Métodos Sistemáticos para el Diseño de Procesos Químicos

José Antonio Caballero

Departamento de Ingeniería Química. Universidad de Alicante

 

CÓDIGO: 57253

Carga docente: 3 créditos

Departamento: Ingeniería Química

Profesor: José Antonio Caballero
 

 Objetivos:

En la asignatura ‘Métodos Sistemáticos para el Diseño de Procesos Químicos’ se pretende dar al alumno una visión general de las técnicas y métodos para el diseño sistemático de procesos químicos, tanto para diseño de sistemas completamente nuevos como para el “Retrofit” de plantas, identificación de cuellos de botella o el diseño de subsistemas (redes de intercambio de calor, eliminación de residuos etc).

En el curso se incluye una primera parte de repaso y ampliación de conceptos importantes de optimización incluyendo la optimización con variables discretas (binarias) implicadas en las toma de decisiones.

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 Programa:

TEMA 1. Conceptos Básicos de Optimización

  1. Introducción

  2. Funciones y Regiones Cóncavas y Convexas

  3. Optimización sin restricciones

  4. Optimización con restricciones. Condiciones de Optimalidad de Karush Khun Tucker

  5. Interpretación de los multiplicadores de Lagrange

TEMA 2. Programación Lineal

  1.  Introducción

  2.  Resolución gráfica

  3.  El método símplex.

TEMA 3. Programación no lineal.

  1. Fundamentos de los métodos de programación cuadrática sucesiva y gradiente reducido.

TEMA 4. Introducción a la programación lineal y no lineal con variables discretas

  1. Conceptos básicos para la resolución de problemas lineales con variables discretas. Métodos de ramificación y acotamiento

  2. Conceptos básicos para la resolución de problemas no lineales con variables discretas. Métodos de descomposición.

  3. Modelado de Problemas con variables Binarias. Modelado de relaciones lógicas.

TEMA 5. Introducción al Diseño de procesos Químicos

  1.      El diseño conceptual de procesos. Métodos jerárquicos.

  2.      El diseño basado en programación matemática. Desarrollo y modelado de superstructuras.

TEMA 6. Diseño de Redes de cambiadores de calor

  1.  Curvas compuestas y concepto de pinch.

  2.  El problema en forma de tabla. cálculo de las necesidades mínimas de calor y frío

  3.    Método secuencial de diseño.

    1.  Cálculo de los servicios mínimos (problema de transbordo)

    2.  Cálculo de las unidades mínimas

    3.  Diseño de la red para mínimo coste.

TEMA 7. Diseño de secuencias de sistemas de separación. Destilación sistemas no azeotrópicos

  1. Generación de superstructuras. STN y SEN.

  2. Planteamiento y resolución del problema utilizando métodos cortos.

TEMA 8. Conceptos Básicos para el diseño de sistemas de separación no ideales

TEMA 9. Conceptos Básicos para el diseño de redes de reactores

TEMA 10. Redes de intercambio de masa

TEMA 11. Introducción al diseño de sistemas en discontinuo.

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 Evaluación

Todos los alumnos están obligados a desarrollar y exponer uno de los temas de la asignatura. Así como a resolver y entregar algunos problemas y ejercicios propuestos por el profesor. La evaluación se basará en tres criterios: rendimiento y aprovechamiento de las clases, ejercicios realizados y presentados, Exposición y desarrollo del tema expuesto.

 Bibliografía Básica.

Biegler, L.T.; Grossmann, I.E.; Westerberg, A.W. “Systematic Methods of Chemical Process Design”. Prentice Hall (1997)

Douglas. J.M. Conceptual Design of Chemical Processes. McGrawHill (1988).

Edgar, T.F.; Himmelblau, D.M.; "Optimization of Chemical Processes" Mc GrawHill (1988)

Floudas, C.A.; "Nonlinear and Mixed-Integer Optimization" Oxford University Press (1995)

Nash, S.G.; Sofer, A.; "Linear and Nonlinear Programming" McGraw-Hill (1996)

Seider, W.D.; Seader, J.D.; Lewin, D.R. Product and Process Design Principles. Synthsis, Analysis and Evaluation. Jhon Wiley and sons. (2003)

Smith, R. Chemical Process Design and Integration. Jhon Wiley and sons (2005)

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