PROGRAMA DEL CURSO CINÉTICA DE REACTORES. Licenciatura en Química Industrial con salida lateral de Bachillerato Código de la carrera

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES ESCUELA DE QUÍMICA CÁTEDRA DE INGENIERÍA 1. Información General PROGRAMA DEL CURSO CINÉTICA DE REACTORES Unidad Académica Escuela de Química Sede Omar Dengo Carrera Licenciatura en Química Industrial con salida lateral de Bachillerato Código de la carrera Nombre del curso Cinética de reactores Código de curso QUD Créditos 3 NRC Nivel III Periodo lectivo Ciclo II 2016 Naturaleza Teoría Modalidad Presencial 17 semanas Tipo de curso Regular Horas Presenciales 4 Horas de Estudio Independiente 4 Horas totales por semana 8 Horas de atención a estudiantes 1 (Viernes de 1-2pm) Requisitos Física II, Termodinámica, Calculo III Correquisitos Ninguno Asistencia Al ser un curso de modalidad presencial la asistencia a las lecciones es obligatoria. Grupo, horario Profesor(a) 01, Viernes 9am -12:40pm Dr. Esteban Durán Herrera Firma del académico Firma Coordinador de Cátedra Firma y sello del Director APROBADO EN SESIÓN DE CONSEJO N :

2 2. Descripción General del curso El curso de Cinética de Reactores constituye un curso fundamental en el campo de la ingeniería de las reacciones químicas. En este curso se estudian las leyes cinéticas de las reacciones químicas y las ecuaciones de diseño que permiten el correcto dimensionamiento y operación de reactores químicos industriales. Se abarcará los temas de cinética para sistemas homogéneos y heterogéneos aplicados a algunos tipos de reactores ideales, entre ellos los de tanque perfectamente agitado, tubulares de flujo pistón y los catalíticos. 3. Objetivo General Comprender y utilizar los principios fundamentales de la cinética química aplicada al diseño de reactores químicos industriales. 4. Objetivos Específicos Comprender la cinética química y su importancia en el estudio de las reacciones, así como conceptos importantes del diseño básico de reactores Analizar datos cinéticos experimentales con el fin de obtener leyes de velocidad de reacción Conocer los tipos de reactores químicos, sus características, dimensionamiento y análisis para su incorporación en el diseño de procesos industriales Desarrollar y aplicar los modelos matemáticos más comunes de reactores químicos Realizar cálculos de balances de masa y energía para analizar distintos sistemas de reactores ideales Utilizar técnicas numéricas para la simulación de reactores químicos mediante el uso de software tal como Polymath, MatLab, etc. Señalar y describir los procesos involucrados en las reacciones catalíticas heterogéneas Ser consciente de la responsabilidad profesional de diseñar sistemas de reacción eficientes, seguros y de mínimo impacto ambiental Desarrollar eficientemente un proyecto de diseño colaborando en un grupo de trabajo 5. Contenidos I. Relación de las matemáticas, termodinámica y los fenómenos de transporte. 1. Introducción a la ingeniería de las reacciones químicas II. Tipos de Reactores Químicos. 1. Reactores ideales. 2. Reactores no ideales. III. Características de los reactores químicos. 1. Reactor intermitente. 2. Reactor continuo tanque agitado (RCTA). 3. Reactor continuo de flujo tubular (reactor flujo pistón, RFP).

3 4. Desviaciones de los reactores ideales. IV. Balance de materia y de Energía para los diferentes tipos de reactores. 1. Definición de conversión. 2. Conservación de la masa en los reactores. 3. Conservación de la energía en los reactores. 4. Velocidad espacial V. Dimensionamiento de los reactores químicos. 1. Aplicación de las ecuaciones de diseño para reactores de flujo continuo donde ocurre una sola reacción. 2. Cálculo del tamaño de un RCTA. 3. Cálculo del tamaño de un RFP. VI. Análisis comparativo de los reactores químicos. 1. Comparación de los tamaños de un RCTA y un RFP, para una conversión deseada cuando ocurre una sola reacción. VII. Reactores en Serie y en Paralelo. 1. Cálculo y comparación de los tamaños de sistemas de reactores (RCTA, RFP y RCTA+RFP en serie) requeridos para una conversión deseada, cuando ocurre una sola reacción. VIII. Reactores Homogéneos Isotérmicos. 1. Procedimiento de diseño de reactores intermitentes. 2. Ecuaciones de velocidad a partir de mediciones en reactores por lotes. 3. Interpretación de datos de reactores de flujo tubular de laboratorio. 4. Procedimiento de diseño de reactores de flujo tubular. 5. Reactores de un solo tanque con agitación. 6. Series de reactores de tanque con agitación. 7. Comparación de reactores tubulares y de tanques con agitación. 8. Reactores de flujo no estable (semicontinuos). IX. Reactores Homogéneos No-Isotérmicos. 1. Reactores por lotes con agitación. 2. Reactores de flujo tubular. 3. Reactores continuos de tanque con agitación. 4. Reactores semicontinuos X. Reactores Heterogéneos y Reacciones Catalizadas por sólidos. 1. Procesos heterogéneos, catálisis y adsorción. 2. Ecuaciones de velocidad para reacciones catalíticas fluido-sólido. 3. Procesos de transporte externo en reacciones heterogéneos. 4. Procesos de transporte interno-reacción y difusión en catalizadores porosos.

4 XI. Diseño de Reactores Catalíticos. 1. Clasificación de los reactores heterogéneos. 2. Bosquejo del problema de diseño. 3. Operación isotérmica. 4. Operación adiabática. 5. Modelo unidimensional. 6. Modelo bidimensional. 7. Comportamiento dinámico. XII. Diseño para reacciones múltiples. 1. Maximizar el producto deseado en reacciones en paralelo. 2. Maximizar el producto deseado en reacciones en serie. 3. Comparación de la selectividad calculada en sistemas de reactores isotérmicos cuando existen dos reacciones en paralelo o dos reacciones en serie. XIII. Material de construcción para los diferentes tipos de reactores. 6. Metodología El profesor desarrollará el curso mediante clases expositivas en donde se analizarán los aspectos más relevantes y se ilustrará la teoría con ejemplos. La participación activa es fundamental para retroalimentar y hacer más dinámico el proceso de aprendizaje. El curso es intensivo y requiere que el estudiante dedique al menos 4 horas semanales de estudio individual para que profundice y haga práctica, aspectos esenciales para una asimilación provechosa de los temas. Este estudio independiente será guiado por el profesor, recomendando bibliografía y problemas para su solución. Se asignará la lectura de artículos recientes, concernientes al campo de estudio, para conocer y/o profundizar sobre investigaciones y aplicaciones de la cinética y reactores químicos. Como proyecto integrador de conocimientos, los estudiantes realizarán un proyecto de diseño en grupos de trabajo; éste será asignado oportunamente por el profesor y los estudiantes deberán presentar un informe escrito y defenderlo oralmente. 7. Evaluación 7.1. Porcentajes de Evaluación Quices y tareas 10% Exámenes parciales (3) 75% (25% cada uno) Proyecto de diseño 15% (5% presentación oral, 10% informe escrito)

5 7.2. Disposiciones sobre la evaluación El estudiante será calificado con base en una escala de valor mínimo cero (0) y máximo de diez (10). Toda calificación final deberá redondearse de la siguiente manera: - Del 0,10 al 0.24 corresponde a 0,25 - Del 0,26 al 0.49 corresponde a 0,50 - Del 0,51 al 0.74 corresponde a 0,75 - Del 0,76 al 0.99 corresponde al entero superior Se aplica lo establecido en el artículo 26 del Reglamento General sobre los Procesos de Enseñanza y Aprendizaje de la Universidad Nacional : Si el estudiante se siente perjudicado en la calificación obtenida, tiene derecho a solicitar una revisión de la nota al profesor del curso, dentro de los siguientes cinco días hábiles, luego de entregada la nota. Si el estudiante se considera perjudicado y no solicita la revisión de su calificación o la realiza pasados los cinco días hábiles luego de la entrega, automáticamente pierde su derecho de apelarla. Los exámenes de reposición se harán en casos debidamente justificados según los reglamentos universitarios y se harán en un horario a convenir por el profesor. Los resultados de todas las formas de evaluación serán entregadas en un plazo no mayor a 8 días naturales, de acuerdo al artículo 20 del Reglamento General Sobre los Procesos de Enseñanza y Aprendizaje de la Universidad Nacional. Ética: El fraude académico no será tolerado en ninguna forma. Cualquier fraude académico está sujeto a sanciones disciplinarias según artículos 24 y 25 descritos en el Reglamento General Sobre los Procesos de Enseñanza y Aprendizaje de la Universidad Nacional y el Reglamento de Régimen disciplinario vigente. 8. Libro de texto Fogler, S.H. (2008). Elementos de Ingeniería de las Reacciones Químicas, 4a. Ed. México: Prentice Hall. El libro está disponible en la biblioteca y podrá ser adquirido en la feria de libros. 9. Bibliografía para consulta: Carberry, J.J. (2002). Chemical and Catalytic Reaction Engineering. New York: Dover Publications. Froment, G.F., Bischoff, K.B. & De Wilde, J. (2010). Chemical Reactor Analysis and Design, 3rd Ed. New Jersey: Wiley. Harriott, P. (2002). Chemical Reactor Design. Boca Raton: CRC Press. Levenspiel, O. (2004). Ingeniería de las Reacciones Químicas,3ª Ed. México: Limusa

6 Mann, U. (2009). Principles of Chemical Reactor Analysis and Design: New Tools for Industrial Chemical Reactor Operations. New Jersey: Wiley. Masel,R.(2001).Chemical kinetics and catalysis. Nueva York: Wiley Interscience. Nauman, E.B. (2008). Chemical Reactor Design, Optimization, and Scaleup, 2nd Ed. New Jersey: Wiley. Smith, J.M.(1989). Ingeniería de la Cinética Química. México: Editorial Continental. Smith, J.M., H.C. Van Ness., Abbott, M.M. (2007). Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química. México: McGraw- Hill. Theodore, L. (2012). Essential Engineering Calculations Series: Chemical Reactor Analysis and Applications for the Practicing Engineer. New Jersey: Wiley. Referencias en la Web: Bases de datos en línea y libros electrónicos, SIDUNA, Universidad Nacional (por ejemplo, ScienceDirect, SciFinder Scholar, Google Scholar, Wiley Online Library) (propiedades físicas NIST) 10. Información adicional Solo se admitirán ausencias justificadas por motivo de causa mayor: enfermedad grave o accidente del estudiante (con el dictamen médico correspondiente), nacimiento de un hijo(a), citación judicial, fallecimiento de familiares en primer grado de consanguinidad (5 días hábiles), matrimonio, desastre natural comprobado, convocatoria a actividades referentes a la carrera que cursa en estudiante en las que puedan presentar la carta de justificación correspondiente firmada por el profesor de la actividad. Las ausencias que correspondan a alguna de estas causas deben justificarse por escrito con los documentos probatorios respectivos y entregarse al profesor en un lapso de 8 días a partir de la ausencia. Todo aparato que reproduzca audio o video, emita ruido, o sirva para la transmisión de mensajes deberá permanecer apagado durante la clase y no se permitirá su uso durante los exámenes. El celular deberá permanecer dentro del bolso durante el examen. Los exámenes deberán resolverse con bolígrafo azul o negro. Si existiera estudiantes con algún tipo de adecuación, por favor hacerlo saber al docente en la primera semana de clases para que se tomen las medidas lo más pronto posible. La dinámica de interacción estará sustentada en los principios de respeto e igualdad, de acuerdo con la normativa reglamentaria, la misión, la visión y el modelo pedagógico de la Universidad Nacional. Entre otros principios, se contemplará el Respeto a la diversidad en todas sus expresiones así como el Respeto y compromiso con la igualdad de oportunidades y con la construcción de una sociedad más justa y equitativa (Modelo Pedagógico UNA).

7 11. Cronograma Semana Fecha Contenido Capítulo Libro de texto 1 22 Jul. Balances de moles Jul. Velocidad de reacción y conversión Ago. Estequiometría y Reactores isotérmicos I Ago. Reactores isotérmicos II Ago. I Examen Parcial 6 26 Ago. Análisis de datos cinéticos Set. Reacciones múltiples Set. Reactores no isotérmicos I Set. Reactores no isotérmicos II Set. II Examen Parcial Set. Reactores en estado no estacionario Oct. Catálisis heterogénea Oct. Reactores catalíticos Oct. Transferencia de masa en reacciones catalíticas Oct. Materiales de construcción Nov. III Examen Parcial Nov. Presentación Proyectos de Diseño Nov. Entrega de Notas Nov. Examen Extraordinario