Universidad Nacional de Tucumn Carrera de Ingeniera Qumica

Avda. Independencia 1800 - C.P. 4000 - Tucumn (Rep. Argentina) - +54 381 436-4093 - Fax +54 381 436-4157

Programa Analtico

Actividad Curricular: DISEO Y OPTIMIZACIN DE PROCESOS

Perodo de dictado: 5 Ao Mdulo X

Ciclo Lectivo: 2014

OBJETIVOS

Al finalizar la asignatura el alumno ser capaz de:

Conocer e implementar los pasos para crear un nuevo proceso. Ser capaz de generar alternativas de solucin para los problemas de diseo de procesos que se

caracterizan por ser de naturaleza abierta, es decir, tienen ms de una solucin factible, combi-nando mtodos heursticos y algortmicos de sntesis y optimizacin de procesos.

Adquirir destreza para usar simuladores de procesos y software especfico de optimizacin deprocesos.

CARGA HORARIA

128 horas 8 horas por semana

48 hs clases terico-prcticas48 hs clases prcticas de problemas de ingeniera32 hs de Proyecto y Diseo

CONTENIDOS

T.1: SNTESIS, ANLISIS Y DISEO DE PROCESOS

Sntesis basada en niveles de decisin y heursticos.

Naturaleza de la sntesis, anlisis y diseo de procesos. El aspecto creativo del diseo de procesos.

Procedimientos de sntesis de procesos: Descomposicin del proceso en un subconjunto de problemasms simples. Orden de precedencia en el desarrollo del proceso (seleccin y determinacin de las mate-rias primas, caminos de reaccin, de corrientes de entrada y salida, reciclos, purgas del proceso). Identi-ficacin de las variables de diseo importantes y de interacciones entre unidades del proceso. Uso dereglas heursticas para definir la estructura del proceso y los valores de las variables de diseo. Estudiode casos.

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T.2: DESARROLLO DE UN CASO BASE

Bsqueda de informacin y datos para el diseo. Mtodos de diseo rpido para unidades de proceso.Simulacin. Uso de UniSim.

Informacin y datos para el diseo: Prediccin de propiedades termodinmicas de gases y lquidos. De-duccin de reglas generales para la especificacin de variables de diseo de unidades de proceso (Inter-cambiadores de calor, separadores flash, condensadores parciales, destilacin, absorcin). Mtodos dediseo rpidos para columnas de separacin de mezclas multicomponentes (destilacin y absorcin).Mtodos empricos (clculo de Nmin y Rmin) y mtodos de grupo. Simulacin. Estrategias modular, se-cuencial y orientada a ecuaciones. Ventajas y desventajas. Aplicaciones a problemas industriales usandoUniSim.

T.3: SNTESIS DEL SISTEMA DE SEPARACIN Y DE REDES DE INTERCAMBIO DE CALOR

El sistema de separacin: Estructura general del sistema de separacin. Sistema de separacin de va-por: Seleccin del mtodo de separacin (condensacin, absorcin y adsorcin). Sistema de separacinde lquidos: Seleccin del mtodo de separacin (destilacin, destilacin extractiva, destilacin azeotr-pica, destilacin reactiva, extraccin, cristalizacin, adsorcin, reaccin). Determinacin de la secuenciade columnas de destilacin mediante el uso de reglas heursticas. Mtodos de ahorro de energa en des-tilacin: Sistemas de recompresin de vapores. Sistemas de mltiple efecto.

T.4: ANLISIS TERMODINMICO DE PROCESOS

Redes de intercambio calrico: Objetivos a plantear en problemas de integracin energtica. Conceptode punto de corte. Significado y utilidad. Diseo de redes segn los objetivos de mxima recuperacinenergtica, mnimo nmero de unidades. Compromiso entre ahorro energtico e inversin. Uso de servi-cios auxiliares mltiples. Integracin calrica entre columnas de destilacin y el resto del proceso.

T.5: OPTIMIZACIN DE PROCESOS

Mtodos de programacin matemtica en problemas restringidos con variables continuas y binarias. Usode GAMS.

Organizacin del problema de optimizacin. El sistema. Alternativas para la representacin de su estruc-tura. Grados de libertad y restricciones del sistema. La funcin objetivo. Criterios de seleccin. Procedi-miento general para optimizar.

Optimizacin de funciones de una variable sin restricciones. Mtodos analticos. Condiciones para laexistencia de extremos. Unimodalidad. Mtodos numricos. Mtodos de eliminacin de regiones. Mto-dos de aproximaciones polinomiales. Mtodos que requieren evaluacin de derivadas.

Optimizacin de funciones multivariable sin restricciones. Condiciones para la existencia de extremos.Mtodos de bsqueda directa: bsqueda univariante, simplex, Hooke-Jeeves y Powell. Mtodos indirec-tos de primer orden: gradiente (Cauchy), gradiente conjugado (Fletcher-Reeves). Mtodos indirectos desegundo orden: Newton, quasi-Newton (Davidson-Fletcher-Powell). Optimizacin de sistemas secuencia-les.

Optimizacin con restricciones. Programacin lineal. Programacin no lineal: Multiplicadores de Lagran-ge. Multiplicadores de Kuhn-Tucker. Funciones de penalidad. Mtodos de bsqueda directa con restric-ciones. Programacin cuadrtica sucesiva. Introduccin al entorno de programacin GAMS.

Optimizacin con variables binarias y continuas. Proposiciones lgicas. Algebra de Boole. Introduccinde cortes binarios. El problema MILP. Mtodo Branch and Bound. El problema MINLP. Estrategias desolucin.

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ACTIVIDADES TERICAS Y PRCTICAS

CLASES TERICO PRCTICAS. El curso se organiza con 2 clases terico prcticas por semana. Enla primera parte, los estudiantes organizados en grupos de trabajo realizan un proyecto de sntesis requi-rindose para ello el uso de simuladores. En la 2da. Parte, se imparten 4 horas de teora sobre mtodosde optimizacin.

PRCTICOS DE PROBLEMAS. En la primera parte se imparten 5 horas por semana. Las clases prcti-cas estn diseadas para que los estudiantes adquieran un manejo de los mtodos heursticos y al-gortmicos aplicados a casos particulares. En la segunda parte, los problemas se resuelven con GAMS,para lo cual estn disponibles problemas tipo de ingeniera qumica resueltos y se imparten 4 horas declases prcticas por semana.

DESARROLLO DE UN PROYECTO: Como integracin de los conceptos de la primera parte y de cono-cimientos previos de las unidades de operacin y reaccin, se desarrollan en grupos un Proyecto deDiseo de un caso base.

SITIO DE INTERNET: http://www.unt-dyo.blogspot.com

BIBLIOGRAFA

Robin Smith, Chemical Process Design, Mc-Graw Hill, USA, 1995 A, Ravindran, K.M. Ragsdell,G.V: Reklaitis, Engineering Optimization 2nd. Edition, Hoboken, USA,

2006.

Warren D. Seider, J. D. Seader, Daniel R. Lewin,S. Widagdo, Product and process design principles3rd. edition, JOHN WILEY AND SONS. USA, 2009.

T.F. Edgar, D.M. Himmelblau, L. Lasdon, Optimization of Chemical Processes 2nd. edition , Mc Graw Hill , 2001

L. Biegler, Non Linear Programming, SIAM, 2010

SISTEMA DE EVALUACIN

Para la regularizacin de la asignatura los alumnos deben asistir al 80 % de las clases prcticas. Debenrealizar y aprobar un proyecto de diseo de un caso base con su respectiva recuperacin y adems ren-dir 1 evaluacin parcial escrita de la segunda parte, con su respectiva recuperacin. Se deben presentary aprobar el 100% de los trabajos prcticos. Para aprobar la materia se debe aprobar un examen finalque puede ser oral o escrito.

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