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Guía docente de la asignatura / materia:

Análisis y Diseño Avanzado de Reactores Químicos (M43/56/3/2)

Curso 2021/2022
Fecha de aprobación por la Comisión Académica 16/07/2021

Máster

Máster Universitario en Ingeniería Química

Módulo

Ingeniería de Procesos y Productos

Rama

Ingeniería y Arquitectura

Centro en el que se imparte la docencia

Facultad de Ciencias

Centro Responsable del título

Escuela Internacional de Posgrado

Semestre

Primero

Créditos

6

Tipo

Obligatorio

Tipo de enseñanza

Presencial

Profesorado

  • Pedro Jesús García Moreno
  • Miguel García Román
  • Emilia María Guadix Escobar

Horario de Tutorías

Pedro Jesús García Moreno

pjgarcia@ugr.es
  • Tutorías 1º semestre
    • Martes 12:00 a 15:00 (Dpto. Iq)
    • Miércoles 12:00 a 15:00 (Dpto. Iq)
  • Tutorías 2º semestre
    • Jueves 9:00 a 12:00 (Dpto. Iq)
    • Viernes 9:00 a 12:00 (Dpto. Iq)

Miguel García Román

mgroman@ugr.es
  • Tutorías 1º semestre
    • Lunes 15:00 a 16:00 (Dpto. Iq)
    • Martes 10:00 a 12:00 (Dpto. Iq)
    • Viernes 10:00 a 13:00 (Dpto. Iq)
  • Tutorías 2º semestre
    • Martes 9:30 a 11:30 (Dpto. Iq)
    • Miércoles 15:00 a 16:00 (Dpto. Iq)
    • Jueves 9:30 a 12:30 (Dpto. Iq)

Emilia María Guadix Escobar

eguadix@ugr.es
Anual
  • Martes 13:00 a 14:00 (Dpto. Iq)
  • Viernes 9:00 a 14:00 (Dpto. Iq)

Breve descripción de contenidos (Según memoria de verificación del Máster)

Tipos de operación de reactores heterogéneos. Reactores fluido-fluido. Reactores fluido-sólido. Reactores polifásicos. Reactores de membrana. Fotorreactores. Reactores de interés industrial. Reactores de gasificación. Reactores de craqueo catalítico. Reactores de polimerización. Reactores enzimáticos. Biorreactores. Fotobiorreactores. Otros reactores de interés industrial.

Prerrequisitos y/o Recomendaciones

Competencias

Competencias Básicas

  • CB6. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
  • CB7. Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
  • CB8. Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.
  • CB9. Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.
  • CB10. Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

Competencias Generales

  • CG02. Concebir, proyectar, calcular, y diseñar procesos, equipos, instalaciones industriales y servicios, en el ámbito de la ingeniería química y sectores industriales relacionados, en términos de calidad, seguridad, economía, uso racional y eficiente de los recursos naturales y conservación del medio ambiente. 
  • CG05. Saber establecer modelos matemáticos y desarrollarlos mediante la informática apropiada, como base científica y tecnológica para el diseño de nuevos productos, procesos, sistemas y servicios, y para la optimización de otros ya desarrollados. 
  • CG07. Integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de emitir juicios y toma de decisiones, a partir de información incompleta o limitada, que incluyan reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas del ejercicio profesional. 

Competencias Específicas

  • CE01. Aplicar conocimientos de matemáticas, física, química, biología y otras ciencias naturales, obtenidos mediante estudio, experiencia, y práctica, con razonamiento crítico para establecer soluciones viables económicamente a problemas técnicos. 
  • CE02. Diseñar productos, procesos, sistemas y servicios de la industria química, así como la optimización de otros ya desarrollados, tomando como base tecnológica las diversas áreas de la ingeniería química, comprensivas de procesos y fenómenos de transporte, operaciones de separación e ingeniería de las reacciones químicas, nucleares, electroquímicas y bioquímicas. 

Competencias Transversales

  • CT02. Utilizar herramientas y programas informáticos para el tratamiento y difusión de los resultados procedentes de la investigación científica y tecnológica. 
  • CT04. Comunicar conceptos científicos y técnicos utilizando los medios audiovisuales más habituales, desarrollando las habilidades de comunicación oral. 

Resultados de aprendizaje (Objetivos)

  • Completar la formación en el cálculo y selección del mejor reactor para un determinado proceso.
  • Adquirir conocimientos en reactores heterogéneos fluido-fluido, mecanismos y forma de contacto más adecuados. Aplicar distintos modelos de flujo y parámetros de diseño de los distintos tipos de reactores.
  • Adquirir conocimientos de reactores fluido-sólido no catalíticos, fundamentalmente de los reactores para reacciones gas-sólido: combustores, gasificadores etc.
  • Entender el contacto entre fases en reactores polifásicos, ser capaz de dimensionar reactores con el sólido en lecho fijo, fluidizado, móvil o en suspensión.
  • Adquirir conocimientos de reactores de membrana, sus aplicaciones más importantes y ser capaz de dimensionar equipos para objetivos concretos.
  • Entender los mecanismos de reacciones fotoquímicas en fase homogénea y heterogénea y aplicar estos conocimientos al dimensionado y diseño de reactores.
  • Profundizar en los mecanismos de polimerización, tanto en sistemas homogéneos como heterogéneos, estimar parámetros de diseño de ambos sistemas y optimizar tiempos de residencia.
  • Adquirir conocimientos sobre los distintos tipos de reactores bioquímicos de interés industrial: Reactores con enzimas y reactores con microorganismos. Ser capaz de seleccionar el reactor, dimensionarlo y escoger las mejores condiciones de operación.
  • Adquirir conocimientos sobre otros tipos de reactores de interés industrial como los reactores de CVD, las destilaciones reactivas o los microrreactores y procesos industriales en los que están involucrados.

Programa de contenidos Teóricos y Prácticos

Teórico

1. PRESENTACIÓN

2. REACTORES FLUIDO-SÓLIDO (BLOQUE I)

  2.1. Reactores fluido-sólido catalíticos.

  • Reactores de lecho fijo.
    • Configuraciones y catalizadores para reactores de lecho fijo: Tipos y disposición del catalizador. Configuraciones multitubulares y multilecho.
    • Interacción entre transporte de materia y reacción química. Interacción entre la difusión en los poros y la reacción química. Factor de efectividad. Módulo de Thiele. Criterios para determinar la influencia de los fenómenos físicos de transporte.
    • Modelado de los reactores catalíticos de lecho fijo: Modelos pseudo-homogéneos y heterogéneos. Modelos unidimensionales y bidimensionales. Aparición de puntos calientes: estabilidad térmica. Funcionamiento no estacionario.
  • Reactores de lecho fluidizado.
    • Reactores de lecho fluidizado. Definición. Aplicaciones. Configuraciones y formas de operación de los reactores catalíticos de lecho fluidizado. Sistemas reactor-regenerador.
    • Modelado de reactores de lecho fluidizado.

  2.2. Reactores fluido-sólido no catalíticos.

  • Mecanismos de reacciones fluido-sólido no catalíticas. Casos de importancia industrial. Reactores de combustión y gasificación.

  2.3. Reactores polifásicos

3. REACTORES GAS-LÍQUIDO (BLOQUE II)

  • Interacción entre la transferencia de materia a través de una interfase y la reacción química.  Factor de aceleración química. Módulo de Hatta. Regímenes de operación. Comparación del factor de efectividad y el factor de aceleración química.
  • Tipos de contactores gas-líquido. Columnas de relleno. Tanques de burbujeo. Columnas de pulverización. Modelado y diseño de contactores.
  • Destilación reactiva: usos actuales y perspectivas de uso.

4. OTROS REACTORES DE INTERÉS INDUSTRIAL. TENDENCIAS EN INVESTIGACIÓN (BLOQUE II)

  • Reactores CVD, microrreactores, fotorreactores. Tendencias actuales en la investigación en ingeniería de la reacción química.

5. REACTORES BIOLÓGICOS (BLOQUE III)

  • Cinética enzimática. Cinética microbiana. 
  • Biorreactores ideales. Biocatalizadores inmovilizados. 
  • Reactores con biocatalizadores inmovilizados. 
  • Biorreactores aerobios. 
  • Biorreactores no convencionales.
  • Procesos downstream.

Práctico

Conferencia:

Hidrodesulfuración en el sector del refino.

Impartida por Macarena Cabrera (Ingeniera Química, Jefe de la Planta de Combustibles de la Refinería Gibraltar-San Roque, CEPSA)

 

Seminarios:

Estudios de casos y simulación a realizar en ordenador mediante lenguajes de programación (MATLAB, Scilab, Python) y/o software para la simulación de procesos (ASPEN Plus).

Bibliografía

Bibliografía fundamental

  1. Froment, G.F. y Bischoff, K.B. Chemical Reactor Analysis and Design, 2nd Edition, John Wiley (1999). BPOL/66 FRO che
  2. Smith, J.M. Chemical Engineering Kinetics, 3rd Edition, McGraw-Hill (1981). BPOL/66 SMI che
  3. Levenspiel, O. El Omnilibro del Reactores Químicos,  Reverte (1986). FCI/66 LEV omn.
  4. Scott Fogler, H. Elements of Chemical Reaction Engineering, Prentice-Hall (1999) 3ª Ed. BPOL/66.02 FOG ele
  5. Rase, H.F. Chemical Reactor Design for Process Plants. Vol. 1: Principles & Techniques, Wiley-Interscience (1977).
  6. Thoenes, D. Chemical Reactor Development from Laboratory Synthesis to Industrial Production, Kluwer Academic Publishers (1994). FCI/66 THO che
  7. Shah, Y.T. Gas-Liquid-Solid Reactor Design, McGraw-Hill (1979).
  8. Santamaría, J.M., y Otros. Ingeniería de Reactores, Ed. Síntesis (1999) FCI/66 ING ing
  9. González Velasco J.R. y col. Cinética Química Aplicada, Ed. Síntesis (1999) FCI/544 CIN cin
  10. Godia y col. Ingeniería Bioquímica. Ed. Síntesis (1998) BPOL/66.02 GOD ING
  11. Dunn y col. Biological Reaction Engineering: Principles, Applications with PC Simulation. Ed. VCH (1992) FCI/D 55 132
  12. Atkinson.  Reactores Bioquímicos. Ed Reverté (1986) FCI/66 ATK REA

Bibliografía complementaria

  1. Perry, R.H. y Green, D. Manual del Ingeniero Químico, 7ª Edición, McGraw-Hill (2001)
  2. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Recurso Electrónico Biblioteca UGR: http://onlinelibrary.wiley.com/book/10.1002/14356007
  3. Mcketta, J.J. Encyclopedia Of Chemical Processing And Design, M. Dekker(1976) FCI/R 66 ENC ENC.

Enlaces recomendados

Libros y bases de datos electrónicas disponibles en la Biblioteca de la Universidad de Granada http://www.ugr.es/~biblio/

Metodología docente

  • MD01 Lección magistral/expositiva 
  • MD02 Resolución de problemas y estudio de casos prácticos 
  • MD03 Prácticas de laboratorio o de ordenador 
  • MD04 Realización de trabajos 

Evaluación (instrumentos de evaluación, criterios de evaluación y porcentaje sobre la calificación final.)

Evaluación Ordinaria

La convocatoria ordinaria estará basada preferentemente en la evaluación continua del estudiante, excepto para quienes se les haya reconocido el derecho a la evaluación única final.

Cada uno de los tres bloques en los que se divide la asignatura se evaluará independientemente, estableciéndose la calificación de cada alumno en base a:

  • Actividades propuestas, que podrán ser para su resolución individual o en grupo (50%).
  • Prueba final escrita compuesta por cuestiones teórico/prácticas y problemas sobre los contenidos este bloque (50%).

La calificación global de la asignatura será la media aritmética de las obtenida en cada bloque.
 

Evaluación Extraordinaria

A ella podrán concurrir todos los estudiantes, con independencia de haber seguido o no la evaluación continua. De esta forma, el estudiante que no haya realizado la evaluación continua tendrá la posibilidad de obtener el 100% de la calificación mediante la realización de una prueba y/o trabajo.

Se realizará en un acto único, donde se evaluarán los conocimientos y competencias trabajados en los tres bloques en los que se organiza la asignatura, mediante los instrumentos siguientes:

  • Examen teórico oral y/o escrito: 60% de la nota final.
  • Examen práctico que consistirá en un estudio de caso o ejercicio de simulación de reactores industriales: 40% de la nota final

Evaluación única final

Las pruebas de la evaluación única final constarán de:

  • Un examen teórico oral y/o escrito, que representa el 60% de la nota final
  • Un examen práctico que consistirá en un estudio de caso o ejercicio de simulación de reactores industriales, que representa el 40% de la nota final

Información adicional

Escenario A (Enseñanza-Aprendizaje presencial y tele-presencial)

Horario (Según lo establecido en el POD)

Herramientas para la atención tutorial (Indicar medios telemáticos para la atención tutorial)

Las tutorías se atenderán por correo electrónico o a través de la plataforma PRADO. Si fuera necesario se concertarán reuniones online mediante Google-Meet o similar.

Medidas de adaptación de la metodología docente

Bloques I y II (temas 1 a 4)

Las clases se desarrollarán de forma presencial siempre que se puedan cumplir las medidas de higiene y seguridad establecidas por las autoridades competentes. En caso de que no fuera así se optará por grabar las clases de teoría y las prácticas en ordenador, para ponerlas a disposición de los alumnos semanalmente a través de la plataforma PRADO. Tanto los contenidos como el software a utilizar en las clases con ordenador se adaptarán a fin de optimizar su seguimiento por parte de los alumnos en sus ordenadores personales. Por otro lado se dividirá a los estudiantes en los subgrupos que sean necesarios, de forma que cada semana se pueda atender presencialmente a al menos uno de los subgrupos dentro del horario establecido en POD. En estas clases presenciales se podrán plantear las dudas sobre los ejercicios propuestos por el profesor, y además los alumnos resolverán ejercicios adicionales o cuestionarios que permitirán realizar una evaluación continua de sus progresos. Para la realización y entrega de ejercicios y cuestionarios se usará la plataforma PRADO (herramientas Tarea y Cuestionario).

Bloque III (tema 5)

Las clases se desarrollarán de forma presencial siempre que se puedan cumplir las medidas de higiene y seguridad establecidas por las autoridades competentes. En caso de que no fuera así los contenidos se impartirán de manera virtual mediante grabaciones en video disponibles en el canal de youtube de la profesora. Por otro lado se dividirá a los estudiantes en los subgrupos que sean necesarios, de forma que cada semana se pueda atender presencialmente a  al menos uno de los subgrupos dentro del horario establecido en POD. En estas clases presenciales se utilizarán la metodología flipped classroom, centrándose en la aplicación de los contenidos dados mediante resolución de ejercicios o casos prácticos. Algunos de estos ejercicios serán recogidos al finalizar la clase presencial para la evaluación continua del alumno. 

Evaluación Ordinaria

La convocatoria ordinaria estará basada preferentemente en la evaluación continua del estudiante, excepto para quienes se les haya reconocido el derecho a la evaluación única final.

Cada uno de los tres bloques en los que se divide la asignatura se evaluará independientemente, estableciéndose la calificación de cada alumno en base a:

  • Actividades propuestas, que podrán ser para su resolución individual o en grupo (50%). En caso de no poder desarrollarse las clases de forma presencial la entrega de las mismas se llevará a cabo mediante correo electrónico o bien usando las herramientas telemáticas que se determinen (por ejemplo la plataforma PRADO). 
  • Prueba final escrita compuesta por cuestiones teórico/prácticas y problemas sobre los contenidos este bloque (50%). Dicha prueba se desarrollará de forma presencial.  De no poder serlo se realizará mediante las herramientas telemáticas que se determinen (por ejemplo la plataforma PRADO o el correo electrónico institucional, habilitándose una sala virtual de Google-Meet o similar para la supervisión de la misma).

La calificación global de la asignatura será la media aritmética de las obtenida en cada bloque.

Evaluación Extraordinaria

Se realizará en un acto único, de forma presencial, donde se evaluarán los conocimientos y competencias trabajados en los tres bloques en los que se organiza la asignatura, mediante los instrumentos siguientes:

  • Examen teórico oral y/o escrito: 60% de la nota final.
  • Examen práctico que consistirá en un estudio de caso o ejercicio de simulación de reactores industriales: 40% de la nota final.

De no poder realizarse de forma presencial se realizarán o entregarán mediante las herramientas telemáticas que se determinen (por ejemplo la plataforma PRADO o el correo electrónico institucional, habilitándose una sala virtual de Google-Meet o similar para la supervisión de la misma).

 

Evaluación única final

Se realizará de forma presencial y constará de:

  • Examen teórico oral y/o escrito: 60% de la nota final.
  • Examen práctico que consistirá en un estudio de caso o ejercicio de simulación de reactores industriales: 40% de la nota final.

De no poder realizarse de forma presencial se realizarán o entregarán mediante las herramientas telemáticas que se determinen (por ejemplo la plataforma PRADO o el correo electrónico institucional, habilitándose una sala virtual de Google-Meet o similar para la supervisión de la misma).

Escenario B (Suspensión de la actividad presencial)

Horario (Según lo establecido en el POD)

Herramientas para la atención tutorial (Indicar medios telemáticos para la atención tutorial)

Las tutorías se atenderán por correo electrónico o a través de la plataforma PRADO. Si fuera necesario se concertarán reuniones online mediante Google-Meet o similar.

Medidas de adaptación de la metodología docente

Bloques I y II (temas 1 a 4)

Se impartirán las clases a través de sesiones síncronas usando Google Meet. En estas sesiones se podrán plantear las dudas sobre los conceptos teóricos y los ejercicios propuestos, y además los alumnos resolverán ejercicios adicionales o cuestionarios que permitirán realizar una evaluación continua de sus progresos. Además, se grabarán las clases para ponerlas a disposición de los alumnos semanalmente (modalidad asíncrona) a través de la plataforma PRADO. Para la realización y entrega de ejercicios y cuestionarios se usará la plataforma PRADO (herramientas Tarea y Cuestionario). Tanto los contenidos como el software a utilizar en las clases con ordenador se adaptarán a fin de optimizar su seguimiento por parte de los alumnos en sus ordenadores personales. 

Bloque III (tema 5)

Los contenidos se impartirán de manera virtual mediante grabaciones en video disponibles en el canal de youtube de la profesora. Cada semana y/o a petición de los alumnos, se programarán tutorías colectivas mediante videoconferencia (Google Meet) para la resolución de dudas y aclaración de contenidos.

Evaluación Ordinaria

La convocatoria ordinaria estará basada preferentemente en la evaluación continua del estudiante, excepto para quienes se les haya reconocido el derecho a la evaluación única final.

Cada uno de los tres bloques en los que se divide la asignatura se evaluará independientemente, estableciéndose la calificación de cada alumno en base a:

  • Actividades propuestas, que podrán ser para su resolución individual o en grupo (50%).Se entregarán semanalmente y para ello se usarán las herramientas Tarea o Cuestionario de la plataforma PRADO y/o el correo electrónico institucional.
  • Prueba final escrita compuesta por cuestiones teórico/prácticas y problemas sobre los contenidos este bloque (50%). Se realizará mediante las herramientas telemáticas que se determinen (por ejemplo la plataforma PRADO o el correo electrónico institucional, habilitándose una sala virtual de Google-Meet o similar para la supervisión de la misma).

La calificación global de la asignatura será la media aritmética de las obtenida en cada bloque.

Evaluación Extraordinaria

Se realizará en un acto único donde se evaluarán los conocimientos y competencias trabajados en los tres bloques en los que se organiza la asignatura, mediante los instrumentos siguientes:

  • Examen teórico oral y/o escrito: 60% de la nota final.
  • Examen práctico que consistirá en un estudio de caso o ejercicio de simulación de reactores industriales: 40% de la nota final.

Ambas pruebas se realizarán mediante las herramientas telemáticas que se determinen (por ejemplo la plataforma PRADO o el correo electrónico institucional, habilitándose una sala virtual de Google-Meet o similar para la supervisión de la misma).

Evaluación única final

Constará de:

  • Examen teórico oral y/o escrito: 60% de la nota final.
  • Examen práctico que consistirá en un estudio de caso o ejercicio de simulación de reactores industriales: 40% de la nota final.

Ambas pruebas se realizarán mediante las herramientas telemáticas que se determinen (por ejemplo la plataforma PRADO o el correo electrónico institucional, habilitándose una sala virtual de Google-Meet o similar para la supervisión de la misma).