IR-I L10,02,02
1a
Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Química
Ingeniería de Reactores IClave 1642, Grupo 3
10,02,02
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
Facultad de Química
Programa de Estudio de Sexto Semestre
Asignatura: Ingeniería de Reactores IÁrea: Ingeniería Química
Ciclo: Fundamental de la profesión, ObligatoriaDepartamento: Ingeniería Química; Clave: 1642
Tipo de asignatura: Teórica; 3 horas/semana; 6 créditosAsignatura precedente con seriación obligatoria: Cinética Química y CatálisisAsignatura subsecuente con seriación obligatoria: Ingeniería de Reactores II
Asignatura subsecuente con seriación indicativa: Dinámica y Control de Procesos
Objetivos→ Comprender el carácter experimental de la Cinética Química.→ Describir las transformaciones químicas en función del tiempo.→ Establecer ecuaciones de rapidez de reacciones homogéneas.→ Establecer modelos ideales de reactores.→ Diseñar y analizar comportamiento de reactores homogéneos.
Unidades Temáticas (48 h)Unidad 1 (2 horas)
1. Importancia del Reactor Químico en los Procesos de Transformación.1.1 Papel que juegan los reactores en los procesos de transformación Química.1.2 Naturaleza del problema del diseño del reactor químico: necesidad del trabajo
experimental a escalas laboratorio y piloto
Unidad 2 (5 horas)2. Conceptos básicos de cinética química, catálisis homogénea y termodinámica.2.1 Conceptos de rapidez de reacción.2.2 .∆H de reacción, equilibrio termodinámico.2.3 Conceptos de catálisis homogénea.
Unidad 3 (6 horas)3. Establecimiento de los Modelos de los Reactores Químicos Ideales.3.1 Establecimiento del balance de materia generalizado de un sistema con generación.
Obtención de las ecuaciones de balance de materia para los reactores intermitentes,semi-intermitente, tanque agitado, cascada de tanques y tubular.
3.2 Establecimiento del balance de energía generalizado de un sistema con generación.Obtención de las ecuaciones de balance de energía para los reactores intermitente,
semi-intermitente, tanque agitado, cascada de tanques y tubular.3.3 Análisis comparativo entre los diferentes tipos de reactor en base a los balances de
materia y energía.
Unidad 4 (10 horas)4. Reactor Intermitente4.1 Dimensionamiento del equipo en base a la producción y rendimientos requeridos.
Operación isotérmica.4.2 Dimensionamiento del equipo en base de una secuencia de operación no isotérmica
y supeditada a una producción requerida.4.3 Operación semi-intermitente: a) Adición de un reactivo. b).Extracción de un
reactivo
Unidad 5 (10 horas)5. Reactor Continúo Agitado Ideal5.1 Dimensionamiento del equipo.5.2 Análisis de la sensibilidad de parámetros.5.3 Estudio del arreglo de tanques agitados en serie.5.4 Análisis comparativo del comportamiento de un tanque y una serie de tanques.5.5 Ventajas y desventajas del empleo de este tipo de reactor.
Unidad 6 (10 horas)6. Reactor Tubular Ideal6.1 Dimensionamiento del equipo6.2 Efecto de la transferencia de calor con el exterior sobre el comportamiento del
reactor.6.3 Análisis comparativo del comportamiento del reactor tubular, un tanque agitado y
una serie de tanques.6.4 Ventajas y desventajas del empleo del reactor tubular.6.5 Criterios de selección de los tipos de reactores químicos.
Unidad 6 (5 horas)7. Desviaciones del comportamiento ideal.7.1 Conceptos de macro y micromezclado.7.2 Distribución de tiempos de residencia, estudio por medios de métodos estimulo
respuesta.7.3 Modelos de distribución de tiempos de residencia.
Bibliografía básica1. Smith, J. M., Ingeniería de la Cinética Química, 3ª. Edición, México, Compañía
Editorial Continental, 1986.2. Levespiel, O., Chemical Reactor Engineering, 3rd Edition, New York , Wiley, 1998.3. Fogler, S., Elements of Chemical Reaction Engineering, 3rd. Edition, Upper Saddle
River, New Jersey, Prentice Hall, 1999.
■ Carberry J. J., Chemical and Catalytic Reaction Engineering, McGraw-Hill, Inc.1976.
■ Rutherford Aris, Elementary Reactor Analysis, Prentice-Hall, 1969.■ Froment, G, Bischoff K. B., Chemical Reactor Analysis and Design, 2nd Edition,
New York, Wiley, 1990.
Bibliografía Complementaria1. Denbigh, K. G., Turner, J. C. R., Introducción a la teoría de los reactores químicos,
3ra. Edición, México, Limusa, 1990.2. Hill, C. K., An introduction to chemical Engineering Kinetics and Reactor Design,
New York, Wiley, 1977.3. Froment, G, Bischoff K. B., Chemical Reactor Analysis and Design, 2nd Edition,
New York, Wiley, 1990.
■ Levespiel, O., Chemical Reactor Engineering, 3ª. Edición, New York, Wiley, 1998.
Sugerencias didácticasClases teóricas.Problemas, presentaciones audiovisuales, lectura de artículos seleccionados.
Forma de evaluarTres exámenes parciales.
Perfil profesiográfico de quienes pueden impartir la asgnatura.Profesores de Carrera relacionados con el área de Reactores en IngenieríaQuímica.
Ingeniería de Reactores (Reacciones) IIngeniería de Reactores (Reacciones) I
Contenido del Curso 1642:Contenido del Curso 1642:1. Modelos de reactores ideales1. Modelos de reactores ideales…… (*) (*)2. Reactor Batch, BR2. Reactor Batch, BR3. Reactor tubular con flujo tapón, PFR3. Reactor tubular con flujo tapón, PFR4. Reactor continuo agitado, CSTR4. Reactor continuo agitado, CSTR5. Reactor batch semi-continuo SBR5. Reactor batch semi-continuo SBR…… (*) (*)6. Serie de CSTR, n-CSTR6. Serie de CSTR, n-CSTR7. PFR con recirculación, RPFR7. PFR con recirculación, RPFR8. Reactor tubular con dispersión axial, ADTR8. Reactor tubular con dispersión axial, ADTR9. Función de distribución de tiempo de residencia9. Función de distribución de tiempo de residencia10. 10. Reactor de flujo segregado SFRReactor de flujo segregado SFR…… (*) (*)
(*) significa examen(*) significa examen
1. Carberry J.J. ; 1. Carberry J.J. ; Chemical and Catalytic Reaction EngineeringChemical and Catalytic Reaction Engineering; Mc ; Mc Graw Graw Hill.Hill.
2. 2. Froment Froment F.F. & F.F. & Biscoff Biscoff K. B.; K. B.; Chemical Reactor Analysis and DesignChemical Reactor Analysis and Design; J. Wiley.; J. Wiley.
3. Holland D.; 3. Holland D.; Fundamentals of Chemical Reaction EngineeringFundamentals of Chemical Reaction Engineering; Prentice Hall.; Prentice Hall.
4. 4. Aris Aris R.; R.; Elementary Chemical Reactor AnalysisElementary Chemical Reactor Analysis; Prentice Hall.; Prentice Hall.
5. Smith J. M.; 5. Smith J. M.; Chemical Engineering Chemical Engineering KitenicsKitenics; Mc. ; Mc. Graw Graw Hill.Hill.
6. 6. Fogler Fogler S.; S.; Elements of Chemical Reaction EngineeringElements of Chemical Reaction Engineering; Prentice Hall, 3ª. Ed..; Prentice Hall, 3ª. Ed..
Ingeniería de Reactores (Reacciones) I
Bibliografía BásicaBibliografía Básica
Ingeniería de Reactores (Reacciones) IIngeniería de Reactores (Reacciones) I
MMétodoétodo::
1. Exposición de conceptos básicos: Maestro ;1. Exposición de conceptos básicos: Maestro ;
2. Exposición de ejercicios de aplicación: Alumnos;2. Exposición de ejercicios de aplicación: Alumnos;
3. Desarrollo y exposición de un proyecto semestral.3. Desarrollo y exposición de un proyecto semestral.
Evaluación:1. Participación en clase;2. Tareas;3. Exámenes;4. Proyecto semestral.
… un poco de nomenclatura…
Reacción química: Proceso de transformación de interés.Reactor: Equipo donde se lleva a cabo la transformaciónquímica.Modelo matemático del reactor: Conjunto de ecuacionesque permiten el diseño y/o el análisis de los procesosque ocurren durante la transformación química(ecuaciones de conservación y condicioneslimite/iniciales).Complejidad del modelo: f (información disponible,costo, recursos humanos, materiales y tiempo).
Ingeniería de Reactores (Reacciones) IIngeniería de Reactores (Reacciones) I
ObjetivoEstudiar los principios que permiten modelar matemáticamente elEstudiar los principios que permiten modelar matemáticamente elcomportamiento de sistemas que implican el desarrollo de una ocomportamiento de sistemas que implican el desarrollo de una omas reacciones químicas, catalizadas o no, que por su naturalezamas reacciones químicas, catalizadas o no, que por su naturalezapuede considerarse que ocurren en una sola fase.puede considerarse que ocurren en una sola fase.Esto con el propósito de analizar el comportamiento de dichosEsto con el propósito de analizar el comportamiento de dichossistemas cuando se les somete a diferentes condiciones desistemas cuando se les somete a diferentes condiciones deoperación, asi como tambien para determinar el tamaño y el tipo deoperación, asi como tambien para determinar el tamaño y el tipo deoperacion del reactor que se requieren para lograr laoperacion del reactor que se requieren para lograr latransformacion quimica deseada.transformacion quimica deseada.
INGENIERIA DE REACCIONES
J. J. Carberry: J. J. Carberry: ““PrefacePreface……what is set forth here iswhat is set forth here isdesigned to stimulate the novice who will to build, asdesigned to stimulate the novice who will to build, asdo we all, upon these simple elements in order todo we all, upon these simple elements in order tofashion meaningful solutions to the complex chemicalfashion meaningful solutions to the complex chemicalreaction realities which nature visits upon us.reaction realities which nature visits upon us.””
MODELAMIENTO:MODELAMIENTO:
Proceso químico
Parámetros medibles
Modelo de reacción
Modelo matemático
Ecuaciones derapidez de reacción
Modelo del reactor.
Diseño /Análisisdel proceso químico
INGENIERIA DE REACCIONES
OBJETIVO:
Modelo Matemático para diseño y/oanálisis de un sistema: ReacciónQuímica-Reactor* Homogéneo
* Heterogéneo: Catalítico y No-catalítico
* Pseudohomogéneo
Modelo Matemático
Matemáticas
Principios deconservación
Fenómenosde
transporte
Fisicoquímica:Cinética QuímicaTermodinámicaEstructura de la materia
Experiencia(Colmillo)
El mejor modelo de reacción-reactorEl mejor modelo de reacción-reactor
Prater: Principio de la pendiente.Prater: Principio de la pendiente.
Utilidad
Costo
Valor Neto
θ
θ
α0Leyes fenomenológicas
Parámetros de ajuste
CINÉTICA QUÍMICA Y CATÁLISISCINÉTICA QUÍMICA Y CATÁLISIS
OBJETIVOEstudiar los principios que permiten modelar matemáticamente elEstudiar los principios que permiten modelar matemáticamente elcomportamiento de reacciones químicas, catalizadas o no, que secomportamiento de reacciones químicas, catalizadas o no, que sellevan a cabo en una fase (sistemas homogéneos) o dos o más fasesllevan a cabo en una fase (sistemas homogéneos) o dos o más fases(sistemas heterogéneos), con el propósito de analizar el(sistemas heterogéneos), con el propósito de analizar elcomportamiento fisicoquímico de tales sistemas.comportamiento fisicoquímico de tales sistemas.
Cinética Química y Catálisis
( )d
proceso de transformación químicadt
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Ejemplos de g:
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Fenómenos de TransporteFenómenos de Transporte
MODELO MATEMATICO DEMODELO MATEMATICO DEPROCESOS DE TRANSPORTEPROCESOS DE TRANSPORTE
PROPIEDADES Y LEYESDE LA MATERIA
POSTULADO DECONTINUIDAD
PRINCIPIO DE CONSERVACION
PROCESO REALPROCESO REAL
MATEMATICAS
EXPERIENCIA
Para consultar el material ingresar a:http://depa.fquim.unam.mx/amyd
Ingeniería de Reactores
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