Operaciones Básicas - Universidad Politécnica de Cartagena

Asignatura:
Operaciones Básicas
Titulación: IT Minas en Recursos Energéticos,
Combustibles y Explosivos.
Código: 125213001
Tipo (T/Ob/Op):
T
Créditos (T+P): 6+0
Curso (Cuatrimestre): Primero
Profesor(es) responsable(s): Mercedes Alacid
Cárceles
e-mail:
Mercedes.Alacid@upct.es
Ubicación despacho: Ed. Minas. Despacho 23.
Planta baja
web:
Departamento: Ingeniería Química y Ambiental web: www.upct.es/~dqa
Descriptores de la asignatura según el Plan de Estudios:
Balances de materia y energía.
Operaciones de separación por transferencia de materia.
Objetivos de la asignatura:
-
Que el alumno comprenda los fundamentos de los balances de materia y energía en
procesos químicos industriales
Estudiar los fundamentos teóricos y las ecuaciones de diseño de las operaciones
unitarias de transferencia de materia más habituales, realizando problemas de
aplicación de los mismos.
Requisitos previos recomendables:
Las prácticas de la asignatura consisten exclusivamente en la realización de
clases de problemas. Las prácticas de laboratorio correspondientes a estas operaciones
básicas se contemplan en la asignatura troncal de 2º curso de I.T.I en la especialidad de
Química Industrial, Experimentación en Ingeniería Química. Se recomienda al alumno
matricularse de esta asignatura como asignatura de libre configuración.
PROGRAMA DE LA ASIGNATURA
A) Programa de Teoría (completo):
Tema 1. Introducción a la Ingeniería Química.
Concepto de Ingeniería Química. Operaciones Básicas o Unitarias: concepto.
Operaciones continuas, discontinuas y semicontinuas. Formas de llevar a cabo las
operaciones básicas por transferencia de materia: contacto continuo y discontinuo; flujo
en paralelo, contracorriente y cruzado. Clasificación de las Operaciones Básicas de
separación por transferencia de materia. Sistemas de unidades. Conversión de unidades.
Tema 2. Balance macroscópico de materia.
Introducción. Ecuación general del balance macroscópico de materia. Concepto de base
de cálculo. Balances de materia en estado estacionario sin reacción química. Balances
de materia en estado estacionario con reacción química. Introducción a los balances de
materia en estado no estacionario.
Tema 3. Balance macroscópico de energía.
Ecuación general del balance macroscópico de energía. Balance entálpico en régimen
estacionario sin reacción química. Balance entálpico en régimen estacionario con
reacción química.
Tema 4. Fundamentos de transferencia de materia (I).
Introducción. Ley de Fick de la difusión. Difusión molecular en estado estacionario en
fase gaseosa. Interdifusión equimolecular. Difusión a través de un gas estacionario.
Transporte turbulento de materia. Coeficientes individuales de transferencia de materia.
Transferencia de materia entre fases. Coeficientes globales de transferencia. Resistencia
determinante en la transferencia de materia. Determinación de coeficientes de
transferencia de materia.
Tema 5. Fundamentos de transferencia de materia (II). Equilibrio entre fases.
Consideraciones previas: equilibrio entre fases. Equilibrio de fases en sistemas de varios
componentes: equilibrio líquido-vapor; equilibrio de dos líquidos parcialmente
miscibles; equilibrio líquido-gas; equilibrio de tres componentes líquidos. Estudio
teórico del equilibrio entre fases para varios componentes: fugacidad y actividad.
Coeficientes de reparto.
Tema 6. Introducción a las operaciones de transferencia de materia.
Operaciones de transferencia de materia. Operaciones gas-líquido y líquido-vapor:
absorción, destilación, humidificación-deshumidificación del aire y evaporación.
Operaciones líquido-líquido: extracción. Operaciones líquido-sólido: lixiviación,
adsorción, intercambio iónico, cristalización y secado. Operaciones de separación por
membranas.
Tema 7. Destilación simple de mezclas binarias.
Introducción. Aplicación de los diagramas de equilibrio al estudio de la destilación.
Destilación diferencial abierta. Ecuación de Rayleigh. Destilación súbita o flash.
Tema 8. Rectificación de mezclas binarias en torres de platos.
Principios generales. Análisis de columnas de fraccionamiento de platos por el método
de McCabe-Thiele. Relación de reflujo externo. Condiciones límite de operación.
Necesidades de calefacción y refrigeración. Platos reales: eficacia de plato.
Rectificación discontinua. Aplicaciones especiales: destilación extractiva y azeotrópica.
Tema 9. Absorción y desabsorción de gases.
Introducción. Elección del disolvente para la absorción. Operación a contracorriente en
varias etapas: torres de platos. Operación a contracorriente en contacto continuo: torres
de relleno. Cálculo de la altura de la torre. Simplificaciones para mezclas diluidas.
Relación límite líquido-gas.
Tema 10. Diseño del equipo para las operaciones gas/vapor-líquido.
Diseño de torres de platos. Diseño de torres de relleno. Comparación entre torres de
platos y torres de relleno. Determinación del diámetro de la columna: caudal de mojado
y velocidad de inundación.
Tema 11. Extracción líquido-líquido.
Introducción. Equilibrio líquido-líquido. Elección del disolvente. Clasificación del
equipo de extracción. Contacto por etapas. Extracción en una sola etapa. Extracción en
varias etapas a corriente cruzada. Extracción en varias etapas a contracorriente.
Extracción en varias etapas a contracorriente con reflujo.
Tema 12. Extracción sólido-líquido.
Consideraciones generales. Equilibrio sólido-líquido. Transferencia de materia en
lixiviación. Equipos industriales. Cálculo de operaciones de contacto discontinuo.
B) Programa de Prácticas (completo):
Las prácticas de la asignatura consisten exclusivamente en la realización de
clases de problemas. Se contempla la posibilidad de realizar de forma voluntaria
algunas prácticas de laboratorio:
Denominación de la práctica Duración
Absorción de gases
dos horas
Tipo de práctica
(Aula, laboratorio,
informática)
laboratorio
Simulación Chemcad de
problemas de destilación
dos horas
informática
Ubicación física
(sede Dpto., aula
informática...)
Laboratorio Dpto.
Campus Muralla
Laboratorio Dpto.
Campus Muralla
C) Bibliografía básica:
CALLEJA PARDO G. y cols. Introducción a la Ingeniería Química. Ed. Síntesis,
Madrid, 1999.
GEANKOPLIS C.J. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. México:
C.E.C.S.A., 1986
FOUST A.S. et al. Principios de Operaciones Unitarias. México: Limusa, 1979.
COULSON J.M., RICHARDSON J.F. Ingeniería Química. Operaciones Básicas.
Barcelona: Reverté, 1988.
COSTA J. et al. Curso de Ingeniería Química. Introducción a los procesos, las
operaciones unitarias y los fenómenos de transporte. Barcelona: Reverté, 1994.
TREYBAL R.E. Operaciones de transferencia de masa. New York: McGraw-Hill,
1986.
McCABE W.L. et al. Operaciones Básicas de la Ingeniería Química. Madrid:
McGraw-Hill, 1991.
HENLEY E.J., SEADER J.D. Operaciones de separación por etapas de equilibrio en
ingeniería química. Barcelona: Reverté, 1988.
PERRY R.H., GREEN D.W., MALONEY J.O. Perry Manual del Ingeniero Químico.
México: McGraw-Hill, 1993.
PEIRÓ PÉREZ, J.J. Balances de Materia. Problemas resueltos y comentados.
Servicio de publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. 1997.
D) Criterios de evaluación del alumno:
Evaluación continuada: De forma voluntaria se contempla la posibilidad de que el
alumno obtenga hasta un máximo de dos puntos sobre diez mediante la resolución de
problemas y exposición en clase de los mismos a lo largo del curso. Se incluye también
la realización de dos prácticas de laboratorio y entrega de los correspondientes informes
de prácticas.
Para optar a esta modalidad de evaluación es imprescindible la asistencia
habitual a las clases. Para los alumnos que opten a esta modalidad de evaluación, el
examen escrito al final del cuatrimestre tendrá una puntuación máxima de ocho puntos,
que se sumarán a los que obtenga en evaluación continuada.
Examen escrito: Constará de preguntas cortas sobre el programa de teoría de la
asignatura (40% de la calificación del examen) y 3 problemas (60 % de la calificación
del examen). Para obtener aprobado en la asignatura será necesario obtener un mínimo
del 30 % en cada una de las partes del examen.
E) Observaciones:
Las clases de problemas se realizarán una vez explicada la teoría
correspondiente a cada tema y también a lo largo del tema, no reservándose ninguna
hora fija en el horario para estas clases.
El horario de tutorías es de 11:00 a 13:00 y de 15:00 a 16:00 los martes y de
10:00 a 13:00 los miércoles.
Las fotocopias de las transparencias que se utilicen en clase pueden comprarse
en reprografía. Se procurará que los alumnos tengan acceso ellas antes de comenzar el
tema. Igualmente, se tendrá acceso a los boletines de problemas.
Se procurará que los alumnos tengan también acceso al aula virtual.