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“2011 – AÑO DEL TRABAJO DECENTE, LA SALUD Y SEGURIDAD DE LOS TRABAJADORES” “2011 – AÑO INTERNACIONAL DE LA QUÍMICA”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE ROSARIO FACULTAD DE CIENCIAS BIOQUIMICAS Y FARMACEUTICAS

Suipacha 531 - S2002LRK Rosario - Argentina Teléfono Fax: 54 (0341) 480-4592/3

Expediente Nº 6075/285

Rosario, 16 de junio de 2011

VISTO el presente expediente, mediante el cual el Sr. Director

Académica del Departamento de Química-Física, Prof.Dr. Luis F. Sala, eleva el programa

de la asignatura “Procesos Industriales”, correspondiente a la Carrera de Licenciatura en

Química, Plan 2007, y

CONSIDERANDO:

Lo aconsejado por el Director Académica de la Escuela de Química,

Prof.Dr. Edmundo A. Rúveda.

Que el presente expediente es tratado en Sesión del día de la fecha.

Por ello,

EL CONSEJO DIRECTIVO DE LA FACULTAD DE CIENCIAS

BIOQUIMICAS Y FARMACEUTICAS

RESUELVE:

ARTICULO 1º.- Aprobar el programa analítico de la Asignatura "PROCESOS

INDUSTRIALES” correspondiente a la Carrera de Licenciatura en Química, Plan 2007,

según se detalla en el ANEXO UNICO de la presente Resolución.

ARTICULO 2º.- Regístrese, comuníquese y archívese.-

RESOLUCION C.D. Nº 184/2011

Fdo.:) Dr. Esteban C. Serra -Presidente de la Sesión

ES COPIA




RESOLUCION C.D. Nº 184/2011

ANEXO UNICO

PROCESOS INDUSTRIALES

4º AÑO, LICENCIATURA EN QUIMICA

Presupuesto horario Tiempo de cursado: Anual (30 semanas)

Carga horaria semanal: 6 h/semana

Carga horaria total: 180 h

Teoría/tarea de aula (3 h/semana): 90 h

Trabajos prácticos (3 h/semana): 90 h

Conocimientos previos requeridos En el desarrollo de la Asignatura se hace uso de conocimientos de Química Gral. e Inorgánica, Física,

Matemática, Fisicoquímica, Química Analítica y Química Orgánica adquiridos por el estudiante en

los tres primeros años de la carrera.

Objetivos

Procesos Industriales tiene por objeto: i) aportar conocimientos sobre el diseño, control y funcionamiento de los reactores químicos; ii) familiarizar al futuro Licenciado en Química con procesos industriales y los criterios básicos para el desarrollo de procesos químicos a distintas escalas; iii) promover en el estudiante actitudes de búsqueda de soluciones con conciencia de su responsabilidad profesional y en la preservación del medioambiente.

Propuesta de Trabajo

En la primera parte de la materia, se estudian y desarrollan expresiones cinéticas y la influencia de las distintas variables que las afectan. Los conocimientos adquiridos son aplicados en el diseño de reactores discontinuos y continuos, tanto en sistemas homogéneos como heterogéneos. La transmisión de estos conocimientos va acompañada de trabajo experimental, donde los estudiantes obtienen información cinética que utilizan luego en el diseño de reactores a escala de laboratorio, optimizan las variables (ej. agitación, geometría) y determinan el rendimiento del proceso. En la segunda parte de la materia, los conceptos




básicos de diseño de reactores se complementan con la discusión de criterios de escalado, seguridad, impacto ambiental y selección de rutas sintéticas a tener en cuenta para el desarrollo de procesos productivos. En esta parte se describen procesos concretos de la industria química. La información se complementa con visitas guiadas a plantas de producción y piloto de la zona que ayudarán al futuro Licenciado a familiarizarse con reactores de mayor escala y con algunos de los procesos expuestos en clase.

Metodología de trabajo La asignatura se desarrollará empleando los siguientes recursos:

Clases teóricas. Clases expositivas de los contenidos del programa apoyadas con material pedagógico

preparado al efecto, de carácter obligatorio.

Tareas de aula. Actividad destinada a la resolución de problemas y ejercicios, discusión de temas

específicos, seminarios sobre temas seleccionados, de carácter obligatorio.

Trabajos prácticos. Esta actividad incluye trabajos prácticos de laboratorio sobre estudios cinéticos,

optimización de condiciones de reacción y diseño de reactores a pequeña escala, y visitas a industrias

químicas de la región para que el estudiante pueda interiorizarse sobre el funcionamiento de reactores

de mayor escala. Tanto los trabajos prácticos como las visitas son de carácter obligatorio.

Evaluación y acreditación. Los recursos previstos para la evaluación consisten en la realización de dos exámenes parciales

teórico/prácticos, con opción a un recuperatorio cada uno. Alternativamente, puede reemplazarse el

segundo examen parcial por un seminario en el que el estudiante deba emplear material adicional

provisto por el docente para profundizar y afianzar la información y conocimientos adquiridos. El

alumno que apruebe los dos exámenes (o el examen y el seminario), y haya asistido y aprobado al

menos el 80% de los prácticos de laboratorio con sus informes, será considerado en condición de

promovido.

Programa analítico Unidad 1. Cinética y mecanismos de reacciones en fase homogénea Determinación experimental de la ley cinética de la reacción. Formas integradas y diferenciales de la

ley de velocidad para reacciones irreversibles, reversibles, en paralelo, en serie, en serie-paralelo.

Métodos y técnicas de seguimiento cinético. Análisis cuali y cuantitativo del efecto de la temperatura,

solvente, fuerza iónica y presión sobre la velocidad de reacción. Ley cinética y mecanismo de

reacción. Aplicación de teorías de estado de transición y complejo activado. Estado estacionario y

equilibrio previo. Reacciones en cadena. Detección de intermediarios de reacción.

Unidad 2. Reacciones heterogéneas Reacciones gas/sólido y líquido /sólido. Fenómenos de superficie. Adsorción física y quimiosorción. Isotermas de adsorción: Langmuir, Freundlich, Bet. Termodinámica, cinética




y parámetros de activación de la quimiosorción. Mecanismos de reacciones heterogéneas. Determinación de etapa controlante de velocidad.

Unidad 3. Reacciones catalíticas Catálisis homogénea. Tipos de catálisis. Mecanismos y leyes cinéticas der reacciones catalíticas.

Catálisis ácido-base general y específica. Funciones de acidez. Reacciones catalíticas redox, de

complejación y de intercambio de ligando. Procesos industriales que emplean catálisis homogénea.

Catálisis heterogénea. Materiales catalíticos y su preparación. Caracterización de superficies. Actividad catalítica y selectividad. Selección del catalizador. Desarrollo de catalizadores. Cálculo y medición de la velocidad en reacciones catalíticas heterogéneas. Diagramas de Volcano. Adsorción competitiva. Cinética y mecanismos: Langmuir-Hinshelwood y Eley-Rideal. Venenos catalíticos. Desactivación del catalizador. Factores de actividad. Aplicaciones tecnológicas de la catálisis heterogénea. Catálisis y química verde. La catálisis en la vida diaria. Biocatálisis. Catálisis enzimática. Sitio activo y coenzima. Cinética y mecanismos de reacciones con catálisis enzimática. Inmovilización de enzimas. Procesos industriales biocatalíticos.

Unidad 4. Diseño de reactores para sistemas homogéneos Reactores discontinuos y continuos. Reactores de mezcla completa y flujo en pistón en estado

estacionario. Tiempo espacial y de permanencia. Diseño para reacciones simples (en una etapa) para

un solo reactor y para sistemas de reactores múltiples en serie y/o paralelo. Reactores con

recirculación. Manejo de variables: tiempo de tratamiento, caudal de alimentación, volumen de

reactor, alimentación, conversión. Métodos gráficos y numéricos para el cálculo de volumen óptimo y

rendimiento.

Diseño para reacciones múltiples: en paralelo, en serie y en serie-paralelo. Estudio cuali y cuantitativo

de la distribución de los productos y tamaño del reactor. Modelos de contacto de los reactivos.

Características de funcionamiento y ecuaciones de diseño. Representaciones gráficas.

Efectos de la temperatura y de la presión. Operaciones adiabáticas y no adiabáticas en reacciones

simples y múltiples.

Unidad 5. Diseño de reactores para sistemas heterogéneos. Reactores de lecho fijo y lecho fluidizado. Modelos de contacto para sistemas bifásicos. Diseño de reactores catalíticos. Reactores diferenciales (de flujo), integrales (flujo en pistón), de mezcla completa y discontinuos. Distribución de producto en reacciones múltiples. Reactores isotérmicos y adiabáticos.

Unidad 6. Biorreactores Biorreactores en batch, fed-batch y continuos. Diseño de birreactores. Monitoreo y control de gases,

pH, temperatura, oxígeno disuelto y velocidad de agitación. Fermentadores microbianos y




enzimáticos. Inmovilización de microorganismos. Esterilización. Biorreactores industriales.

Optimización de biotransformaciones. Aplicaciones: fermentación alcohólica, producción de enzimas,

antibióticos, fermentación láctica.

Unidad 7. Desarrollo de procesos. Aspectos del escalado: reactores y recipientes; muestreo; temperatura; aislamiento de productos;

elección de la ruta sintética. Aspectos legales y medioambientales. Transporte de materiales.

Minimización de desechos. Aplicación de los principios del desarrollo de procesos a casos de química

fina.

Capacidad de un proceso. Cp, Cpk. Especificaciones, límites, confiabilidad.

Unidad 8. Industrias Químicas y procesos de producción Industria del petróleo y procesos petroquímicos

Industria del petróleo y del gas: Conceptos básicos y perspectiva histórica. E&P: Exploración.

Perforación. Producción. Transporte de petróleo y gas. Petróleo: Refinación y separación. Principales

productos. Caracterización. Petroquímica: Procesos principales. Productos básicos: olefinas,

aromáticos y gas de síntesis. Reforma catalítica: Materias primas. Reacciones. Proceso y equipos.

Isomerización. Procesos petroquímicos del C4: Obtención del corte C4. Usos y derivados. Conversión

de olefinas. Butadieno.

Polímeros y procesos de polimerización

Conceptos generales. Procesos de polimerización. Polimerización en masa: Poliestireno. Polímeros de

injerto: Poliestireno de alto impacto. Polimerización en emulsión: Caucho sintético. Caucho estireno-

butadieno. Caucho acrilonitrilo-butadieno. Polimerización en solución: Polibutadieno. Copolímeros

en bloque. Procesos de transformación de plásticos y elastómeros: mezclado; inyección; moldeo;

extrusión. Producción de neumáticos.

Metalurgia

Procesos de la industria siderúrgica. Ensayos sobre materiales ferrosos. Visita a IMAE – Fac. de

Ingeniería UNR.

Energías alternativas

Hidrógeno. Energía eólica. Biocombustibles. Reactores nucleares.

Aceite vegetal y derivados

Producción de aceite desde oleaginosas. Subproductos del proceso. Biodiesel: procesos; especificaciones; consideraciones ambientales.

Procesos de tratamiento de efluentes

Tratamientos físico-químicos. Tratamiento biológico.




Bibliografía: Ingeniería de las Reacciones Químicas, Octave Levenspiel, Editorial Reverté.

Fundamentos del Diseño de Reactores, R. E. Cunningham, J. L. Lombardi, Editorial Universitaria de

Buenos Aires.

Industrial Catalysis. A Practical Approach, J. Hagen, Wiley-VCH.

The Basis and Applications of Heterogeneous Catalysis, M. Browker, Oxford Science Publications

Chemical kinetics and Mechanisms, James H. Espenson, McGraw Hill, Customs Publishing

Chemical Kinetics and Catalysis, R. A. van Santem, J. W. Niemantsverdriet, Plenum Press.

Principios de Ingeniería de los Bioprocesos, P. M. Doran, Editorial Acribia, S.A.

Microbiología Industrial, Monografía del Programa Regional de Desarrollo Científico y Tecnológico

de la OEA, R. Ertola, O. Yantorno, C. Mignone, www.biologia.edu.ar/microind/.

Process Development. Fine Chemicals from Grams to Kilograms. S. Lee, G. Robinson. Oxford

University Press. Oxford.

El ABC del Petróleo y del Gas. C. Albano (Editor). Instituto Argentino del Petróleo y del Gas. 1º

edición, Buenos Aires.

La República Argentina y su Industria Petroquímica. Instituto Petroquímico Argentino. Buenos

Aires: 1999.

Apuntes Departamento de Química. Instituto Politécnico Superior “Gral. San Martín”, UNR. Rosario.

Boletines Informativos IPA. Instituto Petroquímico Argentino. www.ipqa.org.ar

Science and Technology of Rubber. J.E. Mark, B. Erman, F.R. Eirich (Editores). Academic Press, Inc.

Basic Elastomer Technology. KC Baranwald, HL Stephens (Editores). Rubber Division, ACS.

Emulsion Polymerization and Emulsion Polymers. Peter A. Lovell, Mohamed S. El-Aasser (Editores).

John Wiley and Sons Ltd..




Basic Compounding and Processing of Rubber. H. Long (Editor). Rubber Division, ACS. Akron.

“Encyclopedia of Chemical Technology”, Kirk-Othmer. Mark, McKetta(Jr) y Othmer (Editores).

Interscience.

Industrial Organic Chemicals; H.A. Wittcoff, B.G. Reuben; J Wiley & Sons.

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