-
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.
-
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
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.
-
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
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.
http://www.unt-dyo.blogspot.com