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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 1 PROGRAMA DE: LABORATORIO DE PROCESOS QUÍMICOS CODIGO 6218 H O R A S D E C L A S E P R O F E S O R R E S P O N S A B L E T E O R I C A S P R A C T I C A S Dr. Daniel R. Damiani Dra. Marta M.E. Duarte Por semana Por cuatrimestre Por semana Por cuatrimestre A S I G N A T U R A S C O R R E L A T I V A S Para Cursar A P R O B A D A S Procesos de Separación Laboratorio de Fenómenos de Transporte Reactores Químicos y Biológicos A P R O B A D A S Procesos de Separación Laboratorio de Fenómenos de Transporte Reactores Químicos y Biológicos DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS Para Rendir P R E C E D E N T E S C U R S A D A S C U R S A D A S La asignatura tiene por objetivo revisar y consolidar conceptos teóricos adquiridos en cursos previos mediante el diseño, implementación y realización de un proyecto a escala laboratorio y/o piloto, el análisis y discusión de resultados y la presentación del trabajo realizado en forma oral y escrita. Las tareas son realizadas por comisiones compuestas por 4-5 alumnos, bajo la supervisión permanente de los docentes. Algunos conceptos teóricos necesarios son recordados mediante clases específicas o material impreso. Las experiencias están dirigidas a mostrar la aplicación de conceptos fundamentales de procesos de separación, cinética homogénea y heterogénea, reactores químicos y dinámica y control en ingeniería química. También se presenta a los alumnos la técnica de análisis cromatográfico para la determinación de concentración en mezclas gaseosas, proporcionándose los conceptos fundamentales y una razonable práctica de laboratorio con instrumental actualizado. PROGRAMA SINTÉTICO Los alumnos deben desarrollar a lo largo del cuatrimestre un proyecto sobre un tema específico, que puede ser uno de los siguientes: 1. Flujo no ideal en reactores tubulares homogéneos y heterogéneos (lecho empacado y fluidizado). 2. Cinética heterogénea en fase gas, efectos térmicos y de transferencia de masa. Estudio de la reacción de combustión catalítica de etanol en reactor tubular en escala piloto y análisis por cromatografía gaseosa. 3. Bioreactor. Biodigestor para la producción de metano. 4. Proceso de adsorción. Remoción de arsénico en aguas para consumo humano, en sistema batch y en flujo. 5. Torre de adsorción. Secado de aire 6. Cinética heterogénea en fase líquida, en reactor tanque agitado discontinuo. Estudio de la

2 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 2 PROGRAMA DE: LABORATORIO DE PROCESOS QUÍMICOS CODIGO: Fotocatálisis heterogénea. Estudio en la degradación de colorantes. 8. Proceso de adsorción. Síntesis, caracterización y testeo de carbón activado. Remoción de colorantes. 9. Proceso de adsorción. Síntesis. Remoción flúor en aguas para consumo humano, en sistema batch y en flujo. 10. Cinética enzimática en fase líquida, en reactor tanque agitado discontinuo. Estudio de la 11. Transferencia de calor y masa. Operación de una torre rellena, de escala piloto, como torre de enfriamiento de agua. 12. Cinética heterogénea en fase gas, efectos térmicos y de transferencia de masa. Estudio de la reacción de combustión catalítica de etanol en reactor tubular en escala laboratorio y análisis por cromatografía gaseosa. 13. Dinámica de procesos. Aplicación a: llenado de tanque, la torre rellena para enfriamiento de agua/// Reactor TAC Hidrólisis de acetato de etilo con resinas comerciales PROGRAMA ANALÍTICO 1. Prácticas de seguridad en el laboratorio 2. Cromatografía gaseosa. Se introducen los conceptos teóricos esenciales, comenzando por explicar el proceso de separación que tiene lugar en una columna cromatográfica, y las variables más importantes que afectan la calidad de dicha separación. Los alumnos deben desarrollar a lo largo del cuatrimestre un proyecto sobre un tema específico, que puede ser uno de los siguientes: 1. Flujo no ideal en reactores tubulares homogéneos y heterogéneos (lecho empacado y fluidizado). Se aplica el método de estímulo-respuesta para lacaracterización del flujo de gases en modelos de reactor tubular de diferente geometría (diámetro-longitud) con y sin relleno. Se utiliza la inyección de trazadores en forma continua (función escalón) o discontinua (pulsos) y se determina la variación de la concentración en función del tiempo para distintos caudales y materiales de relleno. A partir de la información experimental se estima el tiempo medio, el volumen vacío de los reactores rellenos y las funciones de distribución de tiempos de residencia. Se utiliza el modelo de dispersión axial (soluciones analíticas y aproximaciones numéricas) para modelar la no idealidad de flujos caracterizados por micromezcla, obteniéndose el número de Peclet y a partir del mismo se determina el parámetro de dispersión axial. Como procedimiento alternativo para obtener estos parámetros se utilizan las correlaciones de Taylor-Aris (NPe vs. Re;Sc). 2. Cinética heterogénea en fase gas, efectos térmicos y de transferencia de masa. Estudio de la reacción de combustión catalítica de etanol en reactor tubular en escala piloto y análisis por cromatografía gaseosa. 3. Bioreactor. Biodigestor para la producción de metano. 4. Proceso de adsorción. Remoción de arsénico en aguas para consumo humano, en sistema batch y en flujo.

3 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 3 PROGRAMA DE: LABORATORIO DE PROCESOS QUÍMICOS CODIGO: Torre de adsorción. Secado de aire 6. Cinética heterogénea en fase líquida, en reactor tanque agitado discontinuo. Estudio de la 7. Fotocatálisis heterogénea. Estudio en la degradación de colorantes. 8. Proceso de adsorción. Síntesis, caracterización y testeo de carbón activado. Remoción de colorantes. 9. Proceso de adsorción. Síntesis. Remoción flúor en aguas para consumo humano, en sistema batch y en flujo. 10. Cinética enzimática en fase líquida, en reactor tanque agitado discontinuo. Estudio de la 11. Transferencia de calor y masa. Operación de una torre rellena, de escala piloto, como torre de enfriamiento de agua. Se opera una torre rellena con anillos Raschig (2 ) de escala piloto como torre de enfriamiento de agua. Las variables operativas principales objeto de medida y regulación son los caudales de aire (variación de velocidad del soplante; uso de Pitot-Venturi) y de agua (brida orificio), las temperaturas de entrada y salida de estos fluídos y la humedad de entrada y salida del aire. La corriente de agua es precalentada con un termotanque. Se efectúan mediciones en estado estacionario bajo distintas condiciones operativas. A partir de los datos experimentales y propiedades del aire húmedo que se obtienen de tablas o del diagrama psicrométrico se realizan balances de masa y energía. Los resultados se resumen en diagramas que muestran las líneas de operación y de equilibrio. 12. Cinética heterogénea en fase gas, efectos térmicos y de transferencia de masa. Estudio de la reacción de combustión catalítica de etanol en reactor tubular en escala laboratorio y análisis por cromatografía gaseosa. 13. Dinámica de procesos. Aplicación a: llenado de tanque, la torre rellena para enfriamiento de agua/// Reactor TAC Hidrólisis de acetato de etilo con resinas comerciales

4 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 4 PROGRAMA DE: LABORATORIO DE PROCESOS QUÍMICOS CODIGO: 6218 BIBLIOGRAFÍA Chemical Engineer s Handbook, R. H. Perry and Don W. Green Ed., Mc. Graw Hill, 7 th Edition, Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer, Welty, Wicks and Wilson, John Wiley & Sons, 3 rd Edition,1984. Flujo no ideal - Notas de la Cátedra Laboratorio de Ingeniería Química C. Process Systems Analysis and Control, Donald R. Coughanowr, Mc Graw Hill, 2 nd Edition, Chemical Process Control, G. Stephanopoulus, Prentice-Hall, Inc., 1 st Edition, A Ñ O P R O F E S O R R E S P O N S A B L E A Ñ O P R O F E S O R R E S P O N S A B L E (f i r m a a c l a r a d a) (f i r m a a c l a r a d a) M.Duarte- D. Damiani V I S A D O C O O R D I N A D O R A R E A S E C R E T A R I O A C A D E M I C O D I R E C T O R D E D E P A R T A M E N T O Dra. Marisa PEDERNERA Dra. Verónica BUCALÁ FECHA: Agosto, FECHA: FECHA

5 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 5 ANEXO PROGRAMA DE: LABORATORIO DE PROCESOS QUÍMICOS CODIGO: 6218 SISTEMA DE EVALUACIÓN Se realiza una evaluación continua del alumno por supervisión directa de los docentes a lo largo del cuatrimestre. Deben hacer dos presentaciones orales a lo largo del cuatrimestre que recibirán un puntaje grupal, y que constituirán la mayor parte de la nota final. PRACTICAS EN GABINETE / LABORATORIO /CAMPO ACTIVIDADES DIRIGIDAS A DESARROLLAR HABILIDADES PARA LA COMUNICACIÓN ORAL Y ESCRITA Cada alumno o grupo de alumnos debe hacer una presentación oral de 10 min. del proyecto propuesto, indicando la hipótesis de trabajo, las variables a medir, la aplicación del método científico y el diseño básico del experimento. Finalizado el cuatrimestre deberán hacer una presentación oral mostrando resultados y conclusiones. Se presentará simultáneamente el informe escrito de acuerdo al estilo discutido VIAJES DE ESTUDIO

6 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 6 ANEXO PROGRAMA DE: LABORATORIO DE PROCESOS QUÍMICOS CODIGO: 6218 METODOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA Los objetivos de enseñanza y aprendizaje del curso son introducir a los estudiantes a un paradigma de la ingeniería diferente, dentro de un contexto centrado en el alumno, demostrando a los alumnos cómo se relacionan sus estudios a la práctica de la ingeniería en el mundo real, haciéndolos participe de su propia educación. En forma paralela se busca refrescar y revisar conceptos teóricos previamente aprendidos mediante experimentos sencillos, familiarizar al estudiante con el funcionamiento de equipos a escala laboratorio y piloto, analizar críticamente los resultados de los experimentos y reportar esos resultados, y obtener una visión más integral del diseño y operación de procesos de ingeniería química. Los grupos de trabajo están conformados por cuatro o cinco alumnos. La formación de los grupos se dejó a la libre elección de los propios alumnos. A los alumnos se les presenta un problema práctico a resolver (una nueva técnica, modificar o poner a punto un sistema existente, etc.) y se les da un tiempo de dos semanas para realizar una búsqueda bibliográfica y evaluación de las técnicas disponibles. Cada alumno o grupo de alumnos debe hacer una presentación oral de 10 min. del proyecto propuesto, indicando la hipótesis de trabajo, las variables a medir, la aplicación del método científico y el diseño básico del experimento. Finalizado el cuatrimestre deberán hacer una presentación oral mostrando resultados y conclusiones. Se presentará simultáneamente el informe escrito de acuerdo al estilo discutido. A Ñ O P R O F E S O R R E S P O N S A B L E A Ñ O P R O F E S O R R E S P O N S A B L E (f i r m a a c l a r a d a) (f i r m a a c l a r a d a) M.Duarte- D. Damiani V I S A D O C O O R D I N A D O R A R E A S E C R E T A R I O A C A D E M I C O D I R E C T O R D E D E P A R T A M E N T O Dra. Marisa PEDERNERA Dra. Verónica BUCALÁ FECHA: Agosto FECHA: FECHA

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