Programa sintético REACTORES QUÍMICOS Datos básicos Semestre Horas de teoría Horas de práctica. Horas trabajo adicional estudiante.

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1 REACTORES QUÍMICOS Programa sintético REACTORES QUÍMICOS Datos básicos Semestre Horas de teoría Horas de práctica Horas trabajo adicional estudiante Créditos VII Objetivos El estudiante adquirirá los conocimientos para el cálculo, selección y operación de reactores por lotes y continuos. Contribución al Perfil de Egreso Proporciona las bases para el cálculo, selección, operación y optimización de reactores en procesos industriales. a Desarrollar Genéricas Razonamiento Científico-Tecnológico Comunicación en español e inglés Profesionales Temario Unidades Contenidos Unidad 1 Reactores discontinuos. Unidad 2 Reactores continuos. Unidad 3 No idealidades. Métodos y Métodos prácticas Cognitiva Emprendedora Competencia en el análisis y optimización de procesos productivos de la industria química. Competencia en el diseño y operación de equipo utilizado en las operaciones unitarias de la industria química. La clase se impartirá mediante sesiones expositivas por parte del maestro mediante técnicas de aprendizaje basado en problemas, aprendizaje significativo, así como prácticas de investigación. La participación del alumno será esencial en las tareas y trabajos de investigación con la finalidad de completar los temas y tópicos del curso. Mecanismos y procedimientos de evaluación Prácticas Exámenes parciales El proceso enseñanza-aprendizaje se reforzará mediante trabajos de investigación, prácticas de laboratorio y tareas para cada uno de los temas. El profesor fomentará el uso de las TIC s y de programas especializados para solución y simulación de problemas. 1o Examen departamental, comprende 20 sesiones de una hora aproximadamente, su valor es del 70 %. Actividades como prácticas, tareas, participaciones, investigaciones y otras tendrán un valor de 30 %. 2o Examen departamental, comprende 22 sesiones de una hora aproximadamente, su valor es del 70 %. Actividades como prácticas, tareas, participaciones, Pág. 1

2 Bibliografía básica referencia de Bibliografía Complementaria Programa sintético investigaciones y otras tendrán un valor de 30 %. 3o Examen departamental, comprende 22 sesiones de una hora aproximadamente, su valor es del 70 %. Actividades como prácticas, tareas, participaciones, investigaciones y otras tendrán un valor de 30 %. Evidencias de Portafolio de evidencias a través el cual se evalúan las desempeño competencias desarrolladas y que puede consistir de: Cuadernillo de ejercicios resueltos Reportes de prácticas Simulaciones Documentación de prototipos Reportes técnicos relacionados con la materia (escrito, fotos y/o videos) Otras que el profesor considere pertinentes. Examen ordinario Promedio de los tres exámenes parciales, más un proyecto de investigación. Examen extraordinario Examen en que se evaluará todo el programa. Será requisito indispensable que el alumno haya asistido y aprobado el 90 % de las prácticas de laboratorio. Examen a título Examen en que se evaluará todo el programa. Será requisito indispensable que el alumno haya asistido y aprobado el 90 % de las prácticas de laboratorio. Examen de Examen en que se evaluará todo el programa. Será regularización requisito indispensable que el alumno haya asistido y aprobado el 90 % de las prácticas de laboratorio. Otros métodos y El alumno hará uso de un software para la solución de procedimientos Otras actividades académicas requeridas problemas aplicados. La participación en clases, trabajos extra-clase de investigación, tareas, asistencia a clases y trabajos en equipo. 1. Levenspiel, Octave. Ingeniería de las Reacciones Químicas. Reverte. 2. Rase, Howard F. Chemical Reactor Design for Process Plants, Vol. 1 and 2. John Wiley & Sons. 3. Smith, J. M. Ingeniería de la Cinética Química. CECSA 4. Carberry, J. Chemical and Catalytic Reaction Engineering. McGraw Hill. 5. Holland, Charles D. & Rayford G., Anthony. Fundamentals of Chemical Reaction Engineering. Prentice Hall. 6. De la Peña Manrique Ramón. Introducción al Análisis Ingenieril de los Reactores Químico. Limusa. 7. Fogler H., Scout. Elementos de la Ingeniería de las Reacciones Químicas. Prentice Hall. 8. Tiscareño Lechuga, Fernando. Reactores Químicos. Instituto Tecnológico de Celaya. 9. Aris, R. Análisis de Reactores. Alambra Ediciones. Pág. 2

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4 PROGRAMA ANALITICO A) REACTORES QUÍMICOS B) DATOS BÁSICOS DEL CURSO DE REACTORES QUÍMICOS Semestre Horas de teoría por semana Horas de práctica por semana Horas trabajo adicional estudiante Créditos VII C) OBJETIVOS DEL CURSO Objetivos generales Objetivos específicos Contribución al Perfil de Egreso a Desarrollar Al finalizar el curso el estudiante: Adquirirá los conocimientos para el cálculo, selección y operación de reactores por lotes y continuos. Unidades Reactores discontinuos. Reactores continuos. No idealidades. Objetivo específico El estudiante conocerá los diferentes tipos de reactores homogéneos y heterogéneos y calculará reactores discontinuos en base a una conversión o rendimiento especifico. Conocerá los diferentes tipos de reactores homogéneos y heterogéneos y calculará reactores continuos en base a una conversión o rendimiento especifico. Describirá y reconocerá las funciones de distribución de tiempos de residencia de reactores químicos. Calculará la conversión a partir de datos de la distribución de tiempos de residencia, a través de diferentes modelos. Proporciona las bases para el cálculo, selección, operación y optimización de reactores en procesos industriales. Genéricas Profesionales Razonamiento Científico-Tecnológico Comunicación en español e inglés Cognitiva Emprendedora Competencia en el análisis y optimización de procesos productivos de la industria química. Competencia en el diseño y operación de equipo utilizado en las operaciones unitarias de la industria química. Pág. 4

5 D) CONTENIDOS Y MÉTODOS POR UNIDADES Y TEMAS Unidad 1 Reactores discontinuos Temas 1.1. Tipos de reactores y su clasificación. 20 hs 1.2 Cálculo de reactores homogéneos isotérmicos Ecuaciones de diseño Una reacción Reacciones múltiples Solución de problemas Cálculo de reactores homogéneos no isotérmicos Ecuaciones de diseño Reactores adiabáticos una reacción Reactores adiabáticos múltiples reacciones Reactores no adiabáticos una reacción Reactores no adiabáticos múltiples reacciones Solución de problemas Cálculo de reactores heterogéneos (Catalíticos, no catalíticos y biológicos) Lecturas y otros recursos Métodos de enseñanza Actividades de aprendizaje Leer la bibliografía recomendada, resolver los ejercicios señalados por el profesor, entregar las tareas y asistir a las sesiones de laboratorio. La clase se impartirá mediante sesiones expositivas por parte del maestro y la participación del alumno será esencial en las tareas y trabajos de investigación con la finalidad de complementar los temas y tópicos del curso Identificar los diferentes tipos de reactores. Determinar velocidades de reacción en función de la concentración, conversión, presión, temperatura y velocidades de flujo. Obtener mediante un análisis la ecuación de diseño para las diferentes condiciones de operación. Establecer una secuencia de cálculo en condiciones isotérmicas y no isotérmicas en reactores homogéneos. Aplicar ecuaciones de velocidad de reacción en reactores catalíticos (fluido-sólido) Establecer una secuencia de cálculo para el caso isotérmico y no isotérmico en sistemas heterogéneos. Resolver casos de estudio representativos de cada condición. Utilizar simulador comercial para la solución de problemas. Pág. 5

6 Unidad 2 Reactores continuos Temas 2.1. Tipos de reactores y su clasificación. 22 h 2.2. Cálculo de reactores homogéneos isotérmicos Ecuaciones de diseño de reactores tipo tanque agitado Una reacción Reacciones múltiples Solución de problemas Ecuaciones de diseño de reactores flujo pistón Una reacción Reacciones múltiples Solución de problemas Comparación de tamaños y combinación de reactores Cálculo de reactores homogéneos no isotérmicos Reactores tipo tanque agitado Reactores adiabáticos, una reacción Reactores adiabáticos, múltiples reacciones Reactores no adiabáticos, una reacción Reactores no adiabáticos, múltiples reacciones Solución de problemas Reactores flujo pistón Reactores adiabáticos, una reacción Reactores adiabáticos, múltiples reacciones Reactores no adiabáticos, una reacción Reactores no adiabáticos, múltiples reacciones Solución de problemas. Lecturas y otros recursos Métodos de enseñanza Actividades de aprendizaje Leer la bibliografía recomendada, resolver los ejercicios señalados por el profesor y entregar las tareas La clase se impartirá mediante sesiones expositivas por parte del maestro y la participación del alumno será esencial en las tareas y trabajos de investigación con la finalidad de complementar los temas y tópicos del curso Aplicar las ecuaciones de diseño para este tipo de reactores. Establecer una secuencia de cálculo para el caso isotérmico y no isotérmico en sistemas homogéneos. Establecer una secuencia de cálculo para el caso isotérmico y no isotérmico en sistemas heterogéneos. Resolver casos de estudio representativos de cada condición Utilizar simulador comercial para la solución de problemas. Pág. 6

7 Unidad 3 No idealidades 22 h Temas 3.1. Conceptos y modelo de mezclado Función de distribución de tiempos de residencias Distribuciones de tiempos de residencias a partir de mediciones de respuestas (entrada de función escalonadas y de pulsaciones) Distribución de tiempos en estado de mezclado conocido Interpretación de datos de respuesta Modelo de dispersión Modelo de tanques con agitación conectados en serie Conversión en reactores no ideales Modelo de flujo segregado Modelo de dispersión Conversiones de acuerdo con el modelo de tanques con agitación conectados en serie Conversiones de acuerdo al modelo del reactor con recirculación. Lecturas y otros Leer la bibliografía recomendada, resolver los ejercicios señalados por el recursos profesor y entregar las tareas. Métodos de La clase se impartirá mediante sesiones expositivas por parte del maestro enseñanza y la participación del alumno será esencial en las tareas y trabajos de instigación con la finalidad de complementar los temas y tópicos del curso. Actividades de Explicar las distintas causas que provocan la no idealidad en los aprendizaje reactores continuos. Determinar la distribución de tiempo de residencia de los flujos en los reactores (por lotes, flujo tapón y tanque agitado). Describir matemáticamente y gráficamente la curva de distribución de tiempos de residencia para el reactor tubular. Calcular la conversión de un reactor de tipo pistón utilizando la curva de distribución de tiempos de residencia y compararla con la obtenida en un reactor ideal. Resolver casos de estudio aplicando los modelos de: segregación, mezclado máximo, tanques en serie y de dispersión, para el cálculo de la conversión. E) ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE Estimar mediante un examen diagnóstico el nivel de aprendizaje y comprensión de los conocimientos previos, con objeto de homogeneizarlos. Resolver problemas con el uso de un simulador. Plantear problemas para que se trabaje en equipo dando alternativas de solución y discutirlas en reuniones plenarias. Organizar pláticas y conferencias. Discusión de artículos de revistas técnicas extranjeras acerca de los temas vistos en el curso. Realizar una recapitulación de los temas principales, al término de cada unidad. Pág. 7

8 F) EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN Elaboración y/o presentación de: Periodicidad Abarca Ponderación Primer examen parcial 20 sesiones Unidades % Segundo examen parcial 22 sesiones Unidades % Tercer examen parcial 22 sesiones Unidades % Examen ordinario TOTAL 100 % G) BIBLIOGRAFÍA Y RECURSOS INFORMÁTICOS Textos básicos: 1. Levenspiel, Octave. Ingeniería de las Reacciones Químicas. Reverte. 2. Rase, Howard F. Chemical Reactor Design for Process Plants, Vol. 1 and 2. John Wiley & Sons. 3. Smith, J. M. Ingeniería de la Cinética Química. CECSA. Textos complementarios: 4. Carberry, J. Chemical and Catalytic Reaction Engineering. McGraw Hill. 5. Holland, Charles D. & Rayford G., Anthony. Fundamentals of Chemical Reaction Engineering. Prentice Hall. 6. De la Peña Manrique Ramón. Introducción al Análisis Ingenieril de los Reactores Químico. Limusa. 7. Fogler H., Scout. Elementos de la Ingeniería de las Reacciones Químicas. Prentice Hall. 8. Tiscareño Lechuga, Fernando. Reactores Químicos. Instituto Tecnológico de Celaya. 9. Aris, R. Análisis de Reactores. Alambra Ediciones. Sitios de Internet: Pág. 8