzátory). Metody nanesení aktivní složky na nosič. Aktivní centra.
12. Homogenní katalyzátory – druhy a vlastnosti Homogenně katalyzované průmyslové procesy: hydroformylace, karbonylace methanolu, selektivní oxidace ethylenu ve Wackerově procesu, cross-couplingové reakce, polymerace olefinů s využitím metalocenů; asymetrická katalýza – komerční aplikace asymetrické hydrogenace, enantioselektivní izomerace a epoxidace.
13. Enzymy: biokatalýza v průmyslu Syntéza akrylamidu z akrylonitrilu, aspartamu pomocí enzymatické syntézy peptide a L-aminokyselin pomocí aminoacylasového procesu.
Anotace
Současný svět stojí na produktech chemického průmyslu, kde katalýza hraje naprosto zásadní roli. 85-90% průmyslových procesů využívá nějaký druh katalyzátoru. Kurs Praktické katalýzy si klade za cíl seznámit posluchače s využitím katalyzátorů ve velkotonážních průmyslových procesech. Kurs bude zameřen na popis a pochopení významu katalyzátorů ve zpracování ropy a zemního plynu, Fischer-Tropschově syntéze, syntéze amoniaku nebo petrochemii. Dále bude diskutováno využití katalyzátorů při syntéze chemických specialit (léčiva, vonné látky). Budou zmíněny také průmyslové procesy využívající enzymatické a homogenní katalyzátory v průmyslovém měřítku. Přednášky (průměrně 2 hodiny týdně) budou doplněny experimentálními úkoly (průměrně 1 hodina týdně).
Kurs předpokládá znalosti probírané v předmětu základy katalýzy a obecné znalosti z anorganické, organické a fyzikální chemie.