SIMULADORES DE PROCESOS QUÍMICOS. Curso Código Tipo Curso. académico Optativa 5º 4.5 (3.5+1) Cuatrimestral

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1 Programa asignatura SIMULADORES DE PROCESOS QUÍMICOS Titulación. Especialidad INGENIERO QUÍMICO Créditos Curso Código Tipo Curso Anual/Cuatrim. (Prácticos+Teóricos) académico Optativa 5º 4.5 (3.5+1) Cuatrimestral EQUIPO DOCENTE Jose Luis Valverde Palomino. Catedrático de Universidad. (Profesor Responsable de la Asignatura) María Luz Sánchez Silva. Profesora Contratado Doctor. PÁGINA WEB EN LA QUE SE INCLUYE EL MATERIAL DEL CURSO OBJETIVOS Los objetivos específicos que se pretenden alcanzar con el programa que se propone son básicamente cuatro: TEMARIO Introducir al alumno en el manejo de ASPEN como simulador comercial. Iniciar al alumno en el empleo del simulador ASPEN en la simulación de operaciones básicas de fluidos, calor y transferencia de materia y en el cálculo de reactores. Simulación de procesos químicos conocidos con ASPEN y HYSYS y comparación de resultados. Introducir al alumno en los conceptos básicos del diseño conceptual de procesos químicos. 1. La simulación en el desarrollo y optimización de procesos químicos. Introducción. Ejemplo: producción de amoniaco. Consideraciones generales. El modelo termodinámico en la simulación de procesos químicos.

2 UNIDAD TEMÁTICA 1: LA SIMULACIÓN CON ASPEN 2. Introducción al manejo de ASPEN. Generalidades. Caso práctico de manejo del simulador ASPEN. Ejemplos. 3. Simulación de operaciones unitarias. Introducción. Mezcladores y divisores de corrientes. Elementos impulsores de fluidos. Válvulas y tuberías. Equipos para el intercambio de calor. Separación y destilación súbita. Decantadores. Rectificación, extracción líquido-líquido y absorción. Ejemplos. 4. Simulación avanzada de operaciones de separación. El módulo RadFrac. La convergencia con el módulo RadFrac. Ejemplos. 5. Simulación de reactores químicos. Introducción. Tipos de reacciones químicas. Cinética de reacciones químicas. Tipos de reactores químicos. Reactor continuo de mezcla perfecta. Reactor continuo de flujo pistón. Reactor discontinuo de mezcla perfecta. Ejemplos. 6. Herramientas para el análisis de procesos químicos. Introducción. Análisis de corrientes. Equilibrios binarios. Curvas de residuo. Análisis de sensibilidad. Especificaciones de diseño. Ejemplos. 7. Convergencia en ASPEN. Problemática de la convergencia. Opciones, diagnósticos, tolerancia y estrategias. Matemáticas de la convergencia. Ejemplos. 8. La optimización con ASPEN. Introducción. Métodos Simplex, Complex y SQP. Ajuste de datos. Ejemplos. UNIDAD TEMÁTICA 2: DISEÑO CONCEPTUAL DE PROCESOS QUÍMICOS 9. Heurísticas para la síntesis de procesos químicos. Materias primas y reacciones químicas. Distribución de productos químicos. Separaciones. Aporte y eliminación de calor a reactores. Bombeo y compresión. 10. Diseño conceptual de la operación de rectificación. Secuencia de columnas de rectificación ordinaria. Ejemplos. 11. Conservación de energía y eficacia termodinámica de las operaciones de separación. Trabajo mínimo de separación. Consumo de trabajo neto y eficacia termodinámica. Reducción de los requerimientos de energía en rectificación. Ejemplos. 12. Integración de calor y potencia. Introducción. Minimización de los requerimientos energéticos. Emparejamiento de corrientes en el pinch. Número mínimo de cambiadores de calor. Temperatura de aproximación mínima. Superestructuras para minimizar el coste anual. Trenes de rectificación con sistema de integración del calor. Máquinas térmicas y bombas de calor. UNIDAD TEMÁTICA 3: LA SIMULACIÓN DE PROCESOS COMPLEJOS CON HYSYS Y ASPEN. COMPARACIÓN 13. Simulación de procesos complejos con HYSYS y ASPEN. Ejemplos de operaciones básicas. Ejemplos de operaciones complejas. RECURSOS DOCENTES NECESARIOS Para esta asignatura se requieren los siguientes recursos: Aula convencional dotada de cañón proyector y proyector de transparencia. Una parte importante de la información docente está dispuesta en ficheros Powerpoint. Aula informática con un mínimo de 25 ordenadores Programas de simulación de procesos químicos: HYSYS, DISTIL y ASPEN

3 BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Aspentech ASPEN PLUS Documentation, Aspen Technology, Inc., Cambridge, Seider, W.D.; Seader, J.D.; Lewin, D.R. Process Design Principles. Synthesis, Analysis and Evaluation, John Wiley & Sons, New York, BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA Biegler, L.T. ;Grossman, I.E. ; Westerberg, A.W. Systematic Methods of Chemical Process Design, Prentice Hall, New York, Douglas, J.M. Conceptual Design of Chemical Processes, McGraw-Hill, Boston, Hyprotech DISTIL 5.0. Documentation, Hyprotec Ltd., Calgary, Hyprotech HYSYS 2.4. Documentation, Hyprotec Ltd., Calgary, Martínez, V.H.; Alonso P.A.; López, J.; Salado, M.; Rocha, J.A. Simulación de Procesos en Ingeniería Química, Plaza y Valdés, México D.F., Turton, R.; Bailie, R.C.; Whiting, W.B. Analysis, Synthesis and Design of Chemical Processes, Prentice Hall, New York, METODOLOGÍA DOCENTE La metodología docente de esta asignatura se basa en las recomendaciones propuestas por el profesor Felder encaminadas a mejorar el proceso de enseñanzaaprendizaje; especialmente las dirigidas a promover el aprendizaje activo en clase, el uso del aprendizaje cooperativo a través de la elaboración conjunta de ejercicios por parte de grupos pequeños de alumnos y el planteamiento de exámenes que sean accesibles y desafiantes para los mismos. Una particularidad de esta asignatura es que está orientada a la resolución continua de casos prácticos como modo de entender los fundamentos de la simulación de procesos químicos. Como el alumno, llegado a este punto de la carrera, conoce con extensión el simulador de procesos HYSYS, la mayor del tiempo programado para esta asignatura se dedica al manejo del simulador ASPEN. Para facilitar el aprendizaje activo en la clase se ha dispuesto que todas las clases se impartan en el aula informática. Debido al bajo número de alumnos matriculados es posible, siempre que éste no supere los 30, asegurar que todos ellos dispondrá de ordenador con el que comprobar y desarrollar los casos prácticos que se proponen. Para facilitar la misma, a principio de curso se pone a disposición del alumno toda la información relativa a la organización del curso, las transparencias empleadas durante el mismo, la propuesta del proyecto de simulación que ha de realizar a lo largo del mismo y exámenes propuestos en cursos anteriores. Esta información se facilita en ficheros WORD y POWEPOINT a través de correo electrónico, página web personal ( o a través del CD que se entrega al alumno cuando formaliza la matrícula. Asimismo, el estudiante que así lo solicite puede disponer de toda esta información en formato papel. Además, tras la realización de un examen, el alumno recibe una copia detallada de las soluciones correctas.

4 Para fomentar el aprendizaje cooperativo los alumnos, organizados en grupos reducidos, ha de resolver, documentar y presentar oralmente un proyecto de simulación. El proyecto se asigna por sorteo y ha de ser desarrollado a lo largo del curso. ACTIVIDADES PREVISTAS Los proyectos a desarrollar por los alumnos se seleccionarán entre los que se relacionan en la siguiente lista: Destilación de aire con presencia de Argon Fabricación de ácido sulfúrico Proceso Clauss Separación criogénica de hidrógeno procedente del gas de craqueo Separación de compuestos C 2, C 3 y C 4 de gases de craqueo Separación de parafinas gaseosas por destilación a presión Separación de BTX Síntesis de butíndiol Síntesis de amoniaco Producción de ácido nítrico Producción de gas natural de uso industrial Obtención de trementina y aguarrás El o los mejores proyectos presentados podrían ser divulgado/s en revistas relacionadas con la temática de la Ingeniería Química. EVALUACIÓN Con objeto de evitar los problemas organizativos y formativos que se crean por la presencia de alumnos que no han superado asignaturas de cursos inferiores a quinto curso, se estimará conveniente la realización de un examen de conocimientos a todos aquellos alumnos que estén en esta situación y que será vinculante a la hora de superar esta la asignatura. La valoración que se haga de esta prueba dependerá del alumno. Para aquellos alumnos que hayan superado todas las asignaturas de los cuatro primeros cursos se propone la siguiente metodología de evaluación: Evaluación continuada. Para poder superar la asignatura el alumno ha de realizar una prueba parcial consistente en la resolución individual en el aula informática de un caso práctico (I) y un proyecto de simulación de una planta química formando parte de un grupo de estudiantes (cuyo número dependerá de la cantidad total de alumnos matriculados en la asignatura). Este proyecto será presentado y defendido oralmente por uno de los integrantes del grupo que será decidido a sorteo en el momento de la presentación (P). Cada una de las partes (I, P), una vez evaluadas, ha de superar la calificación de 5.0 sobre 10. En caso contrario el alumno, deberá acudir a los exámenes ordinarios o extraordinarios para aprobar la asignatura. La nota media se obtendrá a través de la siguiente operación: 0.7 I P. Se considera OBLIGATORIA la asistencia a las prácticas de simulación. Examen ordinario o extraordinario. En caso de que la evaluación continuada no fuera superada, el alumno podrá aprobar la asignatura en la convocatoria ordinaria o en la extraordinaria siempre que en el correspondiente examen realizado haya obtenido una nota superior a 5.0 sobre 10. Se considera OBLIGATORIA la asistencia a las prácticas de simulación y la realización del proyecto de simulación.

5 Normas para la evaluación del proyecto de simulación El grupo de alumnos, una vez sorteado el proyecto de simulación a realizar, deberá seguir la siguiente secuencia: a) Revisión bibliográfica b) Definición de objetivos (pureza, integración energética, etc.) c) Establecimiento de la base de cálculo (ha de ser lo más realista posible; vgr., producción anual) y del diagrama de flujo d) Simulación con al menos un simulador (preferiblemente ASPEN. Se valorará la comparación, si es posible, con el programa HYSYS y el empleo, si se dan las circunstancias adecuadas, de la aplicación DISTIL). Esta simulación ha de realizarse en función de los objetivos que se establezcan en el apartado b) e) Elaboración de un informe con un máximo de 12 páginas (formato, Times New Roman; tamaño, 12; espacio, 1.5), incluyendo portada e índice, que se configurará de acuerdo con los siguientes apartados: Introducción Teórica, Objetivos, Bases de Cálculo, Diagrama de Flujo y su Descripción, Resultados y Discusión, Conclusiones, Recomendaciones, Bibliografía). Las citas bibliográficas se realizarán de acuerdo a las normas que rigen las últimas publicaciones del Industrial and Engineering Chemistry Research. f) El informe se entregará cinco días lectivos antes de la defensa pública de los ejercicios. Los ficheros de ASPEN o HYSYS empleados en la ejecución del proyecto serán remitidos a la siguiente dirección electrónica: JoseLuis.Valverde@uclm.es, para su análisis y valoración. En caso de que esta entrega se retrasase, se procederá a una penalización de 0.5 puntos por día. g) La defensa del proyecto de simulación, fijada previamente por los alumnos, se realizará en un máximo de 15 minutos por alguno de los integrantes del grupo elegido al azar. h) En la evaluación del proyecto se tendrá en cuenta: la calidad del informe entregado (30%), la calidad de la presentación (40%) y la precisión de las contestaciones antes las preguntas que se realicen (en este caso contestadas por cualquier miembro del grupo) (30%). Se valorará de forma positiva cualquier pregunta efectuada por los otros grupos (podría suponer un incremento de un 10% en la nota final del proyecto). La no asistencia a la presentación implicará una penalización de 3 puntos en la evaluación media el proyecto. Las calificaciones de estas partes se asignarán de acuerdo con el siguiente criterio: E, 10; MB, 8.5; B, 7; R, 5; M, 3 y MM, 0. OBSERVACIONES En la tabla adjunta se muestra el cálculo de créditos ECTS para esta asignatura (12 CRÉDITOS). Horas de clase Horas de estudio Horas de estudio, Horas totales /hora de clase proyectos y exámenes Teóricos/Seminarios Prácticos (Aula Infor.) Total 97