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Ficha de la asignatura: MÉTODOS SISTEMÁTICOS PARA LA SÍNTESIS DE PROCESOS QUÍMICOS
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Ficha de la asignatura

GUÍA DOCENTE
43266 - MÉTODOS SISTEMÁTICOS PARA LA SÍNTESIS DE PROCESOS QUÍMICOS (2014-15)

Código43266
Crdts. Europ.6


Departamentos y Áreas
DepartamentosÁreaCréditos teóricos presencialesCréditos prácticos presencialesDpto. Respon.Respon. Acta
INGENIERÍA QUÍMICAINGENIERIA QUIMICA1,21,2


Estudios en los que se imparte
MÁSTER UNIVERSITARIO EN INGENIERÍA QUÍMICA


Contexto de la asignatura para el curso 2014-15

Se trata de una asignatura de carácter obligatorio que se imparte en el segundo semestre del primer curso y pertenciente al módulo de Ingeniería de Procesos y Producto. Los estudiantes que acceden a esta asignatura han cursado previamente las materias en las que habrán adquirido los principios físcos y químicos, junto con las correspondiente herramientas matemáticas, para el diseño, simulación y optimización de los equipos y sistemas propios de la industria de procesos. Dichas materias pertenece al módulo de Tecnología específica: química industrial del plan de estudios del Grado en Ingeniería Química de las universidades españolas.



Profesor/a responsable
CABALLERO SUAREZ, JOSE ANTONIO


Profesores (2014-15)
Grupo Profesor/a
TEORÍA DE 432661CABALLERO SUAREZ, JOSE ANTONIO
CATEDRATICO/A DE UNIVERSIDAD
  RUIZ FEMENIA, JOSE RUBEN
PROFESOR/A CONTRATADO/A DOCTOR/A
PRÁCTICAS CON ORDENADOR DE 432661CABALLERO SUAREZ, JOSE ANTONIO
CATEDRATICO/A DE UNIVERSIDAD
  RUIZ FEMENIA, JOSE RUBEN
PROFESOR/A CONTRATADO/A DOCTOR/A


Matriculados en grupos principales (2014-15)
Grupo (*)Número
GRUPO 1: TEORÍA DE 43266 4
TOTAL 4


Grupos de matricula (2014-15)
Grupo (*)SemestreTurnoIdiomaDistribución
1  (TEORÍA DE 43266) 2do. D CAS desde NIF - hasta NIF -
1  (PRÁCTICAS CON ORDENADOR DE 43266) 2do. D CAS desde NIF - hasta NIF -
(*) 1:GRUPO 1 - CAS
(*) 1:GRUPO 1 - CAS


Consulta Gráfica de Horario
   Más informaciónPincha aquí


Horario (2014-15)
ModoGrupo (*)Día inicioDía finDíaHora inicioHora finAula 
CLASE TEÓRICA 1 16/02/2015 05/06/2015 M 11:30 12:30 A2/0B11 
  1 16/02/2015 05/06/2015 X 09:00 10:00 A2/0B13 
PRÁCTICAS CON ORDENADOR 1 16/02/2015 05/06/2015 J 09:00 11:00 0016PB063 
(*) CLASE TEÓRICA
 1: GRUPO 1 -
(*) PRÁCTICAS CON ORDENADOR
 1: GRUPO 1 -


Competencias de la asignatura (verificadas por ANECA en grados y másteres oficiales)

MÁSTER UNIVERSITARIO EN INGENIERÍA QUÍMICA

Competencias Generales del Título (CG)
  • CG1: Capacidad para aplicar el método científico y los principios de la ingeniería y economía, para formular y resolver problemas complejos en procesos, equipos, instalaciones y servicios, en los que la materia experimente cambios en su composición, estado o contenido energético, característicos de la industria química y de otros sectores relacionados entre los que se encuentran el farmacéutico, biotecnológico, materiales, energético, alimentario o medioambiental.
  • CG2: 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.
  • CG3: Dirigir y gestionar técnica y económicamente proyectos, instalaciones, plantas, empresas y centros tecnológicos en el ámbito de la Ingeniería Química y los sectores industriales relacionados.
  • CG4: Realizar la investigación apropiada, emprender el diseño y dirigir el desarrollo de soluciones de ingeniería, en entornos nuevos o poco conocidos, relacionando creatividad, originalidad, innovación y transferencia de tecnología.
  • CG5: 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.
  • CG6: Tener capacidad de análisis y síntesis para el progreso continuo de productos, procesos, sistemas y servicios utilizando criterios de seguridad, viabilidad económica, calidad y gestión medioambiental.
  • CG7: 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.
  • CG8: Liderar y definir equipos multidisciplinares capaces de resolver cambios técnicos y necesidades directivas en contextos nacionales e internacionales.
  • CG10: Adaptarse a los cambios, siendo capaz de aplicar tecnologías nuevas y avanzadas y otros progresos relevantes, con iniciativa y espíritu emprendedor.
  • CG11: Poseer las habilidades del aprendizaje autónomo para mantener y mejorar las competencias propias de la Ingeniería Química que permitan el desarrollo continuo de la profesión.

Competencias Transversales Básicas
  • CT2: Ser capaz de usar herramientas informáticas y tecnologías de la información.
  • CT3: Ser capaz de expresarse adecuadamente tanto oralmente como por medios escritos.

Competencias específicas (CE)
  • CE1: 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.
  • CE2: 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.
  • CE3: Conceptualizar modelos de ingeniería, aplicar métodos innovadores en la resolución de problemas y aplicaciones informáticas adecuadas, para el diseño, simulación, optimización y control de procesos y sistemas.
  • CE4: Tener habilidad para solucionar problemas que son poco familiares, incompletamente definidos, y tienen especificaciones en competencia, considerando los posibles métodos de solución, incluidos los más innovadores, seleccionando el más apropiado, y poder corregir la puesta en práctica, evaluando las diferentes soluciones de diseño.
  • CE10: Adaptarse a los cambios estructurales de la sociedad motivados por factores o fenómenos de índole económico, energético o natural, para resolver los problemas derivados y aportar soluciones tecnológicas con un elevado compromiso de sostenibilidad.

Competencias Básicas y del MECES (Marco Español de Cualificaciones para la Educación Superior)
  • CB6: Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el 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.


Resultados de aprendizaje (Objetivos formativos)
  • Conocer las etapas necesarias para el diseño de una nueva planta química o la modificación «rediseño» de una planta existente.
  • Ser capaz de tomar decisiones conducentes al diseño óptimo de un proceso a partir de información incompleta y dispersa.
  • Tener capacidad para modelar correctamente las alternativas de diseño de un proceso de forma sistemática y rigurosa
  • Utilizar métodos rigurosos para la selección de alternativas utilizando los algoritmos de resolución y considerando las mejores opciones disponibles en el momento del diseño.
  • Llevar a cabo el diseño de Producto. A partir de unas especificaciones determinadas de un proceso plantear el diseño que lleve al producto de características deseadas.
  • Ser capaz de diseñar plantas completas y subsistemas:

-Redes de cambiadores de calor. Diseño y rediseño.
-Integración de calor y potencia
-Redes de reactores.
-Secuencias de separación basadas en destilación

  • Integración e intensificación de procesos.
  • Comprobar a través de la simulación/ optimización por ordenador los fundamentos teóricos explicados en el aula.


Objetivos específicos aportados por el profesorado para el curso 2014-15

Se pretende que el alumno adquiera los conocimientos y habilidades necesarias para la síntesis de procesos químicos. Esto implica, que el alumno sea capaz de integrar el diseño y simulación de las distintas operaciones unitarias con las técnicas de optimización para conseguir el mejor diagrama de flujo posible de una planta de procesos.

El objetivo principal es presentar paso a paso las técnicas para la síntesis y el análisis de procesos químicos. Los principales aspectos a desarrollar para alcanzar este objetivo son: Estrategias para el análisis y evaluación preliminar de un proceso. Análisis avanzado usando modelos aproximados y rigurosos. Conceptos básicos en la síntesis de procesos (superstructuras) y desarrollo de modelos de optimización en variable discreta para resolver los problemas de síntesis.



Contenidos para el curso 2014-15

Contenidos teóricos y prácticos



TEMA 1. Introducción
Simulación, Diseño, Optimización, Síntesis.
Diseño conceptual vs. Diseño basado en superestructuras.


TEMA 2. DISEÑO CONCEPTUAL
El método jerárquico para la síntesis de procesos químicos. Estructura y síntesis de diagramas de flujo.


TEMA 3. OPTIMIZACIÓN (REPASO)
MINLP. GDP. Alogritmos lógicos y extensiones


TEMA 4. SUPERSTRUCTURAS
STN (State Task Network), SEN (State Equipment Network)


TEMA 5. SÍNTESIS DE REDES DE CAMBIADORES DE CALOR

5.1. Análisis Pinch.
5.1.1. Objetivo Mínimo consumo de Energía. La curva compuesta. El problema tabular
5.1.2. Selección de servicios. La gran curva compuesta.
5.1.3. Repaso métodos heurísticos basados en objetivos.


5.2. Diseño de la red: Métodos secuenciales
5.2.1. Mínimo consumo de energía. El problema de trasbordo (LP) de Papoulias y Grossmann (1983)
5.2.2. Mímino número de unidades. Modelo de trasbordo extendido MILP (MILP transshipment model)
5.2.3. Diseño de la red a mínimo coste(NLP)


5.3. Diseño de la red: Métodos simultáneos:
5.3.1. El modelo de Yee y Grossmann (1990)


5.4. Optimización e integración energética simultánea. Método de localización del Pinch.



TEMA 6. SECUENCIAS DE DESTILACIÓN (sístemas no-azeotrópicos)


6.1. Superestructuras para la separación total (sharp) utilizando columnas convencionales
6.2. Superestructuras para la separación no total (sharp) utilizando columnas convencionales
6.3. Superestructuras con columnas térmicamente acopladas
6.4. Modelos con integración de energía.



TEMA 7 REDES DE REACTORES


7.1. Tecnicas geométricas para la síntesis de redes de reactores.
7.2. Superestructuras para la síntesis de sistemas de reacción.


TEMA 8 INTEGRACIÓN DE MASA


8.1. Extensión del concepto de Pinch
8.2. Ejemplos y casos de estudio.


TEMA 9 REDES DE AGUA (reciclado, reutilización, reducción)

9.2. Superestructuras basadas en optimización.


TEMA 10 PLANTAS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA Y POTENCIA


10.1. Modelos lineales
10.2. Modelos no lineales


 


 


 



Tipos de actividades (2014-15)
Actividad docenteMetodologíaHoras presencialesHoras no presenciales
CLASE TEÓRICA

La metodología docente combina los recursos tradicionales de enseñanza, como la lección magistral, con técnicas que fomentan la motivación y participación del alumno.

3045
PRÁCTICAS CON ORDENADOR

Los alumnos trabajarán en grupos reducidos o de forma individual para resolver problemas característicos de la síntesis de procesos químicos, mediante software propio y/o comercial diseñados específicamente para la ingeniería de procesos.

En particular se utilizará el programa de modelado algebraico GAMS. Matlab para cálculo numerico en general. Así como recursos de internet.

Por supuesto cualquier otro material informático de uso general (hojas de cálculo, etc).

3045
TOTAL6090


Desarrollo semanal orientativo de las actividades (2014-15)
SemanaUnidadDescripción trabajo presencialHoras presencialesDescripción trabajo no presencialHoras no presenciales
01-02Diseño Conceptual de Procesos Químicos

Teoria

Presentación y puesta en común todos los aspectos prácticos de la asignatura (1h)

Diseño Conceptual de procesos (2h)

Ordenador:

Repaso de GAMS (2h)

 

5

Estudio individual o en grupo de las materias explicadas en clase así como la realización de ejercicion, o problemas propuestos

7,5
02-03-04Optimización

Teoría

Repaso de optimización. MINLP: BB,OA, LPNLPBB (1h)
Modelado M grande y envolvente convexa (1h)
GDP. Algoritmos lógicos y extensiones (2h)

Ordenador

GDP reformulaciones Big-M y HR (6h)

10

Estudio individual o en grupo de las materias explicadas en clase así como la realización de ejercicion, o problemas propuestos

15
04Superestructuras

Teoría

Superestructuras: STN, SEN (1h)

1

Estudio individual o en grupo de las materias explicadas en clase así como la realización de ejercicion, o problemas propuestos

1,5
05-06-07Integración de Energía

Teoría

Subsistemas. Respaso Redes de Cambiadores de Calor (1h)
Métodos secuenciales: modelo de trasbordo LP; modelo de trasbordo extendido MILP (1h)
Diseño de la Red de Cambiadores de Calor (1h)
Métodos simultáneo de Yee y Grossmann (1h)
Modelo con integración de energía simultánea (temperaturas como variables de decisión) (1h)

Ordenador

Problema Transbordo LP, Problema Transbordo extendido, sintesis de la red (2h)

SYNHEAT (2h)

9

Estudio individual o en grupo de las materias explicadas en clase así como la realización de ejercicion, o problemas propuestos

13,5
07-08-09secuencias de separación basada en destilación (sistemas no azeotropicos)

Teoría

Secuencias de destilación (1h)
Superestructuras para la separación total (sharp) utilizando columnas convencionales (1h)
Superestructuras para la separación no total (sharp) utilizando columnas no convencionales (1h)
Superestructuras con columnas térmicamente acopladas (1h)
Superestructuras con columnas térmicamente acopladas (1h)

Ordenador

Modelos destilación (6h)

11

Estudio individual o en grupo de las materias explicadas en clase así como la realización de ejercicion, o problemas propuestos

16,5
10Redes de reactores

Teoría

Redes de reactores (2h)

Ordenador

Redes de reactores(4h)

6

Estudio individual o en grupo de las materias explicadas en clase así como la realización de ejercicion, o problemas propuestos

9
10-11-12-13Integración de masa

Teoría

Integración de masa (2h)

Redes de agua (2h)

Otros sistemas de interés (1h)

Ordenador

Membranas (2 h)

Water networks (2h)

9

Estudio individual o en grupo de las materias explicadas en clase así como la realización de ejercicion, o problemas propuestos

13,5
13-14Cogneracion energía y potencia

Plantas de cogeneracion modelos lineales (1h)

Plantas de cogeneracion modelos No lineales (1h)

Ordenador

modelos lineales (2h)

STEAM (2h)

 

6

Estudio individual o en grupo de las materias explicadas en clase así como la realización de ejercicion, o problemas propuestos

9
15Otros sistemas

Teoría

Otros sistemas vision global (1h)

1

Estudio individual o en grupo de las materias explicadas en clase así como la realización de ejercicion, o problemas propuestos

1,5
15Diseño de Producto

Teoría

Conceptos básicos de diseño de producto (2h)

2

Estudio individual o en grupo de las materias explicadas en clase así como la realización de ejercicion, o problemas propuest

3
TOTAL60 90


Instrumentos y Criterios de Evaluación 2014-15

Para aprobar la asignatura, el alumno deberá obtener un total de 5 puntos sobre 10 entre la prueba final y las pruebas específicas.
Los alumnos que no obtengan una calificación global igual o superior a 5 puntos (sobre un máximo de 10) en las pruebas específicas tendrán la oportunidad de recuperar en las convocatorias de junio y julio.

Para la recuperación se llevará a cabo mediante un examen final que integrará todas las actividades desarrolladas durante el desarrollo de la asignatura.

Le avacluación en la convocatoria extraordinaria de diciembre se llevará también a cabo mediante un examen final que integrará todas las actividades desarrolladas durante el desarrollo de la asignatura.

TipoCriterioDescripciónPonderación
ACTIVIDADES DE EVALUACIÓN DURANTE EL SEMESTRE

Se entregarán los problemas, informes o modelos de ordenador propuestos por el profesorado.  Se evaluará la ejecución de los problemas en las sesiones de ordenador, con especial hincapié en la capacidad del alumno de resolver situaciones novedosas. Se realizará una ponderación de las notas obtenidas en cada entregable.

Asimismo se evaluará la presentación oral de algunos de los problemas propuestos, que los alumnos, de forma individual o en grupo deberán defender delante del profesor y sus compañeros.

Se valorará la asistencia y la participación.

Informes y presentaciones orales50
EXAMEN FINAL

El examen final será una prueba objetiva que abarque los diferentes aspectos tratados en la asignatura. 

Examen final50
TOTAL100


Fechas de exámenes oficiales para el curso 2014-15
ConvocatoriaGrupo (*)fechaHora inicioHora finAula(s) asignada(s)Observ:
Periodo ordinario para asignaturas de segundo semestre y anuales 16/06/2015  
Pruebas extraordinarias para asignaturas de grado y máster 06/07/2015  
** La franja horaria asociada al examen solo hace referencia a la reserva del aula y no a la duración del propio examen **
(*) 1:GRUPO 1 - CAS
(*) 1:GRUPO 1 - CAS


Enlaces relacionados
Sin Datos


Bibliografía

Redes de cambiadores de calor
Autor(es):RAVAGNANI, Mauro A.S.S. ; CABALLERO SUÁREZ, José Antonio
Edición:San Vicente del Raspeig : Publicaciones de la Universidad de Alicante, 2012.
ISBN:978-84-9717-197-7
Categoría:Básico (*3)
 [ Acceso al catálogo de la biblioteca universitaria

Analysis, synthesis, and design of chemical processes
Autor(es):TURTON, Richard [et. al.]
Edición:Upper Saddle River (N.J.) : Prentice Hall, 2003.
ISBN:0-13-064792-6 (cart.)
Categoría:Básico (*3)
 [ Acceso al catálogo de la biblioteca universitaria ]  [ Acceso a las ediciones anteriores

Estrategias de modelado, simulación y optimización de procesos químicos
Autor(es):PUIGJANER CORBELLA, Luis [et al.]
Edición:Madrid : Síntesis, 2006.
ISBN:84-9756-404-9
Categoría:Básico (*3)
 [ Acceso al catálogo de la biblioteca universitaria

Product and Process Design Principles, International Student Version, 3rd Edition
Autor(es): SEIDER, Warren D. [et al]
Edición:New York : Wiley, 2010.
ISBN: 978-0-470-41441-5
Categoría:Básico (*3)
 [ Acceso al catálogo de la biblioteca universitaria ]  [ Enlace al recurso bibliográfico

Chemical process design
Autor(es):SMITH, Robin
Edición:New York : McGraw-Hill, 1995.
ISBN:0-07-059220-9
Categoría:Complementario (*3)
 [ Acceso al catálogo de la biblioteca universitaria

Conceptual design of chemical processes
Autor(es):DOUGLAS, James M.
Edición:New York : McGraw-Hill, 1988.
ISBN:0-07-017762-7
Categoría:Básico (*3)
 [ Acceso al catálogo de la biblioteca universitaria

Systematic methods of chemical process design
Autor(es):BIEGLER, L.T.; GROSSMANN, I.E.; WESTERBERG , A.W.
Edición:Upper Saddle River (N.J.) : Prentice Hall, 1997.
ISBN:0-13-492422-3
Categoría:Básico (*3)
 [ Acceso al catálogo de la biblioteca universitaria
(*3) Estos apartados hacen referencia a la pertenencia de la obra para la asignatura, no a la calidad de la misma.
Este documento puede utilizarse como documentación de referencia de esta asignatura para la solicitud de reconocimiento de créditos en otros estudios.


Documento para la solicitud de reconocimiento de créditos en otros estudios. Es necesario que se firme en el departamento correspondiente.



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