Competencias específicas:

- Analizar, utilizando balances de materia y energía, instalaciones, equipos o procesos en los que la materia experimente cambios de morfología, composición, estado, energía o reactividad.

- Integrar con los fundamentos básicos y los comunes a las ingenierías los fundamentos de la Ingeniería Química y de la Ingeniería Bioquímica.

- Analizar, modelizar y calcular reactores químicos y bioquímicos, en base a los principios de termodinámica y cinética aplicada.

- Describir e integrar los procesos de transformación de materias primas con criterios de innovación, calidad de producto y sostenibilidad.

- Cotejar modelos teóricos y resultados de simulación con resultados reales obtenidos en unidades de laboratorio y planta piloto.



Transversales:

- Manejar con destreza las tecnologías de la información y comunicación aplicadas al aprendizaje, las fuentes de información y las bases de datos específicas de la Ingeniería Química, así como herramientas ofimáticas de apoyo a presentaciones orales.

- Comunicar y transmitir eficazmente, por escrito y de forma oral, los conocimientos, resultados, habilidades y destrezas adquiridos, en un entorno pluridisciplinar y multilingüe.

- Organizar y planificar actividades, en grupos de trabajo, con reconocimiento de la diversidad y multiculturalidad, razonamiento crítico y espíritu constructivo, iniciándose en el liderazgo de grupos.

- Desarrollo del liderazgo de grupos de trabajo, con asignación de tareas, estableciendo estructuras con reconocimiento de la diversidad del grupo.

- Resolver problemas de las materias correspondientes a la Ingeniería Química, planteados con criterios de calidad, sensibilidad por el medio ambiente, sostenibilidad, criterio ético y fomento de la paz.

1. INTRODUCCIÓN. Fundamentos del diseño de reactores. Evolución histórica. Desarrollo de reactores. Reactores homogéneos y heterogéneos. Aspectos a considerar en el diseño. Herramientas y etapas en el diseño: modelos microcinéticos, de flujo y macrocinéticos. Estado actual del tema y perspectivas.

2. REACTOR DISCONTINUO ISOTERMO. Utilización en la obtención de la ecuación cinética: métodos integral y diferencial. Reactores de volumen constante y de volumen variable. Ecuaciones de diseño en régimen isotermo.

3. REACTOR DISCONTINUO CON DIFERENTES REGÍMENES DE TEMPERATURA Y REACTOR SEMICONTINUO. Diseño del reactor discontinuo para diferentes regímenes de temperatura. Criterios de optimización. Reactores semicontinuos.

4. REACTOR CONTINUO CON FLUJO IDEAL DE PISTÓN. El tiempo espacial. Flujo ideal de pistón. Diseño para diferentes regímenes de temperatura. Recirculación.

5. REACTOR CONTINUO DE MEZCLA PERFECTA. Concepto de mezcla perfecta. Diseño para diferentes regímenes de temperatura. Comparación con el reactor tubular ideal. Combinación de reactores: diseño analítico y gráfico de una batería. Comparación con reactores aislados.

6. SELECCIÓN DEL REACTOR Y DISEÑO ÓPTIMO PARA REACCIONES SENCILLAS. Diseño óptimo para reacciones sencillas. Selección del reactor y diseño para reacciones sencillas. Comparación de reactores ideales. Optimización de las condiciones de proceso.

7. SELECCIÓN Y DISEÑO DE REACTORES PARA REACCIONES COMPLEJAS. Diseño óptimo para reacciones complejas. Selección del reactor y diseño para reacciones complejas. Rendimiento y selectividad. Comparación de reactores para reacciones en serie y en paralelo. Diseño óptimo a partir del estudio de la selectividad.

8. REGIMENES ÓPTIMOS DE TEMPERATURA. Efecto de la temperatura sobre el diseño en reacciones endotérmicas y exotérmicas. Perfil óptimo de temperatura en reactores tubulares. Aproximaciones prácticas en reactores industriales.

9. REACTORES CONTINUOS AUTOTÉRMICOS. Condiciones de operación estable en reactores de mezcla perfecta. Estabilidad y estados estacionarios. Efecto de las variables de proceso. Operación autotérmica en reactores tubulares.

10. FLUJO REAL EN REACTORES. Circulación no ideal en reactores. Distribución del tiempo de residencia. Diseño para reacciones de primer orden y de otras cinéticas. Modelo de dispersión. Modelo de tanques en serie.

11. CONSIDERACIONES DE TRANSPORTE DE PROPIEDAD. Transferencia de materia y transmisión de calor. Coeficientes de transferencia de materia y de calor característicos. Consideraciones de diseño. Aumento de escala.

12. REACTORES DE CONTACTO GAS-SOLIDO. Descripción y selección del reactor. Reactores catalíticos de lecho fijo: Diseño para diferentes regímenes de temperatura. Reactores de lecho fluidizado y sus aplicaciones en reacciones catalíticas y no catalíticas. Modelos de diseño.

13. REACTORES DE CONTACTO FLUIDO-FLUIDO (G-L Y L-L) Y GAS-LIQUIDO-SOLIDO. Conceptos generales y modelos macrocinéticos. Tipos de reactor y criterios para la selección. Principales aplicaciones.

14. REACTORES BIOLOGICOS CON MICROORGANISMOS. Cinética. Modelos estructurados y no estructurados. Reactor discontínuo y contínuo.

15. REACTORES CON ENZIMAS. Cinéticas. Inmovilización de enzimas. Reactores con enzimas inmovilizadas. Estrategias de reacción.

16. SEGURIDAD Y CONTRIBUCIÓN A LA SOSTENIBILIDAD. Condiciones límite para la seguridad. Alternativas de diseño seguras. Condicionantes ambientales. Contribución del diseño de los reactores a la sostenibilidad. Innovaciones en el diseño.

MAGISTRAL (M): Se establecerán los fundamentos teóricos de la asignatura para poder aplicarlos después en la resolución de problemas.

PRÁCTICAS DE AULA (GA): Se realizará la resolución de problemas asociados a cada tema con objeto de trabajar tanto las competencias específicas como transversales de la asignatura.

SEMINARIOS (S): Se abordará el diseño de un reactor biológico para la producción de un producto concreto. Se trabajarán los conceptos tanto teóricos como prácticos necesarios para realizar el diseño. El trabajo se realizará de forma grupal y la asistencia a las sesiones de seminario será obligatoria.

PRÁCTICAS DE LABORATORIO (GL): Mediante la resolución práctica de fundamentos trabajados en el aula y en los seminarios, en el laboratorio se trabajan diversos aspectos de la asignatura. Los alumnos trabajarán de forma grupal y será obligatorio realizar todas las prácticas de laboratorio para poder aprobar la asignatura. Además será necesario realizar un informe final de laboratorio donde se englobarán los resultados más significativos obtenidos y la discusión de los mismos.

Evaluación continua

- Prueba escrita a desarrollar (75 %): Se realizarán tres parciales (25 % cada parcial)

El examen contará con una parte teórica (preguntas a desarrollar y preguntas cortas concretas) y una parte práctica (problemas). Será necesario superar los tres parciales con una calificación mínima de 5/10 para aprobar la asignatura. Si solo aprueba uno o dos parciales podrá eliminar la materia correspondiente a dichos parciales y presentarse al examen final para la realización de la parte que no haya sido superada anteriormente. Los alumnos que superen la asignatura por parciales podrán presentarse al examen final si desean mejorar la calificación de alguno de los parciales.

- Trabajo grupal (15%)

Cada grupo presentará el diseño de un reactor biológico para la producción de un producto concreto. El diseño se evaluará de forma continua durante el transcurso de la asignatura mediante diferentes entregables.

- Trabajo de laboratorio (10 %)

Será necesario presentar un informe escrito de laboratorio por grupo. El informe recogerá los resultados experimentales y la discusión correspondiente al diseño de reactores y caracterización del flujo real.



Evaluación final

Los alumnos que deseen renunciar a la evaluación continua, tendrán que comunicárselo de forma escrita al profesor antes de la semana 9.

En la evaluación final se realizarán las siguientes pruebas:

- Prueba escrita a desarrollar (75%)

- Prueba correspondiente a las prácticas de laboratorio (10 %)

- Diseño de un biorreactor (15%)

Para poder aprobar la asignatura será necesario obtener una calificación superior a 5/10 en la prueba escrita a desarrollar.



Renuncia

Tanto en el caso de la evaluación continua como evaluación final, para la renunciar a la convocatoria y obtener la calificación de “no presentado” será suficiente con no presentarse al examen final.

Temas redactados por el profesor y explicados en el aula, y problemas trabajados en el aula y resueltos por el profesor.

Bibliografía básica

Levenspiel, O., Ingeniería de las Reacciones Químicas, Reverté, Barcelona, 2002.

Fogler, S.H., Essential of Chemical Reaction Engineering, 2nd Ed., Prentice Hall Int., Englewood Cliffs, New Jersey, 2011.

Cuevas-García, R., Introducción al Diseño de Reactores Homogéneos, Reactores Intermitentes, PFR y CSTR, Editorial Académica Española, Madrid, 2013.

Conesa,J.A., Diseño de Reactores Heterogéneos, Servicio de Publicaciones de la Universidad de Alicante, 2010

Hill, Ch. G., An Introduction to Chemical Reaction Engineering, John Wiley, Nueva York, 1977.

Bibliografía de profundización

Butt, J.B., Reaction Kinetics and Reactor Design, 2nd Edition, Marcel Dekker Inc., Nueva York,-Basel, 2000.
Coker, A.K., Kayode, C.A., Modeling of Chemical Kinetics and Reactor Design, Elsevier Inc., 2001.
Froment, G.F., Bischoff, K.B., Chemical Reactor Analysis and Design, 2nd Ed, John Wiley, Nueva York, 1990.
Jakobsen, H.A., Chemical Reactor Modeling, Springer Berlin Heilderberg, Berlin, 2008.
Rawlings, J.B., Ekerdt, J., Chemical Reactor Analysis and Design Fundamentals, Nob Hill Publishing, Madison. Wisconsin, 2002.

Revistas

AIChE Journal
Chemical Engineering Journal
Chemical Engineering Science
Industrial Engineering Chemistry Research
Chemical Engineering Education