Universidad de Jaén

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Guía docente 2018-19 - 14412014 - Ingeniería de la reacción química

TITULACIÓN: Grado en Ingeniería química industrial (14412014)
CENTRO: ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR (LINARES)

TITULACIÓN: Doble Grado en Ingeniería eléctrica e Ingeniería química industrial (14912017)
CENTRO: ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR (LINARES)

TITULACIÓN: Doble Grado en Ingeniería de recursos energéticos e Ing. química industrial (15112019)
CENTRO: ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR (LINARES)

CURSO ACADÉMICO: 2018-19
GUÍA DOCENTE
1. DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA
NOMBRE: Ingeniería de la reacción química
CÓDIGO: 14412014 (*) CURSO ACADÉMICO: 2018-19
TIPO: Obligatoria
Créditos ECTS: 6.0 CURSO: 3 CUATRIMESTRE: SC
WEB: http://dv.ujaen.es/docencia/goto_docencia_crs_350666.html
 
2. DATOS BÁSICOS DEL PROFESORADO
NOMBRE: COTES PALOMINO, MARÍA TERESA
IMPARTE: Teoría - Prácticas [Profesor responsable]
DEPARTAMENTO: U122 - INGENIERÍA QUIM.,AMBIENTAL Y DE LOS MAT.
ÁREA: 555 - INGENIERÍA QUÍMICA
N. DESPACHO: D - D-023 E-MAIL: mtcotes@ujaen.es TLF: 953648547
TUTORÍAS: https://uvirtual.ujaen.es/pub/es/informacionacademica/tutorias/p/54232
URL WEB: -
 
3. PRERREQUISITOS, CONTEXTO Y RECOMENDACIONES
PRERREQUISITOS:
-
CONTEXTO DENTRO DE LA TITULACIÓN:

Esta asignatura toma como base la cinética química aplicada para el posterior diseño de los reactores y su aplicación a los diferentes tipos de procesos químicos, tanto homogéneos como heterogéneos. Así el alumno va tomando conciencia de la importancia de la Ingeniería de la Reacción Química y de su existencia como una rama distinta de la Ingeniería. Por todo lo anterior, se comprende que esta asignatura tiene una gran relevancia en el contexto de la titulación.

RECOMENDACIONES Y ADAPTACIONES CURRICULARES:

Sería conveniente que el estudiante haya cursado la asignatura "Introducción a la Ingeniería Química" y curse paralelamente (en este mismo semestre) "Operaciones de separación en Ingeniería Química".

El alumnado que presente necesidades específicas de apoyo educativo, lo ha de notificar personalmente al Servicio de Atención y Ayudas al Estudiante para proceder a realizar, en su caso, la adaptación curricular correspondiente.
4. COMPETENCIAS Y RESULTADOS DE APRENDIZAJE
código Denominación de la competencia
CB2 Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio.
CB3 Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.
CB4 Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.
CB5 Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.
CEQ1 Conocimientos sobre balances de materia y energía, biotecnología, transferencia de materia, operaciones de separación, ingeniería de la reacción química, diseño de reactores, y valorización y transformación de materias primas y recursos energéticos.
CEQ3 Capacidad para el diseño y gestión de procedimientos de experimentación aplicada, especialmente para la determinación de propiedades termodinámicas y de transporte, y modelado de fenómenos y sistemas en el ámbito de la ingeniería química, sistemas con flujo de fluidos, transmisión de calor, operaciones de transferencia de materia, cinética de las reacciones químicas y reactores.
Resultados de aprendizaje
Resultado Resul-09 Conocer y comprender las bases de la ingeniería de la reacción química
Resultado Resul-10 Diseñar reactores homogéneos e isotermos
5. CONTENIDOS

BLOQUE I: Introducción a la Ingeniería de las Reacciones Químicas
BLOQUE II: Sistemas Químicos Homogéneos
BLOQUE III: Reactores Químicos Homogéneos
BLOQUE IV: Flujo no ideal en Reactores
BLOQUE V: Sistemas Químicos Heterogéneos
BLOQUE VI: Reactores Químicos Heterogéneos

BLOQUE I. Introducción a la Ingeniería de las Reacciones Químicas

TEMA 1. ELEMENTOS DE CINÉTICA QUÍMICA APLICADA

1. Ingeniería de la Reacción Química, ¿qué es? 2. La reacción química. Conversión y extensión de la reacción 3. Clasificación de las reacciones químicas 4. Definición de velocidad de reacción 5. Aspectos termodinámicos: El equilibrio químico y la conversión de equilibrio

BLOQUE II. Sistemas Químicos Homogéneos.

TEMA 2. CINÉTICA DE LAS REACCIONES HOMOGÉNEAS

1. La ecuación cinética. 2. Término dependiente de la concentración en la ecuación cinética: Reacciones elementales y no elementales. Molecularidad y orden de reacción. Representación de una reacción elemental. Representación de una reacción no elemental. Modelos cinéticos para reacciones no elementales. Búsqueda de mecanismo de reacción. 3. Término dependiente de la temperatura en la ecuación cinética: Dependencia de la temperatura según la ley de Arrhenius. Energía de activación y dependencia de la temperatura

TEMA 3. INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS OBTENIDOS CON UN REACTOR INTERMITENTE

1. Introducción. 2. Reactor intermitente de volumen constante: Análisis de los datos de presión total obtenidos en un sistema a volumen constante. La conversión. Método integral de análisis de datos: Reacciones monomoleculares irreversibles de primer orden. Reacciones bimoleculares irreversibles de segundo orden. Reacciones trimoleculares irreversibles de tercer orden. Ecuaciones cinéticas empíricas de orden n. Reacciones de orden cero. Orden global de reacciones irreversibles a partir del tiempo de vida medio t 1/2. Método de la fracción de vida t F. Reacciones reversibles de primer orden. Reacciones reversibles de segundo orden. Reacciones en las que cambia el orden. Método diferencial de análisis de datos. 3. Reactor intermitente de volumen variable.

BLOQUE III. Reactores Químicos Homogéneos

 TEMA 4. REACTORES HOMOGÉNEOS IDEALES

1. Análisis de los reactores químicos homogéneos. 2. Ecuación general del balance de moles. 3. Reactores ideales isotermos: Reactor discontinuo mezcla perfecta. Reactor continuo mezcla perfecta. Reactor continuo flujo pistón. 4. Comparación de los reactores ideales continuos: Reactores continuos mezcla perfecta en serie. Reactores continuos de flujo pistón en serie y en paralelo. Reactores continuos de tipos diferentes en serie. Reactor de flujo pistón con recirculación.

TEMA 5. INTERCAMBIO DE CALOR EN REACTORES HOMOGÉNEOS IDEALES

1. Introducción. 2. Balance de energía en un reactor discontinuo: Balance de energía en un reactor discontinuo isotermo. Balance de energía en un reactor discontinuo adiabático. 3. Balance de energía en un reactor mezcla perfecta: Balance de energía en un reactor mezcal perfecta adiabático. 4. Balance de energía en un reactor flujo pistón:Balance de energía en un reactor flujo pistón isotérmico. Balance de energía en un reactor flujo pistón adiabático. 5. Transmisión de calor en reactores homogéneos

TEMA 6. DISEÑO DE REACTORES HOMOGÉNEOS PARA REACCIONES COMPLEJAS

1. Distribución de productos. Selectividad. 2. Diseño de reactores para reacciones múltiples: Reacciones en paralelo. Reacciones en serie. Reacciones en serie-paralelo.

BLOQUE IV. Flujo no ideal en reactores

TEMA 7. FLUJO REAL EN SISTEMAS HOMOGÉNEOS

1. Función de distribución de tiempos de residencia. 2. Medición de la DTR: Entrada en pulso. Función E(t). Entrada en escalón. Función F(t). Relación entre las funciones E(t) y F(t). Distribución interna de tiempos de residencia I(t). 3. Distribución de tiempos de residencia en reactores ideales. 4. Modelos para flujo real: Modelos sin parámetros ajustables: Segregación completa. Mezcla máxima. Modelos con un parámetro ajustable: Tanques en serie. Dispersión. Modelos con varios parámetros ajustables: Dos RMP interconectados. RMP con volumen muerto y cortocircuito. Combinación de flujos ideales.

BLOQUE V. Sistemas Químicos Heterogéneos

TEMA 8. REACCIONES EN FASE FLUIDA CATALIZADA POR SÓLIDOS

1. Naturaleza de la catálisis heterogénea. 2. Adsorción sobre superficies sólidas. 3. Propiedades de los catalizadores sólidos. 4. Mecanismos de las reacciones en fase fluida catalizada por sólidos. 5. Etapas superficiales. 6. Ecuaciones cinéticas para las etapas superficiales. 7. Desactivación de catalizadores. 8. Mecanismos de la desactivación de catalizadores.

BLOQUE VI. Reactores Químicos Heterogéneos

TEMA 9. REACTORES DE LECHO FIJO

1. Factores involucrados en el diseño de un reactor de lecho fijo. 2. Modelo de reactores de lecho fijo utilizados. 3. Diseño del reactor de lecho fijo.

TEMA 10. REACTORES DE LECHO FLUIDIZADO

1. Factores involucrados en el diseño de un reactor de lecho fluidizado. 2. Diseño de reactores de lecho fluidizado.

PRÁCTICAS DE LABORATORIO

  • Influencia de la temperatura sobre la constante de velocidad.
  • Estudio cinético de la decoloración de la fenoftaleína en medio básico.
  • Determinación del orden y la velocidad de la reacción de oxidación del etanol por Cr (VI).
  • Estudio cinético en un reactor discontinuo tanque agitado.

6. METODOLOGÍA Y ACTIVIDADES
ACTIVIDADES HORAS PRESEN­CIALES HORAS TRABAJO AUTÓ­NOMO TOTAL HORAS CRÉDITOS ECTS COMPETENCIAS (códigos)
A1 - Clases expositivas en gran grupo
  • M1 - Clases expositivas en gran grupo: Clases magistrales
  • M4 - Clases expositivas en gran grupo: Conferencias
30.0 45.0 75.0 3.0
  • CB2
  • CB3
  • CEQ1
  • CEQ3
A2 - Clases en grupos de prácticas
  • M11 - Clases en grupos de prácticas: Resolución de ejercicios
  • M12 - Clases en grupos de prácticas: Presentaciones/Exposiciones
  • M6 - Clases en grupos de prácticas: Actividades prácticas
  • M7 - Clases en grupos de prácticas: Seminarios
  • M8 - Clases en grupos de prácticas: Debates
  • M9 - Clases en grupos de prácticas: Laboratorios
30.0 45.0 75.0 3.0
  • CB2
  • CB3
  • CB4
  • CB5
  • CEQ1
  • CEQ3
TOTALES: 60.0 90.0 150.0 6.0  
 
INFORMACIÓN DETALLADA:

La metodología utilizada en el desarrollo de la asignatura es la siguiente:

  • 30 h de clases expositivas en gran grupo. Las actividades metodológicas utilizadas serán clases magistrales (M1) y conferencias (M4). Mediante el desarrollo de estas actividades se pretende que el estudiante adquiera las competencias CB2, CB3, CEQ3 y CEQ1.
  • 30 h de clases en grupo de prácticas. En este caso, las actividades metodológicas utilizadas serán: resolución de ejercicios (M11), presentación y exposiciones (M12), actividades prácticas (M6), seminarios (M7), debates (M8) y laboratorios (M9). Las competencias adquiridas por el estudiante durante el desarrollo de estas actividades serán CB2, CB3, CB4, CB5, CEQ1 y CEQ3.
  • Con el desarrollo de la metodología expuesta se pretende que el estudante alcance los resultados de aprendizaje R09 y R10.
7. SISTEMA DE EVALUACIÓN
 
ASPECTO CRITERIOS INSTRUMENTO PESO
Asistencia y/o participación en actividades presenciales y/o virtuales . Participación activa en clase . Participación en los debates . Participación en el trabajo grupal Se evaluará las competencias: CB2, CB3, CB4, CEQ1 y CEQ3 . Observación y notas del profesor 10.0%
Conceptos teóricos de la materia . Dominio de los conocimientos teóricos y operativos de la materia. Se evaluará las competencias: CB2, CB3, CEQ1 y CEQ3. Examen teórico 60.0%
Realización de trabajos, casos o ejercicios . Entrega de los casos-problemas bien resueltos . Entrega cuaderno prácticas resueltos . Entrega y defensa de un problema práctico En cada trabajo se analizará: . Estructura del trabajo . Calidad de la documentación . Originalidad . Ortografía y presentación. Se evaluará las competencias: CB2, CB3, CB4, CEQ1 y CEQ3. . 2 trabajos (1 individual; 1 en grupo) . Cuaderno prácticas 30.0%
El sistema de calificación se regirá por lo establecido en el RD 1125/2003 de 5 de septiembre por el que se establece el sistema europeo de créditos y el sistema de calificaciones en la titulaciones universitarias de carácter oficial
INFORMACIÓN DETALLADA:

El estudiante podrá optar por alguno de los siguientes procedimientos de evaluación recogidos en el artículo 13 del 'Reglamento de Régimen Académico y de Evaluación del Alumnado de la Universidad de Jaén, aprobado en Consejo de Gobierno nº 33 de 21/11/2013: - Evaluación global - Prueba única En el caso de que elija el procedimiento de 'evaluación global', los porcentajes de la calificación final asignados a cada uno de los diferentes aspectos evaluables han quedado recogidos en el sistema de evaluación indicado con anterioridad. Especificar que: a) A la asistencia y participación en actividades presenciales y/o virtuales le corresponde el 10 % de la calificación final de la asignatura. En este caso este 10 % será reflejo de la asistencia a clases y participación en actividades del estudiante a lo largo de todo el cuatrimestre. La asistencia a clases no es obligatoria pero, obviamente, el menor o mayor grado de asistencia se verá reflejada en la calificación de este apartado. Con este aspecto se evaluarán la adquisición de las competencias: CB2, CB3, CB4, CEQ1 y CEQ3. b) Examen teórico sobre los conceptos teóricos y operativos de la materia. Para superar la asignatura la puntuación obtenida en este apartado debe ser igual o superior a 4 sobre 10. En caso de no superarse este valor mínimo, la puntuación obtenida en la evaluación correspondiente a las actividades de realización de trabajos, casos o ejercicios y asistencia y participación en actividades presenciales y/o virtuales no contabilizará en la calificación final de la asignatura. En este caso la calificación final de la asignatura coincidirá con la nota del examen. El resultado del examen supondrá un 60 % del peso total de la evaluación. Con este examen se evaluará la adquisición de las competencias CB2, CB3, CEQ1 y CEQ3. c) Aspectos relacionados con la realización de trabajos, casos o ejercicios. A este apartado le corresponderá el 30 % de la calificación final de la asignatura, adquiriendose las competencias CB2, CB3, CB4, CEQ1 y CEQ3. c1) La entrega y defensa de problemas y/o trabajos representará el 30 % de la calificación de este apartado. El estudiante deberá desarrollar y entregar dos problemas/trabajos uno individual y otro en grupo. c2) En las prácticas de laboratorio se considerará la asistencia, entrega y valoración del cuaderno. Para aprobar este apartado es obligatoria la asistencia y entrega individual del cuaderno de prácticas. La calificación de las prácticas de laboratorio constituye el 70 % de la calificación correspondiente al partado c), aunque con la salvedad, de que para aprobar la asignatura es obligatorio obtener en las prácticas de laboratorio 4 sobre 10. Para el alumno que lo manifieste, se le guardará la nota de prácticas de laboratorio del curso anterior. No se guardará para un segundo curso. Como norma general en el aspecto realización de trabajos, casos o ejercicios se analizará la estructura del trabajo, calidad de la documentación, originalidad, ortografía y presentación. En el caso en que el alumno se decante por el procedimiento de evaluación de 'prueba única', el examen oficial supondrá un 60 % de la calificación final (se evaluarán las competencias CB2, CB3, CB4, CEQ1 y CEQ3)y el 40 % restante podrá obtenerse mediante la exposición de un trabajo práctico realizado sobre el programa de la asignatura y acordado con la profesora. El trabajo deberá defenderse de forma oral a ser posible el mismo día de la convocatoria oficial del examen. El contenido del trabajo junto con la presentación que se utilice en la exposición oral deberá enviarse a la profesora al menos con diez días de antelación a la fecha de la convocatoria oficial del examen. La duración de la exposición deberá estar comprendida entre 15 y 20 minutos. Tras la presentación oral, la profesora efectuará preguntas sobre el tema, tanto del trabajo escrito como de la exposición oral realizada.

Independientemente del procedimiento de evaluación elegido por el estudiante en el desarrollo de esta asignaturas se alcanzarán los resultados de aprendizaje R09 y R10.

8. DOCUMENTACIÓN / BIBLIOGRAFÍA
ESPECÍFICA O BÁSICA:
  • Elements of chemical reaction engineering. Edición: 3rd ed. Autor: Fogler, H. Scott. Editorial: Upper Saddler River: Prentice Hall, 2002  (C. Biblioteca)
  • Cinética química aplicada. Edición: -. Autor: -. Editorial: Madrid: Síntesis, D. L. 1999  (C. Biblioteca)
  • Ingeniería de las reacciones químicas. Edición: 2ª ed., 7ª reimp. Autor: Levenspiel, Octave. Editorial: Barcelona [etc.]: Reverté, imp. 1988  (C. Biblioteca)
  • Ingeniería de reactores. Edición: -. Autor: -. Editorial: Madrid: Síntesis, 2002  (C. Biblioteca)
GENERAL Y COMPLEMENTARIA:
  • El omnilibro de los reactores químicos. Edición: -. Autor: Levenspiel, Octave. Editorial: Barcelona: Reverté, 2002  (C. Biblioteca)
  • An Introduction to chemical engineering kinetics & reactor design. Edición: -. Autor: Hill, Charles G.. Editorial: New York: Wiley, cop. 1977  (C. Biblioteca)
  • Ingenieria de la cinética química. Edición: [1ª ed., 7ª reimp.]. Autor: Smith, J. M. Editorial: México: Compañía Editorial Continental, 1992  (C. Biblioteca)
9. CRONOGRAMA (segundo cuatrimestre)
Semana A1 - Clases expositivas en gran grupo A2 - Clases en grupos de prácticas Trabajo autónomo Observaciones
Nº 1
28 ene - 3 feb 2019
2.02.0 6.0 Bloque I. Introducción a la Ingeniería de las Reacciones Químicas.
Nº 2
4 - 10 feb 2019
2.02.0 6.0 Bloque I. Introducción a la Ingeniería de las Reacciones Químicas.
Nº 3
11 - 17 feb 2019
2.02.0 6.0 Bloque II. Sistemas químicos homogéneos.
Nº 4
18 - 24 feb 2019
2.02.0 6.0 Bloque II. Sistemas químicos homogéneos. P.L.: Influencia de la temperatura sobre la constante de velocidad.
Nº 5
25 feb - 3 mar 2019
2.02.0 6.0 Bloque II. Sistemas químicos homogéneos. P.L.: Estudio cinético de la decoloración de la fenoftaleína en medio básico.
Nº 6
4 - 10 mar 2019
2.02.0 6.0 Bloque III. Reactores Químicos hoomogéneos. P.L.: Determinación del orden y la velocidad de reacción de oxidacción de etanol por Cr (VI).
Nº 7
11 - 17 mar 2019
2.02.0 6.0 Bloque III. Reactores químicos homogéneos.
Nº 8
18 - 24 mar 2019
2.02.0 6.0 Bloque III. Reactores químicos homogéneos. P.L.: Estudio cinético en un reactor discontinuo tanque agitado.
Nº 9
25 - 31 mar 2019
2.02.0 6.0 Bloque III. Reactores químicos homogéneos.
Nº 10
1 - 7 abr 2019
2.02.0 6.0 Bloque IV. Flujo no ideal en reactores.
Nº 11
8 - 14 abr 2019
2.02.0 6.0 Bloque IV. Flujo no ideal en reactores. Bloque V. Sistemas químicos heterogéneos.
Período no docente: 15 - 21 abr 2019
Nº 12
22 - 28 abr 2019
2.02.0 6.0 Bloque V. Sistemas químicos heterogéneos.
Nº 13
29 abr - 5 may 2019
2.02.0 6.0 Bloque V. Sistemas químicos heterogéneos. Bloque VI. Reactores químicos heterogéneos.
Nº 14
6 - 12 may 2019
2.02.0 6.0 Bloque VI. Reactores químicos heterogéneos.
Nº 15
13 - 17 may 2019
2.02.0 6.0 Bloque VI. Reactores químicos heterogéneos.
Total Horas 30.0 30.0 90.0