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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


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).


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

dr(¿?)

dt

! "=# $

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h(procesos de transf g( reacivos, produ ferencia)ctos) i(catalizador)=

nn

m

Ejemplos de g:

Cg C ó g

(1 KC )= =

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Ejemplos de h:

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RT

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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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