Profesorado

Ildefonso Caro Pina
Luis Isidoro Romero García

Situación

Prerrequisitos

Los correspondientes al segundo ciclo.
No hay prerrequisitos específicos de asignaturas previas concretas.

Contexto dentro de la titulación

Es una asignatura de 4º curso según el itinerario curricular
recomendado (ICR).
Su base conceptual corresponde a dos asignaturas que se imparten en
segundo
curso del ICR: Operaciones Básicas de la Ingeniería Química y
Termodinámica y
cinética aplicadas a la Ingeniería.
Por otra parte, sus contenidos son la base teórica de la asignatura
Experimentación en Ingeniería Química III de 5º curso del ICR.

Recomendaciones

En primer ciclo se estudian los fundamentos de los balances de materia
y
energía, de los fenómenos de transporte, de la termodinámica y de la
cinética,
que constituyen la base conceptual de la asignatura.
Es importante que el alumno tenga una sólida base en estas materias
para poder
seguir la asignatura de reactores químicos.

Competencias

Competencias transversales/genéricas

INSTRUMENTALES
1. Capacidad de análisis y síntesis
2. Capacidad de organizar y planificar
3. Comunicación oral y escrita en la lengua propia
5. Conocimiento de informática en el ámbito de estudio
7. Resolución de problemas

PERSONALES
9. Trabajo en equipo
12. Habilidades en las relaciones interpersonales

SISTÉMICAS
17. Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica
18. Aprendizaje autónomo
20. Habilidad para trabajar de forma autónoma

Competencias específicas

• Cognitivas(Saber):

  1. Aplicar conocimientos de matemáticas, física, química e ingeniería
  2. Analizar sistemas utilizando balances de materia y energía
  3. Analizar, modelizar y calcular sistemas con reacción química
  6. Dimensionar sistemas de intercambio de energía
  7. Simular procesos y operaciones industriales
  8. Modelizar procesos dinámicos
  14. Comparar y seleccionar alternativas técnicas
  15. Realizar proyectos de I.Q.
  20. Evaluar e implementar criterios de seguridad
  26. Optimizar
  30. Construir
  31. Operar
  32. Poner en marcha
  35. Diseñar

• Procedimentales/Instrumentales(Saber hacer):

  39. Calcular
  40. Diseñar
  46. Optimizar
  

• Actitudinales:

  55. Cooperación
  56. Coordinación con otros
  

Objetivos

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 o reacciones múltiples de cinética determinada.
• 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 y la conversión alcanzable 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 y 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 bifásicos de lecho fijo y de lecho fluidizado
• Deducir y aplicar las ecuaciones de diseño para reactores heterogéneos
catalíticos multifásicos de tipo reactor de lodos ("slurry"), lecho
escurrido
("trickle-bed")y lecho fluidizado.
• Analizar los aspectos relacionados con la seguridad en el diseño de
reactores

Programa

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.

Actividades

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.

Metodología

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.

Distribución de horas de trabajo del alumno/a

Nº de Horas (indicar total): 231

• Clases Teóricas: 62  
• Clases Prácticas: 27  
• Exposiciones y Seminarios: 4  
• Tutorías Especializadas (presenciales o virtuales):
  • Colectivas:  
  • Individules:  
• Realización de Actividades Académicas Dirigidas:
  • Con presencia del profesorado: 8  
  • Sin presencia del profesorado: 4  
• Otro Trabajo Personal Autónomo:
  • Horas de estudio: 90  
  • Preparación de Trabajo Personal: 30  
  • ...
     
• Realización de Exámenes:
  • Examen escrito: 6  
  • Exámenes orales (control del Trabajo Personal):  

Técnicas Docentes

Criterios y Sistemas de Evaluación

La asistencia a clase se considera obligatoria para los alumnos
matriculados en
la asignatura.
La evaluación considerará 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 realice un ejercicio parcial intermedio (convocatoria
de
febrero), de acuerdo con la planificación inicial del Centro. Siempre que
fuese
posible se realizaría también un ejercicio de segundo parcial. No obstante
en
caso de que, por temas de calendario, no pudiese realizarse el ejercicio de
segundo parcial, se realizaría conjuntamente con el examen global de la
convocatoria de junio.
Las calificaciones de cada parcial incluirán el porcentaje de nota
correspondiente a las AAD realizadas, siempre y cuando la nota de los
ejercicios
parciales sea 3,5 o superior. Cuando la nota global 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
global 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.

Todos los alumnos matriculados en la asignatura podrán presentarse a los
ejercicios parciales que se realicen así como al correspondiente examen
final de
cada convocatoria.

Recursos Bibliográficos

- 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).