INGENIERIA DE SISTEMAS DE PROCESOS INGENIERÍA DE SITEMAS DE PROCESOS EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA INGENIERIA QUÍMICA e INGENIERÍA EN ALIMENTOS

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1 Cátedras: Carreras: Facultad: Universidad: INGENIERIA DE SISTEMAS DE PROCESOS INGENIERÍA DE SITEMAS DE PROCESOS EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA INGENIERIA QUÍMICA e INGENIERÍA EN ALIMENTOS INGENIERIA NACIONAL DE SAN JUAN Equipo de Cátedra: Titular: Dr. Oscar Alberto Ortiz Asociado: Ing. Ana Cristina Deiana J.T.P: Ing. Pablo M. Aballay PROGRAMA ANALITICO Y CRONOGRAMA 2011 MODULO I: Diseño de Procesos. Síntesis de Procesos Unidad temática 1 Introducción a la Ingeniería de Procesos. Esquema Conceptual de la Ingeniería de Procesos. Síntesis, Análisis y Optimización dentro de la Ingeniería de Procesos. Definiciones. Sistematización mediante computadora de las principales etapas de la Ingeniería de Procesos. Unidad Temática 2 Diseño de Procesos. Aspectos creativos del Diseño de Procesos. Síntesis y Análisis. Método Ingenieril. Niveles de Diseño en Ingeniería. Aproximación Jerárquica al Diseño Conceptual de Procesos. Integración de Energía. Trenes de Destilación. Sistemas de Recuperación de Vapor. Diagrama de Flujo Simplificado para Sistemas de Separación. Estructura de Reciclo del Diagrama de Flujo. Estructura de Entrada - Salida del Diagrama de Flujo. Jerarquía de decisiones. Método de Douglas. Soluciones Shortcut. Procedimiento de Descomposición para Procesos Existentes. Ejemplos de Aplicación. Unidad Temática 3 Síntesis de Proceso. Método de Aproximación Jerárquica. Información de Entrada: información sobre la reacción, desactivación del catalizador, producción, pureza del producto, materia prima, restricciones, datos sobre propiedades físicas. Decisión Batch vs. Continuo. Lineamientos para la Selección de Procesos Batch. Operaciones Múltiples en un Recipiente. Etapas en el Diseño Batch y Continuo. Extensión a procesos fluido solido y alimentarios Unidad Temática 4 Estructura de Entrada-Salida del Flowsheet. Decisiones para la Estructura de Entrada-Salida. Flowsheets Alternativos. Purificación de Alimentaciones. Recuperación o Reciclo de Subproductos Reversibles. Reciclo de gas y Purga. Número de Corrientes de Producto. Variables de Diseño. Balance de Materia Global. Costo de Corrientes. Variables de Diseño. Procedimiento para el Balance Global de Materia. Limitaciones. Tabla de Corrientes. Costo de las Corrientes. Potencial Económico. Unidad Temática 5: Estructura de Reciclo del Flowsheet. Decisiones que determinan la Estructura de Reciclo: número de sistemas reaccionantes, número de corrientes de reciclo, reactantes en exceso. Balances de Materia de Reciclos. Heurísticos de Diseño. Efectos Calóricos del reactor: carga calórica del reactor, cambio de temperatura

2 adiabática, heurísticos para cargas calóricas, uso de carriers. Limitaciones de Equilibrio. Conversión de Equilibrio. Diseño del Compresor y Costos. Diseño del reactor. Evaluación Económica del Reciclo. Unidad Temática 6 Sistema de Separación. Estructura General del Sistema de Separación. Cálculos Flash Aproximados. Sistemas de Recuperación de Vapor. Localización. Tipos de Sistemas de Recuperación de Vapor. Sistema de Separación Líquida. Colas Livianas. Azeótropos con Reactivos. Aplicabilidad de la destilación. Secuenciamiento de Columnas. Otros tipos de Separación. Potencial económico. Discusión. Unidad Temática 7: Integración Energética. Redes de intercambio Calórico. Mínimo Requerimiento de Calentamiento y Enfriamiento. Análisis de la Primera Ley. Intervalos de Temperatura. Diagramas en Cascada. Temperatura de Pinch. Diagramas Entalpía-Temperatura. Mínimo Número de Intercambiadores de Calor. Estimación de Áreas de Intercambio. Diseño de Redes de Intercambiadores de Calor de Mínima Energía. Ciclos de Calor. Síntesis de Redes de Intercambio Calórico con Mínimo Número de Intercambiadores. Eliminación de Ciclos de Calor. MODULO II: Simulación de Procesos en Estado Estacionario Unidad Temática 8 Simulación de Procesos. Concepto. Tipos de Programas de Simulación. Componentes de un Programa de Simulación de Procesos en Estado Estacionario. Balances en Diagramas de Flujo. Balances en Equipos. Cálculos de Reciclos. Generación de Valores de Corrientes Iteradoras. Variables de Diseño. Principales simuladores comerciales: CHEMCAD, ASPEN - HYSYS, SUPERPRO DESIGNER. Unidad Temática 9 Sistematización de Diagramas de Flujo. Representación computacional. Preprocesamiento, etapas. Conceptos de Teoría de Grafos Finitos y Algebra de Boole. Particionado, métodos: Matriz de Adyacencia, Algoritmo de Kehat - Shacham. Rasgado, criterios de selección de Corrientes de Corte. Algoritmos de Lee y Rudd y Barkley y Motard. Ordenamiento, Algoritmo de Ordenamiento. Construcción de listas ordenadas de equipos. Unidad Temática 10 Módulos Básicos de Simulación. Modelación, aspectos físicos y matemáticos. Variables, tipos, grados de libertad del sistema. Selección de variables de diseño. Algoritmo de Lee, Christensen y Rudd. Ecuaciones involucradas en los modelos, caracterización. Módulos Básicos. Características de equipos. Tipos. Descripción de Modelos Básicos de Nodos: equipos de intercambio calórico, procesos de separación, reactores. MODULO III: Optimización de Procesos Unidad Temática 11 Introducción a la Optimización. Requerimientos para la aplicación de Métodos de Optimización. Definición de Límites del Sistema. El Criterio de Perfomance. Las variables Independientes. El Modelo del Sistema. Aplicación de Optimización en Ingeniería. Aplicaciones en Diseño de Procesos. Aplicaciones en Análisis y Reducción de Datos. Estructura de los Problemas de Optimización. Unidad Temática 12

3 Funciones de una Variable. Propiedades de Funciones de Una Variable. Criterio de Óptimo. Métodos de Eliminación de Región. Aproximación Polinomial o Métodos de Eliminación de Punto. Métodos que requieren Derivadas. Comparación de Métodos. Aplicaciones. Unidad Temática 13 Funciones de Varias Variables. Métodos de Búsqueda Directa. Métodos basados en el Gradiente. Comparación de Métodos y Resultados Numéricos. Aplicaciones. PRACTICAS DE GABINETE SINTESIS DE PROCESOS 1. Síntesis preliminar de Diagramas de Flujo de Proceso Jerarquización de Diagramas de Flujo. Uso de software matemático POLYMATH. 2. Análisis de Estructura Entrada - Salida. Balance Global de Masa 3. Análisis de Estructura de Reciclo. Configuración de Reactores y Compresores Balances de Masa y Energía. Potencial Económico 4. Análisis de Estructura de Sistemas de Separación. Topología de Sistema de Separación Líquida y Recuperación de Vapor. Balances de Masa y Energía. Potencial Económico 5. Integración energética. Síntesis de Redes de Intercambio Calórico. Método Pinch. Uso de simulador ASPEN PINCH. SIMULACIÓN DE PROCESOS 6. Programas de Simulación. Confección de Diagramas de Flujo de Información. Preprocesamiento de la Información. Particionado del Diagrama de Flujo de Información (DFI). Rasgado del DFI. Secuencia de resolución del DFI 7. Selección de conjunto óptimo de variables de diseño y Secuencia de resolución de un modulo básico de simulación. Algoritmo de Lee Christensen y Rudd. 8. Uso de los Simuladores CHEMCAD, ASPEN/HYSYS / SUPER PRO DESIGNER para Equipos y Procesos OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS 9. Estructura de un Problema de Optimización. Formulación del mismo. Resolución de Problemas Simples de Aplicación a Procesos. Uso de Solver de Excel. 10. Optimización de condiciones de Operación de Equipos usando Simulador Chemcad.

4 CRONOGRAMA ACTIVIDADES POR SEMANA Semana Módulos MODULO I MODULO II MODULO III

5 BIBLIOGRAFIA BIEGLER, L. T.; GROSSMANN, I. E. WESTWRBERG, A.W., "Systematic Methods of Chemical Process Design", Prentice Hall International Series in Industrial and Systems Engineering CERRO, R. L.; ARRI, L. E.; CHIOVETTA, M. G.; PEREZ, G., "Curso Latinoamericano de Diseño de Proceso por Computadora", Tomos I y II, Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química, Universidad Nacional del Litoral, DOUGLAS, JAMES M. "Conceptual Design of Chemical Processes", Mc Graw Hill EDGAR & HINMENBLAU, "Optimization of Chemical Process", Mc Graw Hill, 1988 FISHWICK, PAUL A., "Simulation Model design and Execution", Prentice Hall International Series in Industrial and Systems Engineering LIU, Y. A.; MCGEE, H. A. JR.; EPPERLY, W. R., "Recent Developments in Chemical Process and Plant Design", John Wiley and Sons ORTIZ, OSCAR A.; DEIANA, ANA C.; PETKOVIC, LUCIA M. Apuntes de Cátedra Ingeniería de Proceso, San Juan, PETERS M. S.; TIMMERHAUS K. D., "Plant Design and Economics for Chemical Engineers", Mc Graw Hill, PETRIDES, D., Bioprocess Design and Economics, En: R.G. Harrison, P.W. Todd, S.R. Rudge, and D. Petrides (Eds.), Bioseparations Science and Engineering, Oxford University Press REKLAITIS, G. V.; RAVINDRAN, A. RAGSDELL, K. M., "Engineering Optimization. Methods and Applications", John Wiley & Sons ROUSSEAU, R. W., "Handbook of Separation Process Technology", John Wiley and Sons RUDD, DALE F.; WATSON, CHARLES C., "Strategy of Process Engineering", John Wiley & Sons, SEIDER, WARREN D.; SEADER J. D.; LEWIN D. L. " Process Design Principles", John Wiley & Sons, 1998 SMITH, "Chemical Process Design" Mc Graw Hill, 1995 SCENNA, J. N., Modelado, Simulación y Optimización de Procesos Químicos (1999) Publicaciones Científicas sobre temas de interés para la Cátedra

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7 Cronograma º Semestre - Cátedras: INGENIERIA DE SISTEMAS DE PROCESOS (Carrera: Ing. Química) / ING. DE SIST. DE PROCESOS EN LA IND. ALIMENTARIA (Carrera: Ing. en Alimentos) - Prof. Dr. Oscar Alberto Ortiz SEMANA Docente Aula FECHA ACTIVIDAD AC : Aula C Edificio de Química G : Gabinete de Computación C : Cátedra 1 Ortiz AC 09-Ago Ingeniería de Proceso. Diseño de Proceso. Síntesis, Simulación y Optimización Ortiz AC 11-Ago Método de Aproximación Jerárquica para Síntesis de Proceso 2 Ortiz AC 16-Ago Información de Entrada. Decisión Batch - Continuo Ortiz AC - G 18-Ago Practica Nº 1 3 Aballay - Ortiz AC 23-Ago Síntesis de Estructura de Entrada Salida Aballay.- Ortiz AC - G 25-Ago Práctica Nº 2 4 Ortiz AC 30-Ago Síntesis de Estructura de Reciclo Aballay - Ortiz AC - G 01-Sep Practica Nº 3 5 Ortiz AC 06-Sep Síntesis de Sistema de Separación Aballay - Ortiz AC - C 08-Sep Práctica Nº 4 6 Ortiz AC 13-Sep Integración Energética. Requerimientos Mínimos de Servicios. Método de Intervalos de Temp. Ortiz AC 15-Sep Síntesis de Redes de IC de Mínima Energía. Síntesis de Redes de IC de Mínimo Nº de Intercambiadores 7 Aballay - Ortiz AC 20-Sep Practica Nº 5 Deiana AC 22-Sep Simulación de Procesos. Conceptos básicos y clasificación. 8 Deiana. AC 27-Sep Componentes de los programas de simulación. Sistematización de diagrama de flujo AC 29-Sep EVALUACIÓN INTEGRATIVA Nº 1. 9 Deiana. AC 04-Oct Pre-procesamiento de la información. Particionado. Algoritmos correspondientes Deiana AC 06-Oct Rasgado y Ordenamiento. Módulos Básicos de Simulación 10 Aballay- Deiana AC 11-Oct Práctica N 6 Deiana AC 13-Oct Selección de variables de diseño. Algoritmo de Lee Rudd 11 Aballay - Deiana AC 18-Oct Práctica Nº 7 Aballay - Deiana AC - C 20-Oct Práctica Nº 8 12 Ortiz AC 25-Oct Introducción a la Optimización. Estructura del Problema. Formulación. Ejemplos Ortiz AC 27-Oct Funciones de una y más Variables. Métodos. Aplicaciones en Ingeniería de Proceso AC 01-Nov EVALUACIÓN INTEGRATIVA Nº 2 Aballay - Ortiz AC G 03-Nov Práctica Nº 9 14 Aballay - Ortiz AC C 08-Nov Práctica Nº AC 10-Nov EVALUACIÓN INTEGRATIVA FINAL

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