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

Datos generales  

Código: 43266
Profesor/a responsable:
CABALLERO SUAREZ, JOSE ANTONIO
Crdts. ECTS: 6,00
Créditos teóricos: 1,20
Créditos prácticos: 1,20
Carga no presencial: 3,60

Departamentos con docencia

Estudios en los que se imparte



Competencias y objetivos

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.

 

 

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

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.
  • 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.
  • 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.

 

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.
  • 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.
  • 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.

 

Competencias Básicas y del MECES (Marco Español de Cualificaciones para la Educación Superior)

  • 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.
  • 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.

 

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.

 

Competencia exclusiva de la asignatura

Sin datos

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 indicados 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 y bibliografía

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

 

 

 

 

Enlaces relacionados

Sin datos

 

Bibliografía

Analysis, synthesis, and design of chemical processes
Autor(es): Turton, Richard
Edición: Upper Saddle River (N.J.) : Prentice Hall, 2018;
ISBN: 978-0-13-417740-3
Categoría: Básico

Chemical process design
Autor(es): Smith, Robin
Edición: New York : McGraw-Hill, 2016;
ISBN: 978-1-119-99013-0
Categoría: Complementario

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

Conceptual design of chemical processes
Autor(es): DOUGLAS, James M.
Edición: New York : McGraw-Hill, 1988;
ISBN: 0-07-017762-7
Categoría: Básico

Product and Process Design Principles : synthesis, analysis, and evaluation
Autor(es): Seider, Warren D.
Edición: New York : Wiley, 2019;
ISBN: 978-0-470-41441-5
Categoría: Básico

Systematic methods of chemical process design
Autor(es): Biegler, L.T.
Edición: Upper Saddle River (N.J.) : Prentice Hall, 1997;
ISBN: 0-13-492422-3
Categoría: Básico

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

Evaluación

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.

Descripción Criterio Tipo Ponderación
Informes y presentaciones orales

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.

ACTIVIDADES DE EVALUACIÓN DURANTE EL SEMESTRE 50
Examen final

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

EXAMEN FINAL 50

 

Fechas de pruebas de evaluación oficiales para el curso 2014-15

Convocatoria Fecha Hora Grupo - Aula(s) asignada(s) Observaciones
(C3) Periodo ordinario para asignaturas de segundo semestre y anuales 16/06/2015
(C4) Pruebas extraordinarias para asignaturas de grado y máster 06/07/2015

 

 



Profesorado

CABALLERO SUAREZ, JOSE ANTONIO
Profesor/a responsable

  • CLASE TEÓRICA: Grupos:
    • 1
  • PRÁCTICAS CON ORDENADOR: Grupos:
    • 1

RUIZ FEMENIA, JOSE RUBEN

  • CLASE TEÓRICA: Grupos:
    • 1
  • PRÁCTICAS CON ORDENADOR: Grupos:
    • 1

 

Grupos

CLASE TEÓRICA

Grupo Semestre Turno Idioma Matriculados
Gr. 1 (CLASE TEÓRICA) : GRUPO 1 2S Todo el día CAS 4


PRÁCTICAS CON ORDENADOR

Grupo Semestre Turno Idioma Matriculados
Gr. 1 (PRÁCTICAS CON ORDENADOR) : GRUPO 1 2S Todo el día CAS 4




Horarios

CLASE TEÓRICA

Grupo Fecha inicio Fecha fin Día Hora inicio Hora fin Aula
1 16/02/2015 05/06/2015 MAR 11:30 12:30 A2/B11  
1 16/02/2015 05/06/2015 MIE 09:00 10:00 A2/B13  

PRÁCTICAS CON ORDENADOR

Grupo Fecha inicio Fecha fin Día Hora inicio Hora fin Aula
1 16/02/2015 05/06/2015 JUE 09:00 11:00 0016PB063