DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

Transcripción

1 Asignatura: REACTORES QUÍMICOS TITULACIÓN DE INGENIERO QUÍMICO, Curso cuarto, anual, 6.5 créditos teóricos y 3.5 prácticos, troncal Área de Conocimiento (Departamento): Ingeniería Química Profesorado de las clases teóricas y prácticas: Mª Gloria Víllora Cano. Horas de tutoría: Mª Gloria Víllora Cano: Lunes, martes, miércoles y jueves de 16 a 17,30. Presentación Con esta asignatura se pretende que el alumno adquiera las bases para realizar el diseño de un reactor, de manera que éste cumpla con su objetivo de proporcionar un producto dado a partir de reactantes conocidos, con una velocidad y selectividad determinadas, mediante un proceso seguro y respetuoso con el medio ambiente. Objetivos: Conocer las bases teóricas del diseño de reactores, para poder ser capaz de analizar su comportamiento y elegir el mejor tipo de reactor y sus condiciones de operación para conseguir una velocidad de producción determinada de un producto dado, a partir de unos determinados reactivos y considerando su termodinámica y su cinética. Conocimientos previos necesarios: Haber cursado: Operaciones de Flujo de Fluidos y de Transmisión de Calor. Termodinámica Aplicada Cinética Química Aplicada Conocimientos recomendables en solución de ecuaciones diferenciales, programación e inglés. Conocimientos, habilidades y destrezas que debe adquirir el alumno: Ser capaz de plantear los balances de materia, energía y cantidad de movimiento en sistemas con reacción química. Poder llevar a cabo el diseño de reactores homogéneos ideales, tanto en condiciones de operación isotérmica como no-isotérmica Ser capaz de seleccionar adecuadamente la temperatura o perfil de temperaturas de trabajo en el reactor o sección del mismo, identificando los posibles estados estacionarios de funcionamiento, así como la estabilidad de los mismos y las condiciones necesarias para que se produzca. Poder analizar el efecto de la influencia del flujo no-ideal en el diseño de los reactores reales. Ser capaz de analizar el funcionamiento y métodos de diseño de los diferentes tipos de reactores sólido-fluido, así como de reactores trifásicos y algunos reactores especiales, tales como reactores de membrana, fotoquímicos y electroquímicos. Ser capaz de analizar los riesgos de funcionamiento de un reactor para establecer las medidas oportunas que los reduzcan hasta un nivel aceptable. Ser capaz de poder tomar decisiones basándose en multiplicidad de criterios

2 Programa de clases teóricas (65 horas): Módulo I. FUNDAMENTOS DEL DISEÑO DE REACTORES Tema 1. Generalidades. Diseño del reactor químico. Objetivos, etapas. Clasificación de los reactores químicos. Reactores ideales, reactores reales. Tema 2. Balances de materia, energía y cantidad de movimiento. Obtención de las ecuaciones de continuidad (Ecuaciones de diseño). Situaciones térmicas: Isotérmico, adiabático, intermedio, autotérmico. Tema 3. Procedimiento general gráfico de diseño. Progresión de temperatura óptima. Operaciones adiabáticas. Operaciones intermedias. Módulo II. REACTORES IDEALES HOMOGÉNEOS Tema 4. Reactor tanque discontinuo. Reactor isotérmico Reactor adiabático Reactor intermedio Optimización Tema 5. Reactor tubular. Reactor isotérmico. Reactor adiabático. Reactor intermedio. Asociación de reactores. Reactor con recirculación. Tema 6. Reactor tanque continuo. Diseño de un único reactor: Balances. Multiplicidad de estados estacionarios. Estabilidad. Asociación de reactores. Tema 7. Reactor tanque semicontinuo. Reactor tanque sin salida continua. Balances. Reactor tanque semicontinuo. Caso general. Balances. Tema 8. Selección del reactor. Comparación de tamaños Criterios para la selección del reactor. Reacciones simples y reacciones múltiples. Comparación de tamaños en sistemas de un solo reactor. Sistemas de reactores múltiples.

3 Módulo III. FLUJO NO IDEAL Tema 9. Modelos de flujo no ideal. Desviaciones respecto del flujo ideal. Distribución del tiempo de residencia en reactores en flujo. Métodos experimentales. Cálculo de la conversión. Modelo de dispersión. Ecuación general y aplicaciones. Ecuación de diseño de un reactor tubular. Modelo de tanques en serie. Tema 10. Mezcla de fluidos. Mezcla de un solo fluido. Grado de segregación Tiempo de mezcla Modelos de segregación parcial Mezcla de dos fluidos miscibles Módulo IV. REACTORES HETEROGÉNEOS Tema 11. Reactores catalíticos de lecho fijo. Modelo unidimensional sin y con mezcla axial. Modelo pseudohomogéneo bidimensional. Modelo heterogéneo. Diseño gráfico de reactores de lecho fijo. Reactor único. Sistemas de reactores de etapas mútiples Tema 12. Reactores de lecho fluidizado. Características fluidodinámicas. Modelos de flujo. Tema 13. Reactores fluido-fluido. Tipos de reactores. Modelos para el diseño. Tema 14. Reactores sólido-fluido no catalíticos. Modelos de reactores. Concentración constante de fluido. Concentración variable de fluido. Tema 15. Reactores trifásicos. Tipos de reactor. Modelos para el diseño. Tema 16. Reactores de laboratorio. Tipos de reactores: Sistemas homogéneos y heterogéneos. Criterios de selección. Reactores catalíticos: Características y aplicaciones. Tema 17. Reactores especiales.

4 Bioquímicos Para polimerizaciones. De membrana. Fotoquímicos. Electroquímicos. Otros TEMA 18. Seguridad. Explosiones. Reacciones fuera de control (runaway). Sobrepresión. Seguridad añadida y seguridad intrínseca. Programa de clases prácticas (35 horas): Problemas sobre los diferentes temas en estudio. Las prácticas de laboratorio están incluidas en Laboratorio de Operaciones y Procesos en Ingeniería Química. Metodología didáctica: Las clases teóricas se desarrollan básicamente por medio de exposiciones metódicas y sistemáticas del profesor, recomendando la participación del alumno tanto en aclaración de posibles dudas como provocando la misma por medio de preguntas directas del profesor. Las clases prácticas serán en base a problemas que, a partir de boletines que entregará el profesor, desarrollarán los alumnos, previamente designados, en la pizarra. También se realizará la entrega de algún problema al profesor como evaluación del aprendizaje. A los alumnos se les facilita la documentación necesaria para el seguimiento de las clases y las referencias bibliográficas recomendadas para cada tema. Sistema y criterios de evaluación: Exámenes parciales eliminatorios en Febrero y Junio. Ambos con cuestiones sobre la teoría y con problemas, que deben superarse separadamente -mínimo de 5 sobre 10 en cada parte-, con posible modificación -al alza- según participación del alumno en las actividades de la clase. Examen final en Junio, manteniendo los criterios anteriores. Bibliografía básica: Levenspiel, O.; El Omnilibro de los reactores químicos, Reverté, Santamaría J.M. y otros, Ingeniería de reactores, Ed. Síntesis, Bibliografía general: Carberry, J.J.; Chemical and Catalytic Reaction Engineering, Mc Graw-Hill, Fogler, H.S.; Elementos de Ingeniería de las Reacciones Químicas (3ª ed.), Prentice-Hall, Froment, G.F. y Bischoff, K.B., Chemical Reactor. Analysis and Design, J. Wiley &Sons, Hill, Ch.F.; An Introduction to Chemical Engineering. Kinetics and Reactor Design, J. Wiley&Sons, Levenspiel, O.; El Omnilibro de los reactores químicos, Reverté, Levenspiel, O.; Ingeniería de las Reacciones Químicas, Reverté, Nauman, E.B.; Chemical Reactor Design, Wiley Series in Chemical Engineering, Rase, H.F.; Chemical Reaction Design for Process Plants. Vol I, J. Wiley & Sons, Santamaría J.M. y otros, Ingeniería de reactores, Ed. Síntesis, Smith, J.M.; Chemical Engineering Kinetics, Mc Graw Hill, Tarhan, M.O.; Catalytic Reactor Design, Mc Graw-Hill, 1983.

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