475 Semestre 8 facultad DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA ÁREA PROGRAMA DE ESTUDIO 1. Datos de identificación del programa. Nombre de la asignatura: Ciclo escolar al que pertenece: Octavo Semestre INGENIERÍA DE REACTORES Orientación académica: Ciclo Profesional Número de horas: Teóricas: 5 Prácticas: 2 Número de créditos: 12 Fecha de elaboración: 22/03/2013 Prerrequisitos (temas aprendidos): Termoquímica. Solución de ecuaciones diferenciales por métodos analíticos y numéricos. Mecanismos de transferencia de masa. Balance de materia y energía en sistemas por lotes o continuos. Solución de sistemas de ecuaciones no lineales por multiplicadores de Lagrange. Estequiometría. 2. Relación con el plan de estudios. Contribución de la asignatura al perfil de egreso. La asignatura es fundamental en la formación del ingeniero químico en los procesos unitarios donde se llevan a cabo reacciones químicas en equipos denominados reactores químicos. En particular en el área de ingeniería de procesos, para diseñar nuevos procesos y en la simulación de procesos existentes y en la investigación de la actividad de nuevos catalizadores.
476 Plan de Estudios de la Carrera de Ingeniería Química UNAM Introducción a la asignatura. En muchos de los procesos de la industria química de la transformación tales como: fertilizantes, farmacéutica, petrolera, cementera, ambiental, metalúrgica, biotecnológica, cervecera, etc., se llevan a cabo reacciones químicas para generar nuevos productos. Dichas transformaciones químicas se llevan en reactores químicos por lotes o continuos. Las reacciones químicas involucradas son reacciones químicas reversibles o irreversibles, endotérmicas o exotérmicas, catalizadas o no catalizadas, rápidas o lentas por lo que es necesario conocer o estimar experimentalmente la rapidez a la cual ocurren las reacciones químicas, dicha expresión servirá para dimensionar y seleccionar el tipo de reactor químico requerido para una determinada producción, conversión y/o rendimiento. 3. Objetivos del programa. Objetivo general: Aplicar los conocimientos adquiridos sobre las leyes fisicoquímicas y/o fenomenológicas que gobiernan la cinética de las reacciones químicas en el dimensionamiento de reactores y/o arreglo geométrico de reactores. Objetivos específicos: Explicar los modos de operación de un reactor que se emplean en la industria de la transformación química. Estimar parámetros cinéticos de modelos cinéticos de reacciones químicas típicas de la industria química. Seleccionar el reactor adecuado, en base al nivel de producción, modo de operación y régimen térmico, requerido para una determinada conversión o rendimiento deseada. Analizar alternativas de arreglos geométricos en base al modo de operación y régimen térmico de un reactor que se pueden presentar para llevar a cabo un proceso con eficiencia. Establecer las dimensiones básicas del reactor para satisfacer un conjunto de condiciones de proceso y productividad dadas. Evaluar el equipo (reactor o arreglo de reactores) existentes en plantas de proceso.
477 4. Conocimientos. Habilidades. CONOCIMIENTO TEÓRICO UNIDAD 1. Introducción a la cinética química. 1.1 Velocidad de reacción. 1.2 Teorías sobre la velocidad de reacción. 1.3 Conversión y avance de reacción. 1.4 Modelos cinéticos para reacciones simples y múltiples. 1.5 Mecanismos de reacción. 1.6 Catálisis. 1.7 Modelos cinéticos heterogéneos en reacciones simples. 1.8 Estimación de parámetros cinéticos en reacciones simples y múltiples. 1.9 Ley de Arrenhius y energía de activación. 2. Introducción a la ingeniería de reactores. 2.1 Clasificación de los tipos de reactores. 2.2 Modo de operación y régimen térmico. 3. reactores homogéneos isotérmicos. 3.1 Ecuación de diseño para el dimensionamiento de un reactor por lotes isotérmico. 3.2 Ecuación de diseño para el dimensionamiento de un reactor de tanque agitado continuo en estado estacionario isotérmico. 3.3 Ecuación de diseño para el dimensionamiento de un reactor tubular de flujo continuo isotérmico. 3.4 Ecuaciones de diseño de arreglo de reactores en serie y en paralelo isotérmicos. 4. reactores homogéneos no isotérmico. 4.1 Balance de materia y energía en un reactor por lotes en estado estacionario. 4.2 Balance de materia y energía en un reactor de tanque agitado continuo en estado estacionario. 4.3 Balance de materia y energía en un reactor tubular de flujo continuo en estado estacionario. 5. reactores heterogéneos isotérmicos. 5.1 Balance de materia, energía y momentum para un reactor tubular empacado. como pseudohomogéneo en estado estacionario. 5.2 Balance de materia en un fermentador aerobio. No. DE HORAS 38 10 30 17 17
478 Plan de Estudios de la Carrera de Ingeniería Química UNAM 5. Estrategias de aprendizaje. Exposición por parte del profesor. Resolución de problemas en el pizarrón. Respuestas a un cuestionario. Exposición de los alumnos. Interrogatorio con preguntas dirigidas. Integración afectiva. Espíritu de colaboración. Trabajo en equipo. 6. Evaluación del aprendizaje. Evaluación diagnóstica. Exámenes parciales. Lista de cotejo. Guía de observación. Participación en clase. Trabajos y tareas fuera del aula. 7. Calificación. Exámenes. Participación en clase. Exposiciones en clase. Tareas y visitas industriales. FINAL 40%
479 8. Bibliografía. Fogler, H.S. (2001). Elementos de ingeniería de las reacciones químicas. 3ª ed. México: Prentice Hall. González Velasco, J.R. (1999). Cinética química aplicada. Madrid. Hill, C.G. (1977). An introduction to chemical engineering kinetics and reactor design. USA: Wiley. Levenspiel, O. (2004). Ingeniería de las reacciones químicas. 3ª ed. México: Limusa Wiley. Smith, J.M. (1978). Chemical engineering kinetics. McGraw-Hill. Bibliografía complementaria: Artículos científicos nacionales e internacionales. Software libre para la simulación de la cinética y reactores químicos. 9. Perfil docente. Ingeniero químico o carrera afín para impartir la asignatura, preferentemente con estudios de posgrado. Experiencia en la operación y manejo de reactores químicos. 2 años de experiencia docente y/o tener cursos de didáctica y/o evaluación del proceso enseñanza-aprendizaje o similares. 10. Propuesta de evaluación del cumplimiento del programa. Reunión académica al final del semestre para evaluar el programa propuesto. 11. Responsables de la elaboración. Esteban Minor Pérez