UNIVERSIDAD DE SONORA

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1 UNIVERSIDAD DE SONORA Unidad Regional Centro División de Ingeniería Departamento Ingeniería Química y Metalurgia Asignatura: Ingeniería de Reactores Clave: 9419 Antecedente: Cinética Química Consecuente: Ingeniería de Procesos Créditos: 6 (2h de teoría y 2 h de taller Modalidad: Semipresencial Horas Semana: 4 Horas curso: 64 Modalidad enseñanza-aprendizaje: Curso/Taller Departamento de Servicio: Ingeniería Química y Metalurgia Eje de formación: Profesionalizante Carácter: Obligatorio Competencias específicas a desarrollar: Identifica, analiza y diagnostica el efecto o impacto de las variables de un proceso físico y/o químico. Analiza y resuelve relacionados con los cambios fisicoquímicos. Capacidad para interpretar y evaluar datos derivados de observaciones y mediciones, relacionándolos con la teoría para explicar los fenómenos físicos y/o químicos. Aplica técnicas de simulación y optimización para determinar los valores más convenientes de las variables de interés en un proceso físico y/o químico. Conocimiento de las fronteras de la investigación en la Ingeniería Química y sus aplicaciones. Conocimientos generales previos requeridos: Cálculo diferencial e integral II, Ecuaciones Diferenciales, Cinética Química, Termodinámica II. 1

2 Introducción: La asignatura Ingeniería de Reactores tiene la finalidad de apoyar al estudiante de Ingeniería Química, a diseñar equipo para llevar a cabo las reacciones químicas que se desean. En la unidad uno se presentan la clasificación de las reacciones químicas de acuerdo al número de fases, así como, los diferentes tipos de reactores con base en la forma en que operan. En la unidad dos se deducen las y energía para cada tipo de reactor. En la unidad tres se estudian los reactores batch isotérmico, no isotérmico y adiabático. En la unidad cuatro se analizan los reactores tipo tanque agitado ideal de flujo isotérmico, no isotérmico y adiabático. En la unidad cinco se estudian los reactores tipo tubular ideal continuos isotérmico, no isotérmico y adiabático. En la unidad seis se analizan los reactores semicontinuos ideales de flujo isotérmico, no isotérmico y adiabático. En la unidad siete se estudian, la conversión en reactores no ideales de acuerdo a los modelos de flujo segregado, tanques en serie y de recirculación. Propósito: Proporcionar los conocimientos necesarios para el diseño de reactores químicos combinando los procesos físicos con los cambios químicos. Objetivo General: Diseñar equipo para llevar a cabo las reacciones químicas que se desean. Para ello el estudiante debe de combinar los procesos físicos de transferencia de masa y de energía con los procesos químicos y la cinética química para un adecuado diseño del reactor. Objetivos Específicos: 1. Desarrollar un entendimiento claro de los fundamentos de la Ingeniería de las reacciones química. 2. Analizar los cambios físicos y químicos para aplicar los balances y obtener las ecuaciones de diseño. 3. Establecer las ecuaciones de conservación para un reactor batch, así como, la ecuación de velocidad para el diseño adecuado del proceso. 4. Analizar las ecuaciones de diseño para un reactor tipo tanque agitado ideal y establecer las variables de operación adecuadas. 5. Desarrollar las y energía para un reactor tubular de flujo y conbinarlas con la ecuación de velocidad para un diseño adecuado. 6. Entender la operación de un reactor semibatch en sus diferentes casos y establecer las ecuaciones de diseño. 7. Entender y analizar las desviaciones del comportamiento ideal, tanto de diseño como de operación, para evitar disminución en la conversión. Unidades de Competencias Unidad de Competencia I. Fundamentos 1.1 Introducción 1.2. Clasificación de reacciones 1.3. Clasificación de reactores Unidad de Competencia II. Balances de Materia y Energía 2.1 Introducción 2.2. Balance de masa 2.3. Balance de energía Unidad de Competencia III. Reactor Batch Ideal 3.1. Introducción 3.2. Isotérmico 3.3. No Isotérmico, no adiabático 3.4. Adiabático Unidad de Competencia IV. Reactor Tipo Tanque Ideal 4.1. Introducción 4.2. Isotérmico 43. No Isotérmico no adiabático 4.4. Adiabático Unidad de Competencia V. Reactor Tipo Tubular Ideal 5.1. Introducción 2

3 5.2. Isotérmico 5.3. No isotérmico, no adiabático 5.4. Adiabático Unidad de Competencia VI. Reactor Semibatch Ideal 6.1. Introducción 6.2. Isotérmico 6.3. No isotérmico, no adiabático 6.4. Adiabático Unidad de Competencia VII. Reactores No Ideales 7.1. Conversiones en reactores no ideales 7,2. Conversiones de acuerdo con el modelo de flujo segregado 7.3. Conversiones de acuerdo con el modelo de tanques en serie 7.4. Conversión de acuerdo al modelo de reactor con recirculación Evaluación: criterios generales para la acreditación del curso: Asistencia a clase 5% Exámenes (tres parciales) 70% Aplicación de específicos y tareas en equipo 25% Bibliografía Tipo (básica o complementaria) Fogler H.S Elementos de Ingeniería de las Reacciones Químicas. Froment G.F. y K.B. Bischoff Chemical Reactor Analysis an Design. Hill C.G An Introduction to Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design. Handbook of Chemical Reactor Design, Optimization and Scale Up

4 Desarrollo de las competencias Resultados del aprendizaje Estudio de los fundamentos de las reacciones químicas y la ecuación de velocidad. Análisis de las ecuaciones generales de balance y energía, y la relación con la ecuación de velocidad. Análisis de la operación y aplicación de los reactores batch y obtención de las ecuaciones de diseño de masa y energía. de balance de masa de los reactores isotérmicos batch para reacción en fase líquida y gaseosa. Aplicación de las para reactores batch no isotérmicos en fase líquida y gaseosa. diseño reactores batch isotérmicos y no isotérmicos. de balance de masa para Actividades educativas SEMANA 1 SEMANA 2 SEMANA 3 SEMANA 4 SEMANA 5 SEMANA 6 SEMANA 7 Volumen de trabajo del estudiante calculado en horas Evaluación 4 Proyecto 1, análisis de ejemplo específico. 4 Proyecto 2, aplicación a reacciones específicas. 4 Proyecto 3, aplicaciones específicas. 4 Proyecto 4, aplicación a reacción en fase líquida y gas. 4 Proyecto 5, solución de 4 Proyecto 6, resolución de aplicando el método. 4 Proyecto 7, 4

5 reactores isotérmicos tipo tanque agitado ideal para fase líquida y gaseosa. Aplicación de las para reactores no isotérmicos tipo tanque agitado ideal para fase líquida y gaseosa. diseño de reactores tipo tanque agitado ideal. de balance de masa para reactores isotérmicos tipo tubular ideal para fase líquido-gas. Aplicación de las para reactores no isotérmicos tipo tubular ideal para fase líquido-gas. diseño de reactores tipo tubular ideal. de balance de masa de los reactores isotérmicos semibatch para reacción en fase líquido-gas. SEMANA 8 SEMANA 9 SEMANA 10 SEMANA 11 SEMANA 12 SEMANA 13 4 Proyecto 8, 4 Proyecto 9, resolución de aplicando el método. 4 Proyecto 10, 4 Proyecto 11, 4 Proyecto 12, solución de 4 Proyecto 13, 5

6 Aplicación de las para reactores no isotérmicos tipo semibatch para fase líquido-gas. diseño de reactores semibatch ideal. Estudio de modelos para calcular la conversión en reactores no ideales. SEMANA 14 SEMANA 15 SEMANA 16 4 Proyecto 14, 4 Proyecto 15, solución de 4 solución de PERFIL ACADÉMICO DESEABLE DEL RESPONSABLE DE IMPARTIR LA ASIGNATURA Profesionista en el área de la materia, Ingeniero Químico, de preferencia con estudios de posgrado Maestría o Doctorado en el área de Reactores Químicos, con experiencia profesional en el área de Ingeniería de Reactores, experiencia en el empleo de recursos computacionales y experiencia académica en el área. 6