DADES IDENTIFICATIVES 2007_08
Assignatura OPERACIONS DE SEPARACIÓ Codi 20012008
Ensenyament
Enginyeria Química (1993)
 Cicle 2on
Descriptors Crèd. Crèd. teoria Crèd. pràctics Tipus Curs Període
6 4.5 1.5 Troncal Tercer Primer
Llengua d'impartició
Departament Enginyeria Química
Coordinador/a
MACKIE -, ALLAN DONALD
 Adreça electrònica xavier.bernat@urv.cat
allan.mackie@urv.cat
Professors/es
BERNAT CAMÍ, XAVIER
MACKIE -, ALLAN DONALD
Web http://www.etseq.urv.es/assignatures/ops/
Descripció general i informació rellevant Estudi bàsic de les operacions de separació a l’enginyeria de processos. Es tracten en forma genèrica els equips de separació per etapes i per contacte continu, amb aplicacions al disseny de columnes de destil•lació i columnes d’absorció.

Competències
Codi  
A1 L’aplicació del principis de conservació de matèria, energia i quantitat de moviment.
A2 L’estudi i caracterització dels processos de transferència de calor, matèria i quantitat a escales macro i microscòpiques.
A3 La modelització bàsica matemàtica i numèrica de processos i propietats.
A4 L’aplicació dels conceptes de la termodinàmica bàsica a processos amb i sense reacció química.
A6 La concepció i disseny d’operacions bàsiques de separació.
B1 Resoldre problemes de forma efectiva.
B2 Aprendre a aprendre.
B3 Aplicar pensament crític, lògic i creatiu.
B8 Capacitat d’anàlisi i síntesi.
C2 Utilitzar com a usuari les eines bàsiques en TIC.

Objectius d'aprenentatge
Objectius Competències
Per a un determinat procés químic, identificar en el diagrama de flux cadascun dels equips de separació a la planta i descriure breument la seva funcionalitat. A6
 B3
Per a cadascuna de les columnes que has identificat al procés químic, dir quantes seccions té la columna, quants corrents d’alimentació i quina és la seva condició, i si a part dels corrents de cap i de fons, hi ha algun altre corrent d’extracció de líquid. Donar els cabals i composicions de cadascun dels corrents identificats. Si és una columna de destil•lació, dir si té condensador total o parcial i quines són la pressió i temperatura de cap i de fons. A6
 B3
Avaluar els coeficients binaris de difusió de Maxwell-Stephan i de Fick en fase gas i en fase líquida. Calcular el coeficient local de transferència de matèria en problemes amb transport interficial, tot utilitzant correlacions empíriques o equacions teòriques en geometries simples (esferes, cilindres, plaques planes, discos, etc.). Avaluar els fluxos difusius i totals molars per unitat d’àrea a través de la interfície. A1
A2
A3
 B3
B8
Explicar la diferència entre etapa ideal i etapa real d’equilibri entre dues fases. Resoldre el problema d’una etapa ideal d’equilibri (separador ‘flash’ ideal). Resoldre les equacions dels balanços de matèria, balanç d’energia, i relacions d’equilibri i resoldre les equacions en els supòsits: (i) hom fixa la calor bescanviada amb l’entorn per unitat de temps; (ii) hom fixa la temperatura d’operació del separador. A1
A2
A3
A4
A6
 B1
B3
B8
 C2
Etapa real d’equilibri entre dues fases. Coneguts els coeficients locals de transferència de matèria i les composicions en cadascuna de les dues fases, avaluar el coeficient global de transferència de matèria. Avaluar la resistència a la transferència de matèria en cadascuna de les fases. Utilitzant el model de doble pel•lícula, resoldre les equacions del model (balanços de matèria i d’energia i relacions d’equilibri) per a determinar la temperatura i composicions a la interfície i els fluxos molars que la travessen. Utilitzar el model teòric de doble pel•lícula juntament amb correlacions empíriques per a avaluar l’eficàcia local i l’eficàcia de Murphree d’un plat de columna. A1
A2
A3
A4
A6
 B1
B2
B3
B8
 C2
Dimensionat d’una columna de rebliment. Escollir un tipus i model de rebliment. Utilitzant les equacions i correlacions adients, avaluar la velocitat d’inundació de la columna i/o el punt de càrrega. Avaluar el diàmetre de la columna. Avaluar els coeficients de transferència de matèria i els paràmetres NOV i HETP de la columna. Avalua l’alçària de rebliment necessària per a portar a terme la separació. Avaluar la pèrdua de pressió. Calcular la potència bescanviada al calderí i al condensador. A1
A2
A3
A4
A6
 B1
B2
B3
B8
 C2
Dimensionat una columna plats. Utilitzant el mètode de McCabe-Thièle, avaluar el nombre de plats i la relació de reflux. Avaluar la velocitat d’inundació i el diàmetre de la columna, i la pèrdua de pressió entre cap i fons de columna. Calcular la potència bescanviada al calderí i al condensador. A1
A2
A3
A4
A6
 B1
B2
B3
B8
 C2
Per a una determinada columna de destil•lació, identificar els components clau que entren a la columna i portar a terme un estudi de topologia residual de la mescla multicomponent clau tractada en una columna de destil•lació, tot presentant el mapa de corbes residuals i el mapa de volatilitat relativa. A1
A2
A3
A4
A6
 B1
B2
B3
B8
 C2

Continguts
Tema Subtema
1. Introducción: Repaso de la termodinámica y equilibrio líquido vapor. Características y tipos de operaciones de separación.
2. Operaciones de Etapas de Equilibrio: Equipo. Etapa de equilibrio. Balance de materia. Líneas de operación. Cálculos por métodos gráficos. El método del factor de absorción (Kremser).
3. Destilación Binaria: Destilación flash (vaporizador). Destilación con reflujo. Equipo. Líneas de operación. Cálculo de número de etapas por el método de McCabe-Thiele. Concepto y evaluación de eficacia de etapa. La ecuación de Fenske (número mínimo de etapas). Relación de reflujo mínimo, Destilación discontinua (batch), Destilación modificada, Síntesis de secuencias de separación.
4. Principios básicos de operaciones de transferencia de materia: difusión molecular y la ley de Fick. Transferencia de materia entre fases: coeficientes de transferencia de materia i cálculo de flujos de transferencia. Modelos teóricos y evaluación de coeficientes de transferencia a partir de correlaciones empíricas.
5. Absorción de gases: Equipo por contacto continuo. Balance de materia diferencial. Altura equivalente a un plato teórico (HETP). Nombre de unidades de transferencia (NTU): correlaciones empíricas y modelos.
6. Hidrodinámica de columnas de contacto gas-líquido: Evaluación de las diferencias de presión. Velocidad de inundación. Punto de inundación en torres de relleno.

Planificació
Metodologies  ::  Proves
  Competències (*) Hores a classe Hores fora de classe (**) Hores totals
Activitats Introductòries
1 0 1
 
Sessió Magistral
25 50 75
Resolució de problemes, exercicis a l'aula ordinària
14 14 28
Avantprojecte
15 30 45
 
Atenció personalitzada
1 0 1
 
 
(*) En el cas de docència no presencial, són les hores de treball amb suport vitual del professor.
(**) Les dades que apareixen a la taula de planificació són de caràcter orientatiu, considerant l’heterogeneïtat de l’alumnat

Metodologies
Metodologies
  Descripció
Activitats Introductòries
Sessió Magistral
Resolució de problemes, exercicis a l'aula ordinària
Avantprojecte

Atenció personalitzada
 
Atenció personalitzada
Descripció
Allan Mackie Desp. 319 - allan.mackie@urv.cat Horas de Atención: martes 10-13, jueves 10-13 (se recomienda confirmar por email antes) Xavier Bernat Camí Desp. Aula Pont (307B), Lab 215 - xavier.bernat@urv.cat Horas de Atención: miércoles 16-18 (se recomienda confirmar por email antes)

Avaluació
  Descripció Pes
Sessió Magistral Ejercicios a resolver en casa:
cada semana habrá una selección de problemas para resolver en casa de la materia tratada en clase de 9h a 11h para entregar a las 9h la siguiente semana. Hay que resolver de manera individual las preguntas asignadas aunque se puede consultar tanto a los profesores de la asignatura como a otros alumnos. Se tendrá en cuenta las 10 mejores notas para calcular la nota, en el caso de no entregar el alumno tendrá una nota de 0 para la sesión correspondiente 		20%
Resolució de problemes, exercicis a l'aula ordinària Ejercicios a resolver en clase:
cada semana durante la hora de 11h a 12h habrá una sesión de ejercicios para resolver en clase de la materia tratada en clase de 9h a 11h de la semana anterior. Durante esta hora hay que resolver de manera individual las preguntas asignadas en clase y entregar las respuestas al terminar la hora. Se tendrá en cuenta las 10 mejores notas para calcular la nota, una no asistencia tendrá una nota de 0 para la sesión correspondiente. 		20%
Avantprojecte Treball en equip:
realitzat integradament amb la resta d'assignatures del curs acadèmic. Es valora un informe escrit i una presentació seguida d'interpel•lacions individuals. 		25%
Altres

Examen final: se puede consultar libros y apuntes y se aconseja tener una calculadora y una regla disponible. No se permite el uso de ordenadores portátiles o similares.

35%
 
Altres comentaris i segona convocatòria

Segunda convocatoria: En el caso de subir la nota, se mantendrán las notas correspondientes al AP3 (25%) las actividades de clase (20%) y casa (20%), y el examen contará por el 35% de la nota. En el caso de bajar la nota, el examen final contará por el 100% de la nota. Renuncia a la evaluación continuada: para poder renunciar a la evaluación continuada, hay que presentar la solicitud por escrito al profesor de la asignatura antes del 21 de septiembre. Los alumnos que hayan renunciado a la evaluación continuada tendrán únicamente un examen final con un peso del 100% de la nota en primera y en segunda convocatoria. El examen final de los que renuncian a la evaluación continuada será más extenso para poder evaluar todo el contenido de la asignatura.


Fonts d'informació

Bàsica McCabe, W.L., Smith, J.C., i Harriott, P., Unit Operations of Chemical Engineering, 5ª edició, McGraw-Hill (3303.03 MAC; ha sortit la 7ª edició), New York, 1993

Complementària
  • Benítez, J. Principles and Modern Applications of Mass Transfer Operations, Wiley, New York, 2002.
  • Biegler, L.T., Grossmann, I.E., i Westerberg, A.W., Systematic Methods of Chemical Process Design, Prentice Hall, , Upper Saddle River, 1997 (3309.09 BIE).
  • Bird, R.B., Stewart, W.E., i Lightfoot, E.N., Transport Phenomena, Wiley, New York, 1960 (versió en castellà a la biblioteca de la URV; ha sortit la segona edició en anglès).
  • Coulson, J.M., Richardson, J.F., i Sinnot, R.K., Chemical Engineering, Vol. 6, 2ª edició, Pergamon Press, 1993 (3303 COU).
  • Cussler, E.L., Diffusion Mass Transfer in Fluid Systems, 2ª edició, Cambridge University Press, Cambridge, 1997 (2210.33 CUS).
  • Foust, A.S., Principles of Unit Operations, 2ª ed., Krieger Publishing, New York, 1980 (3303.03 PRI).
  • Geankoplis, Ch. J., Transport Processes and Unit Operations, 3ª ed., Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1993 (66.021 Gea). Ha sortit recentment la 4ª edició: Transport Processes and Separation Process Principles (Includes Unit Operations), 2003.
  • Gmehling, J. i Onken, U., Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection, DECHEMA Chemistry Data Series, D. Behreng i R. Eckermann (editors), Frankfurt, 1977.
  • Incropera, F.P. i DeWitt, D.P., Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 4ª ed., Wiley, New York, 1996 (2210.33 INC).
  • King, J., Separation Processes, 2ª ed., McGraw-Hill, New York, 1980 (66.048 Kin).
  • Kister, H.Z., Distillation design, McGraw-Hill, New York, 1992 (2210.33 KIS).
  • Mills, A. F., Mass Transfer, Prentice-Hall, Upper Saddle River, 2001
  • Perry, R.H. i Green, D. (editors), Perry’s Chemical Engineering Handbook, 7ª ed., McGraw-Hill, New York, 1997 (3303 HAN PER).
  • Poling, B.E., Prausnitz, J.M., i O’Connell, J.P., The Properties of Gases and Liquids, 5ª edició, McGraw-Hill, New York, 2001 (3303 REI).
  • Seider, W.D., Seader, J.D. and Lewin, D.R., Process Design Principles. Synthesis, Analysis and Evaluation, John Wiley & Sons, 1999 (66.0 Sei).
  • Taylor, R. I Krishna, R., Multicomponent Mass Transfer, Wiley, New York, 1993 (2210.33 TAY).
  • Treybal, R.E., Mass Transfer Operations, 3ª ed., McGraw-Hill, New York, 1980.
  • Turton, R. (editor), Bailie, R.C., i Whiting, W. B., Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes, Prentice Hall, Upper Saddle River, 1997 (3303.03 ANA).
  • Ulrich, G.D., A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economics, Wiley, New York, 1984 (3303.03 ULR).
  • Welty, J.R., Wicks, Ch.E., i Wilson, R.E., Fundamentals of Momentum, Heat, and Mass Transfer, 4ª ed., Wiley, New York, 2001 (2210.33 WEL).
  • Internet.
Recomanacions


 
Altres comentaris
Assignatures que es recomana haver cursat prèviament (i aprovat): Fonaments d’Enginyeria Química, Fenòmens de Transport, Química Física, Termodinàmica Tècnica I.