Carrera: Ingeniero Químico Asignatura: Área del Conocimiento: Reactores II Licenciatura Ingeniero Químico /02/2010

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1 Carrera: Ingeniero Químico Asignatura: Reactores II Área del Conocimiento: Ingeniería Aplicada Generales de la Asignatura: Nombre de la Asignatura: Clave Asignatura: Nivel: Carrera: Frecuencia (h/semana): Teoría: Laboratorio: Total horas en el período escolar: Créditos: Fecha de Elaboración: Prerrequisitos: Reactores I Recomendaciones para cursarla: Reactores II Licenciatura Ingeniero Químico /02/2010 Objetivo general: Que el alumno adquiera los conocimientos, habilidades y actitudes necesarias para: Comprender los fundamentos teóricos de las reacciones heterogéneas. Realizar el diseño básico de reactores heterogéneos catalíticos y no catalíticos. Utilizar datos para analizar el comportamiento no ideal de un reactor de flujo. Objetivos específicos: Conceptuales (conocimientos): El estudiante: Comprende el mecanismo de reacciones heterogéneas. Analiza ecuaciones de diseño para reacciones no catalizadas. Analiza y explica el proceso de catálisis heterogénea. Explica las desviaciones de la idealidad en reactores de flujo. Procedimentales (habilidades): El estudiante será capaz de: Utiliza datos experimentales para diseñar reactores heterogéneos no catalíticos. Utiliza datos para encontrar velocidades de reacción en reactores experimentales Pág. 1 de 6

2 catalíticos. Utiliza datos experimentales para diseñar reactores heterogéneos catalíticos. Usa datos para determinar la desviación de la idealidad en reactores de flujo. Actitudinales (actitudes): Desarrollar en el alumno: Disposición para el aprendizaje, la búsqueda y análisis de información relevante. Responsabilidad en el cumplimiento de las actividades y tareas asignadas. Honestidad en el desarrollo de sus actividades de aprendizaje. Actitud de superación basada en el trabajo, Disposición para la colaboración y el trabajo en equipo. Descripción sintética (máximo 350 palabras): La cinética química y el diseño de reactores son fundamentales para la producción de casi todas las substancias químicas industriales.. La selección de un sistema de reacción que opere de la forma más segura y eficiente posible puede ser la clave del éxito o del fracaso económico de una planta química. En el diseño de reactores se usa la información, el conocimiento y la experiencia de varios campos: termodinámica, cinética química, mecánica de fluidos, transferencia de calor, transferencia de masa y economía. La ingeniería de las reacciones químicas es la síntesis de todos estos factores con el propósito de diseñar el mejor reactor químico. De gran importancia en la industria son las reacciones en las que un sólido reacciona con un fluido. Se analizan los diferentes modelos de contacto, pues estas etapas físicas pueden ser las etapas controlantes en las reacciones heterogéneas. Se escogerá el modelo que sea la representación más cercana a la realidad y sin mucha complicación matemática. Muchas reacciones no ocurren sin la presencia de catalizadores sólidos por lo que es necesario determinar modelos cinéticos para estas reacciones, así como el dimensionamiento de los equipos necesarios para llevarlas a cabo. Para estos casos los factores que complican el diseño de reactores catalíticos es la complejidad de la velocidad de reacción y del esquema de contacto para dos fases. El contacto de un reactivo gaseoso y un catalizador sólido se logra de muchas maneras, cada una de las cuales ofrece ventajas y desventajas, por lo que se analizarán éstas para ofrecer el mejor esquema de contacto. El comportamiento real de los reactores se desvía de situaciones idealizadas, por lo que se analiza su desviación usando un trazador químico y determinando sus distribuciones de tiempos de residencia, pudiendo así encontrar su comportamiento y grados de conversión real. Aportación de la asignatura al Perfil del Egresado: Siendo la ingeniería Química una profesión cuyo campo de aplicación es la operación, control, diseño y optimización de procesos relacionados con la transformación de la materia, el curso de reactores II proporciona al egresado conocimientos y habilidades para el uso y análisis de datos provenientes de reactores experimentales, con el fin de Pág. 2 de 6

3 ajustar a modelos cinéticos y poder así diseñar reactores catalíticos y no catalíticos, determinando además sus desviaciones de la idealidad. Contenido y descripción de las unidades de los temas: Unidad 1 Reacciones sólido-fluido no catalizadas. Unidad 2 Catálisis y reactores catalíticos Descripción detallada del contenido de las Unidades: 1.1 Modelos cinéticos para reacciones heterogéneas no catalizadas. 1.2 El concepto de etapa controlante 1.3 El modelo del núcleo sin reaccionar para partículas esféricas de tamaño constante. 1.4 El modelo de velocidad de reacción para partículas esféricas de tamaño decreciente 1.5 Aplicación al diseño (flujo pistón de sólidos, flujo en mezcla completa de sólidos y gas de composición uniforme) 1.6 Reactores de lecho fluidizado con arrastre de sólidos finos. 2.1 Conceptos, definiciones y propiedades de los materiales catalíticos. 2.2 Las etapas adsorciónreacción-desadsorción en el desarrollo de las reacciones heterogéneas catalizadas. 2.3 Modelos y mecanismos en reacciones heterogéneas catalizadas. El concepto de etapa controlante. 2.4 Análisis de datos experimentales (Desarrollo de modelos y mecanismos de reacción, evaluación de parámetros) 2.5 Aplicación al diseño 2.6 Desactivación (tipos y aplicaciones) 2.7 El efecto de la difusión externa. Actividades: Exposición oral. Exposición de ejemplos de análisis de datos, selección de modelos y solución de problemas referentes al diseño de reactores idealizados. Consultas bibliográficas Problemas de tarea Exposición oral Exposición de ejemplos de análisis de datos y formulación de modelos Solución de problemas de ejemplo referentes al análisis y diseño Consultas bibliográficas Problemas de tarea Pág. 3 de 6

4 2.8 Coeficientes de transferencia de masa. 2.9 La transferencia de masa como etapa controlante en rectores de lecho fijo 2.10 Regeneración de catalizadores (modelo del núcleo sin reaccionar) 2.11 Difusión y reacción en el interior de catalizadores porosos. (Ecuación general) 2.12 El factor de efectividad interno 2.13 Factor de efectividad global 2.14 Condiciones limite de difusión y reacción 2.15 Difusión interna y reacción en reactores de lecho fijo 2.16 Reactores de lecho fluidizado. Unidad 3 No idealidades en reactores de flujo 3.1 Distribución de tiempos de residencia 3.2 Perturbaciones en impulso y en escalón 3.3 Distribución de tiempos de residencia en reactores ideales 3.4Calculo de conversión a partir de la información del trazador 3.5 Modelos para flujo no ideal (reactor de flujo laminar, modelo de tanques en serie, modelo de dispersión) 3.6 Modelos combinados 3-7 Modelos para lechos fluidizados. Exposición oral Exposición de problemas de ejemplo referentes al cálculo de la conversión promedio Consulta bibliográfica Problemas de tarea Pág. 4 de 6

5 Evaluación del Curso: Tipo de evaluación Porcentaje Desarrollo del Conocimiento Exámenes parciales Examen Final Tareas Proyectos Participación en el aula Participación en el Aula de Comunicación Virtual Desarrollo de Habilidades Laboratorio Trabajo en equipo Comunicación oral y escrita Planteamiento y solución de problemas Desarrollo de Actitudes Responsabilidad Colaboración Compromiso TOTAL 100 Referencias bibliográficas: Elements of Chemical Reaction Engineering 3a. Edición Fogler H. Scott Prentice Hall Pág. 5 de 6

6 Chemical Engineering Kinetics 3ª: Edición Smith J.M. Mc Graw Hill Ingeniería de las reacciones Químicas Levenspiel Octave Reverté 4a edición Fundamentals of Chemical Reaction Engineering Holland Charles D./Anthony Rayford G. Prentice Hall Universidad Autónoma de Coahuila Asignatura: RESPONSABLES Director Secretaria Académica Dr. Rubén García Braham M.C. María Auxiliadora Valdés Flores Coordinador de la carrera de Ingeniero Químico Diseñador de la Asignatura Ing. Ernesto Oyervides Valdez Ing. Ernesto Oyervides Valdez Pág. 6 de 6