EJERCICIO 22: TAREAS DE SEPARACION

PROCESO DEL MINERAL PLOMO-ZINC

Un mineral plomo-zinc contiene 4,6 % en peso PbS(galena), 32,8% en peso de ZnS y 42,6% en peso de inertes principalmente CaCO3 y SiO2. Los minerales valiosos se pueden recuperar de este mineral por los procesos siguientes: se muele el mineral y es acondicionado por 10 minutos en un PH de 8 a 9 por la adicion de NaCO3 mas 0,3 Lb NaCN/1 tonelada de mineral para inhibir el ZnS.El PbS es flotado en celdas de tipo denver con la adición del xantato etil mas una cantidad de aceite de pino/ tonelada (espumante).

La pulpa de flotación de PbS (desechos) son acondicionados por complementos de cianuro con CuSO4 para activar ZnS y ZnS es flotado en celdas tipo denver con la adición de xantato de butilo como colector. El agua es agregada en el acondicionado ZnS para aumentar la razón de liquido/sólido desde 1.33 a 1.68.Los resultados de los procesos de la flotación se tabula en la sgte tabla:

Solido seco% Solido seco%PbS ZnS Liquido/solido

alimentación 24.6 32.8 1.63Concentrado PbS 90 3.4 1.94Pulpa1 4.2 42.0 1.33Concentrado ZnS 4.3 91.1 2.03Pulpa2 4.2 5.9 1.68

Preguntas:a) Dibuje un organigrama y haga un balance material completo en base del mineral seco

de 1 tonelada alimentado.

b)Calcule la razón de concentrado de PbS y ZnS.

c)Calcule las toneladas de liquido agregadas en la celda 2 por la tonelada de mineral seco alimentado al proceso.

DESARROLLO:

MINERAL

PULPA2

FLOTACION

FLOTACION

MOLINO

CONCLUSION:

Habiendo establecido los caminos de reacción y realizando los balances de material, se obtuvieron los flujos de cada corriente en base a una tonelada de mineral seco.En este punto de las tareas de separación se analizan las propiedades a explotar en la flotación, en la primera flotación se obtiene el concentrado de PbS y luego en la segunda flotación obtenemos el concentrado de ZnS. Este proceso de separación esta basado en la relación de equilibrio, donde el agente separador son los colectores y espumantes (surfactantes), en este proceso se usaron como colectores xantato de etilo y xantato de butilo, y la propiedad explotada es la tendencia de que tienen los surfactantes de fijar por adsorcion una especie sólida, en este caso PbS y ZnS.

EJERCICIO 9: SELECCION TAREAS DE SEPARACION

INGREDIENTE DE DETERGENTE ACTIVO

Se demuestra un proceso para la fabricación del sulfone aryl alkyl desde keroseno, de clorina, ácido sulfúrico y del benceno. Este sulfunato es tensoactivo y se utiliza en detergentes para solubilizar la grasa y los aceites. Examine los procesos de la separación que apoyan a los cuatro reactores, y determinase cual de los varios explica la heurística de los ordenes de separación.El kerosene se trata con cloro en el reactor forrado de plomo, donde la chaqueta del reactor esta en 60 a 70 |°c en presencia de un catalizador yodado:

C12H26 + Cl2 C12H25Cl + HCl(KEROSENE) (CLORINA) (KERYL CLORINA) (ACIDO CLORIDRICO)

Esta reacción ocurre con dos veces la cantidad estequiometrica de keroseno.En el alkylator, el benceno se agrega a la mezcla del keryl cloruro-keroseno del clorinator. Seis moles de benceno se agregan a cada mol de cloruro de keryl para asegurar la reacción completa del cloruro. El cloruro de aluminio se agrega como catalizador en pequeñas cantidades.

C12H25Cl + C6H6 C12H25 - C6H6 + HCl (KERYL CLORINA) (BENCENO) (KERYL CLORINA)

En el sulfonador, el benceno purificado del keryl se trata con ácido sulfúrico (1:1.25), y el producto sulfonatado se decanta del ácido gastado. Entonces el producto sulfonatado se neutraliza para formar el producto final.

a) Determine la composición aproximada de la corriente que sale del alkylator, incluyendo el HCl.

b) Con las composiciones de antedicho y de los datos del punto de burbuja dados, sintetice la secuencia de destilaciones para separar los materiales.¿Cómo compara esto a las separaciones usadas en el proceso comercial?

especies Punto burbuja °CBenceno 80Keroseno 214Keryl benzene 250Acido clorhídrico -85

Diagrama del proceso industrial de obtención de Alkyl Aryl Sulfonate

Desarrollo del ejercicio:

C12H26 + Cl2 C12H25Cl + HCl(KEROSENE) (CLORINA) (KERYL CLORINA) (ACIDO CLORIDRICO)

C12H25Cl + C6H6 C12H25 - C6H6 + HCl(KERYL CLORINA) (BENCENO) (KERYL CLORINA)

Para que la reacción se realice en 100% se opera con el doble de la cantidad estequiometrica de la reacción.

Base de calculo 100 moles

Balance en el chlorinator:

Balance en el alkylator: La reacción se realiza en un 100% por cada mol de proveniente del

primer reactor se adicionan 6 moles de benceno.

En el Chlorinator :

Especie Corriente de entrada en

moles

Corrientes de salida en

molescloro 50

Kerosene 100 50Keryl clorina 0 50

acido clorhidrico

0 50

En el Alkylator tenemos:

Especie Corriente de entrada en

moles

Corrientes de salida en

moles50 050 500 500 50

300 250

b) Las heurísticas que se conocen:

Heuristica1: “De las muchas diferencias que puedan existir entre la fuente y destino de una corriente, dominan las diferencias que involucran composición”

Heuristica2: “cuando sea posible, reduzca la carga de separación mediante división y/oCombinación de corrientes”

Heuristica3: “ Separar primero los componentes más abundantes”

Heuristica4: “Siendo todo lo demás igual, elija separar en partes iguales”

Heuristica5: “Remueva primero los materiales corrosivos y dañinos “

Heuristica6: “Las separaciones difíciles es mejor dejarlas para el final”

Heuristica7: “Cuando se usa destilación o esquemas similares, elija una secuencia que finalmente remueva la especie de mayor valor o más deseada como destilado.”

Heuristica8: “Siendo todo lo demás igual, evite incursionar en temperatura y presión, pero cuando sea necesario, prefiera las altas a las bajas.”

Heuristica9: “En destilación renueva uno por uno los componentes de mayor volatilidad.”

Para generar, sintetizar el orden de separación de las diferentes especies presentes en nuestro proceso contamos con las heurísticas mencionadas. La tecnología empleada en este caso es la de destilación, es decir aplicamos las heurísticas 7,8 y 9.

Primero se incursionan en las altas y bajas temperaturas, entonces nos fijamos en los puntos de ebullición de cada componente, la etapa siguiente se retira la especie de interés por destilado y por ultimo removemos los componentes de mayor volatilidad a menor volatilidad.

Entonces de acuerdo al orden según sus volatilidades:

Especie Punto de ebullición en

º C

-8580

214240

En los reactores se elimino HCl, debido a las temperaturas pero no es posible separar los demás componentes entonces se aplican las heurísticas que en este caso hay heurísticas que no son aplicables en el problema, entonces aplicamos las heurísticas de separar primero las especies más abundantes luego las separaciones mas difíciles dejarlas hasta el final. De acuerdo ha este orden se tiene:

Especie Corrientes de salida en

moles250505050

Entonces se realizaría en el siguiente orden:

Especie Punto de ebullición en º C

-85

80

214

240

De las heurísticas empleadas la de separar primero los componentes mas volátiles y la de separaciones difíciles coinciden entre ellas, entonces definimos el siguiente orden de separación:

CARGA DE SEPARACION = 400+350+100 = 850

CONCLUSION: En la selección de tareas de separación nos permite explotar cada una de las diferencias de las especies para una posterior separación, donde se determinan las propiedades a ser explotadas, donde se aplican las heurísticas para determinar un orden lógico y poder escoger la que más facilita al problema.En este ejercicio una de las heurísticas aplicadas fue la de destilación la que remueve las especies del producto deseado finalmente en el destilado.La decisión de elegir las tareas de separación adecuadas nos lleva a la capacidad de poderexplotar cada especie y decidir de los equipos que se van a utilizar en el proceso, también como los costos y utilidades.

INTRODUCCION

En este presente trabajo nos encontramos con problemas que el ingeniero de procesos debe enfrentar en los procesos existentes donde se estudian o analizan muy bien las metodológicas y herramientas de análisis.

Las actividades esenciales realizadas en el diseño de procesos son las actividades de síntesis la cual se refiere a la invención de procesos alternativos que satisfagan objetivos propuestos y que se han originado en alguna necesidad humana, otra actividad es la de análisis que consiste en examinar lo más posible los procesos y por ultimo la actividad de evaluación esta permite constatar si lo procesos analizados cumplen con los requerimientos deseados y con las restricciones impuestas.

Nos encontramos frente a un problema de síntesis el que consiste en generar una descripción inicial del proceso que tenga una alta probabilidad de generar un sistema comercialmente exitoso cuando se diseñe y se construya.

En este trabajo se da a conocer el método patrón de síntesis que consiste en cinco caminos que permite desarrollar procesos:

1) síntesis de los caminos de reacción.2) Balance de materiales y asignación de especies.3) Tecnología de separación.4) Selección de las tareas de separación.5)Integración de tareas.

El primer camino centrara la atención a la interfase que existe entre la ciencia e ingeniería para identificar la interacción que debe ocurrir durante la síntesis de los pasos de reacción que relacionan la materia en bruto con los productos valiosos. En el segundo camino el primer problema al cual el ingeniero de be poner atención es la ruta o asignación de los diversos materiales a través del proceso que emerge, este problema de asignación es muy interesante debido a que ella influye en la naturaleza del problema de separación, sin embargo antes de tomar decisiones de asignación de especies o determinar la dificultad de los problemas de separación es necesario conocer y entender el flujo de materiales. En el tercer camino se centra en los problemas de separación donde en forma económica se deben crear los dispositivos en los cuales los materiales son sometidos a cambios drásticos y diversos, estos dispositivos se escogen examinando las propiedades físicas y químicas, poniendo atención a aquellos que provoquen grandes diferencias en su comportamiento. En el cuarto punto de la selección de tareas de separación se aplican las heurísticas en cada

punto del proceso en el cual los materiales deben ser separados, como también deben recopilarse datos de propiedades físicas y químicas y en él ultimo punto de integración de tareas se analizan los equipos de función auxiliar del proceso.

Conclusión intercambiador de calor:

Este ejercicio se relaciona con él ultimo punto del método patrón de síntesis donde las gráficas y las redes de intercambiadores se basan en las siguientes heurísticas:“ que las corrientes mas calientes deben ser enfriadas y las corrientes mas calientes deben ser calentadas” o “ que las corrientes mas frías deben ser calentadas y las corrientes mas frias a ser enfriadas”, mediante estas heurísticas se van analizando las corrientes y se va cumpliendo el objetivo de enfriar las corrientes calientes y calentar las corrientes frías.