plan global reactores 2014021750

Diseo de Reactores IIPlan Global de la Asignatura

Ing. Sergio C. Carballo, M.Sc.Departamento de Qumica

Facultad de Ciencias y TecnologaUniversidad Mayor de San Simn

Cochabamba, 17 de febrero de 2104

Contenido1. Identif icacin 2

2. Justif icacin general 2

3. Propsitos generales 3

4. Objetivos generales 3

5. Estructuracin en unidades didcticas y su descripcin 35.1. Estequiometra de las reacciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35.2. Balances de masa y energa en reactores homogneos . . . . . . . . . . . . 45.3. Reactor Tanque Agitado Discontinuo (RTAD) . . . . . . . . . . . . . . . . 45.4. Reactor Tanque Agitado Continuo (RTAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . 45.5. Reactor Tubular de Flujo Pistn (RTFP) . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.6. Mezclado en reactores qumicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.7. Reacciones catalticas heterogneas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.8. Difusin y reaccin en catalizadores porosos . . . . . . . . . . . . . . . . 65.9. Reactor de Lecho Empacado (RLE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

6. Metodologa de enseanza 7

7. Evaluacin 7

8. Disposiciones generales 7

9. Cronograma 8

10.Bibliografa 8

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1. Identif icacin

Asignatura: Diseo de Reactores IICdigo SIS: 2004180Facultad: Ciencias y TecnologaCarrera: Ingeniera QumicaDepartamento: QumicaNivel: Noveno semestrePre-requisitos: Diseo de Reactores I (2004181)

rea de coordinacin curricular:

Horizontal: Laboratorio de Reactores (2004186)Anlisis y Diseo de Procesos Qumicos (2004079)Diseo de Plantas Qumicas (2004182)Dinmica y Control de Procesos (2004083)Laboratorio de Operaciones Unitarias II (2004188)

Vertical: Preparacin y Evaluacin de Proyectos II (2004006)Diseo de Reactores I (2004181)Laboratorio de Operaciones Unitarias I (2004187)Laboratorio de Investigacin (2004189)Instrumentacin de Procesos (2004193)Operaciones Unitarias III (2004199)

Gestin: Semestre 0I/14Horarios: Lunes, 08:15 a 09:45, aula 691-C

Martes, 08:15 a 09:45, aula 691-CJueves 08:15 a 09:45, aula 691-D

Nombre del docente: Sergio C. CarballoDireccin: Av. Santa Cruz Nro. 1515, Dpto. 2AEmail: [email protected] celular: 70784709

2. Justif icacin general

En los procesos industriales existe, por lo general, una etapa de transformacin qumicaen la que los materiales son convertidos en productos. Esta etapa es considerada elcentro del proceso, y la viabilidad econmica del proceso depende en gran medida de lascondiciones en las que se efectan las conversiones qumicas. Las reacciones qumicastranscurren en el interior de recipientes, tales como tanques y tubos, que son los llamadosreactores. Es la ingeniera o tecnologa de las reacciones qumicas la que estudia lasconversiones qumicas y los diferentes tipos de reactores.

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Un ingeniero qumico debe ser capaz de disear, analizar y optimizar diferentes reactoresqumicos; por lo que debe conocer los fundamentos de la ingeniera de las reaccionesqumicas y aplicarlos en forma integral junto con la termodinmica, fisicoqumica yotras disciplinas. Tambin debe conocer los distintos tipos y configuraciones de reactoresqumicos empleados en los procesos industriales.

3. Propsitos generales

En esta asignatura, pretendemos que los estudiantes de la carrera de ingeniera qumicaadquieran conocimientos fundamentales sobre la ingeniera de las reacciones qumicas,as como tcnicas y mtodos para analizar el comportamiento de los reactores. Esto lespermitir desarrollar la capacidad y criterio para poder disear y optimizar procesosindustriales en el que los materiales son transformados en productos dentro algn tipode reactor qumico.

4. Objetivos generales

El objetivo de la asignatura es analizar y disear los reactores qumicos ms empleadosen los procesos industriales, presentando todos los fundamentos necesarios para que elestudiante adquiera un dominio terico del tema.

5. Estructuracin en unidades didcticas y su descripcin

5.1. Estequiometra de las reacciones

Duracin: 6 horas acadmicas.

Objetivos de la unidad

Revisar los conceptos y clculos estequiomtricos asociados con las reacciones qumicas.

Contenido

Reacciones qumicas y estequiometra; Matriz estequiomtrica; Conservacin de masa.Velocidades de reaccin y velocidades de produccin.

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5.2. Balances de masa y energa en reactores homogneos



Formular las ecuaciones diferenciales de los balances de masa y energa en reactoreshomogneos.

Contenido

Balance de masa; Transporte de masa por flujo convectivo; Transporte de masa pordifusin molecular; Ecuacin diferencial del balance de masa por especie en reactoreshomogneos. Transporte de energa por flujo convectivo, Transporte de energa por con-duccin molecular; Ecuacin diferencial del balance de energa en reactores homogneos.

5.3. Reactor Tanque Agitado Discontinuo (RTAD)



Formular las ecuaciones de diseo para el RTAD. Modelar y analizar el comportamientodel RTAD.

Contenido

Balances de masa y energa. Operacin isotrmica. Operacin no isotrmica; Operacinadiabtica; Operacin politrpica. Problemas.

5.4. Reactor Tanque Agitado Continuo (RTAC)



Formular las ecuaciones de diseo para el RTAC. Modelar y analizar el comportamientodel RTAC.

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Contenido

Balances de masa y energa. Operacin isotrmica. Operacin no isotrmica y estabilidadtrmica; Operacin adiabtica; Operacin politrpica. Problemas.

5.5. Reactor Tubular de Flujo Pistn (RTFP)



Formular las ecuaciones de diseo para el RTFP. Modelar y analizar el comportamientodel RTFP.

Contenido

Balances de masa y energa. Operacin isotrmica. Operacin no isotrmica; Operacinadiabtica; Operacin politrpica. Problemas.

5.6. Mezclado en reactores qumicos



Analizar el mezclado en reactores qumicos mediante la distribucin de tiempos deresidencia. Formular algunos modelos para describir el comportamiento no ideal de losreactores.

Contenido

Distribucin de tiempos de residencia (DTR) en reactores. Medicin de la DTR; Expe-rimento por impulso; Experimento por escaln. Caractersticas de la DTR; Relacionesintegrales; Tiempo de residencia medio; Varianza. Funcin de la DTR normalizada. DTRen reactores ideales. Modelado de reactores reales; Modelos de segregacin y mezcladomximo; Modelo de dispersin; Modelo de tanques en serie. Problemas.

5.7. Reacciones catalticas heterogneas


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Describir los pasos y mecanismos de las reacciones heterogneas catalticas. Formularleyes de velocidad para las reacciones catalticas.

Contenido

Reacciones heterogneas. Catlisis. Pasos de una reaccin cataltica; Isotermas de adsor-cin; Reaccin superficial; Desorcin; Paso limitante de la velocidad. Sntesis de una leyde velocidad; Mecanismo y paso limitante de la velocidad. Anlisis de datos; Deduccinde una ley de velocidad a partir de datos experimentales; Mecanismo consistente conobservaciones experimentales. Problemas.

5.8. Difusin y reaccin en catalizadores porosos



Describir la difusin interna y reaccin qumica en catalizadores porosos. Definir yformular el factor de efectividad interno.

Contenido

Difusin y reaccin en partculas esfricas catalticas; Difusin efectiva; Ecuacin dife-rencial que describe la difusin y reaccin; Solucin de la ecuacin diferencial para unareaccin de primer orden; Mdulo de Thiele. Factor de efectividad interno. Cinticaaparente. Problemas.

5.9. Reactor de Lecho Empacado (RLE)



Formular las ecuaciones de diseo para el RLE. Modelar y analizar el comportamientodel RLE.

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Contenido

Cada de presin en reactores empacados; La ecuacin de Ergun. Balances de masa yenerga. Operacin isotrmica. Operacin no isotrmica; Operacin adiabtica; Operacinpolitrpica. Problemas.

6. Metodologa de enseanza

La asignatura ser impartida utilizando el mtodo de la clase magistral. Las unidadesdidcticas sern expuestas en forma dialogada, se utilizar el data display comoherramienta visual y para el avance de contenidos, y se resolvern problemas de aplicacinprctica. Adems, se entregarn guas de problemas resueltos. Se incentivar el auto-aprendizaje y el estudio a ritmo propio.

7. Evaluacin

La evaluacin de la asignatura se realizar mediante dos exmenes parciales escritos, suduracin no exceder los 90 minutos. El primer examen comprende las unidades 1 a 5 yel segundo, las unidades 6 a 9. Otros exmenes, como el final, segunda instancia y demesa, se efectuarn de acuerdo a normativas vigentes en la Facultad.

Deben asistir obligatoriamente los estudiantes a rendir los exmenes los das indicados enel cronograma (Art. 21 del Reglamento de Evaluacin Estudiantil). Evaluaciones extem-porneas sern slo consideradas mediante una autorizacin justificada ante autoridadfacultativa pertinente y, adems, presentada dentro los tres das hbiles siguientes (Art. 27del Reglamento de Evaluacin Estudiantil).

8. Disposiciones generales

No es obligatorio que los estudiantes asistan a las clases magistrales, su participacines voluntaria. Durante la asignatura, se resuelven problemas prcticos, lo que pretendedemostrar cmo aplicar los fundamentos transmitidos. Resolver parcial o totalmenteproblemas, asignados como tarea o prctica, no representar valor alguno en la nota deevaluacin.

Con respecto al proceso de evaluacin, los exmenes consistirn en problemas de aplicacinprctica que tienen que ser resueltos numricamente. Se podr usar durante la realizacinde los exmenes los apuntes de clase, libros y/o otras fuentes de informacin. La condicinde abandono implica no haber rendido ninguna de las evaluaciones establecidas. Si elestudiante rindiera una o ms evaluaciones con resultados insatisfactorios, por ningnmotivo, y mucho menos a solicitud del estudiante, podr considerarse el abandono.

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9. Cronograma

La asignatura se desarrollar en clases de aula de dos horas acadmicas cada una. Serealizarn tres clases por semana durante 20 semanas, aproximadamente. El cronogramade evaluaciones es el siguiente:

Examen Da FechaPrimer examen de mesa Jueves 13 de marzoPrimer parcial Jueves 17 de abrilSegundo parcial Jueves 12 de junioExamen final Lunes 23 de junioSegundo examen de mesa Lunes 23 de junioSegunda instancia Lunes 30 de junio

10. Bibliografa

1. James B. Rawlings, John G. Ekerdt. Chemical Reactor Analysis and Design Funda-mentals. Nob Hill Publishing, 2002.

2. M. Baerns, A. Behr, A. Brehm, J. Gmehling, H. Hofmann, U. Onken, A. Renken.Technische Chemie. Wiley-VCH, 2006.

3. Gerhard Emig, Elias Klemm. Technische Chemie. 5. Auflage, Springer, 2005.

4. Mark E. Davis, Robert J. Davis. Fundamentals of Chemical Reaction Engineering.Dover, 2003.

5. Gilbert F. Froment, Kenneth B. Bischoff, Juray De Wilde. Chemical Reactor Analysisand Design. 3rd Edition, Wiley, 2011.

6. H. Scott Fogler. Elements of Chemical Reaction Engineering. 4th Edition, PrenticeHall, 2006.

7. Jens Hagen. Chemiereaktoren. Wiley-VCH, Weinheim, 2004.

Apuntes de clase, guas de problemas resueltos y el plan global de la asignatura pue-den descargarse de la pgina web http://sagaa.fcyt.umss.edu.bo/pre_academico/docentesFCyT.php, seleccionando el nombre del docente. Este material de apoyo nodebe considerarse una referencia completa a los temas tratados en esta asignatura.

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