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Academic Year/course: 2023/24

29926 - Reactor Design


Syllabus Information

Academic year:
2023/24
Subject:
29926 - Reactor Design
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
330 - Complementos de formación Máster/Doctorado
435 - Bachelor's Degree in Chemical Engineering
ECTS:
6.0
Year:
435 - Bachelor's Degree in Chemical Engineering: 3
330 - Complementos de formación Máster/Doctorado: XX
Semester:
Second semester
Subject type:
435 - Compulsory
330 - ENG/Complementos de Formación
Module:
---

1. General information

The subject is oriented towards the correct choice of the type of chemical reactor for a given reaction process, its sizing, the determination of its optimal operating conditions, the prediction of its behaviour in the face of alterations in the values of the operating variables and the safety measures to be adopted towards its environment.}

These approaches and goals are aligned with the Sustainable Development Goals (SDGs) of the 2030 Agenda of United Nations (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), specifically, the learning activities planned in this subject will contribute to the achievement of objective 7.3 of Goal 7, objectives 9.4 and 9.5 of Goal 9 and objectives 12.4 and 12.5 of Goal 12.

2. Learning results

  • R1_Know how to select the most suitable type of chemical reactor for a specific process.
  • R2_Develop models of homogeneous and heterogeneous reactors based on the balances of matter, energy and quantity of motion, as well as the type of flow and contact between phases.
  • R3_Design chemical reactors by determining the most appropriate configuration and size and the sensitivity of their to a variation of operating parameters and consequently its stability, optimum operating conditions and control .
  • R4_Characterize the actual flow in the reactor and consider it conveniently in the reactor design.
  • R5_Select, model and design biochemical reactors.

3. Syllabus

BLOCK 1.- CONCEPTS AND FUNDAMENTALS OF DESIGN

1.- Concept, design stages and types of reactors.  Design equations.

BLOCK 2.- IDEAL HOMOGENEOUS REACTORS   

2.1.- Reactor type

2.- Ideal batch reactor

3.- Ideal continuous perfect mix reactor

4.- Ideal continuous tubular reactor

5.- Semi-continuous perfect mix reactor

2.2.- Choice of reactor and operating conditions

6.- Design for simple irreversible reactions

7.- Design for complex reactions

8.- Temperature regimes

BLOCK 3.- HOMOGENEOUS NON-IDEAL FLOW REACTORS

9.- Non-ideal circulation in reactors.

10.- Models for non-ideal flow

BLOCK 4.- TWO-PHASE HETEROGENEOUS REACTORS  

11.- General design considerations in heterogeneous reactors

4.1.- Catalytic solid-fluid reactions

12.- Fixed-bed reactors - Pseudo-homogeneous and heterogeneous models

13.- Fluidized bed reactors. Design models

4.2.- Non-catalytic solid-fluid reactions

14.- Fixed, moving and fluidized bed reactors

BLOCK 5.- ADDITIONAL ASPECTS

15.- Specific reactors.  Bioreactors.

16.- Autothermal regime

4. Academic activities

  • Theoretical fundamentals class (40 hours). Exposure of theoretical contents and concepts necessary for the resolution of practical cases.
  • Problem-based learning classes (20 hours). Problems and practical cases will be developed and coordinated in content with the temporal evolution of the theoretical expositions.
  • Tutored work (8 hours), carrying out (individually or in groups of 2-3 students) of tasks of development, extension, documentation, resolution... of cases proposed by the teacher.  They will be distributed throughout the term and will be posted on a deliverable to be assessed.
  • 79 hours of personal study, spread over the term.
  • 3 hours of global control test during the test period.

5. Assessment system

The global assessment composed of:

  • 1. Supervised work (15% of the total): Your deliverables (2-3 assignments per term) will be graded according to content, understanding of concepts and presentation (written/oral).  Results R1, R2 and R5.
  • 2. Problems (15% of the total): The active and voluntary participation in the problem-based learning classes , the exposition and/or delivery of the resolution of the problems posed will be assessed.  Results R3 and R4.
  • 3. Final test (70% of the total, with a minimum grade of 4.0 out of 10 to pass the subject): Written test with two parts, which assessed what has been seen in lectures and in problem-based learning classes.

Results R1 to R5.

3a) theoretical part (50%, minimum 3.5 out of 10 to be able to average): three applied questions to be solved, without the aid of reference material, in 1 hour of reference material, in 1 hour.

3b) practical part (50%, minimum 3.5 out of 10 to be able to average): two numerical resolution problems to be solved, with the help of reference material, in 2 hours.

    Those who lack a grade in one or both of the blocks 1 and 2 of the assignments, their corresponding assessment percentage will be increased by the relative value of the final test.


Curso Académico: 2023/24

29926 - Diseño de reactores


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
Asignatura:
29926 - Diseño de reactores
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
330 - Complementos de formación Máster/Doctorado
435 - Graduado en Ingeniería Química
Créditos:
6.0
Curso:
330 - Complementos de formación Máster/Doctorado: XX
435 - Graduado en Ingeniería Química: 3
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
435 - Obligatoria
330 - Complementos de Formación
Materia:
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1. Información básica de la asignatura

     La asignatura está orientada a la correcta elección del tipo de reactor químico para una proceso de reacción dado, su dimensionado, la determinación de sus condiciones óptimas de operación, la previsión de su comportamiento ante alteraciones en los valores de las variables de operación y las medidas de seguridad hacia su entorno a adoptar.

     Estos planteamientos y objetivos están alineados con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de Naciones Unidas (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), en concreto, las actividades de aprendizaje previstas en esta asignatura contribuirán al logro de la meta 7.3 del Objetivo 7, de las metas 9.4 y 9.5 del Objetivo 9 y de las metas 12.4 y 12.5 del Objetivo 12.

2. Resultados de aprendizaje

  • R1_Saber seleccionar el tipo de reactor químico más adecuado para un proceso concreto.
  • R2_Desarrollar modelos de reactores homogéneos y heterogéneos basados en los balances de materia, energía y cantidad de movimiento, así como el tipo de flujo y contacto entre las fases.
  • R3_Diseñar reactores químicos determinando la configuración y tamaño más adecuado y la sensibilidad de su funcionamiento a una variación de los parámetros de operación y por consiguiente su estabilidad, condiciones óptimas de funcionamiento y control.
  • R4_Caracterizar el flujo real en el reactor y considerarlo convenientemente en el diseño del mismo.
  • R5_Seleccionar, modelar y diseñar reactores bioquímicos.

3. Programa de la asignatura

BLOQUE 1.- CONCEPTOS Y FUNDAMENTOS DEL DISEÑO

1.- Concepto, etapas del diseño y tipos de reactores.  Ecuaciones de diseño.

BLOQUE 2.- REACTORES HOMOGÉNEOS IDEALES         

2.1.- Reactores tipo

2.- Reactor ideal discontinuo

3.- Reactor continuo de mezcla perfecta ideal

4.- Reactor tubular continuo ideal

5.- Reactor semicontinuo de mezcla perfecta

2.2.- Elección de reactor y condiciones de operación

6.- Diseño para reacciones irreversibles sencillas

7.- Diseño para reacciones complejas

8.- Regímenes de temperatura

BLOQUE 3.- REACTORES HOMOGÉNEOS DE FLUJO NO IDEAL

9.- Circulación no ideal en reactores. 

10.- Modelos para flujo no ideal

BLOQUE 4.- REACTORES HETEROGÉNEOS BIFÁSICOS   

11.- Consideraciones generales de diseño en reactores heterogéneos

4.1.- Reacciones sólido-fluido catalíticas

12.- Reactores de lecho fijo- Modelos pseudo-homogéneos y heterogéneos

13.- Reactores de lecho fluidizado. Modelos de diseño

4.2.- Reacciones sólido-fluido no catalíticas

14.- Reactores de lecho fijo, móvil y fluidizado

BLOQUE 5.- ASPECTOS ADICIONALES

15.- Reactores específicos.  Biorreactores.

16.- Régimen autotérmico

4. Actividades académicas

  • Clase de fundamentos teóricos (40 horas). Exposición de contenidos teóricos y de conceptos necesarios para la resolución de casos prácticos.
  • Clases de aprendizaje basado en problemas (20 horas). Se desarrollarán problemas y casos prácticos coordinados en contenido con la evolución temporal de las exposiciones teóricas.
  • Trabajos tutelados (8 horas), realización (individual o en grupo de 2-3 alumnos) de tareas  de desarrollo, ampliación, documentación, resolución… de casos propuestos por el profesor.  Estarán distribuidos en el curso y se plasmarán en un entregable a evaluar.
  • 79 horas de estudio personal, repartidas en el curso.
  • 3 horas de prueba de control global en periodo de exámenes.

5. Sistema de evaluación

La evaluación global compuesta de:

  • 1. Trabajos tutelados (15% del global): Sus entregables (2-3 tareas por curso) serán calificados según contenido, comprensión de conceptos y presentación (escrita/oral).  Resultados R1, R2 y R5.
  •  
  • 2. Problemas (15% del global): Se evaluará la participación activa y voluntaria en las clases de aprendizaje basado en problemas, la exposición y/o entrega de la resolución de los problemas planteados.  Resultados R3 yR4.
  • 3. Examen final (70% del global, con nota mínima de 4,0 sobre 10 para superar la asignatura): Prueba escrita con dos partes, que evalúa  lo visto en las clases magistrales y en clases de aprendizaje basado en problemas. Resultados R1 a R5.

3a) parte teórica (50%, mínimo 3,5 sobre 10 para poder promediar): tres cuestiones aplicadas a resolver, sin ayuda de material de consulta, en 1 hora.

3b) parte práctica (50%, mínimo 3,5 sobre 10 para poder promediar):dos problemas de resolución numérica a resolver, con ayuda de material de consulta, en 2 horas.

     Quienes carezcan de calificación en alguno o ambos de los bloques 1 y 2 de tareas, su porcentaje de valoración correspondiente se incrementará en el valor relativo del examen final.