UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 1

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 1 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 Dra. Verónica Bucalá Por semana Por Cuatrimestre Por semana Por A S I G N A T U R A S C O R R E L A T I V A S P R E C E D E N T E S Para Cursar A P R O B A D A S C U R S A D A S Métodos Teóricos en Ing. B (IQ, IA, Planes 2006) Transferencia de Calor y Masa (IQ, IA, Planes 2006) Termodinámica Qca. para Ing. (IQ, IA, Planes 2006) Microbiología Industrial y de los Alim. (IA, Plan 2006) Introducción a los Bioprocesos (IQ, Plan 2006) A P R O B A D A S Para Rendir C U R S A D A S Métodos Teóricos en Ing. B (IQ, IA, Planes 2006) Transferencia de Calor y Masa (IQ, IA, Planes 2006) Termodinámica Qca. para Ing. (IQ, IA, Planes 2006) Microbiología Industrial y de los Alim. (IA, Plan 2006) Introducción a los Bioprocesos (IQ, Plan 2006) D E S C R I P C I O N Y O B J E T I V O S Esta asignatura presenta al alumno los conceptos fundamentales del diseño de reactores homogéneos y heterogéneos, para unidades de reacción química y biológica. Se pone especial énfasis en el desarrollo de ecuaciones de diseño de reactores ideales continuos y discontinuos. Se estudia la influencia de los distintos diseños sobre la selectividad y rendimiento del producto deseado cuando se llevan a cabo reacciones múltiples. Las ecuaciones constitutivas de los reactores ideales se emplean para modelar sistemas de reactores múltiples. Con respecto a los reactores biológicos se introducen los conceptos de estequiometría de reacciones bioquímicas,y se modelan cultivos discontinuos y quimiostatos tanto para reacciones únicas como paramúltiples.se hace uso de los conceptos de transferencia de calor y masa, los que acoplados a la cinética química permiten encarar la solución de problemas de reactores adiabáticos y no isotérmicos noadiabáticos.en procesos heterogéneos se trata particularmente el caso de reacciones fase gas o líquida catalizadas por sólidos (tanto catalizadores metálicos como biocatalizadores). Se presentan las técnicas de caracterización de sólidos porosos y los criterios de evaluación de fenómenos difusionales en los mismos. Se presentan además los modelos simplificados de diseño de reactores catalíticos, análogos en el campo de los reactores biológicos a los de biofilm/percolado. P R O G R A M A S I N T É T I C O 1. Balances molares 2. Velocidad de reacción, estequiometría y equilibrio 3. Diseño de reactores isotérmicos ideales 4. Comparación de reactores ideales y reactores múltiples 5. Obtención de cinéticas de reacción a partir de datos experimentales 6. Reacciones químicas múltiples. Conceptos de selectividad y rendimiento 7. Introducción a bioreactores 8. Diseño de Reactores no Isotérmicos 9. Reacciones heterogéneas 10. Transferencia de masa en procesos con reacciones heterogéneas VIGENCIA AÑOS 2012

2 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 2 P R O G R A M A A N A L I T I C O 1. Balances molares 1.1. Balance de masa general para cualquier tipo de reactor 1.2. Clasificación de reactores según su forma y flujo 1.3. Reactores discontinuos 1.4. Reactores semicontinuos 1.5. Reactores continuos Reactores tanque agitado continuos Reactores tubulares Reactores empacados 1.6. Reactores industriales 2. Velocidad de reacción, estequiometría y equilibrio 2.1. Relaciones entre velocidades de reacción de distintas especies 2.2. Clasificación de reacciones 2.3. Constante de velocidad de reacción 2.4. Conversión y extensión de una reacción única Definición de conversión Definición de extensión 2.5. Conversión y extensión de reacciones múltiples 2.6. Orden de reacción 2.7. Reacciones elementales 2.8. Reacciones reversibles. Concepto de equilibrio Reacciones reversibles únicas Reacciones reversibles múltiples 3. Diseño de reactores isotérmicos ideales 3.1. Reactores TAD 3.2. Reactores TAC 3.3. Reactores tubulares 3.4. Tiempo de residencia vs. Tiempo espacial 3.5. Reactores con reciclo 4. Obtención de cinéticas de reacción a partir de datos experimentales 4.1. Reactores TAD Método diferencial Método integral Método de las velocidades iniciales Reactores diferenciales Reactores comunes de laboratorio para determinar cinéticas. 5. Reacciones químicas múltiples. Conceptos de selectividad y rendimiento 5.1. Tipos de reacciones 5.2. Conceptos de selectividad y rendimiento 5.3. Sentido físico de la selectividad y el rendimiento Selección de reactores para maximizar un producto deseado Cálculo de selectividad y rendimientos globales reacciones en paralelo Cálculo de selectividad y rendimientos globales reacciones en serie Conceptos de selectividad y temperatura. VIGENCIA AÑOS 2012

3 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 3 6. Reacciones químicas múltiples. Conceptos de selectividad y rendimiento 6.1. Tipos de reacciones 6.2. Conceptos de selectividad y rendimiento 6.3. Sentido físico de la selectividad y el rendimiento Selección de reactores para maximizar un producto deseado Cálculo de selectividad y rendimientos globales reacciones en paralelo Cálculo de selectividad y rendimientos globales reacciones en serie Conceptos de selectividad y temperatura. 7. Introducción a bioreactores 7.1. Clasificación de los organismos vivos Principales tipos de microorganismos La célula bacteriana Crecimiento de bacterias Factores que afectan el crecimiento y la biodegradación Caminos metabólicos de reacción y energía de la célula Estequiometría de las reacciones celulares Cinética de crecimiento Cultivo batch Quimiostato - cultivo continuo Influencia de la temperatura en la cinética de crecimiento. 8. Diseño de Reactores no Isotérmicos 8.1. Balance de energía. Reacciones únicas Balance de energía. Reacciones múltiples Efectos térmicos en un TAC Efectos térmicos en un RT Efectos térmicos en un TAD Efectos térmicos en una serie de reactores. 9. Reacciones heterogéneas 9.1. Pasos de una reacción catalítica heterogénea 9.2. Isotermas de adsorción 9.3. Velocidad de reacción, pasos controlantes, cinética. 10. Transferencia de masa en procesos con reacciones heterogéneas Variables usadas para el modelado de reactores de lecho fijo y caracterización de catalizadores Problemas de transporte de masa Difusión interna Transferencia de masa Transferencia de energía Difusión externa Transferencia de masa Transferencia de energía VIGENCIA AÑOS 2012

4 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 4 Bibliografía 1. Bailey, J.E., Ollis, D.F., Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill, Boudart, M., "Kinetics of Chemical Processes", Prentice Hall N.J., Butt, J.B., "Reaction Kinetics and Reactor Design", Prentice Hall Englewood Cliffs, Carberry, J.J., "Ingeniería de las Reacciones Químicas y Catalíticas", Géminis, Bs. As., Farina, I.H., Ferretti, O.A., Barreto, G.F., "Introducción al Diseño de Reactores Químicos", EUDEBA, Bs. As., Fogler, H.S., "Elements of Chemical Reaction Engineering", Prentice Hall, N.J., 4 th edition Froment, G.F., Bischoff, K.B., "Chemical Reactor Analysis and Design", J. Wiley and Sons, N.Y., Hill, J.C., "An Introduction to Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design", J. Wiley, Holland, C.D., Anthony, R.G., "Fundamentals of Chemical Reaction Engineering", Prentice Hall, N.J., Hougen, O.A., Watson, K.M., "Principios de los Procesos Químicos. Cinética y Catálisis", Géminis, Bs. As., Laidler, K.J., "Chemical Kinetics", McGraw Hill, N.Y., Levenspiel, O., "Ingeniería de las Reacciones Químicas", Reverte, Bs. As., Shuler, M.L., Kargi, F., Bioprocess Engineering. Basic Concepts, Prentice Hall, NJ, Smith, J.M., "Chemical Engineering Kinetics", 3ra. Ed., McGraw Hill, N.Y., 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) 2012 Dra. Verónica Bucalá 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 FECHA: Agosto 2012 FECHA: Agosto 2012 FECHA: Marzo 2010 Dra. Verónica Bucalá

5 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SUR 5 DEPARTAMENTO DE: INGENIERIA QUIMICA ANEXO PROGRAMA DE: CODIGO: AREA NRO: SISTEMA DE EVALUACIÓN La evaluación se realiza mediante 2 exámenes parciales, que si son aprobados significan el cursado de la materia. Existe además un examen recuperatorio. Los alumnos que han cursado deben rendir exámen final, en condiciones de regulares. Quienes superan el promedio de (7) en los parciales y recuperatorio promocionan la materia sin requerir un examen final. Los alumnos que no logran cursar rinden la materia en condiciones de libres, para lo cual deben aprobar tanto aspectos prácticos como teóricos, en 3 exámenes consecutivos. Todos los exámenes son escritos y de carácter teórico-prácticos. PRACTICAS EN GABINETE / LABORATORIO /CAMPO ACTIVIDADES DIRIGIDAS A DESARROLLAR HABILIDADES PARA LA COMUNICACIÓN ORAL Y ESCRITA VIAJES DE ESTUDIO METODOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA En las clases teóricas se abordan los fundamentos de los contenidos, complementados con ejemplos de aplicación, que los alumnos amplían de la bibliografía y de algunos apuntes de cátedra. Las clases prácticas son de consulta sobre la resolución de problemas, tanto los provistos mediante guías de trabajos prácticos como otros extraídos de la bibliografía. Algunos problemas y proyectos cortos requieren software para resolución numérica de ecuaciones algebraicas y diferenciales, lo que se realizada mediante POLIMATH (del libro de S. Fogler). Todo el material vinculado a esta materia está disponible en la página web de la materia: 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) 2012 Dra. V. Bucalá 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 2012 FECHA: FECHA