Guía docente de la asignatura INGENIERÍA DE PROCESOS Y PRODUCTO

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1 Guía docente de la asignatura INGENIERÍA DE PROCESOS Y PRODUCTO Titulación: Grado en Ingeniería Química Industrial Curso 2012/2013

2 Guía Docente 1. Datos de la asignatura Nombre INGENIERÍA DE PROCESOS Y PRODUCTO Materia INGENIERÍA DE PROCESOS Y PRODUCTO Módulo Materias Específicas de la Especialidad Código Titulación/es GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL Plan de estudios Decreto nº 269/2009 de 31 de Julio, de la CARM Centro ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Tipo Obligatoria Periodo lectivo Primer cuatrimestre Curso 4 Idioma Castellano y ocasionalmente inglés ECTS 6.0 Horas / ECTS 30 Carga total de trabajo (horas) 180 Horario clases teoría Martes 16:00 17:50 h Aula P1 5 Horario clases prácticas Martes 16:00 17:50 h Lugar Aula de Informática 2. Datos del profesorado Profesor responsable José María Obón de Castro Departamento Ingeniería Química y Ambiental Área de conocimiento Ingeniería Química Ubicación del despacho Edificio ETSINO, 1ª Planta Teléfono Fax Correo electrónico josemaria.obon@upct.es URL / WEB Horario de atención / Tutorías Lunes de 10:00 a 12:00 y Viernes de 10:00 a 12:00 Ubicación durante las tutorías Edificio ETSINO, 1ª Planta

3 Profesor responsable Mercedes Alacid Cárceles Departamento Ingeniería Química y Ambiental Área de conocimiento Ingeniería Química Ubicación del despacho Edificio ETSINO, 1ª Planta Teléfono Fax Correo electrónico mercedes.alacid@upct.es URL / WEB Horario de atención / Tutorías Ubicación durante las tutorías Edificio ETSINO, 1ª Planta

4 3. Descripción de la asignatura 3.1. Presentación La asignatura de INGENIERÍA DE PROCESOS Y PRODUCTO debe buscar formar profesionales con capacidad para aplicar el método científico y los principios de la ingeniería y economía, en el diseño de procesos y productos, y en la concepción, cálculo, diseño, análisis, construcción, puesta en marcha y operación de equipos e instalaciones en industrias químicas o afines, en términos de calidad, seguridad, economía, uso racional y eficiente de los recursos naturales y conservación del medio ambiente, cumpliendo el código ético de la profesión Ubicación en el plan de estudios La asignatura de INGENIERÍA DE PROCESOS Y PRODUCTO se estudia en el cuarto curso de la titulación, está ubicada en el primer cuatrimestre y pertenece al módulo de materias específicas Descripción de la asignatura. Adecuación al perfil profesional Se inicia la asignatura presentando las características generales de la industria química, las materias primas que utiliza y los productos que esta obtiene, para pasar a conocer la estructura de una planta química, sus componentes de proceso y sus servicios auxiliares. A continuación el estudiante debe ser capaz de hacer un análisis y síntesis de procesos, abordando el diseño conceptual de procesos y producto. La asignatura incluye el uso de paquetes de software de simulación de procesos como herramienta para realizar el diseño conceptual de procesos. Finalmente se abordan ejemplos significativos de procesos químicos industriales. En este sentido debe destacarse especialmente el entorno industrial químico de la comarca de Cartagena, en el que se encuentran presentes grandes empresas del sector, como Sabic Innovative Plastics, Repsol YPF, Ecocarburantes Españoles (Grupo Abengoa), Fosfatos de Cartagena (Grupo ERCROS), Aceites Especiales del Mediterráneo (AEMEDSA) o ENAGAS. También debe remarcarse el elevado volumen de industrias del sector agroalimentario y farmacéutico en nuestro entorno regional Relación con otras asignaturas. Prerrequisitos y recomendaciones Esta asignatura se ha programado en el último curso de la titulación y es por tanto una continuación de las asignaturas de Fundamentos de Ingeniería Química, Operaciones de Separación, Ingeniería de la Reacción Química e Ingeniería Bioquímica. Así, se considera fundamental y se recomienda cursar esta asignatura una vez superadas las anteriores, ya que de esta forma el estudiante podrá seguir los contenidos de la asignatura con más facilidad Medidas especiales previstas En caso de alumnos con necesidades especiales se estudiará cada caso de modo individual y se buscará una solución válida para los interesados.

5 4. Competencias 4.1. Competencias específicas de la asignatura (según el plan de estudios) Capacidad para el análisis, diseño, simulación y optimización de procesos y productos Competencias genéricas / transversales (según el plan de estudios) COMPETENCIAS INSTRUMENTALES T1.1 Capacidad de análisis y síntesis T1.2 Capacidad de organización y planificación T1.3 Comunicación oral y escrita en lengua propia T1.5 Habilidades básicas computacionales T1.6 Capacidad de gestión de la información T1.7 Resolución de problemas T1.8 Toma de decisiones COMPETENCIAS PERSONALES T2.1 Capacidad crítica y autocrítica T2.2 Trabajo en equipo T2.3 Habilidades en las relaciones interpersonales COMPETENCIAS SISTÉMICAS T3.1 Capacidad para aplicar los conocimientos a la práctica T3.2 Capacidad de aprender T3.3 Adaptación a nuevas situaciones T3.4 Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad) T3.7 Habilidad de realizar trabajo autónomo T3.8 Iniciativa y espíritu emprendedor T3.9 Preocupación por la calidad T3.10 Motivación de logro 4.3. Objetivos generales / competencias específicas del título (según el plan de estudios) CONOCIMIENTOS DISCIPLINARES E1.2 Conocimientos en materias tecnológicas para la realización de mediciones, cálculos, valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes, planes de labores y otros trabajos análogos. COMPETENCIAS PROFESIONALES E2.1 Capacidad para la redacción, firma y desarrollo de proyectos en el ámbito de la ingeniería industrial que tengan por objeto, de acuerdo con los conocimientos específicos adquiridos, la construcción, reforma, reparación, conservación, demolición, fabricación, instalación, montaje o explotación de: estructuras, equipos mecánicos, instalaciones energéticas, instalaciones eléctricas y electrónicas, instalaciones y plantas industriales y procesos de fabricación y automatización en función de la ley de atribuciones profesionales. E2.3 Capacidad de analizar y valorar el impacto social y medioambiental de las soluciones técnicas.

6 4.4. Resultados esperados del aprendizaje Al finalizar la asignatura el estudiante debe ser capaz de: 1. Contextualizar la diversidad e importancia de la industria química regional y nacional frente a la europea e internacional 2. Saber la importancia que tienen las materias primas y la energía en la industria química 3. Ser consciente de las muchas consideraciones medioambientales que deben prevalecer en el diseño de procesos y productos químicos. 4. Clasificar los tipos de plantas químicas y conocer sus secciones 5. Identificar los componentes de proceso y los servicios auxiliares necesarios para el funcionamiento de una planta química. 6. Conocer las características y la estructura de producción de una industria química 7. Distinguir entre diseño de procesos y diseño de producto 8. Valorar la importancia y ser consciente de los principios éticos del diseño, para conseguir procesos seguros y que protejan el medioambiente 9. Hacer uso de las mejores técnicas disponibles para el diseño de una planta química 10. Saber los aspectos básicos de seguridad en una planta química 11. Conocer la organización que siguen las empresas químicas y los pasos a dar para la síntesis de procesos de un producto químico básico, y en el desarrollo de un producto de química fina 12. Plantear y resolver un diseño conceptual para la obtención de un producto químico en una planta química, utilizando simuladores comerciales de procesos químicos 13. Conocer los pasos necesarios para crear el diagrama de flujos de proceso que incluya las reacciones, separaciones y operaciones de cambio de presión y temperatura. 14. Identificar de entre las diferentes alternativas posibles de diagrama de proceso, aquella que sea la más adecuada. 15. Saber seleccionar los equipos del proceso y crear un diagrama de flujos de proceso detallado con los balances de materia y energía y la lista de los equipos principales. 16. Entender la importancia de seleccionar reacciones en las que no intervengan productos químicos tóxicos o peligrosos, y cuando sea inevitable, reducir su presencia disminuyendo los tiempos de residencia en las unidades de proceso y evitar su almacenamiento en grandes cantidades. 17. Distribuir los productos químicos en un diagrama de flujo de procesos que tenga en cuenta la presencia de sustancias inertes, la purga de especies que de otra manera alcanzarían concentraciones inaceptables, y que se alcance una alta selectividad en los productos deseados. 18. Aplicar la heurística en la separación de procesos de separación de líquidos, vapores, y mezclas líquido vapor. 19. Distribuir los productos químicos, usando exceso de reactivos, disolventes inertes, y corrientes frías, para tener en cuenta los calores de reacción de las reacciones exotérmicas. 20. Entender las ventajas de bombear un líquido frente a la compresión de un gas. 21. Familiarizarse con los métodos de separación industriales más extendidos y los fundamentos de su separación. 22. Entender el concepto de factor de separación y ser capaz de seleccionar los métodos más apropiados de separación de mezclas de líquidos. 23. Entender cómo se secuencian las columnas de destilación y como aplicar la heurística y método sistemático en la búsqueda de una secuencia casi óptima. 24. Conocidos los datos de las corrientes frías y calientes, ser capaz diseñar una red de intercambiadores de calor simple que cumpla con los criterios de máxima recuperación de energía. 25. Saber estimar el dimensionado de los equipos y los costes de capital de una planta de

7 procesos químicos. 26. Analizar los costes de operación y la rentabilidad de una planta de procesos químicos. 27. Conocer y analizar ejemplos de procesos químicos industriales

8 5. Contenidos 5.1. Contenidos (según el plan de estudios) La industria química: características. Análisis estructural. Materias primas y productos. La planta química: Estructura. Componentes de proceso y servicios auxiliares. Análisis y síntesis de procesos. Simulación de procesos industriales. El desarrollo de productos de la industria química. Ejemplos significativos de procesos químicos industriales Programa de teoría TEMA 1. LA INDUSTRIA QUÍMICA TEMA 2. LA PLANTA QUÍMICA TEMA 3. EL PROCESO DE DISEÑO DE PROCESOS Y PRODUCTOS QUIMICOS TEMA 4. SIMULACIÓN POR ORDENADOR DE PROCESOS QUÍMICOS INDUSTRIALES TEMA 5. ESTRUCTURA Y DISEÑO DE DIAGRAMAS DE FLUJO DE PROCESOS TEMA 6. DISEÑO Y OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE SEPARACIÓN TEMA 7. DISEÑO Y OPTIMIZACIÓN DE UNA RED DE INTERCAMBIADORES DE CALOR TEMA 8. ANÁLISIS ECONÓMICO DE LOS PROCESOS QUÍMICOS TEMA 9. EJEMPLOS DE PROCESOS QUÍMICOS INDUSTRIALES I: LA INDUSTRIA QUÍMICA INORGÁNICA TEMA 10. EJEMPLOS DE PROCESOS QUÍMICOS INDUSTRIALES II: LA INDUSTRIA DEL GAS NATURAL, CARBÓN Y PETROLEO 5.3. Programa de prácticas Prácticas en Aula de Informática Práctica 1. Diseño conceptual del proceso continuo de producción de un producto químico básico con programas de simulación de procesos (CHEMCAD/ASPEN_HYSYS) Práctica 2. Diseño conceptual del proceso discontinuo de producción de un producto de química fina con programas de simulación de procesos (CHEMCAD/SuperPro Designer) Práctica 3. Realización por grupos del diseño conceptual de un proceso de producción específico propuesto para cada grupo Programa resumido en inglés (opcional) TEMA 1. CHEMICAL INDUSTRY TEMA 2. CHEMICAL PLANTS TEMA 3. PRODUCT AND PROCESS CHEMICAL DESIGN PRINCIPLES TEMA 4. MODELING PROCESS SIMULATION OF CHEMICAL PROCESSES

9 TEMA 5. ANALYSIS AND SYNTHESIS OF CHEMICAL PROCESSES TEMA 6. SEPARATION TRAIN SYNTHESIS TEMA 7. HEAT EXCHANGER NETWORKS TEMA 8. ENGINEERING ECONOMIC ANALYSIS OF CHEMICAL PROCESSES TEMA 9. EXAMPLES OF INDUSTRIAL CHEMICAL PROCESSES I: INORGANIC CHEMICAL INDUSTRY TEMA 10. EXAMPLES OF INDUSTRIAL CHEMICAL PROCESSES II: NATURAL GAS, COAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRY 5.5. Objetivos de aprendizaje detallados por Unidades Didácticas (opcional)

10 6. Metodología docente 6.1. Actividades formativas Actividad Descripción de la actividad Trabajo del estudiante ECTS Presencial: Asistencia a clase y toma Clase expositiva utilizando técnicas 1,3 de apuntes Clase de teoría de aprendizaje cooperativo informal No presencial: Estudio de la materia de corta duración. 1,3 Clase de problemas Sesiones prácticas en aula de informática Actividades de evaluación formativa y sumativa Actividades de trabajo cooperativo Tutorías individuales y de grupo Realización de exámenes oficiales Se resolverán problemas tipo y se analizarán casos prácticos. Se enfatizará el trabajo en el planteamiento de los métodos de resolución. Se propondrán problemas y/o casos prácticos similares para que los alumnos los resuelvan individualmente o por parejas, siendo guiados por el profesor En cada una de las sesiones los estudiantes trabajarán en grupos o de forma individual resolviendo los casos prácticos que se propongan utilizando programas de simulación de procesos. Se resolverán dudas y se aclararán conceptos. Se realizarán en el aula casos prácticos a resolver por los alumnos. Se propondrá la realización del diseño conceptual de un proceso químico a resolver por grupos. Tienen el objeto de proporcionar al estudiante un apoyo en la resolución de los problemas surgidos durante las clases de teoría, problemas y prácticas. Se aprovechan para realizar un seguimiento personal y/o grupal del aprendizaje. Se realizará una prueba escrita de tipo individual sobre los contenidos teóricos prácticos abordados en la asignatura, con el fin de comprobar el grado de consecución de las competencias específicas. Presencial: Participación activa. Resolución de problemas y casos prácticos. Planteamiento de dudas. No presencial: Estudio de la materia. Resolución de ejercicios y casos prácticos propuestos por el profesor. 0,2 0,2 Presencial: Asistencia a las sesiones, realización de la práctica y toma de 0,5 notas sobre los procedimientos y resultados obtenidos. No presencial: Lectura previa, estudio y visionado del uso de programas de 0,5 simulación de procesos, utilizando el material propuesto por el profesor. Presencial: Realización de los casos prácticos propuestos. 0,2 No presencial: Preparación de los casos prácticos. La resolución de cuestionarios del Aula virtual permitirá que los alumnos tengan un criterio del avance en sus estudios. Presencial: Presentación de los resultados mediante exposición oral apoyada con material audiovisual. No presencial: Resolución del caso práctico propuesto por el profesor Presencial: Planteamiento de dudas en horario de tutorías No presencial: planteamiento de dudas por correo electrónico Presencial: Realización de las pruebas de control escritas. No presencial: 0,4 0,2 0,6 0,5 0,1 6.0

11 7. Evaluación 7.1. Técnicas de evaluación Instrumentos Realización / criterios Ponderación Prueba escrita Individual (1) Evaluación de las competencias prácticas de realización de un diseño conceptual de un proceso químico (2) Evaluación de las competencias adquiridas en las sesiones prácticas del aula de informática y en las actividades de evaluación Cuestiones teórico prácticas: Entre 4 y 6 cuestiones de teoría y/o acompañadas de una aplicación numérica simple. Entre 2 y 4 problemas, permiten evaluar la capacidad de aplicación práctica de los conocimientos teóricos. Se evaluará la realización del diseño conceptual de un proceso químico a resolver por grupos. Se evaluará la presentación oral del trabajo por coevaluación. Se evaluará la realización de prácticas del aula de informática mediante calificación de los informes correspondientes. Se calificará la resolución de los casos prácticos de aula. 60% 30% 10% Competencias genéricas (4.2)evaluadas T1.1, T1.3, T1.7, T3.1, T3.2, T3.10 T1.1, T1.2, T1.3, T1.5, T1.6, T1.7, T1.8, T2.1, T2.2, T2.3, T3.1, T3.2, T3.3, T3.4, T3.7, T3.8, T3.9, T3.10 T1.1, T1.2, T1.3, T1.5, T1.6, T1.7, T1.8, T2.1, T3.1, T3.2, T3.3, T3.4, T3.7, T3.8, T3.9, T3.10 Resultados (4.4) evaluados (1) para superar la asignatura deberá obtenerse al menos 5,0 puntos en la prueba escrita individual. (2) Para superar la asignatura los alumnos deberán presentar el diseño conceptual del proceso químico propuesto Mecanismos de control y seguimiento El control y seguimiento del aprendizaje se realizará mediante las siguientes acciones: Asistencia a clase Supervisión durante las sesiones de prácticas y en las actividades formativas de la actitud y del trabajo realizado Valoración de los informes finales de prácticas de aula de informática Valoración del trabajo grupal de diseño de un proceso químico Presentación oral de los trabajos grupales Tutorías individuales Valoración de la prueba escrita individual

12 7.3. Resultados esperados / actividades formativas / evaluación de los resultados (opcional) Clases de teoría Clases ejercicios Trabajos e informes Prueba teoría Prueba ejercicios Ejercicios propuestos Trabajo en grupo Resultados esperados del aprendizaje (4.4)

13 8. Distribución de la carga de trabajo del alumno Convencionales ACTIVIDADES PRESENCIALES No convencionales ACTIVIDADES NO PRESENCIALES Semana Temas o actividades (visita. examen parcial. etc.) Clases teoría Clases problemas Laboratorio Aula informática TOTAL CONVENCIONALES Trabajo cooperativo Tutorías Seminarios Visitas Evaluación formativa Evaluación Exposición de trabajos TOTAL NO CONVENCIONALES Estudio Trabajos / informes individuales Trabajos / informes en grupo TOTAL NO PRESENCIALES TOTAL HORAS ENTREGABLES 1 Presentación- Tema 1 3,0 3,0 1,0 1,0 2,0 6,0 6,0 11,0 2 Tema 2 3,0 3,0 1,0 1,0 2,0 6,0 6,0 11,0 3 Tema 3 3,0 3,0 1,0 2,0 3,0 6,0 6,0 12,0 4 Tema 4 3,0 3,0 1,0 2,0 3,0 6,0 6,0 12,0 5 Tema 5 - P1 3,0 2,0 5,0 1,0 1,0 2,0 2,0 2,0 6,0 12,0 6 Tema 5 - P1 2,0 1,0 2,0 5,0 1,0 1,0 2,0 2,0 2,0 6,0 12,0 7 Tema 6 - P2 2,0 1,0 2,0 5,0 1,0 1,0 2,0 2,0 2,0 6,0 12,0 8 Tema 6 - P2 2,0 1,0 2,0 5,0 1,0 1,0 2,0 2,0 2,0 6,0 12,0 9 Tema 7 - P2 2,0 1,0 2,0 5,0 1,0 1,0 2,0 2,0 2,0 6,0 12,0 10 Tema 7 - P3 2,0 1,0 2,0 5,0 1,0 1,0 2,0 2,0 2,0 6,0 12,0 11 Tema 8 - P3 2,0 1,0 2,0 5,0 1,0 1,0 3,0 3,0 6,0 12,0 12 Tema 9 - P3 3,0 1,0 4,0 1,0 1,0 3,0 3,0 6,0 11,0 13 Tema 9 - Exposición 3,0 3,0 1,0 2,0 3,0 6,0 6,0 12,0 14 Tema 10 - Exposición 3,0 3,0 1,0 2,0 3,0 6,0 6,0 12,0 15 Tema 10 - Exposición 3,0 3,0 1,0 2,0 3,0 6,0 6,0 12,0 Periodo de exámenes 3,0 3,0 3,0 Otros TOTAL HORAS 39,0 6,0 15,0 60,0 15,0 6,0 3,0 6,0 30,0 60,0 12,0 18,0 90,0 180

14 9. Recursos y bibliografía 9.1. Bibliografía básica W. D. Seider, J. D. Seader, D.R. Lewin y S. Widagdo. Product and Process Design Principles: Synthesis, Analysis and Design. 3ª Edición. John Wiley & Sons, Incorporated R. Sinnott y G. Towler. Diseño en Ingeniería Química. 5ª Edición. Ed. Reverté R. Turton, R.C. Bailie, W.B. Whiting y J.A. Shaeiwitz. Analysis, Synthesis and Design of Chemical Processes. 3ª Edición. Ed. Prentice Hall Bibliografía complementaria A.C. Dimian y C.S. Bildea. Chemical Process Design. Computer Aided Case Studies. 1. Ed. Wiley VCH F.M. Helmus. Process Plant Design: Project Management from Inquiry to Acceptance. Wiley VCH A. Jiménez Gutiérrez. Diseño de procesos en Ingeniería Química. Ed. Reverté M.S. Peters, K.D. Timmerhaus y R.E. West. Plant Design and Economics for Chemical Engineers. Ed. McGraw Hill L. Puigjaner, P. Ollero, C. de Prada y L. Jiménez. Estrategias de modelado, simulación y optimización de procesos químicos. Ed. Síntesis Recursos en red y otros recursos