LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS

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1 Facultad de Ciencias Experimentales Departamento de Ingeniería Química Asignatura: LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS Asignatura: Laboratorio de Operaciones Unitarias Curso: 3 er Curso Titulación: Ingeniero Químico Créditos: 6.0 (60 h de clases prácticas distribuidas en 20 sesiones de 3 horas) Descriptores: Laboratorio integrado de prácticas sobre propiedades termodinámicas y de transporte y cinética de reacciones químicas. LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS La asignatura Laboratorio de Operaciones Unitarias constituye un complemento esencial para completar la formación del alumno en los aspectos prácticos y aplicados de los contenidos teóricos correspondientes a las asignaturas Cinética Química Aplicada, Termodinámica Química Aplicada y Operaciones de Transferencia de Materia, todas ellas asignaturas troncales de primer ciclo de la titulación de Ingeniero Químico. De esta forma el programa de la asignatura de Laboratorio de Operaciones Unitarias contiene las prácticas de laboratorio correspondientes a los contenidos teóricos incluidos en dichas asignaturas cuyos descriptores son: Operaciones de transferencia de materia: fenómenos de transporte. operaciones básicas de transferencia de materia. Termodinámica química aplicada: aplicaciones del equilibrio químico. estimación de propiedades. Cinética química aplicada: cinética de las reacciones homogéneas y heterogéneas. catálisis OBJETIVOS Las prácticas de laboratorio son una actividad clave para la enseñanza de cualquier ciencia experimental. Entre los objetivos más importantes que se desean alcanzar con su desarrollo se encuentran: 1

2 Facilitar la comprensión de los conocimientos teóricos adquiridos en las asignaturas Cinética Química Aplicada, Termodinámica Química Aplicada y Operaciones de Transferencia de Materia. Inculcar la metodología científica. Aprender a registrar observaciones, evaluar y presentar resultados. Adquirir destreza en el manejo de determinadas técnicas básicas, al mismo tiempo que se familiariza con el instrumental. El programa de Laboratorio de Operaciones Unitarias se encuentra dividido en tres bloques correspondientes a las tres asignaturas a las que se ha hecho referencia. En el orden seguido en la planificación de la asignatura se ha tenido en cuenta que la asignatura Cinética Química Aplicada se imparte en el mismo curso y cuatrimestre que la asignatura Laboratorio de Operaciones Unitarias por lo que el bloque correspondiente a esta asignatura se imparte en último lugar con el fin de que los alumnos hayan visto la mayor parte de la teoría correspondiente al bloque Operaciones unitarias químicas: ingeniería de la reacción química. PROGRAMA DE PRÁCTICAS OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS: TRANSFERENCIA DE MATERIA PRÁCTICA 1: DETERMINACIÓN DE COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE MATERIA POR DIFUSIÓN Objetivos: Determinar experimentalmente los coeficientes de difusión de los vapores de acetona y éter en aire estancado. Comparar los valores determinados con los calculados mediante expresiones teóricas. Obtener una relación funcional de las difusividades experimentales con la temperatura. PRÁCTICA 2: DETERMINACIÓN DE COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE MATERIA POR CONVECCIÓN Objetivos: Determinar el coeficiente de transferencia de materia por convección del yodo que de una disolución acuosa de yodo, contenida en una columna, se transfiere al cloroformo, en forma de gotas (columna de gotas). PRÁCTICA 3: DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE VOLUMÉTRICO GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE MATERIA EN UNA COLUMNA DE BURBUJEO Objetivo: Determinar el K la en una columna de burbujeo, contactor gas-líquido, en el que el aire constituye la fase dispersa y el líquido la fase continua, mediante el método dinámico, consistente en medir la velocidad de absorción de oxígeno. 2

3 PRÁCTICA 4: ABSORCIÓN GAS-LÍQUIDO Objetivo: Determinar la altura de la unidad de transferencia (AUT) así como el número de unidades de transferencia (NUT). PRÁCTICA 5: RECTIFICACIÓN EN DISCONTINUO Objetivos: Conocer el funcionamiento de la columna. Aplicar las relaciones de equilibrio y la ecuación de Smoker y Rose. Comparar las concentraciones de equilibrio obtenidas de forma teórica con los resultados prácticos. PRÁCTICA 6: RECTIFICACIÓN EN CONTINUO Objetivos: Operar con la columna a reflujo total, a reflujo 1/3 y a reflujo 3/1. Determinar del número de etapas de equilibrio y de la etapa de alimentación, así como determinar la eficacia de los platos. PRÁCTICA 7: TRANSFERENCIA SIMULTÁNEA DE MATERIA Y ENERGÍA. TORRES DE ENFRIAMIENTO DE AGUA Objetivo: Determinar la altura de la unidad de transferencia de entalpía húmeda de una torre de enfriamiento de agua, que constituye una aplicación práctica de la interacción aire-agua. TERMODINÁMICA QUÍMICA APLICADA PRÁCTICA 8: COEFICIENTES DE ACTIVIDAD. Objetivo: Determinar experimentalmente los coeficientes de actividad en el equilibrio liquido-vapor del agua. PRÁCTICA 9: EQUILIBRIO LÍQUIDO-LÍQUIDO: CURVA BINODAL Objetivo: Determinar experimentalmente la isoterma de saturación del sistema Agua - Ácido acético - Tolueno a partir de las solubilidades mutuas de sus componentes y representarla gráficamente en un diagrama triangular. PRÁCTICA 10: EQUILIBRIO LÍQUIDO-LÍQUIDO: RECTAS DE REPARTO Objetivo: Determinar experimentalmente las rectas de reparto del sistema ternario Agua Ácido acético Tolueno. PRÁCTICA 11: EQUILIBRIO QUÍMICO. OBTENCIÓN DEL ACETATO DE ETILO Objetivo: Determinar experimentalmente la fracción molar en el equilibrio del acetato de etilo obtenido y estimar dicho valor a partir de datos termodinámicos. 3

4 OPERACIONES UNITARIAS QUÍMICAS: INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA PRÁCTICA 12: INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LA CONSTANTE DE VELOCIDAD Objetivo: Estudiar el efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción, determinando la energía de activación y el factor de frecuencia. PRÁCTICA 13: CINÉTICA DE REACCIONES EN FASE HOMOGÉNEA Objetivo: Determinar, por espectrofotometría, la ecuación cinética de la oxidación del etanol por el Cr (VI) en medio fuertemente ácido. PRÁCTICA 14: CINÉTICA DE REACCIONES EN SISTEMAS HETEROGÉNEOS Objetivo: estudiar la velocidad de oxidación del ión sulfito a sulfato en medio acuoso, con burbujeo constante de aire. PRÁCTICA 15: CINÉTICA DE REACCIONES CATALIZADAS EN SISTEMAS HOMOGÉNEOS Objetivo: estudiar la cinética de la oxidación de la D-glucosa por el Cr(VI) en medio ácido, así como el efecto catalítico que ejercen los protones. PRÁCTICA 16: CINÉTICA DE REACCIONES FOTOCATALIZADAS. Objetivo: Estudiar la cinética de la oxidación de naranja de metilo mediante reacción de fotocatalizada con peróxido de hidrógeno en presencia de hierro (II). Fotofenton. PRÁCTICA 17: CINÉTICA DE REACCIONES CATALIZADAS EN SISTEMAS HETEROGÉNEOS Objetivo: Determinar el efecto que sobre la velocidad del proceso global ejercen tanto la cantidad de catalizador empleada como la velocidad de agitación. SEMINARIOS Se llevarán a cabo tres seminarios, cada uno de ellos se impartirá al final de cada bloque de prácticas, en ellos se abordará la obtención de los resultados a partir de los datos experimentales obtenidos en las prácticas correspondientes. 4

5 BIBLIOGRAFÍA OPERACIONES UNITARIAS FÍSICAS: TRANSFERENCIA DE MATERIA BIRD, R. B.; STEWART, W. E. y LIGHTFOOT, E. N.; Transport Phenomena. J. Wiley, Nueva York (1960). Traducción al castellano de F. Mato Vázquez: Fenómenos de transporte. Reverté, Barcelona (1964). COSTA NOVELLA, E.; CALLEJA. G.; OVEJERO, G.; DE LUCAS, A.; AGUADO, J. y UGUINA, M. A.; Ingeniería Química. 5 Transferencia de materia. 1ª parte. Alhambra, Madrid (1987). GEANKOPLIS, C. J.; Transport Processes and Unit Operations. Allyn and Bacon, Inc. (1978). Traducción al castellano de A. Eroles Gómez: Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. CECSA, México (1998). McCABE, W. L.; SMITH, J. C. y HARRIOT, T. P.; Unit Operations of Chemical Engineering. 4ª ed.; McGraw-Hill, Nueva York (1985). Traducción al castellano: McGraw-Hill, Madrid (1991). TREYBAL, R. E.; Mass Transfer Operations. 3º ed. McGraw-Hill, Nueva York (1980). Traducción al castellano de A. García Rodríguez, revisada por F. J. Lozano: Operaciones de transferencia de masa. McGraw-Hill, México (1988). TERMODINÁMICA QUÍMICA APLICADA RODRIGUEZ RENUNCIO, J.A., RUÍZ SÁNCHEZ, J.J. Y URIETA NAVARRO, J.S. Termodinámica química. Ed. Síntesis (1998) SMITH, J.M., VAN NESS, H.C., Y ABBOTT, M.M. Introducción a la termodinámica en ingeniería química. Ed. Mc Graw-Hill (1997) OPERACIONES UNITARIAS QUÍMICAS: INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA GONZÁLEZ VELASCO, J.R.; GONZÁLEZ MARCOS, J.A.; GONZÁLEZ MARCOS, M.P.; GUTIÉRREZ ORTIZ; J.I.; GUTIÉRREZ ORTIZ, M.A.; Cinética Química Aplicada, Ed. Síntesis, Madrid (1999). LEVENSPIEL, O., Ingeniería de las Reacciones Químicas. 6ª Edición. Ed. Reverté. Barcelona. (1990). 5

6 R.W. MISSEN, C. A. MIMS, B.A. SAVILLE,, Chemical Reaction Engineering and Kinetics, John Wiley & Sons, Inc., New York (1999). H.S. FOGLER,, Elements of Chemical Reaction Engineering, 3ª Edición. Ed. Prentice-Hall International, Inc. New Jersey (1999). SMITH, J.M.: Chemical Engineering Kinetics, 30 Edición, McGraw-Hill (1981). LEVENSPIEL, O.: El omnilibro de los reactores químicos. Reverté (1986), Traduccion de J. Costa López y L. Puigjaner Corbella. 6