PLAN DOCENTE DE LA ASIGNATURA Curso académico: 2015-16 Identificación y características de la asignatura Denominación 501361 Reactores Químicos I Créditos ECTS 6 Titulación Grado en Ingeniería Química Industrial Centro Facultad de Ciencias Semestre 5º Carácter Obligatoria Módulo Ingeniería Química Materia Ingeniería de Reactores Químicos Profesor/es Nombre Despacho Correo-e Página web F. Javier Benitez Edificio José Luis Sotelo, 1ª Planta javben@unex.es Área de conocimiento Departamento Profesor coordinador Ingeniería Química Ingeniería Química y Química Física Francisco Javier Benitez Garcia Competencias CB1. Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio. CB2. Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio. CB3. Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética. CB4. Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.
CB5. Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía. CG1. Capacidad para la redacción, firma y desarrollo de proyectos en el ámbito de la Ingeniería Química que tengan por objeto, de acuerdo con los conocimientos adquiridos según lo establecido en el apartado 5 de la Orden CIN/351/2009 de 9 de febrero, 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. CG2. Capacidad para la dirección de las actividades objeto de los proyectos de ingeniería descritos en el epígrafe anterior. CG3. Conocimiento en materias básicas y tecnológicas, que les capacitan para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les doten de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones. CG4. 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 Química. CG5. Conocimientos para la realización de mediciones, cálculos, valoraciones, peritaciones, tasaciones, estudios, informes, planes de labores y otros trabajos análogos. CG6. Capacidad para el manejo de especificaciones, reglamentos y normas de obligado cumplimiento. CG7. Capacidad de analizar y valorar el impacto social y medioambiental de las soluciones técnicas. CG8. Capacidad para aplicar los principios y métodos de calidad. CG9. Capacidad de organización y planificación en el ámbito de la empresa, y otras instituciones y organizaciones. CG10. Capacidad de trabajar en un entorno multilingüe y multidisciplinar. CG11. Conocimiento, comprensión y capacidad para aplicar la legislación necesaria en el ejercicio de la profesión de Ingeniero Técnico Industrial. CT1. Comunicarse de forma oral y escrita tanto en la lengua propia como en inglés. CT2. Demostrar capacidad de organizar, planificar, de análisis y síntesis. CT3. Demostrar habilidades en el uso de aplicaciones informáticas y empleo de nuevas tecnologías para el aprendizaje, divulgación de conocimiento y recopilación de información relevante para emitir
juicios. CT4. Saber transmitir información, ideas, problemas y soluciones en un entorno profesional. CT5. Poseer habilidades en las relaciones interpersonales. CT6. Reunir e interpretar datos relevantes para emitir juicios. CT7. Reconocer la diversidad y multiculturalidad. CT8. Desarrollar habilidades de estudio en la formación continua y para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía. CT9. Respetar los derechos fundamentales y de igualdad entre hombres y mujeres. CT10. Respetar y promover los derechos fundamentales y los principios de igualdad de oportunidades, no discriminación y accesibilidad universal de las personas con discapacidad. CT11. Desarrollar valores propios de una cultura de paz y de valores democráticos. CE19. Conocimientos sobre balances de materia y energía, biotecnología, transferencia de materia, operaciones de separación, ingeniería de la reacción química, diseño de reactores, y valorización y transformación de materias primas y recursos energéticos. Temas y contenidos Breve descripción del contenido Tablas estequiométricas. Cinética de las reacciones homogéneas. Reactores de carga y semicontinuo. Reactores de flujo continuo e ideal: Flujo de Pistón y Mezcla Perfecta. Análisis de reactores. Estabilidad de reactores. Temario de la asignatura Tema 1: INTRODUCCIÓN GENERAL Y CINÉTICA QUÍMICA 1.1 CINÉTICA QUÍMICA 1.1.1. Velocidad de reacción. Coeficientes estequiométricos y ordenes de reacción 1.1.2. constante cinética de reacción 1.1.3. Clasificación de las reacciones: homogéneas y heterogéneas 1.2. MEDIDA DEL AVANCE DE LA REACCIÓN QUÍMICA 1.2.1. Conversión de reacción 1.2.2. Extensión de reacción 1.2.3. Estequiometría
1.2.4. Balance total en múltiples reacciones 1.3. SELECTIVIDAD Y RENDIMIENTO EN MÚLTIPLES REACCIONES 1.3.1. Selectividad 1.3.2. Rendimiento Tema 2: TERMODINÁMICA Y EQUILIBRIO QUÍMICO 2.1. GENERALIDADES. EQUILIBRIO QUÍMICO 2.1.1. La variación de energía libre de una reacción química 2.1.2. La constante de equilibrio químico 2.1.3. Determinación de las composiciones de equilibrio 2.1.4. Efecto de la temperatura sobre K a 2.2. ENTALPIAS DE REACCIÓN 2.3. RELACIONES AVANCE DE LA REACCIÓN-CINÉTICA-TEMPERATURA 2.3.1. Preparación del gráfico X-T-r 2.3.2. Progresión de la temperatura óptima Tema 3: CLASIFICACIÓN DE LOS QUÍMICOS. LA ECUACIÓN DE DISEÑO. 3.1. INTRODUCCION 3.2. FACTORES QUE PERMITEN CLASIFICAR A LOS QUÍMICOS 3.2.1. En función de la naturaleza de la reacción química 3.2.2. En función de la magnitud de la producción 3.2.3. En función de la variación de variables intensivas con el tiempo 3.2.4. En función del tipo de flujo de las fases 3.2.5. En función del tipo de contacto y sentido de circulación entre fases 3.2.6. En función de los efectos térmicos 3.3. LA ECUACIÓN DE DISEÑO: Aplicación a los diferentes tipos de reactores 3.3.1. Balance general de materia 3.3.2. Balance general de energía (entalpía) 3.4. PARA REACCIONES HOMOGÉNEAS 3.4.1. Reactor Discontinuo o de Carga 3.4.2. Reactor Tubular Continuo de Flujo de Pistón 3.4.3. Reactor Continuo de Mezcla Perfecta 3.4.4. Reactor Semicontinuo 3.5. PARA REACCIONES HETEROGÉNEAS Tema 4: EL REACTOR DE CARGA. 4.1. EL REACTOR DE CARGA 4.1.1 Generalidades 4.1.2 Análisis de datos en el reactor de carga 4.1.3 La ecuación de diseño: los balances de materia y energía
4.2. REACTOR DE CARGA ISOTÉRMICO 4.2.1. Reacciones sin variación de la densidad 4.2.2. Reacciones con variación de la densidad 4.2.3. Evolución de la temperatura externa de refrigeración-calefacción 4.3. REACTOR DE CARGA NO ISOTÉRMICO 4.3.1. El reactor adiabático 4.3.2. Caso general para reactor no isotérmico: Estabilidad térmica 4.3.3. Estados estacionarios: Estabilidad e Inestabilidad térmica 4.4. REACTOR DE CARGA CON REACCIONES MÚLTIPLES 4.4.1. Reacciones en paralelo 4.4.2. Reacciones en serie 4.4.3. Reacciones en serie-paralelo 4.4.4. Selectividad y rendimiento 4.5. REACTOR SEMICONTINUO 4.5.1. Reactor semicontinuo isotérmico Tema 5: REACTOR TUBULAR DE FLUJO DE PISTÓN 5.1. REACTOR TUBULAR DE FLUJO DE PISTÓN 5.1.1. Reactor isotérmico y régimen estacionario 5.1.2. Determinación de la temperatura del fluido externo 5.1.3. Reactor no isotérmico y régimen estacionario 5.1.4. Reactor isotérmico y régimen no estacionario 5.2. REACTOR DE FLUJO DE PISTÓN CON REACCIONES MÚLTIPLES 5.3. REACTOR DE FLUJO DE PISTÓN CON RECIRCULACIÓN 5.3.1. La ecuación de diseño 5.3.2. Método gráfico 5.3.3. Optimización de la relación de recirculación 5.4. REACTOR DE FLUJO LAMINAR 5.4.1. La ecuación de diseño Tema 6: REACTOR TANQUE AGITADO DE MEZCLA PERFECTA 6.1. REACTOR DE MEZCLA PERFECTA 6.1.1. La ecuación de diseño 6.1.2. Reactor en régimen estacionario 6.1.3. Estados estacionarios: Estabilidad e inestabilidad en reactores de mezcla perfecta 6.1.4. Régimen no estacionario 6.2. REACTOR DE MEZCLA PERFECTA PARA REACCIONES MÚLTIPLES
6.2.1. Reacciones en paralelo 6.2.2. Reacciones en serie 6.2.3. Reacciones en serie-paralelo 6.3. DE MEZCLA PERFECTA DISPUESTOS EN SERIE 6.3.1. La ecuación de diseño 6.3.2. Métodos gráficos Tema 7: COMPARACIÓN Y ASOCIACIÓN DE DE FLUJO 7.1. MÉTODOS GRÁFICOS DE COMPARACIÓN PARA ISOTÉRMICOS 7.1.1. Comparación entre reactores de flujo de pistón y mezcla perfecta 7.1.2. Comparación entre reactores de flujo de pistón y batería de reactores de mezcla perfecta dispuestos en serie 7.1.3. Comparación entre reactores de flujo de pistón con y sin recirculación 7.2. MÉTODOS GRÁFICOS DE COMPARACIÓN PARA NO ISOTÉRMICOS 7.3. ASOCIACIÓN DE DE MEZCLA PERFECTA Y FLUJO DE PISTÓN 7.3.1. Asociación de reactor de mezcla perfecta y flujo de pistón en serie 7.3.2. Asociación de reactor de mezcla perfecta y flujo de pistón en paralelo 7.4. COMPARACIÓN DE PARA REACCIONES MÚLTIPLES 7.4.1. Reacciones en paralelo: Selectividad 7.4.2. Reacciones en serie: Rendimiento Horas de trabajo del alumno por tema Actividades formativas Presencial Actividad de seguimiento No presencial Tema Total GG SL TP EP 1 24 6 2-16 2 18 4 2-12 3 12 4 - - 8 4 24 6 4-14 5 24 6 4-14 6 22 6 4-12 7 16 4 2-10 Evaluación 10 6-4 Total 150 42 18 90 GG: Grupo Grande (100 estudiantes). SL: Seminario/Laboratorio (prácticas clínicas hospitalarias = 7 estudiantes; prácticas laboratorio o campo = 15; prácticas sala ordenador o laboratorio de idiomas = 30, clases problemas o seminarios o casos prácticos = 40).
TP: Tutorías Programadas (seguimiento docente, tipo tutorías ECTS). EP: Estudio personal, trabajos individuales o en grupo, y lectura de bibliografía. Sistemas de evaluación El alumno podrá superar la asignatura mediante dos modalidades a elegir: A) Trabajo continuo durante el curso. B) Examen final. Modalidad A.- Trabajo continuo durante el curso, con contribuciones parciales de los siguientes sistemas de evaluación: a) La asignatura se dividirá en dos partes (Temas 1-4 y Temas 5-7), realizándose una prueba parcial para cada una de ellas. La calificación de cada uno de estos Examenes parciales será como máximo de 37,5 puntos (75 en total entre ambos). b) Problemas propuestos por el profesor y resueltos por los alumnos, con entrega al profesor antes de su resolución en la clase: Hasta un máximo de 20 puntos. c) Asistencia y participación a actividades presenciales (clases y visitas a plantas de aguas): Hasta 5 puntos. En relación a la asistencia y participación a actividades presenciales, cada alumno dispondrá de esos 5 puntos al principio del curso, que irán disminuyendo de forma proporcional según el número total de faltas a dichas actividades presenciales. La suma de a) + b) + c) conducirá a un valor máximo de 100 puntos, y el alumno superará la asignatura obteniendo al menos 50 puntos. Modalidad B.- Examen final Al final del periodo lectivo se realizará un Examen Final que estará compuesto por diversas cuestiones teóricas y prácticas (resolución de problemas) sobre el temario explicado. El alumno deberá alcanzar al menos 50 puntos (sobre un máximo de 100) para superar la asignatura. Aunque el estudiante haya elegido inicialmente la modalidad A, también puede optar por la modalidad B. En tal caso, para la calificación final se considerará la mejor calificación de las obtenidas mediante ambos sistemas de evaluación (continua o examen final). Bibliografía y otros recursos
Bibliografía.- Bibliografia básica: Fogler, H.S. Elementos de la Ingenieria de los Reactores Químicos, 3ª ed. Prentice Hall Inc., Nueva Jersey, EEUU, 1999 Hill, C.G. Jr., Introducción a la Cinética de la Ingeniería química y el Diseño de Reactores, John Wiley & Sons, Nueva York, 1977 Levenspiel, O., Ingeniería de la Reacción Química, 3ª ed. John Wiley & Sons, Nueva York, 1999. Santamaría, J.M., Herguido, J., Menéndez, M.A. y Monzón, A., Ingeniería de reactores, Síntesis, Madrid, 1999 Beltrán, F.J. Ejemplos resueltos de reactores químicos: 1. Reactores para reacciones homogéneas. Colección Manuales UEX nº 68. Servicio de Publicaciones de la Universidad de Extremadura. Cáceres, 2009. Documentación de consulta: Resúmenes de esquemas elaborados y entregados por el profesor (disponibles en aula virtual). Tablas e información que se suministrará a través del aula virtual. Bibliografia complementaria Costa, E., Ingeniería Química 3. Flujo de fluidos, Alhambra, Madrid, 1985 Himmelblau, D.M., Basic principles and calculations in chemical engineering, Prentice-Hall International, Londres, 1989. Jenson, V.G. y Jeffreys, G.V., Métodos matemáticos en ingeniería química, Alambra, Madrid, 1969. Reid, R.C., Prausnitz, J.H. y Poling, B.E., The properties of gases and liquids, 4ª Ed., McGraw-Hill, Nueva York, 1987. Aris, R., On shape factors for irregular particles I- The steady state problem. Diffusion and reaction, Chem. Eng. Sci., 6, 262, 1957 Levenspiel, O., El omnilibro de los reactores químicos, Reverté, Barcelona, 1986. Perry, R.H. y Green, D.W., Perry's chemical engineers handbook, 7ª Ed., McGraw-Hill, Nueva York, 2000. Smith, J.M. Chemical Engineering Kinetics, McGraw-Hill Chemical Engineering Series,
McGraw-Hill, Nueva York, 1970. Otros recursos: Aula virtual de la asignatura. Servicios telemáticos de la Universidad de Extremadura (bases de datos, etc.) Horario de tutorías Lunes, Martes y Miércoles, de 16,30 a 18,30, en el despacho del Profesor (Edificio J. L. Sotelo, 1ª planta). Recomendaciones Las principales recomendaciones para el estudio y la superación con éxito de esta asignatura son las siguientes: Asistencia diaria a clase Participación activa en las clases de exposición/discusión. Resolución de problemas propuestos. Asistencia a tutorías. Consulta de la bibliografía recomendada. Estudio la asignatura de forma constante a lo largo del curso. Dedicación de un tiempo suficiente para la preparación de los exámenes parciales o del examen final, según la modalidad elegida por el alumno.