REACTORES QUÍMICOS Ingeniero Químico- 1

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1 REACTORES QUÍMICOS Ingeniero Químico- 1 CÓDIGO: 25/ CURSO: Carga docente: 7,5 créditos (4,5 teóricos + 3 prácticos) (primer cuatrimestre) Departamento: Ingeniería Química Profesor/es: Julio Fernández Sempere, Angela García Cortés, Manuel Rodríguez Pastor OBJETIVOS Se pretende que el alumno adquiera una serie de nociones básicas sobre cómo llevar a cabo una transformación química. El alumno debe aprender a analizar los datos cinéticos y sacar el máximo de ellos, así como planificar los experimentos necesarios para poder diseñar adecuadamente el reactor. Se pretende que sea capaz de entender el funcionamiento de los reactores homogéneos y de diseñar un reactor para satisfacer unas determinadas condiciones. Por último, debe poder apreciar si el reactor se comporta de forma más o menos ideal, modelizando el sistema de forma que pueda predecir de un modo aproximado su comportamiento. PROGRAMA Teoría Tema 1.- TIPOS DE REACTORES. Introducción. Definición de velocidad de reacción. Reactor discontinuo o por cargas. Reactores continuos: RCFP, RCTA. Reactores industriales. Tema 2.- CONCEPTOS BÁSICOS EN EL ANÁLISIS DE REACTORES Introducción. Conceptos válidos en cualquier condición. Conceptos válidos para sistemas de densidad constante. Conceptos válidos cuando hay varias reacciones con un componente clave común. Utilización de los conceptos anteriores. Tiempo espacial y tiempo de residencia en sistemas continuos. Tema 3.- OBTENCIÓN Y ANÁLISIS DE DATOS CINÉTICOS Introducción. Obtención de datos en un reactor por cargas: método diferencial, método integral, método de las velocidades iniciales, método del tiempo de semivida, método de los mínimos cuadrados. Reactores diferenciales. Evaluación de reactores a escala laboratorio. Diseño de experimentos. Tema 4.- REACTOR DISCONTINUO DE TANQUE AGITADO Introducción. Diseño: balance de materia, balance de energía. Casos particulares de diseño. Condiciones óptimas de operación para un reactor discontinuo. Casos particulares de diseño. Tema 5.- REACTOR DE FLUJO PISTÓN Introducción. Diseño: balance de materia, balance de energía, balance de cantidad de movimiento. Casos particulares de diseño. Condiciones óptimas de operación para un reactor de flujo pistón. Tema 6.- REACTOR CONTINUO DE TANQUE AGITADO

2 2 - Ingeniero Químico REACTORES QUÍMICOS Introducción. Diseño: balance de materia, balance de energía. Casos particulares de diseño. Condiciones óptimas de operación en un reactor continuo de tanque agitado. Multiplicidad de estados. Tema 7.- OTROS TIPOS DE REACTORES Reactores que trabajan en régimen no estacionario: puesta en marcha de un RCTA, reactores semicontinuos. Reactores que trabajan en régimen no estacionario y condiciones no isotermas: RCTA que trabaja en régimen no estacionario. Reactor con recirculación. Reactores en serie. Tema 8.- SELECCIÓN DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN Introducción. Sistemas de una sola reacción. Diseño para reacciones múltiples: reacciones en serie y en paralelo, rendimiento y selectividad global, consecución de distintos niveles de concentración, efecto de la concentración, efecto de la temperatura. Tema 9.- DISTRIBUCIÓN DE TIEMPOS DE RESIDENCIA EN REACTORES QUÍMICOS Introducción. Función de distribución de tiempos de residencia: medida de la RTD, características de la RTD. La RTD en reactores ideales: reactores discontinuos y de flujo pistón, reactor continuo de tanque agitado ideal, flujo pistón y tanque agitado en serie. Modelización del reactor con la RTD. Modelos sin parámetros ajustables: modelo de segregación, modelo de mezcla completa. Tema 10.- ANÁLISIS DE REACTORES NO IDEALES Introducción. Modelos de 1 parámetro: modelo de tanques en serie, modelo de dispersión. Modelos de 2 parámetros: RCTA real modelizado con un volumen de intercambio, RCTA real modelizado con cortocircuito y zona muerta. Comprobación del modelo y determinación de sus parámetros: RCTA con intercambio de materia, RCTA con volumen muerto y cortocircuito. Otros modelos de reactores reales que emplean RCTA y RCFP. El empleo de la RTD frente a la necesidad de un modelo. Tema 11.- DESARROLLO DEL PROCESO INDUSTRIAL Desarrollo del modelo del proceso. Estudios de optimización y diseño. Estudio de la seguridad del proceso. Cambio de escala. Prácticas Se realizarán problemas de determinación y estudio de datos cinéticos, de diseño de los 3 tipos de reactores ideales (RDTA, RCFP y RCTA), de asociaciones de reactores y de flujo no ideal. Así mismo, se desarrollarán mediante ordenador una serie de ejercicios sobre el funcionamiento de reactores en los que tienen lugar simultáneamente varias reacciones. OBSERVACIONES Conocimientos previos: Balances macroscópicos y microscópicos, Mecánica de fluidos y Transmisión de calor. Prácticas: La asistencia a las prácticas de ordenador es obligatoria. Evaluación: Para aprobar la asignatura, el alumno deberá tener una nota final 50. Esta nota final se obtiene como resultado de sumar el 80% de la nota correspondiente al examen y el 20% de la nota obtenida en prácticas con

3 REACTORES QUÍMICOS Ingeniero Químico- 3 ordenador, que previamente deberá haber sido como mínimo de aprobado. Se efectuarán tres convocatorias de examen (Febrero, Septiembre y Diciembre), pudiendo escoger el alumno hasta dos de ellas. El examen consta de una parte teórica (30-40%) y de una parte de problemas (70-60%). La nota del examen podrá aumentar hasta un 10% mediante la aplicación de un factor que depende del número de problemas entregados en clase. Este factor no se aplicará en la convocatoria de Diciembre. Para poder aprobar el examen habrá que sacar como mínimo un 30% de la nota de la parte teórica y un 30% de la parte de problemas. Para poder aprobar la asignatura, la nota definitiva del examen debe ser 45. BIBLIOGRAFIA H.S. Fogler "Elements of Chemical Reaction Engineering". Prentice-Hall (1992). O. Levenspiel "Ingeniería de las reacciones químicas". Ed. Reverté (1986). R. Aris "Análisis de reactores". Ed. Alhambra (1973).

4 4 - Ingeniero Químico REACTORES QUÍMICOS CÓDIGO: 25/ CURSO: Carga docente: 7,5 créditos (4,5 teóricos + 3 prácticos) (primer cuatrimestre) Departamento: Ingeniería Química Profesor/es: Julio Fernández Sempere, Angela García Cortés, Manuel Rodríguez Pastor OBJETIVOS Se pretende que el alumno adquiera una serie de nociones básicas sobre cómo llevar a cabo una transformación química. El alumno debe aprender a analizar los datos cinéticos y sacar el máximo de ellos, así como planificar los experimentos necesarios para poder diseñar adecuadamente el reactor. Se pretende que sea capaz de entender el funcionamiento de los reactores homogéneos y de diseñar un reactor para satisfacer unas determinadas condiciones. Por último, debe poder apreciar si el reactor se comporta de forma más o menos ideal, modelizando el sistema de forma que pueda predecir de un modo aproximado su comportamiento. PROGRAMA Teoría Tema 1.- Tipos de reactores. Tema 2.- Conceptos básicos en el análisis de reactores Tema 3.- Obtención y análisis de datos cinéticos Tema 4.- Reactor discontinuo de tanque agitado Tema 5.- Reactor continuo de flujo pistón Tema 6.- Reactor continuo de tanque agitado Tema 7.- Otros tipos de reactores Tema 8.- Selección de las condiciones de operación Tema 9.- Distribución de tiempos de residencia en reactores químicos Tema 10.- Análisis de reactores no ideales Tema 11.- Desarrollo del proceso industrial Prácticas Se realizarán problemas de determinación y estudio de datos cinéticos, de diseño de los 3 tipos de reactores ideales (RDTA, RCFP y RCTA), de asociaciones de reactores y de flujo no ideal. Así mismo, se desarrollarán mediante ordenador una serie de ejercicios sobre el funcionamiento de reactores en los que tienen lugar simultáneamente varias reacciones. OBSERVACIONES Conocimientos previos: Balances macroscópicos y microscópicos, Mecánica de fluidos y Transmisión de calor. Prácticas: La asistencia a las prácticas de ordenador es obligatoria. Evaluación: Para aprobar la asignatura, el alumno deberá tener una nota final 50. Esta nota final se obtiene como resultado de sumar el 80% de la nota

5 REACTORES QUÍMICOS Ingeniero Químico- 5 correspondiente al examen y el 20% de la nota obtenida en prácticas con ordenador, que previamente deberá haber sido como mínimo de aprobado. Se efectuarán tres convocatorias de examen (Febrero, Septiembre y Diciembre), pudiendo escoger el alumno hasta dos de ellas. El examen consta de una parte teórica (30-40%) y de una parte de problemas (70-60%). La nota del examen podrá aumentar hasta un 10% mediante la aplicación de un factor que depende del número de problemas entregados en clase. Este factor no se aplicará en la convocatoria de Diciembre. Para poder aprobar el examen habrá que sacar como mínimo un 30% de la nota de la parte teórica y un 30% de la parte de problemas. Para poder aprobar la asignatura, la nota definitiva del examen debe ser 45. BIBLIOGRAFIA H.S. Fogler "Elements of Chemical Reaction Engineering". Prentice-Hall (1992). O. Levenspiel "Ingeniería de las reacciones químicas". Ed. Reverté (1986). R. Aris "Análisis de reactores". Ed. Alhambra (1973).

6 6 - Ingeniero Químico REACTORES QUÍMICOS CHEMICAL REACTORS CODE: 25/ ACADEMIC YEAR: Credits: 7.5 credits (4.5 theoretical + 3 practical) (autumn/winter term) Department: Chemical Engineering Lecturer/s: Julio Fernández Sempere, Angela García Cortés, Manuel Rodríguez Pastor OBJECTIVES The student should learn the fundamentals of a chemical transformation and how to analyse rate data and to obtain the maximum information from them, as well as to plan the required experiments to properly design the reactor. He/she should be able to understand how a homogeneous reactor works and to design a reactor to satisfy certain conditions. Finally, the student has to know what is the degree of deviation from the ideal behaviour, and how to model the system in order to approximately predict this behaviour. PROGRAMME Theory 1.- Types of reactors 2.- Basic concepts in reactors analysis 3.- Collection and analysis of rate data 4.- Batch reactor 5.- Plug flow reactor 6.- Continuous-stirred tank reactor 7.- Other types of reactors 8.- Selection of conditions for maximising the desired product 9.- Distributions of residence times for chemical reactors 10.- Analysis of non-ideal reactors 11.- Development of the industrial process Practice Several types of problems will be solved: determination and study of rate data, design of ideal reactors (batch, plug flow and continuous-stirred tank), association of reactors and non-ideal flow. Moreover, using computers, a series of exercises about the behaviour of reactors with multiple reactions will be developed. OBSERVATIONS Previous knowledge: Macroscopic and microscopic balances, Fluids flow and Heat transfer. Practice: Obligatory attendance at the computer classes. Evaluation: Written exam (80%) and computer exam (20%). The written exam consists in a theoretical part (70-60%) and a problems part (30-40%). The qualification of this written exam must be 45 and the student must obtain more than 30% of the maximum possible qualification in each part. The final qualification must be 50. BIBLIOGRAPHY

7 REACTORES QUÍMICOS Ingeniero Químico- 7 H.S. Fogler "Elements of Chemical Reaction Engineering". Prentice-Hall (1992). O. Levenspiel "Ingeniería de las reacciones químicas". Ed. Reverté (1986). R. Aris "Análisis de reactores". Ed. Alhambra (1973).