PROYECTO DOCENTE ASIGNATURA: "Simulación y Optimización de Procesos Químicos"

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1 PROYECTO DOCENTE ASIGNATURA: "Simulación y Optimización de Procesos Químicos" Grupo: Grupo (882232) Titulacion: Grado en Ingeniería de Tecnologías Industriales Curso: DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA/GRUPO Titulación: Año del plan de estudio: Centro: Asignatura: Código: Tipo: Curso: Período de impartición: Grado en Ingeniería de Tecnologías Industriales 200 E.T.S. de Ingeniería Simulación y Optimización de Procesos Químicos Optativa 4º Segundo Cuatrimestre Ciclo: Grupo: Créditos: Horas: Área: Departamento: Dirección postal: Dirección electrónica: Grupo () Ingeniería Química (Área principal) Ingeniería Química y Ambiental (Departamento responsable) ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA, CAMINO DESCUBRIMIENTOS, S/N.- ISLA CARTUJA SEVILLA COORDINADOR DE LA ASIGNATURA VILLANUEVA PERALES, ANGEL LUIS PROFESORADO 2 VILLANUEVA PERALES, ANGEL LUIS GOMEZ BAREA, ALBERTO Curso académico: 207/208 Última modificación: de 6

2 OBJETIVOS Y COMPETENCIAS Objetivos docentes específicos El objetivo de la asignatura es que el alumno aprenda el uso de herramientas computacionales (programas de cálculo numérico y simuladores de proceso) para modelar y simular procesos sencillos, con el fin de: resolver el balance de materia y energía, diseñar y dimensionar equipos, determinar los costes de inversión y operación, analizar la rentabilidad del proceso y optimizar el diseño del mismo para maximizar la rentabilidad. Debido a los conocimientos exigidos en la asignatura no se recomienda elegirla si no se han cursado previamente las siguientes asignaturas : - Fundamentos de Ingeniería Química (plantear y resolver balances macroscópicos de materia y energía) - Cinética y Termodinámica Química Aplicadas (ser capaz de calcular el equilibrio químico y de fases de un sistema) - Tecnología energética (ser capaz de dimensionar equipos de intercambios de calor) - Operaciones básicas con sólidos y fluidos - Operaciones de Separación (ser capaz de analizar y diseñar equipos de separación para absorción, stripping, destilación y extracción líquido-líquido) - Reactores Químicos (ser capaz de analizar sistemas de reacción y dimensionar reactores químicos) Competencias Competencias transversales/genéricas Conocimiento en materias básicas y tecnológicas, que les capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les dote de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones. Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Ingeniería Industrial. Capacidad para reconocer cuándo se necesita información, dónde localizarla, cómo evaluar su idoneidad y darle el uso adecuado de acuerdo con el problema que se plantea. Capacidad para comunicar y transmitir conocimientos, haciendo un uso adecuado de los recursos de expresión oral y escrita. Fomentar el espíritu emprendedor. Competencias específicas Capacidad para el análisis, diseño, simulación y optimización de procesos y productos. Capacidad para diseñar, gestionar y operar procedimientos de simulación, control e instrumentación de procesos químicos. Conocer y saber utilizar los simuladores de procesos, para modelar y diseñar operaciones de separación y sistemas de reacción y optimizar procesos químicos. CONTENIDOS DE LA ASIGNATURA Relación sucinta de los contenidos (bloques temáticos en su caso) Tema Introducción a la Simulación de Procesos Químicos Concepto de modelado y simulación Uso y utilidad de los simuladores de procesos químicos Historia de los simuladores de proceso Aplicaciones de la simulación de procesos Tema 2 Elementos básicos para el análisis y simulación de procesos químicos Herramientas básicas Balances de materia y energía (general, equipos y planta completa) Análisis de grados de libertad (general, equipos y planta completa) Fundamentos de optimización para el análisis de procesos químicos Seminario (I): Proceso de síntesis de amoniaco en EES. Balance materia y energía. Métodos termodinámicos en simulación de procesos Uso y selección de los métodos termodinámicos en simuladores de proceso Ejercicios prácticos de selección de métodos termodinámicos Seminario (II): Proceso de síntesis de amoniaco en EES. Cálculos flash. Tema 3 Evaluación económica de procesos. Análisis de inversiones Caso práctico detallado análisis flujo de caja Tema 4 Introducción a la optimización de procesos químicos Curso académico: 207/208 Última modificación: de 6

3 Aplicaciones de la optimización en procesos químicos Clasificación, estructura y resolución de un problema de optimización Ejemplos de optimización Software de optimización Tema 5 Simulación y Optimización de equipos y procesos de intercambio de calor y energía mecánica Modelos de intercambiadores de calor Bombas, compresores y válvulas Seminario (III): Modelado y cálculo de intercambiadores (caldera) con EES Seminario (IV): Modelado y cálculo de bombas y compresores con EES Tema 6 Simulación y Optimización de reactores químicos Simulación de reactores químicos (conversión, equilibrio, cinéticos) Tipos de modelos de reactores en simuladores de proceso Simulación y optimización del desempeño de un reactor (maximización de conversión y selectividad) Análisis de equilibrio. Cálculo y simulación empleando métodos estequiométricos y no estequiométricos Seminarios (V): Ejemplos de resolución de reactores con EES Seminario (VI): Ejemplos de resolución de reactores en ASPEN Tema 7 Simulación y Optimización de procesos de separación (4 días) Optimización del diseño de absorbedores y strippers Seminario (VII): Optimización con EES del diseño de un stripper para eliminación de tolueno de un residuo acuoso con aire Seminario (VIII): Proceso de síntesis de amoniaco en EES. Simulación planta completa. ACTIVIDADES FORMATIVAS Relación de actividades formativas del cuatrimestre Clases teóricas Metodología de enseñanza-aprendizaje: El enfoque de las clases teóricas es eminentemente práctico. En las clases de exposición se explicarán el objetivo, enfoque y aplicación del modelado y simulación de procesos químicos asistido por ordenador. En los seminarios se enseñarán los aspectos prácticos de herramientas computacionales para el modelado de procesos ( Engineering Equation Solver y Aspen Plus) mientras los alumnos trabajan con ellos. Exposiciones y seminarios Metodología de enseñanza-aprendizaje: En los seminarios se resolverán problemas aplicando el uso de herramientas informáticas como EES o Aspen Plus. A lo largo del curso se desarrollará un caso sobre la simulación de una planta química que servirá como nexo de unión para ir ilustrando los diferentes conceptos explicados a lo largo de la asignatura. Además habrá seminarios que se desarrollarán dentro de algunos temas, como se muestra en el temario de la asignatura. Exámenes Curso académico: 207/208 Última modificación: de 6

4 Prácticas informáticas Metodología de enseñanza-aprendizaje: Se formará a los alumnos en el uso de herramientas computacionales para el modelado y simulación de procesos químicos (Aspen Plus). Se les entregarán guías para que aprendan el uso de los programas por ellos mismos y puedan enfrentarse posteriormente a casos prácticos de mayor envergadura que deberán entregar. BIBLIOGRAFÍA E INFORMACIÓN ADICIONAL Bibliografía general Analysis, synthesis and design of chemical processes Richard Turton et al Edición: 4 Upper Saddle River (New Jersey) [etc.] : Prentice Hall, 202 Integrated Design and Simulation of Chemical Processes Alexandre C. Dimian Edición: Elsevier 2003 Optimization of chemical processes T.F. Edgar, D.M. Himmelblau Edición: 988 McGraw-Hill Bibliografía específica Distillation design and control using Aspen simulation W. L. Luyben Edición: Wiley-Interscience 2006 Chemical reactor design and control W. L. Luyben Edición: John Wiley 2007 Sistema de evaluación Sistema de evaluación El sistema de evaluación se basa principalmente en un examen final escrito y en la realización de un caso práctico de simulación y optimización. El examen escrito, que incluye preguntas de teoría y problemas de todo el contenido del curso, puede suponer entre un 70-80% de la nota global mientras que el caso práctico un 20%-30%. Para poder aprobar la asignatura la nota global debe ser superior a un 5 y además debe cumplirse que la nota del examen no sea inferior a 4. La entrega de los casos prácticos no es obligatoria pero en tal caso la probabilidad de aprobar la asignatura disminuye considerablemente. El caso práctico realizado a lo largo del curso se tendrá en cuenta en el cálculo de la nota de la convocatoria de Junio y Septiembre de dicho curso. Los alumnos repetidores que hayan aprobado los casos prácticos en años anteriores podrán optar por no volver a realizarlo pero, en ese caso, la nota final será exclusivamente la del examen final escrito. Curso académico: 207/208 Última modificación: de 6

5 CALENDARIO DE EXÁMENES La información que aparece a continuación es susceptible de cambios por lo que le recomendamos que la confirme con el Centro cuando se aproxime la fecha de los exámenes. CENTRO: E.T.S. de Ingeniería ª Convocatoria Fecha: Aula: /6/208 Hora: CENTRO: E.T.S. de Ingeniería 2 ª Convocatoria Fecha: Aula: /9/208 Hora: CENTRO: E.T.S. de Ingeniería Diciembre Fecha: Aula: /2/207 Hora: TRIBUNALES ESPECÍFICOS DE EVALUACIÓN Y APELACIÓN Presidente: Vocal: Secretario: Primer suplente: Segundo suplente: Tercer suplente: PEDRO ANTONIO OLLERO DE CASTRO ALBERTO GOMEZ BAREA ANGEL LUIS VILLANUEVA PERALES FRANCISCO JAVIER GUTIERREZ ORTIZ SUSANNA LOUISE NILSSON JOSE FERNANDO VIDAL BARRERO ANEXO : HORARIOS DEL GRUPO DEL PROYECTO DOCENTE Los horarios de las actividades no principales se facilitarán durante el curso. GRUPO: Grupo (882232) Calendario del grupo CLASES DEL PROFESOR: GOMEZ BAREA, ALBERTO HORARIO SIN ESPECIFICAR CLASES DEL PROFESOR: VILLANUEVA PERALES, ANGEL LUIS Curso académico: 207/208 Última modificación: de 6

6 HORARIO SIN ESPECIFICAR Curso académico: 207/208 Última modificación: de 6