Cátedra: INGENIERIA DE PROCESOS

Carrera: INGENIERIA QUÍMICA

Facultad: INGENIERIA

Universidad: NACIONAL DE SAN JUAN

Equipo de Cátedra: Titular: Dr. Oscar Alberto Ortiz

Asociado: Ing. Ana Cristina Deiana

J.T.P: Ing. Pablo M. Aballay

PROGRAMA ANALITICO Y CRONOGRAMA 2009

MODULO I: Diseño de Procesos. Síntesis de Procesos

Unidad temática 1

Introducción a la Ingeniería de Procesos. Esquema Conceptual de la Ingeniería de Procesos. Síntesis, Análisis y

Optimización dentro de la Ingeniería de Procesos. Definiciones. Sistematización mediante computadora de las

principales etapas de la Ingeniería de Procesos.

Unidad Temática 2

Diseño de Procesos. Aspectos creativos del Diseño de Procesos. Síntesis y Análisis. Método Ingenieril. Niveles

de Diseño en Ingeniería. Aproximación Jerárquica al Diseño Conceptual de Procesos. Integración de Energía.

Trenes de Destilación. Sistemas de Recuperación de Vapor. Diagrama de Flujo Simplificado para Sistemas de

Separación. Estructura de Reciclo del Diagrama de Flujo. Estructura de Entrada - Salida del Diagrama de Flujo.

Jerarquía de decisiones. Método de Douglas. Soluciones Shortcut. Procedimiento de Descomposición para

Procesos Existentes. Ejemplos de Aplicación.

Unidad Temática 3

Síntesis de Proceso. Método de Aproximación Jerárquica. Información de Entrada: información sobre la reacción,

desactivación del catalizador, producción, pureza del producto, materia prima, restricciones, datos sobre

propiedades físicas. Decisión Batch vs. Continuo. Lineamientos para la Selección de Procesos Batch.

Operaciones Múltiples en un Recipiente. Etapas en el Diseño Batch y Continuo.

Unidad Temática 4

Estructura de Entrada-Salida del Flowsheet. Decisiones para la Estructura de Entrada-Salida. Flowsheets

Alternativos. Purificación de Alimentaciones. Recuperación o Reciclo de Subproductos Reversibles. Reciclo de

gas y Purga. Número de Corrientes de Producto. Variables de Diseño. Balance de Materia Global. Costo de

Corrientes. Variables de Diseño. Procedimiento para el Balance Global de Materia. Limitaciones. Tabla de

Corrientes. Costo de las Corrientes. Potencial Económico.

Unidad Temática 5:

Estructura de Reciclo del Flowsheet. Decisiones que determinan la Estructura de Reciclo: número de sistemas

reaccionantes, número de corrientes de reciclo, reactantes en exceso. Balances de Materia de Reciclos.

Heurísticos de Diseño. Efectos Calóricos del reactor: carga calórica del reactor, cambio de temperatura

adiabática, heurísticos para cargas calóricas, uso de carriers. Limitaciones de Equilibrio. Conversión de

Equilibrio. Diseño del Compresor y Costos. Diseño del reactor. Evaluación Económica del Reciclo.

Unidad Temática 6

Sistema de Separación. Estructura General del Sistema de Separación. Cálculos Flash Aproximados. Sistemas

de Recuperación de Vapor. Localización. Tipos de Sistemas de Recuperación de Vapor. Sistema de Separación

Líquida. Colas Livianas. Azeótropos con Reactivos. Aplicabilidad de la destilación. Secuenciamiento de

Columnas. Otros tipos de Separación. Potencial económico. Discusión.

Unidad Temática 7:

Integración Energética. Redes de intercambio Calórico. Mínimo Requerimiento de Calentamiento y Enfriamiento.

Análisis de la Primera Ley. Intervalos de Temperatura. Diagramas en Cascada. Temperatura de Pinch.

Diagramas Entalpía-Temperatura. Mínimo Número de Intercambiadores de Calor. Estimación de Áreas de

Intercambio. Diseño de Redes de Intercambiadores de Calor de Mínima Energía. Ciclos de Calor. Síntesis de

Redes de Intercambio Calórico con Mínimo Número de Intercambiadores. Eliminación de Ciclos de Calor.

MODULO II: Simulación de Procesos en Estado Estacionario

Unidad Temática 8

Simulación de Procesos. Concepto. Tipos de Programas de Simulación. Componentes de un Programa de

Simulación de Procesos en Estado Estacionario. Balances en Diagramas de Flujo. Balances en Equipos.

Cálculos de Reciclos. Generación de Valores de Corrientes Iteradoras. Variables de Diseño.

Unidad Temática 9

Sistematización de Diagramas de Flujo. Representación computacional. Preprocesamiento, etapas. Conceptos

de Teoría de Grafos Finitos y Algebra de Boole. Particionado, métodos: Matriz de Adyacencia, Algoritmo de

Kehat - Shacham. Rasgado, criterios de selección de Corrientes de Corte. Algoritmos de Lee y Rudd y Barkley y

Motard. Ordenamiento, Algoritmo de Ordenamiento. Construcción de listas ordenadas de equipos.

Unidad Temática 10

Módulos Básicos de Simulación. Modelación, aspectos físicos y matemáticos. Variables, tipos, grados de libertad

del sistema. Selección de variables de diseño. Algoritmo de Lee, Christensen y Rudd. Ecuaciones involucradas

en los modelos, caracterización. Módulos Básicos. Características de equipos. Tipos. Descripción de Modelos

Básicos de Nodos: equipos de intercambio calórico, procesos de separación, reactores.

MODULO III: Optimización de Procesos

Unidad Temática 11

Introducción a la Optimización. Requerimientos para la aplicación de Métodos de Optimización. Definición de

Límites del Sistema. El Criterio de Perfomance. Las variables Independientes. El Modelo del Sistema. Aplicación

de Optimización en Ingeniería. Aplicaciones en Diseño de Procesos. Aplicaciones en Análisis y Reducción de

Datos. Estructura de los Problemas de Optimización.

Unidad Temática 12

Funciones de una Variable. Propiedades de Funciones de Una Variable. Criterio de Óptimo. Métodos de

Eliminación de Región. Aproximación Polinomial o Métodos de Eliminación de Punto. Métodos que requieren

Derivadas. Comparación de Métodos. Aplicaciones.

Unidad Temática 13

Funciones de Varias Variables. Métodos de Búsqueda Directa. Métodos basados en el Gradiente. Comparación

de Métodos y Resultados Numéricos. Aplicaciones.

PRACTICAS DE GABINETE

SINTESIS DE PROCESOS

1. Síntesis preliminar de Diagramas de Flujo de Proceso Jerarquización de Diagramas de Flujo. Uso de

software matemático POLYMATH.

2. Análisis de Estructura Entrada - Salida. Balance Global de Masa

3. Análisis de Estructura de Reciclo. Configuración de Reactores y Compresores Balances de Masa y

Energía. Potencial Económico

4. Análisis de Estructura de Sistemas de Separación. Topología de Sistema de Separación Líquida y

Recuperación de Vapor. Balances de Masa y Energía. Potencial Económico

5. Integración energética. Síntesis de Redes de Intercambio Calórico. Método Pinch. Uso de simulador

ASPEN PINCH.

SIMULACIÓN DE PROCESOS

6. Programas de Simulación. Confección de Diagramas de Flujo de Información. Preprocesamiento de la

Información. Particionado del Diagrama de Flujo de Información (DFI). Rasgado del DFI. Secuencia de

resolución del DFI

7. Selección de conjunto óptimo de variables de diseño y Secuencia de resolución de un modulo básico

de simulación. Algoritmo de Lee Christensen y Rudd.

8. Uso de los Simuladores CHEMCAD, ASPEN/HYSYS para Equipos y Procesos

OPTIMIZACIÓN DE PROCESOS

9. Estructura de un Problema de Optimización. Formulación del mismo. Resolución de Problemas

Simples de Aplicación a Procesos. Uso de Solver de Excel.

10. Optimización de condiciones de Operación de Equipos usando Simulador Chemcad.

CRONOGRAMA ACTIVIDADES POR SEMANA

Semana

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Módulos

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MODULO I

MODULO II

MODULO III

BIBLIOGRAFIA

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EDGAR & HINMENBLAU, "Optimization of Chemical Process", Mc Graw Hill, 1988

FISHWICK, PAUL A., "Simulation Model design and Execution", Prentice Hall International Series in

Industrial and Systems Engineering. 1995.

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ORTIZ, OSCAR A.; DEIANA, ANA C.; PETKOVIC, LUCIA M. “Apuntes de Cátedra Ingeniería de Proceso”,

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1968.

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Applications", John Wiley & Sons. 1983.

ROUSSEAU, R. W., "Handbook of Separation Process Technology", John Wiley and Sons. 1987.

RUDD, DALE F.; WATSON, CHARLES C., "Strategy of Process Engineering", John Wiley & Sons, 1968.

SEIDER, WARREN D.; SEADER J. D.; LEWIN D. L. " Process Design Principles", John Wiley & Sons, 1998

SMITH, "Chemical Process Design" Mc Graw Hill, 1995

SCENNA, J. N., Modelado, Simulación y Optimización de Procesos Químicos (1999)

Cronograma 2009 - 2º Semestre - Cátedra: INGENIERIA DE SISTEMAS DE PROCESOS - Prof. Dr. Oscar Alberto Ortiz

SEMANA

Docente Aula FECHA ACTIVIDAD AC : Aula C Edificio de Química G : Gabinete de Computación – C : Cátedra

1 Ortiz AC 18-Ago Ingeniería de Proceso. Diseño de Proceso. Síntesis, Simulación y Optimización

Ortiz AC 20-Ago Método de Aproximación Jerárquica para Síntesis de Proceso

2 Ortiz AC 25-Ago Información de Entrada. Decisión Batch - Continuo

Ortiz AC - G 27-Ago Practica Nº 1

3 Aballay - Ortiz AC 01-Sep Síntesis de Estructura de Entrada – Salida

Aballay.- Ortiz AC - G 03-Sep Práctica Nº 2

4 Ortiz AC 08-Sep Síntesis de Estructura de Reciclo

Aballay - Ortiz AC - G 10-Sep Practica Nº 3

5 Ortiz AC 15-Sep Síntesis de Sistema de Separación

Aballay - Ortiz AC - C 17-Sep Práctica Nº 4

6 Ortiz AC 22-Sep Integración Energética. Requerimientos Mínimos de Servicios. Método de Intervalos de Temp.

Ortiz AC 24-Sep Síntesis de Redes de IC de Mínima Energía. Síntesis de Redes de IC de Mínimo Nº de Intercambiadores

7 Aballay - Ortiz AC 29-Sep Practica Nº 5

Deiana AC 01-Oct Simulación de Procesos. Conceptos básicos y clasificación.

8 -------- AC 06-Oct EVALUACIÓN INTEGRATIVA Nº 1

Deiana. AC 08-Oct Componentes de los programas de simulación. Sistematización de diagrama de flujo

9 Deiana. AC 13-Oct Pre-procesamiento de la información. Particionado. Algoritmos correspondientes

Deiana AC 15-Oct Rasgado y Ordenamiento. Módulos Básicos de Simulación

10 Aballay- Deiana AC 20-Oct Práctica N° 6

Deiana AC 22-Oct Selección de variables de diseño. Algoritmo de Lee Rudd

11 Aballay - Deiana AC 27-Oct Práctica Nº 7

Aballay - Deiana AC - C 29-Oct Práctica Nº 8

12 Ortiz AC 03-Nov Introducción a la Optimización. Estructura del Problema. Formulación. Ejemplos

Ortiz AC 05-Nov Funciones de una y más Variables. Métodos. Aplicaciones en Ingeniería de Proceso

13 -------- AC 10-Nov EVALUACIÓN INTEGRATIVA Nº 2

Aballay - Ortiz AC – G 12-Nov Práctica Nº 9

14 Aballay - Ortiz AC – C 17-Nov Práctica Nº 10

--------- AC 19-Nov EVALUACIÓN INTEGRATIVA FINAL