Simulación y Optimización de Procesos Químicos

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1 Unidad responsable: ETSEIB - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona Unidad que imparte: EQ - Departamento de Ingeniería Química Curso: Titulación: 2016 GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA (Plan 2010). (Unidad docente Obligatoria) Créditos ECTS: 6 Idiomas docencia: Catalán Profesorado Responsable: Otros: Elsa Pastor Ferrer Oriol Gibert Agulló Horario de atención Horario: Ver tablón de anuncios del Departamento Capacidades previas Métodos numéricos en la Inginyería Química Operaciones básicas Cinética y reactores Requisitos Tener aprobadas las asignaturas que figuran como capacidades previas Competencias de la titulación a las cuales contribuye la asignatura Específicas: 1. Capacidad para el análisis, diseño, simulación y optimización de procesos y productos. Transversales: 2. APRENDIZAJE AUTÓNOMO: Detectar deficiencias en el propio conocimiento y superarlas mediante la reflexión crítica y la elección de la mejor actuación para ampliar este conocimiento. 3. USO SOLVENTE DE LOS RECURSOS DE INFORMACIÓN: Gestionar la adquisición, la estructuración, el análisis y la visualización de datos e información en el ámbito de la especialidad y valorar de forma crítica los resultados de esta gestión. Metodologías docentes Se impartirán clases expositivas, clases de problemas y clases prácticas, estas últimas en el aula informática Objetivos de aprendizaje de la asignatura El objetivo general de la asignatura es que el alumno se capacite en la resolución de problemas de análisis, síntesis y optimización de procesos químicos mediante el uso de técnicas y herramientas informáticas. En particular, el alumno tiene que ser capaz de: 1. Modelizar y analizar sistemas químicos en estado estacionario y no estacionario 2. Plantear y resolver problemas de simulación y optimización mediante el uso de distintas herramientas informáticas. 1 / 6

2 3. Identificar las técnicas más adecuadas de resolución de problemas de simulación y optimización. 4. Utilitzar con destreza aplicaciones informáticas para la ingeniería de procesos químicos. Horas totales de dedicación del estudiantado Dedicación total: 127h 30m Horas grupo grande: 0h 0.00% Horas grupo mediano: 30h 23.53% Horas grupo pequeño: 30h 23.53% Horas actividades dirigidas: 0h 0.00% Horas aprendizaje autónomo: 67h 30m 52.94% 2 / 6

3 Contenidos Tema 1 - INTRODUCCIÓN Dedicación: 20h Grupo grande/teoría: 4h Grupo mediano/prácticas: 4h : 12h Introducción a la modelización, simulación y optimización de procesos químicos. Herramientas de ayuda a la toma de decisiones. La simulación per computadora. Sistemas y modos de simulación. Introducción a la Ingeniería de Procesos Químicos. Síntesis de procesos químicos Clases de problemas Tema 2 - BALANCESS DE MATERIA Y ENERGIA Dedicación: 10h Grupo grande/teoría: 2h Grupo mediano/prácticas: 2h : 6h Formulación del problema de balance de materia y de balance de energía. Grados de libertad. Sistemas no reaccionantes. Sistemas con unidades múltiples. Sistemas con reacción química. Balances en diagramas de flujo de procesos. Formulación y resolución de balances con hoja de cálculo. Clases de problemas Tema 3 - MODELIZACIÓN Y SIMULACIÓN DE EQUIPOS DE PROCESO Dedicación: 30h Grupo grande/teoría: 6h Grupo mediano/prácticas: 3h Grupo pequeño/laboratorio: 3h : 18h El modelo como abstracción de la realidad. Modelos de espacio de estado. Naturaleza de las ecuaciones en equipos de proceso. Modelización de sumadores y divisores de corriente. Modelización de reactores. Modelización de tanques. Modelización de evaporadores. Simulación de equipos con distintas especificaciones. Clases de problemas y prácticas 3 / 6

4 Tema 4 - SIMULACIÓN DE PROCESOS QUÍMICOS POR COMPUTADOR Dedicación: 40h Grupo grande/teoría: 8h Grupo mediano/prácticas: 4h Grupo pequeño/laboratorio: 4h : 24h Simulación orientada a ecuaciones y simulación modular secuencial. Análisis de estructuras de elevada dimensión: Algoritmo de Steward. Algoritmos de partición y rasgado. Características de un simulador modular secuencial. Estimación de propiedades. Simuladores comerciales. Casos prácitcos Clases de problemas y prácticas Tema 5 - OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS QUÍMICOS Dedicación: 50h Grupo grande/teoría: 10h Grupo mediano/prácticas: 5h Grupo pequeño/laboratorio: 5h : 30h Formulación del modelo de optimización. Programación lineal: el algoritmo Símplex y el análisis de sensibilidad. Programación no lineal: métodos con y sin derivadas y con y sin restricciones. Programación con enteros: formulación de restricciones, métodos Branch and Bound. Programación multi-objectivo Clases de problemas y prácticas 4 / 6

5 Planificación de actividades (CAST) PRÀCTIQUES Dedicación: 12h Grupo grande/teoría: 12h (CAST) EXAMEN PARCIAL Dedicación: 1h 30m Grupo grande/teoría: 1h 30m (CAST) EXAMEN FINAL Dedicación: 3h Grupo grande/teoría: 3h Sistema de calificación NOTA FINAL : NF = 0,2*NP + 0,3*NEP + 0,5*NEF; NP: nota media de prácticas NEP: nota examen parcial NEF: nota examen final Reavaluación: el examen de reevaluación incluye todo el temario de la asignatura. En caso de reevaluación, la nota final de la asignatura será la del examen de reevaluación Normas de realización de las actividades Las pruebas, tanto las prácticas como el examen parcial y el examen final, se pueden realizar utilizando todo tipo de material bibliográfico disponible: apuntes de clase, libros de consulta, colección de problemas, etc. Todas las pruebas tienen carácter obligatorio. 5 / 6

6 Bibliografía Básica: Puigjaner, L. Estrategias de modelado, simulación y optimización de procesos químicos. Madrid: Síntesis, ISBN Seider, Warren D et al. Product and process design principles: synthesis, analysis, and evaluation. 3rd ed. Hoboken: Wiley, ISBN Smith, Robin. Chemical process design and integration. Chichester: Wiley, ISBN Complementaria: Biegler, Lorenz T ; I.E. Grossmann ; A.W. Westerberg. Systematic methods of chemical process desig. Upper Saddle River: Prentice Hall, ISBN Ramírez, W. Fred. Computational methods for process simulation. 2nd ed. Boston: Butterworths, ISBN X. Otros recursos: 6 / 6