Este documento presenta la descripción de una asignatura de catálisis para estudiantes de ingeniería química. La asignatura cubre temas como biocatálisis, química superficial, cinética de reacciones catalíticas heterogéneas y modelos matemáticos de reactores catalíticos. El objetivo general es proporcionar una visión general de los diferentes tipos de catálisis y analizar la teoría de diseño de reactores químicos relacionados con reacciones catalíticas.

1. Universidad de América
Vicerrectoría Académica y de Posgrado
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1.- IDENTIFICACIÓN DE LA ASIGNATURA
Nombre de la asignatura: Catálisis
Facultad: Ingenierías
Programa(s): Ing. Química
Nivel: Pregrado
Semestre: Octavo
Área: Ciencias Básicas de Ingeniería
Código de la asignatura: 3648
Modalidad: Teórica: _X__ Teórico-práctica:__ Práctica: ___
Intensidad
Horas presenciales teoría-Horas independiente-Horas práctica-Créditos: 2402
2.- UBICACIÓN DE LA ASIGNATURA
a). Relación con otras asignaturas del plan de estudios
Anteriores Posteriores
Asignaturas Temas Asignaturas Temas
Fenómenos de
Transporte.
Cinética Química.
Transferencia de masa.
Transferencia de calor.
Reacción y difusión
simultáneas.
Reacciones múltiples:
Mecanismos de reacción.
Reactores ideales.
Evaluación de
coeficientes de
transferencia de masa y
calor.
Termodinámica de las
reacciones químicas.
Diseño de Procesos. Establecimiento de las
condiciones de
operación de las
transformaciones
catalíticas.
Diseño en detalle de los
procesos.
3.- JUSTIFICACIÓN
Los fenómenos de naturaleza catalítica definen una de las fronteras más bastas del conocimiento
científico en la ingeniería química y uno de los campos con mayor potencial económico. También
una parte importante de los procesos industriales de transformación química son de naturaleza
catalítica, el conocimiento de este tipo de procesos y los fenómenos fundamentales que los
gobiernan, serán de importancia en la vida profesional tanto en planteamiento de proyectos nuevos
como en la intervención de algunos ya existentes. El análisis de los procesos asociados con los
fenómenos catalíticos permitirá al ingeniero entender las trayectorias actuales de transformación, y
vislumbrar novedades en relación con las mismas.

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4.- OBJETIVO(S) DEL CURSO
4.1. OBJETIVO GENERAL
Obtener un panorama general de los diferentes tipos de catálisis y completar el estudio de la teoría
del análisis y diseño de los reactores químicos en relación con el tema de las reacciones catalíticas.
4.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Describir los principios que rigen los mecanismos de las reacciones catalíticas con el fin de
interpretar los modelos existentes para tales mecanismos.
b) Determinar el rol que juegan los fenómenos de transporte (esencialmente la transferencia de
masa y la transferencia de calor) en los sistemas catalíticos heterogéneos con el propósito
de formular los modelos de las ecuaciones de diseño de los reactores.
c) Calcular las soluciones de los modelos heterogéneos unidimensionales de los reactores.
d) Conocer diferentes procesos catalíticos a nivel industrial y los principios que gobiernan
estos procesos.
e) Entender los principales métodos de síntesis y caracterización de catalizadores.
f) Conocer los diferentes tipos de catálisis, sus alcances y aplicaciones.
5.-CONTENIDO SINTÉTICO
5.1. Introducción (Una semana).
5.2. Biocatálisis (Dos semanas).
5.3. Química superficial (Dos semanas).
5.4. Fenómenos de Adsorción y Cinética de la catálisis heterogénea (Tres semanas).
5.5. Modelos matemáticos de los reactores heterogéneos (Tres semanas).
5.6. Preparación y caracterización de catalizadores sólidos (Dos semanas).
5.7. Fotocatálisis (Dos semanas).
6.-CONTENIDO DETALLADO
6.1. Introducción: Historia; Naturaleza de los catalizadores; Actividad; Selectividad; Estabilidad;
Clasificación de los catalizadores.
6.2. Biocatálisis: Panorama general; Oxidación del ciclohexano; Acoplamiento Susuki;
Producción de Acido Acético a partir de Metanol; Procesos industriales con Biocatálisis; Enzimas:
estructura y reactividad; Efecto de pH; Efecto de la temperatura; Cinética de Michaelis Menten.
6.3. Química superficial: El rol de la superficie en la catálisis heterogénea; Los defectos
superficiales como centros reactivos; Materiales epitaxiales; Superficies de óxidos; Superficies de
metales.
6.4. Fenómenos de Adsorción y Cinética de la catálisis heterogénea: Modelos cinéticos para
reacciones catalíticas sólido – gas; Análisis cualitativo de las expresiones de velocidad;
Interpretación cuantitativa de los datos de velocidad; Promotores e inhibidores; Envenenamiento de
los catalizadores; Adsorción física y química; Cinética de la adsorción y la desorción; Adsorción
activada y no activada; Isotermas de adsorción; Determinación del área superficial; Distribución del
volumen de poros.
6.5. Modelos matemáticos de los reactores heterogéneos: Ideas básicas en relación con los
reactores empacados; Coeficientes de transferencia de masa y calor en lechos empacados; Sistemas
isotérmicos; Sistemas no isotérmicos; Efecto de los procesos de transporte externo sobre la
selectividad; Reactores habituales para los procesos heterogéneos: reactores de lecho fluidizado,

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reactores “slurry”, reactores “trickle-bed”; Transferencia de masa en el interior de los Pellets;
Transferencia de calor en el interior de los Pellets; Transferencia de masa con reacción: el factor de
efectividad y el modulo de Thiele; Transferencia de masa y de calor con reacción: factor de
efectividad no isotérmico; Efecto del transporte interno sobre la selectividad; Modelos pseudo-
homogéneos de los reactores; Modelos heterogéneos de los reactores.
6.6. Preparación y caracterización de catalizadores sólidos: Métodos de preparación de
catalizadores; Métodos de impregnación: Impregnación secuencial, impregnación simultánea;
Catalizadores con configuración cascara de huevo: aplicaciones y ventajas; Caracterización
morfológica: Atomic Force Microscopy (AFM), Scanning Electron Microscopy (SEM);
Caracterización Estructural: X Ray Difracction (XRD); Temperature programmed Reducction
(TPR).
6.7. Fotocatálisis: Principios básicos; Espectro electromagnético y semiconductores; Estructura
y aplicaciones del TiO2; Procesos avanzados de oxidación.
7.- BIBLIOGRAFÍA
1. J. Hagen, Industral Catalysis: A practical approach. Wiley VCH, Weinheim Germany, 2006.
2. S. FOGLER. “Elementos de Ingeniería de las reacciones químicas”, Tercera ed., Prentice Hall,
México 2001.
3. J. M. SMITH. “Ingeniería de la cinética química”, CECSA. Décima tercera reimpresión, México
2001.
4. O. LEVENSPIEL. “Ingeniería de las reacciones químicas”, Tercera edición, Limusa Wily, México
2004.
5. O. LEVENSPIEL. “El omnilibro de los reactores químicos”, Segunda Ed., Ed. Reverte, México
1986.
6. R. Aris. “Elementary Chemical Reactor Analysis”, DOVER PUBLICATIONS, INC. 1989.
7. S. S. E. H., ELNASHAIE & S. S., ELSHISHINI. Modelling, Simulation and Optimization of
Industrial Fixed Bed Catalytic Reactors. Gordon and Breach Science Publishers. (1993).
8. TAYLOR, R., KRISHNA, R. Multicomponent mass transfer. JOHN WILEY & SONS, INC. (1993).
9. BIRD, R. B., STEWART, W. E., LIGHFOOT, E. N. Fenómenos de transporte. Reverte. (1970).
10. B. A. FINLAYSON. Nonlinear Analisis in Chemical Engineering. McGraw-Hill Chemical
Engineering Series. (1980).
11. J.J. CARBERRY. Chemical and Catalytic Reaction Engineering. McGraw-Hill, New York, 1976.
12. O. SATTERFIELD. Heterogeneous Catalysis in Practice. McGraw-Hill, New York.
13. W. Chorkendorff, W. Niemantsverdriet. “ Concepts of moder catalysis an kinetics. Wiley VCH,
Weinheim Germany, 2003.
14. A. Sheldon, I Arens, “Green chemestry and catalysis. Wiley VCH, Weinheim Germany, 2007.
15. Doris Kolb, Catalysis, J, Chem. Educ. Volume 56, Number 11, November 1979743- 745.
16. Piet W.N.M. van Leeuwen, Homogeneous CatalysisUnderstanding the Art,Kluwer Academic
Publishers Netherlands.2004.
17. Eugene E. Kwan Factors Affecting the Relative Efficiencyof General Acid CatalysisJournal of
Chemical Education,Vol. 82No. 7July 2005, 1026 -1028.
18. M. Garcia-Viloca,J. Gao,M. Karplus, D. G. Truhlar,How Enzymes Work: Analysis by Modern Rate
Theory and Computer Simulations. ScienceVol 303 January 2004.