Luis Isidoro Romero García
Miguel Rodríguez Rodríguez

Se pretende que al concluir la asignatura el alumno sea capaz de:

• Describir las características específicas y diferenciales de los
reactores estudiados
• Deducir las ecuaciones de diseño de los distintos reactores a partir de
los balances de materia y energía correspondientes
• Seleccionar el reactor o sistema de reactores más adecuado para llevar
a cabo reacciones simples de cinética determinada
• Seleccionar el reactor o sistema de reactores más adecuado para llevar
a cabo reacciones múltiples
• Aplicar las ecuaciones de diseño de los reactores a la resolución de
problemas de dimensionamiento de reactores para optimizar su tamaño y/o la
distribución de productos obtenida.
• Resolver problemas de reactores que operan en condiciones no isotérmicas.
• Analizar las causas que provocan distorsiones respecto de la idealidad
en los reactores
• Determinar de forma cuantitativa las curvas de distribución de tiempos
de residencia en los reactores continuos
• Calcular la conversión en un reactor a partir de la información
cinética y la DTR
• Resolver problemas de aplicación de los modelos de flujo no ideal
• Analizar el efecto de las etapas de transferencia de materia sobre la
velocidad global del proceso en sistemas heterogéneos
• Deducir y aplicar las ecuaciones para sistemas de reacción heterogéneos
sólido-fluido no catalíticos
• Deducir y aplicar las ecuaciones para sistemas de reacción heterogéneos
fluido-fluido no catalíticos
• Estimar las etapas limitantes de la velocidad y los regímenes cinéticos
para sistemas catalíticos heterogéneos
• Deducir y aplicar las ecuaciones de diseño para reactores heterogéneos
catalíticos de lecho fijo
• Deducir y aplicar las ecuaciones de diseño para reactores heterogéneos
catalíticos de lecho fluidizado
• Deducir y aplicar las ecuaciones de diseño para reactores heterogéneos
catalíticos multifásicos de tipo reactor de lodos ("slurry")
• Deducir y aplicar las ecuaciones de diseño para reactores heterogéneos
catalíticos multifásicos de tipo lecho escurrido ("trickle-bed")
• Deducir y aplicar las ecuaciones de diseño para reactores heterogéneos
catalíticos multifásicos tipo lecho fluidizado
• Aplicar los conceptos de ingeniería de la reacción química al diseño de
otro tipo de reactores: reactores de polimerización, reactores fotoquímicos y
reactores electroquímicos
• Analizar los aspectos relacionados con la seguridad en el diseño de
reactores

I. Introducción a la Ingeniería de la Reacción Química.
Tema 1. Introducción. Objeto de estudio de la Ingeniería de la Reacción
Química. Fenomenología de las reacciones químicas. Importancia de los modelos
cinéticos y de los modelos de reactores.
Tema 2. Fundamentos del diseño de reactores. Clasificación de los reactores.
Ejemplos de reactores industriales. Formulación general de los balances de
materia y energía: aplicación a los distintos tipos de reactores.

II. Diseño de reactores ideales para sistemas homogéneos en condiciones
isotérmicas.
Tema 3. Diseño de reactores ideales en condiciones isotérmicas. Reactor
discontinuo. Reactores continuos: mezcla completa y flujo en pistón. Reactor de
flujo en pistón con recirculación.
Tema 4. Diseño de reactores ideales para reacciones simples. Comparación de los
diferentes tipos de reactores ideales. Sistemas de reactores múltiples.
Tema 5. Criterios de diseño de reactores ideales para reacciones múltiples.
Reacciones en paralelo, reacciones en serie, reacciones  serie-paralelo.

III. Diseño de reactores ideales para sistemas homogéneos en condiciones no
isotérmicas.
Tema 6.  Efectos de la temperatura y presión sobre el diseño de reactores.
Efecto de la temperatura sobre las condiciones de equilibrio y sobre la velocidad
de reacción.Procedimiento gráfico general de diseño para reacciones simples.
Progresión de temperatura óptima. Variación de la distribución de productos con
la temperatura en reacciones múltiples. Variación del tamaño del reactor con la
temperatura para obtener la máxima producción en reacciones múltiples.
Tema 7. Diseño de reactores en condiciones no isotérmicas. Efectos térmicos de
las reacciones químicas. Balance de energía. Reactor discontinuo de mezcla
perfecta: Operación isotérmica y operación adiabática. Reactores continuos de
mezcla completa: Operación isotérmica y operación adiabática. Reactores continuos
de flujo en pistón: Operación isotérmica y operación adiabática.
Tema 8. Estabilidad térmica de reactores. Operación autotérmica en reactores.
Condiciones de operación estables en reactores de mezcla completa. Determinación
de los estados estacionarios. Multiplicidad de estados estacionarios. Estabilidad
de los estados estacionarios: comportamiento dinámico.

IV. Flujo no ideal en reactores.
Tema 9. Desviación del flujo respecto de los modelos ideales. Curvas de
distribución de tiempos de residencia. Definición y propiedades de las funciones
de edad. Determinación de la DTR en reactores. Cálculo de la conversión a partir
de la información del trazador. Influencia del grado de segregación y del tiempo
de mezclado.
Tema 10. Modelos de flujo no ideal. Modelos de un parámetro: modelo de dispersión
axial y modelo de tanques en serie. Modelos combinados o de varios parámetros:
modelo de Cholette-Cloutier y modelo de Hovorka-Adler (Levenspiel)

V. Diseño de reactores para sistemas heterogéneos.
Tema 11. Diseño de reactores para reacciones sólido-fluido no catalíticas.
Características de los sistemas heterogéneos. Aplicación al diseño de
reactores. Reactores con flujo pistón de sólidos y gas de composición uniforme.
Reactores de mezcla completa de sólidos y gas de composición uniforme.
Tema 12. Diseño de reactores para reacciones fluido-fluido no catalíticas.
Reacciones heterogéneas fluido-fluido no catalíticas. Aplicación al diseño de
reactores: elección del tipo de reactor. Diseño de torres con transferencia de
materia como factor controlante. Diseño de torres con reacción química como
factor controlante. Mezcladores-separadores. Destilación reactiva y reacciones
extractivas.
Tema 13. Introducción al diseño de reactores heterogéneos catalíticos. Naturaleza
de las reacciones catalíticas heterogéneas. El poro ideal. Ecuaciones de
velocidad a nivel de partícula catalítica. Procesos de transporte externo de
materia y energía. Reacción y difusión en el interior de catalizadores porosos:
difusividad efectiva para partículas de catalizador; módulo de Thiele y factor de
eficacia; transmisión de calor intragranular.
Tema 14. Diseño de reactores catalíticos de lecho fijo. Características de los
reactores de lecho fijo. Caída de presión en reactores de lecho fijo. Dispersión
de materia. Transmisión de calor en reactores de lecho fijo.
Tema 15. Reactores catalíticos de lecho fluidizado. Características generales
de los reactores de lecho fluidizado. Fluidización. Modelos de dos fases:
modelo de Davidson y Harrison, modelo de Kunii y Levenspiel.
Tema 16. Reactores multifásicos. Clasificación de los reactores multifásicos.
Reactores de lodos ("slurry"). Reactores "Trickle-bed".
Tema 17. Otros reactores heterogéneos. Reactores de polimerización.
Reactores fotoquímicos. Reactores Electroquímicos.
Tema 18. Seguridad en reactores químicos. Explosiones. Reacciones fuera de
control (procesos "runaway"). Pérdidas de contención en reactores. Criterios
de seguridad en el diseño de reactores.

Durante el desarrollo del curso se realizarán una serie de actividades
presenciales y no presenciales (AAD) dirigidas a conseguir los objetivos
propuestos
en el programa. Dichas actividades consistirán, fundamentalmente, en ejercicios
de resolución de problemas o tipo test y elaboración de temas concretos de la
asignatura que se realizarán en el contexto de la clase o serán encargadas como
trabajo personal o en grupo, que serán recogidas y evaluadas posteriormente.

Las clases consideradas teóricas incluirán la exposición de conceptos
fundamentales para el diseño de reactores y su aplicación a la resolución de
casos prácticos por parte del profesor. Se fomentará la participación de los
alumnos encomendándoles la resolución de aspectos muy concretos del tema
considerado y preguntándoles frecuentemente sobre la materia objeto de estudio.
Las clases prácticas, sin embargo, se pretende que se destinen,
fundamentalmente, a la resolución de problemas por parte de los alumnos. Para
fomentar el trabajo en grupo y aprovechar los beneficios de la interacción
entre iguales, en su proceso de aprendizaje, se establecerán grupos de trabajo
fijos de 2 ó 3 alumnos. Los profesores actuarán de coordinadores y tutores del
trabajo realizado.
A lo largo del curso se realizarán actividades AAD (ejercicios tipo test,
ejercicios de resolución de problemas, etc.) y pruebas específicas orientadas a
la consecución de los objetivos propuestos en la asignatura que contribuirán a
la calificación final. Asimismo también podrán encomendarse, como trabajo
personal del alumno a realizar fuera del ámbito de la clase, ejercicios
prácticos que serán recogidos selectivamente y la preparación en grupo de
determinados temas del programa propuesto para que sean expuestos,
posteriormente, en clase y utilizados en la evaluación.

Nº de Horas (indicar total): 221

• Clases Teóricas: 59  
• Clases Prácticas: 29  
• Exposiciones y Seminarios: 4  
• Tutorías Especializadas (presenciales o virtuales):
  • Colectivas:  
  • Individules:  
• Realización de Actividades Académicas Dirigidas:
  • Con presencia del profesorado: 6  
  • Sin presencia del profesorado: 7  
• Otro Trabajo Personal Autónomo:
  • Horas de estudio: 76  
  • Preparación de Trabajo Personal: 32  
  • ...
     
• Realización de Exámenes:
  • Examen escrito: 8  
  • Exámenes orales (control del Trabajo Personal):  

La asistencia a clase se considera obligatoria para los alumnos que participen en
la experiencia piloto.
La evaluación para estos alumnos podrá considerar dos aspectos diferentes: las
actividades de formación continuada o Actividades Académicamente Dirigidas AAD y
los ejercicios de examen.
Las AAD serán tanto de tipo presencial como de tipo no presencial y consistirán,
fundamentalmente, en ejercicios de resolución de problemas que, o bien se
realizarán en el contexto de la clase, o bien serán encargadas como trabajo
personal del alumno. Además, como actividades de formación continuada, también
se realizarán pruebas de preguntas cortas o tipo test. Estas actvidades serán
evaluadas y pueden contribuir a mejorar la calificación de los alumnos con un
peso de hasta el 30% en la calificación. Aquellos alumnos cuyas faltas de
asistencia superen el 25% de las horas presenciales perderán la puntuación
correspondiente a estas actividades y su nota corresponderá exclusivamente a la
nota obtenida en los ejercicios de examen.
Respecto de los ejercicios de examen y dado que se trata de una asignatura anual
está previsto que se realicen dos ejercicios parciales, de acuerdo con la
planificación inicial del Centro. Las calificaciones de cada parcial incluirán el
porcentaje de nota correspondiente a las AAD realizadas. Cuando la nota del
parcial sea igual o superior a 5 puntos sobre 10 se considerará que el alumno ha
superado esta materia para todas las convocatorias oficiales de examen del curso
académico. También, podrán compensarse las notas de los parciales siempre que la
calificacón en cada uno de ellos sea igual o superior a 4 puntos sobre 10 y la
media de ambos parciales sea igual o superior a 5 puntos sobre 10.

Para los alumnos repetidores de la asignatura que no puedan seguir el plan piloto
se ha previsto un grupo práctico específico cuyo objetivo es que estos alumnos,
que tienen dificultades para poder asistir en el horario habitual de la
asignatura, dispongan semanalmente de una hora para realizar ejercicios de
aplicación práctica de la asignatura y resolver las dudas que se planteen en el
desarrollo de los mismos.

Al igual que en el caso de los alumnos acogidos al plan piloto, se encomendarán
AAD de tipo presencial o no presencial que contribuirán con un porcentaje máximo
del 30% a la calificación de la asignatura, siempre que los alumnos cumplan los
criterios mínimos de asistencia establecidos del 75% de las horas prácticas.
Cuando no se cumplan dichos requisitos su nota corresponderá exclusivamente a la
calificación obtenida en los ejercicios de examen.

Todos los alumnos podrán presentarse a los dos ejercicios parciales previstos en
la planificación del Centro así como al correspondiente examen final de cada
convocatoria.

- Aris, R. "Análisis de Reactores". Ed. Alhambra (1973).
- Carberry, J.J & Varma, A. "Chemical Reactor and Reactor Engineering". Ed.
Marcel Dekker (1987).
- Couret, F. "Introducción a la Ingeniería Electroquímica". Ed. Reverté (1992).
- Denbigh, K.G. "Introducción a la Teoría de los Reactores Químicos". Ed.
Limusa (1990).
- Fogler H.S. "Elementos de Ingeniería de las Reacciones Químicas". Ed
Prentice Hall (2001).
- Hill, C.G. "An Introduction to Chemical Engineering Kinietics & Reactor
Design". Ed. John Wiley & Sons (1979).
- Himmenblau, D.M. & Bishoff, K.B. "Análisis y Simulación de Procesos". Ed.
Reverté (1976).
- Lee, H.H. "Heterogeneous Reactor Design". Ed. Butterworks (1985).
- Levenspiel, O. "Ingeniería de las Reacciones Químicas". Ed. Limusa (2004).
- Levenspiel, O. "El Omnilibro de los Reactores Químicos". Ed. Reverté (1986).
- Nauman, E. "Handbook of Chemical Reactor Design, Optimization and Scale Up".
Ed. McGraw Hill (2001).
- Santamaría, J.; Herguido, J.; Menéndez, M.A. & Monzón, A. "Ingeniería de
Reactores". Ed. Síntesis (1999).