PLANTA DE ABATIMIENTO MOLIBDENO DE EFLUENTE TRANQUE Fecha: 1 de Agosto de 2005 CAREN Proyecto: ___________
No. Documento:
PROYECTO CODELCO 1107-MCA-IP-001 No. __________ Rev. A
MEMORIA DE CÁLCULO DE PROCESOS 1107-MCA-IP-001 REVISION
FECHA
A
01/08/05
OBJETO DE LA REVISIÓN
Emitido por Revisado por Aprobado Aprobado por:
BALANCE DE MASA .. Alimentación PAMo Los valores detallados a continuación son los máximos considerados para el diseño del proceso: QPAMo: caudal alimentación PAMo (l/s) = 1500 (máximo para diseño de proceso) SST: concentración de sólidos suspendidos (mg/l) = 20 Mo: concentración de molibdeno(mg/l) = 5 G: masa de sólidos en suspensión (ton/d) = Q PAMo x 86,4 x SST x 10 -6 = 2,592
Para el diseño hidráulico de los equipos e instalaciones, se ha considerado una revancha hidráulica del 25%: QPAMo MAX : caudal máximo (l/s) = 1875 (máximo para diseño hidráulico)
.. Producción de lodos Los lodos generados por el tratamiento incluyen el precipitado de hidróxido férrico y molibdeno, que se forma por la inyección del coagulante férrico, y los sólidos suspendidos presentes en el efluente del tranque.
Cálculo de la masa de precipitado MoENT: concentración de molibdeno en el agua cruda = 5 mg/l Fe3+/Mo : relación de hierro a molibdeno dosificada (P/P) = 10 MP: masa de precipitados de hidróxido férrico en el agua coagulada (kg/d) Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
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BALANCE DE MASA .. Alimentación PAMo Los valores detallados a continuación son los máximos considerados para el diseño del proceso: QPAMo: caudal alimentación PAMo (l/s) = 1500 (máximo para diseño de proceso) SST: concentración de sólidos suspendidos (mg/l) = 20 Mo: concentración de molibdeno(mg/l) = 5 G: masa de sólidos en suspensión (ton/d) = Q PAMo x 86,4 x SST x 10 -6 = 2,592
Para el diseño hidráulico de los equipos e instalaciones, se ha considerado una revancha hidráulica del 25%: QPAMo MAX : caudal máximo (l/s) = 1875 (máximo para diseño hidráulico)
.. Producción de lodos Los lodos generados por el tratamiento incluyen el precipitado de hidróxido férrico y molibdeno, que se forma por la inyección del coagulante férrico, y los sólidos suspendidos presentes en el efluente del tranque.
Cálculo de la masa de precipitado MoENT: concentración de molibdeno en el agua cruda = 5 mg/l Fe3+/Mo : relación de hierro a molibdeno dosificada (P/P) = 10 MP: masa de precipitados de hidróxido férrico en el agua coagulada (kg/d) Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
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⎛ MoENT x Fe 3+ /Mo × PMFe(OH)3 ⎞ MP = Q PAMo × 86,4 × ⎜ + MoENT ⎟ ⎜ ⎟ PA Fe ⎝ ⎠ ⎛ 5 x 10 × 107 ⎞ + 5 ⎟ ≈ 12820 57 ⎝ ⎠
MP = 1500 × 86,4 × ⎜
Cálculo de la masa de sólidos alimentada a los clarificadores
G: masa de sólidos en suspensión (kg/d) = Q PAMo x 86,4 x SST x 10 -6 = 2592 ML: masa total de sólidos que ingresa en los clarificadores (kg/d)
ML = MP + G = 12820 + 2592 ≈ 15400
Si se toman en consideración los retornos a la cabecera de la PAMo, la masa total de sólidos ML resulta de 16 toneladas.
%Mo: contenido de molibdeno en los lodos (%)
%Mo =
Mo × 10 -3 × Q PAMo × 86,4 ML
=
5 × 10 −3 × 1500 × 3,6 15412
= 4,2%
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Cálculo de la masa de lodos a filtrado
Para una concentración de molibdeno en el efluente del tranque de 5 mg/l, la eficiencia del proceso es del 90%.
Elim. Mo (%) = 90 P: producción de lodos secos (kg/d)
P=
Q PAMo × 86,4 × Mo × 10 -3 × elim. Mo %Mo
=
1500 × 86,4 × 5 × 10 -3 × 90 4,2
= 13885
Considerando los retornos a cabeza provenientes del tratamiento de lodos, la producción de lodos final (P) es de 14465 kg/d.
Cálculo de la masa de lodos deshidratados Los filtros de lodos propuestos permiten alcanzar los siguientes rendimientos: S: sequedad final de lodos (%) = 20 T: tasa de captura de sólidos (%) = 95 PLD: masa de lodos secos deshidratados (kg/d) PLD =
P×T 100
=
14465 × 96 100
≈ 13800
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VLD: volumen diario de lodos deshidratados (m 3/d)
VLD =
PLD × 100 20 × 1000
=
13800 × 100 ≈ 69 20 × 1000
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A
CÁMARA DE PRECIPITACIÓN .. Dimensiones La base para el dimensionamiento de la cámara de precipitación es el tiempo de permanencia requerido para completar la reacción. TPPP: tiempo de permanencia en cámara de precipitación (minutos) = 2,5 QPAMo: Caudal PAMo (l/s) = 1500 VPP: volumen cámara de precipitación (m 3)
VPP =
Q PAMo × TPP × 60 1000
=
1500 × 2,5 × 60 = 225 m 3 1000
Se adopta una cámara de 5,65 m x 8 m x 5,07 m de altura de líquido, es decir que el volumen útil es de 230 m3.
.. Sistema de agitación Para asegurar las condiciones de mezcla necesarias para la precipitación, el gradiente de mezcla adoptado no debe ser inferior a 250 s -1. La potencia disipada por el sistema de agitación se calcula por medio de la siguiente expresión: Peje: potencia disipada = G 2 × υ × VPP = 250 2 × 1,14 × 10 −3 × 230 = 16387 W Donde:
G: gradiente de mezcla (s -1) = 250 viscosidad dinámica del agua = 1,14x10
-3
@15°C
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A
VPP: volumen cámara de precipitación (m 3)
En consecuencia, se adoptan dos agitadores de tipo turbina radial, de eje vertical, de 11 kW de potencia nominal y 9,5 kW de potencia absorbida en el eje, lo cual permite contar con un margen de seguridad del 10%.
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A
CLARIFICADOR DENSADEG
El proyecto considera 3 líneas independientes para la separación sólido-líquido. Así, el caudal de alimentación de cada línea resulta: Q A: caudal de alimentación (l/s) =
Q PAMo 3
=
1500 = 500 3
En el esquema siguiente se muestran los componentes principales del clarificador Densadeg, cuyo cálculo se detalla posteriormente.
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A
..Reactor agitado La base de dimensionamiento es el tiempo de permanencia. TPR1: tiempo de permanencia en reactor agitado (minutos) = 10 Q A: Caudal unitario (l/s) = 500
VR1: volumen de reactor agitado (m 3) =
Q A × TPR1 × 60 1000
=
500 × 10 × 60 = 300 m 3 1000
Las dimensiones del reactor son 6,8 m x 8 m x 6,5m de altura de líquido, es decir que el volumen útil es de 353 m3, correspondiendo a un tiempo de permanencia de 11,7 minutos.
.. Turbina de reacción Para el cálculo de la potencia máxima a disipar se utiliza la siguiente expresión: Peje: potencia disipada = PU × Q A × 3,6 = 3 × 500 × 3,6 = 5400W Donde: PU: energía a disipar en el reactor agitado por unidad de caudal de (Wh/m 3) = 3
El equipo seleccionado tiene una potencia nominal de 11 kW, por lo cual se cuenta con un margen de seguridad del 100%. Está equipado con un variador de velocidad que permite ajustar la potencia disipada al caudal de ingreso.
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.. Reactor de flujo pistón Para el reactor de floculación lenta, se considera un tiempo de permanencia mínimo de 4 minutos. TPR2: tiempo de permanencia en reactor de flujo pistón (minutos) = 4
VR2: volumen reactor pistón (m 3) =
Q A × 4 × 60 1000
=
500 × 4 × 60 = 120 m 3 1000
Las dimensiones del reactor son 1,95m x 13,8 m x 6,5m de altura de líquido, es decir que el volumen útil es de 175 m3, correspondiendo a un tiempo de permanencia de 5,8 minutos.
.. Velocidad de transferencia desde el reactor agitado hacia el reactor de flujo pistón. La sección del orificio que vincula ambos reactores está calculada a través de la siguiente expresión, con el fin de que la velocidad resultante no destruya los flocs ya formados. S1: sección de pasaje (m 2) = 0,17 x SR1 = 0,17 x 54= 9,2 Donde SR1: sección del reactor agitado (m 2)=
VR1 h líq
=
353 = 54 6,5
Se adopta una abertura de 1,35 m de altura y 8 m de ancho.
Luego, VR1: velocidad de transferencia (m/h)
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A
v R1 =
Q A × 3,6 1,35 × 8
=
500 × 3,6 = 166 1,35 × 8
La velocidad de transferencia entre el reactor agitado y el reactor de flujo pistón resulta inferior a 200 m/h, que es el máximo recomendado para conservar la integridad de los flocs.
.. Velocidad de transferencia desde el reactor de flujo pistón hacia la zona de decantación
La velocidad del flujo en la sección de pasaje debe ser inferior a 120 m/h S2: sección de pasaje del reactor pistón (m 2) =
Q A × 3,6 500 × 3,6 = = 15 VP 120
Se fija una altura de líquido de 1,1m y un ancho de 13,8m.
VR2: velocidad de transferencia (m/h) v R1 =
Q A × 3,6 500 × 3,6 = = 118 m/h 1,1× 13,8 1,1× 13,8
La velocidad de transferencia es menor al máximo aconsejado para conservar la calidad de los flocs formados.
.. Zona de decantación Debido a la concentración de sólidos a la que opera el decantador Densadeg, el proceso se lleva a cabo en la zona de decantación frenada o decantación en Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
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flujo pistón. Según la teoría de Kynch, que brinda el marco teórico para este proceso, la velocidad de decantación en estas condiciones depende de la concentración de sólidos. Así, cuando la concentración de sólidos aumenta, la velocidad de decantación disminuye. Para una concentración de sólidos inicial determinada, la cantidad de sólidos capaz de atravesar la sección de un decantador es proporcional a la velocidad de decantación. En el caso de decantación en pistón, esto ocurre hasta alcanzar un punto límite, más allá del cual no es posible aumentar el flujo de sólidos, ya que se ha alcanzado el flujo másico límite. El dimensionamiento del clarificador Densadeg se basa en la determinación del flujo másico límite, obtenido mediante la determinación experimental de las curvas de decantación para distintas concentraciones de sólidos. Estas curvas, denominadas curvas de Kynch, fueron obtenidas en laboratorio a partir de muestras de agua del tranque acondicionadas químicamente con los mismos productos y dosis previstos en el proyecto. Los parámetros de diseño que surgen de las experiencias son los siguientes:
FM*: flujo másico límite (kg/m 2/h) = 7,5 Cf: concentración de SST en el reactor (g/l) = 0,5
Luego, la superficie mínima requerida en la zona de decantación se calcula a partir de la siguiente expresión:
SDMIN: superficie de decantación mínima (m 2)
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SDMIN =
Cf × QA × 3,6 × 1,04 0,5 × 500 × 3,6 × 1,04 = = 124,8 FM * 7,5
Se han propuesto 3 decantadores de 190 m2 de superficie de decantación, de sección cuadrada y 13,8 m de lado, habiéndose considerado un margen de seguridad superior al 50%.
En la parte superior de la zona de decantación se encuentran la zona de decantación laminar, el sistema de colección de agua decantada y la zona de alimentación o de predecantación, cuyas secciones se calculan a continuación.
.. Zona de decantación laminar SL: superficie de la zona de decantación laminar (m 2) ≤
SD 190 = = 118,75 1,6 1,6
Consecuentemente, se adopta una zona de decantación laminar con una superficie de 118 m2, conformados por tubos hexagonales de 50mm de diámetro hidráulico.
Dh: diámetro hidráulico (mm) = 50
Re =
V × Dh υ
=
Q A × Dh S D × υ × 10 6
=
500 × 50 118 × 1,14 × 10 −6 × 10 6
≈ 185
El número de Reynolds calculado para las condiciones de flujo en el interior de los tubos está muy por debajo de 2500. Se verifica, por tanto, que el escurrimiento en los módulos se lleva a cabo en condiciones de flujo laminar, lo cual garantiza una excelente calidad del agua clarificada. Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
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.. Recolección del agua tratada El agua decantada es recogida en canaletas que vierten en un canal central de sección rectangular de 1,40 m de ancho y 10,2 m de longitud. El número de canaletas para la recolección del agua tratada se calcula a partir de la siguiente expresión:
N: número de canaletas = Donde:
LL 1,5
=
10,2 = 6,8 1,5
LL: longitud de la zona laminar (m)
En consecuencia se adoptan 7 canaletas a ambos lados del canal central, es decir que cada decantador está equipado con 14 canaletas. qC: caudal máximo en canaleta recolección (m 3/h)
qC =
QA × 3,6 500 × 3,6 = = 128,5 n 14
Se adoptan canaletas de 0,45 x 0.45 m de sección, con una revancha hidráulica de 25 cm. La altura del líquido en el interior de las canaletas es de 20 cm.
vC: velocidad máxima en canaleta recolección (m/s)
vC =
qC ancho × hliq × 3600
=
128,5 ≈ 0,4 0,45 × 0,20 × 3600 Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
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La cantidad y sección de las canaletas adoptadas permite el escurrimiento a una velocidad muy por debajo del máximo recomendado de 0,6 m/s, con una considerable revancha hidráulica de 25 cm.
.. Velocidad en la zona de predecantación La zona de predecantación de los clarificadores adoptados tiene una sección de 13,8m x 3,6m, es decir aproximadamente 50 m 2.
SDD: superficie de predecantación (m 2) = 50 UDD: velocidad en la zona de predecantación (m/h)
UDD =
Q A × 3,6 SDD
=
500 × 3,6 = 36 50
De aquí se concluye que la velocidad descendente en la zona de predecantación resulta en un valor conservativo frente al máximo de 80 m/h, asegurando que los flóculos que ingresarán en la zona de decantación en perfectas condiciones.
.. Altura del decantador (m)
La altura total de líquido en el decantador comprende la suma de varias alturas parciales, tal como se detallan a continuación:
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Canaleta de recolección
0,45
Pantalla bajo canaletas
0,23
Módulos laminares
0,65
Sifoide de alimentación
0,5
Flujo de alimenación bajo el sifoide
1,20
Zona de interfase
0,50
Manto de lodos
2,37
Zona de espesamiento
0,35
Flujo de recirculación
0,25
Altura total de líquido
6,50
Se adopta una altura total de 6,70 metros, dejando una revancha hidráulica de 20 cm.
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.. Recirculación y extracción de lodos El caudal de la recirculación de lodos se calcula para un máximo del 4% del caudal de alimentación.
Qr: caudal de recirculación (m3/h) = 0,04 x Q A x 3,6 = 0,04 x 500 x 3,6 = 72
Se adoptan 3 bombas (2+1) de 100 m3/h de capacidad unitaria, de velocidad variable, que permitirán efectuar la recirculación y la extracción de lodos, quedando una unidad como reserva común.
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A
CÁMARA DE NEUTRALIZACIÓN .. Dimensiones La base para el dimensionamiento de la cámara de neutralización es el tiempo de permanencia requerido para completar la reacción. TPN: tiempo de permanencia en cámara de neutralización (minutos) = 2,5 QPAMo: Caudal PAMo (l/s) = 1500 VN: volumen cámara de neutralización (m 3)
VN =
Q PAMo × TN × 60 1000
=
1500 × 2,5 × 60 = 225 m 3 1000
Se adopta una cámara de 85 m2 de sección y 3,78 metros de altura de líquido, es decir que el volumen útil es de 322 m3, equivalente a un tiempo de retención de 3,5 minutos a caudal máximo.
.. Sistema de agitación Para asegurar las condiciones de mezcla necesarias para la neutralización, el gradiente de mezcla adoptado no debe ser inferior a 150 s -1. La potencia disipada por el sistema de agitación se calcula por medio de la siguiente expresión: Peje: potencia disipada = G 2 × µ × VN = 150 2 × 1,14 × 10 −3 × 322 = 8259 W Donde:
G: gradiente de mezcla (s -1) = 150 viscosidad dinámica del agua (Pa s)= 1,14x10
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-3
@15°C
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VN: volumen cámara de neutralización (m 3) = 322
En consecuencia, se adopta un agitador de tipo turbina radial, de eje vertical, de 11 kW de potencia nominal y 9,5 kW de potencia absorbida máxima, lo cual supone un margen de seguridad del 15%.
Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
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A
TRATAMIENTO DE LODOS ..
Almacenamiento de lodos (estanque de cabeza)
T: autonomía de almacenamiento (horas) = 12 P: producción de lodos secos (kg/d) = 14465 (producción máxima) CL: concentración de lodos (kg/m 3) = 30 VL: volumen diario de lodos (m 3) =
P 14465 = = 482 m3 CL 30
VR: volumen de almacenamiento requerido =
VL × T 24
=
482 × 12 = 241 m3 24
Se adopta un estanque circular con fondo cónico de 9 metros de diámetro y 4 metros de altura cilíndrica, es decir 255 m3 de volumen útil, equivalente a 12,8 horas de autonomía en condiciones máximas de producción de lodos. ..
Filtrado de lodos
Para el filtrado de lodos se adoptan dos unidades tipo centrífugas, cada una para el 50% de la producción de lodos máxima total, que funcionarán en modo contínuo. CM: carga másica requerida (kgMS/h) =
P 14465 = ≈ 300 24 × n 24 × 2
Se adoptan dos centrífugas de 330 kgMS/h de capacidad, que permiten contar con un margen de seguridad del 10% respecto de la producción de lodos máxima.
Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
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A
CL: concentración de lodos (kg/m 3) = 30 QL: caudal alimentación de lodos (m 3/h) =
P 14465 = ≈ 10 24 × n × 30 24 × 2 × 30
Se han seleccionado 3 bombas (2+1) de 20 m3/h de capacidad, que implican un margen de seguridad del 100%. La capacidad hidráulica de las centrífugas adoptadas es de 20 m3/h, de donde resulta un margen de seguridad hidráulico del 100%. Seq: Sequedad final de los lodos deshidratados (%): 20 TC: Tasa de captura de sólidos (%): 95 MLD: Producción de lodos secos (kg/h) =
P × TC 14465 × 95 = ≈ 570 24 × 100 24 × 100
VLD: Volumen diario lodos deshidratados (m 3)
VLD =
..
MLD × 24 × 100 570 × 24 × 100 = = 68,4 m3 Seq × 1000 20 × 1000
Dosificación de polímero
La solución de polielectrolito se preparará a partir de producto en polvo. Cada centrífuga contará con su propia bomba dosificadora. CSN : concentración de la solución madre (g/l) = 3 DMAX : dosis máxima (kg/tonMS) = 8 n: número de líneas = 2 QSC : Caudal unitario de solución madre (m3/h) Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
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Q SC =
P × DMA X 24 × n × C SN × 1000
=
14465 × 8 = 0,8m 3 /h 24 × 2 × 3 × 1000
Se adoptan 3 bombas (2+1) de 1,2 m3/h de capacidad, con un margen de seguridad del 50%.
.. Unidad de preparación automática T : tiempo mínimo de preparación y maduración: 1,5 horas V: volumen tanque preparación (m 3) V = Q SC × n × T = 0,8 × 2 × 1,5 = 2,4m 3
Se adoptan una unidad de 4m3 de volumen útil, equivalentes a un tiempo de maduración de 2,5 horas. D: dosis media de polímero (kg/tonMS) = 7 M: Consumo de producto en polvo (kg/d) M = D × P × 10 −3 = 7 × 14465 × 10 −3 ≈ 100kg/d
.. Almacenamiento polímero en polvo T: autonomía (días) = 30 M ALM : masa de polímero en stock (kg) = T x P = 30 x 90 = 2700 kg SESP : superficie específica para almacenamiento (m 2/ton) = 1,45
S REQ : superficie total requerida (m 2 ) =
M ALM S ESP × 1000
=
2700 = 1,9m 2 1,45 × 1000
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Finalmente se ha adoptado un espacio de 6 m2, suficiente para almacenar 4 toneladas de polímero, lo cual equivale a una autonomía de 44 días.
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A
DISPOSICIÓN DE LODOS DESHIDRATADOS .. Los
Bomba de lodos deshidratados lodos
deshidratados
serán
bombeados
a
las
lagunas
de
almacenamiento mediante una bomba de cavidad progresiva .
QL: caudal de lodos deshidratados (m3/h)
QL =
VLD 24
=
68,4 = 2,85m 3 /h 24
Se adopta una bomba de 5 m3/h de capacidad máxima, con un factor de seguridad de 1,75. Para el almacenamiento de los lodos, se han adoptado dos lagunas de 11000 m3 de volumen útil, de acuerdo a lo solicitado en las Respuestas a la 4° Ronda de Consultas.
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REACTIVOS QUÍMICOS
.. Coagulante férrico Se analizan a continuación los requerimientos para el agregado de cloruro férrico y sulfato férrico. El dimensionamiento y selección de equipos se basa en aquel que presente las condiciones más desfavorables.
Cloruro férrico CSN : Concentración producto comercial (P/P) : = 42% Densidad relativa:
= 1,45
PM : Peso molecular (g/mol) = 162 PA : Peso atómico hierro (g/mol) = 57 CFe3+ : Concentración ión férrico (g/l)
CFe3+ =
C SN × PA × δ × 1000 100 × PM
=
42 × 57 × 1,45 × 1000 = 214 100 × 162
Relación Fe 3+/Mo = 10 QPAMo: Caudal máximo de alimentación PAMo : Q (l/s) = 1500 Concentración máxima de molibdeno en el agua cruda : Mo ent = 5 mg/l Qc: Caudal solución concentrada (m 3/h)
Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
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A
Qc =
Q × 3,6 × Fe 3+ /Mo × Mo ent × 10 −3 CFe3 +
1500 × 3,6 × 10 × 5 × 10 −3 = = 1,26m 3 /h 214
Sulfato férrico CSN : Concentración producto comercial (P/P) : = 42% Densidad relativa:
= 1,56
CFe3+ : Concentración ión férrico (g/l) = 225,5 Relación Fe 3+/Mo = 10 QPAMo: Caudal máximo de alimentación PAMo : Q (l/s) = 1500 Moent : Concentración máxima de molibdeno en el agua cruda = 5 mg/l Qc: Caudal solución concentrada (m 3/h)
Qc =
Q × 3,6 × Fe 3+ /Mo × Mo ent × 10 −3 C Fe3 +
1500 × 3,6 × 10 × 5 × 10 −3 = = 1,2m 3 /h 225,5
Se adoptan 2 (1+1) bombas dosificadoras de 1,5 m 3/h de capacidad.
Fe 3+ /Mo =
Qc × CFe3 + Q × 3,6 × Mo ent × 10 −3 CFe3 +
=
1,5 × 214 1500 × 3,6 × 5 × 10 −3
≈ 12
las bombas seleccionadas permiten entregar una dosis de coagulante equivalente a una relación Fe3+/Mo igual a 12, calculada para el Es decir que
caso del reactivo más desfavorable en términos de concentración de ión férrico (cloruro férrico).
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A
.. Almacenamiento de coagulante Se adoptan dos estanques de 300 m3 de capacidad unitaria, valor superior a los 280 m3 solicitados en las Respuestas a la 4° Ronda de Consultas. Las dimensiones interiores son 6 x 10,90 x 4,60m de altura de líquido. T: autonomía (días) =
V Qc × 24
=
300 = 10,4 1,2 × 24
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.. Ácido sulfúrico El ácido sulfúrico se podrá utilizar ya sea para la neutralización final del efluente o para el ajuste de pH de precipitación. Para el dimensionamiento de las bombas de dosificación se ha considerado la siguiente condición de funcionamiento como la más desfavorable: -
Efluente con concentración de Mo menor a 1,6 mg/l.
-
pH alcalino
-
Caudal efluente del tranque: 9000 l/s
En estas condiciones, se asume que la dosis de ácido sulfúrico requerida será de 20 mg/l, que corresponde al valor superior del rango informado por la DET en las Respuestas a la 1° Ronda de Consultas.
CSN : Concentración producto comercial (P/P) = 98% Densidad relativa:
= 1,84
@ 15°C
CH2SO4: Concentración de la solución de H 2SO4 (g/l) = 1804
@15°C y 98 %P/P
QT : Caudal del tranque (l/s) = 9000 DH2SO4 : Dosis H 2SO4 (mg/l) = 20 Qc: Caudal solución concentrada (l/h)
Qc =
Q T × 3,6 × DH2SO 4 C SN
=
9000 × 3,6 × 20 ≈ 360l/h 1804
Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
Rev.
A
Se han adoptado 3 bombas (2 + 1 de reserva instalada) de 220 l/h de capacidad, lo cual representa un margen de seguridad de 1,2.
.. Almacenamiento de ácido sulfúrico De acuerdo a lo solicitado en las Respuestas a la 4° Ronda de Consultas, se adopta un tanque cilíndrico de 50 m3 de volumen útil, de 3,80 m de diámetro y 4,50 m de altura cilíndrica total.
.. Soda cáustica La soda cáustica se podrá utilizar ya sea para la neutralización final del efluente o para el ajuste de pH de coagulación. Para el dimensionamiento de las bombas de dosificación se ha considerado la siguiente condición de funcionamiento como la más desfavorable: -
Efluente del tranque con concentración de Mo mayor a 1,6 mg/l (PAMo en operación)
-
pH : 7
-
Caudal PAMo: 1500 l/s
En estas condiciones, se asume que la dosis de soda cáustica requerida será de 40 mg/l, de los cuales 20 mg/l se dosificarán para el ajuste de pH de coagulación y los restantes para la neutralización final.
CSN : Concentración producto comercial (P/P): = 50% Densidad relativa:
= 1,51
@ 15°C
CNaOH: Concentración de la solución de NaOH (g/l) = 760
@ 15°C y 50%P/P
Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
Rev.
A
QPAMo: Caudal máximo de alimentación PAMo : Q (l/s) = 1500 DNaOH: Dosis NaOH (mg/l) = 40 Qc: Caudal solución concentrada (l/h)
Qc =
Q PAMo × 3,6 × D NaOH C SN
=
1500 × 3,6 × 40 760
≈ 280l/h
Se han adoptado 3 bombas (2+1) de 160 l/h cada una, que suponen un margen de seguridad del 15%.
.. Almacenamiento de soda cáustica De acuerdo a lo solicitado en las Respuestas a la 4° Ronda de Consultas, se adopta un tanque cilíndrico de 30 m3 de volumen útil, de 3,80 m de diámetro y 3 m de altura cilíndrica total.
Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
Rev.
A
.. Polielectrolito para clarificación La solución de polielectrolito se preparará a partir de producto en polvo suministrado en bolsones (big-bag) de 500 o 1000 kg. Cada clarificador contará con su propia bomba dosificadora.
CSN : concentración de la solución madre (g/l) = 3 D : dosis (mg/l) = 3 QPAMo: Caudal máximo de alimentación PAMo : Q (l/s) = 1500 n: número de líneas = 3 QSC : Caudal unitario de solución madre (m3/h)
Qsc =
Q × 3,6 × DMA X × 10 −3 n × C SN
1500 × 3,6 × 3 × 10 −3 = = 1,8m 3 /h 3×3
Se adoptan 4 bombas (3+1) de 1,8 m3/h de capacidad.
.. Unidad de preparación automática T : tiempo de preparación y maduración : 1,5 horas V: volumen tanque preparación (m 3)
V = Q SC × n × T = 1,2 × 3 × 1,5 = 5,4m 3
Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
Rev.
A
Se adoptan 2 unidades (1+1) de 7,5 m3 de volumen útil
MPOL: Consumo de producto en polvo (kg/d) MPOL = D × Q × 86,4 × 10 −3 = 2 × 1500 × 86,4 × 10 −3 ≈ 260kg/d
.. Almacenamiento polímero en polvo T: autonomía (días) = 30 M ALM : masa de polímero en stock (kg) = T x M POL = 30 x 260 = 7800 kg SESP : superficie específica para almacenamiento (m 2/ton) = 1,45 S REQ (m2) : superficie total requerida =
M ALM S ESP × 1000
=
7800 1,45 × 1000
= 5,4m 2
Finalmente se han adoptado dos espacios de 7,5 m2 cada uno, contiguos a los tanques de preparación de polímero, que permitirán almacenar 10 toneladas de polímero, equivalentes a una autonomía de 38 días.
Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
Rev.
A
AGUA DE SERVICIO El cálculo de consumo de agua de servicio tiene en cuenta el consumo para la preparación y dilución de reactivos y el lavado de las centrífugas de filtrado de lodos. Se detalla a continuación el cálculo para consumos máximos y medios.
.. Dilución de coagulante Condición máxima QCMAX: caudal máximo de solución concentrada (m3/h) = 1,5 CSN : concentración producto comercial (P/P) : = 42% C:
densidad relativa de la solución concentrada (kg/l) = 1,45
CSD: concentración de solución diluida (P/P) = 5% D:
densidad relativa de la solución diluida (kg/l) = 1
QDMAX: caudal máximo de solución diluida (m 3/h)
Q D MAX =
Q C × δ C × C SN δ CD × C SD
=
1,5 × 1,45 × 42 1× 5
= 18,3m 3 /h
QAI1MAX: caudal agua dilución de coagulante (m3/h) = QD – Q C = 18,3 – 1,5 = 16,8
Condición media Relación Fe 3+/Mo = 10 QPAMo: Caudal máximo de alimentación PAMo : Q (l/s) = 1500 Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
Rev.
A
Concentración máxima de molibdeno en el agua cruda : Mo ent = 5 mg/l QCMAX: caudal medio de solución concentrada (m3/h) = 1,2 QDMEDIO: caudal medio de solución diluida (m 3/h)
Q D MAX =
Q C × δ C × C SN δ CD × C SD
=
1,2 × 1,45 × 42 1× 5
= 14,6m 3 /h
QAI1MEDIO: caudal agua dilución de coagulante (m3/h) = QD – QC = 14,6 – 1,2 = 13,4
.. Dilución de ácido sulfúrico QC: caudal máximo de ácido concentrado (l/h) = 440 CSN : concentración producto comercial (P/P) : = 98% C:
densidad relativa de la solución concentrada (kg/l) = 1,84
CSD: concentración de solución diluida (P/P) = 10% D:
densidad relativa de la solución diluida (kg/l) = 1,01
QDMAX: caudal máximo de solución diluida (m 3/h)
Q DMAX =
Q C × δ C × C SN δ CD × C SD × 1000
=
440 × 1,84 × 98 1,01× 10 × 1000
= 7,8
Q AI2: caudal agua de dilución de ácido (m 3/h)
Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
Rev.
A
Q AI2 = Q D −
Q SN 1000
= 7,8 −
440 = 7,36 1000
.. Dilución de soda cáustica Condición máxima QC: caudal máximo de ácido concentrado (l/h) = 320 CSN : concentración producto comercial (P/P): = 50% C:
densidad relativa de la solución concentrada (kg/l) = 1,51
CSD: concentración de solución diluida (P/P) = 10% D:
densidad relativa de la solución diluida (kg/l) = 1,01
QDMAX: caudal máximo de solución diluida (m 3/h)
Q D MAX =
Q C × δ C × C SN δ CD × C SD × 1000
=
320 × 1,51× 50 1,01× 10 × 1000
= 2,4
Q AI3MAX: caudal agua de dilución de soda (m 3/h)
Q AI3MAX = Q D −
Q SN 1000
= 2,4 −
320 =2 1000
Condición media DosisNaOH (mg/l) = 40 QPAMo: Caudal máximo de alimentación PAMo : Q (l/s) = 1500 Concentración máxima de molibdeno en el agua cruda : Mo ent = 5 mg/l Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
Rev.
A
QCMEDIO: caudal medio de solución concentrada (l/h) = 280 QDMEDIO: caudal medio de solución diluida (m 3/h)
Q D MED =
Q C × δ C × C SN δ CD × C SD × 1000
=
280 × 1,51× 50 = 2,1 1,01× 10 × 1000
QAI3MEDIO: caudal agua dilución de soda (m3/h) = QD – QC = 2,1 – 0,28 = 1,8
.. Dilución y preparación de polielectrolito para clarificación
Condición máxima QC: caudal máximo de solución madre (m 3/h) = 5,4 CSN : concentración de la solución madre (g/l) : = 3 C:
densidad relativa de la solución concentrada (kg/l) = 1
CSD: concentración de solución diluida (g/l) = 1 D:
densidad relativa de la solución diluida (kg/l) = 1
QDMAX: caudal máximo de solución diluida (m3/h)
Q D MAX =
Q C × δ C × C SN δ CD × C SD
=
5,4 × 1× 3 = 16,2 1× 1
Q AI4MAX: caudal agua de dilución de polielectrolito para clarificación (m 3/h) Q AI4 MAX = Q D − Q SN = 16,2 − 5,4 = 10,8
Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
Rev.
A
Q AI5 MAX: caudal agua de preparación de polielectrolito para clarificación (m 3/h) Q AI5 MAX = QSN = 5,4 Condición media QC: caudal medio de solución madre (m 3/h) = 3,6 Dosis (mg/l) = 2 QPAMo: Caudal máximo de alimentación PAMo : Q (l/s) = 1500 QDMEDIO: caudal medio de solución diluida (m 3/h)
Q D MEDIO =
Q CMEDIO × δ C × C SN δ CD × C SD
=
3,6 × 1× 3 1× 1
= 10,8
Q AI4: caudal agua de dilución de polielectrolito para clarificación (m 3/h) Q AI4 MEDIO = Q D − Q SN = 10,8 − 3,6 = 7,2
Q AI5: caudal agua de preparación de polielectrolito para clarificación (m 3/h) Q AI5 MEDIO = QSN = 3,6
.. Dilución y preparación de polielectrolito para filtrado de lodos
Condición máxima QC: caudal máximo de solución madre (m 3/h) = 2,4 CSN : concentración de la solución madre (g/l) : = 3 C:
densidad relativa de la solución concentrada (kg/l) = 1 Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
Rev.
A
CSD: concentración de solución diluida (g/l) = 1 D:
densidad relativa de la solución diluida (kg/l) = 1
QD: caudal máximo de solución diluida (m3/h)
QD =
Q C × δ C × C SN δ CD × C SD
=
2,4 × 1× 3 1× 1
= 8,6
Q AI6: caudal agua de dilución de polielectrolito para clarificación (m 3/h) Q AI6 = Q D − Q SN = 8,6 − 2,4 = 6,2
Q AI7: caudal agua de preparación de polielectrolito para clarificación (m 3/h) Q AI7 = QSN = 2,4 Condición media QC MEDIO: caudal medio de solución madre (m 3/h) = 1,4 Dosis (kg/ton) = 7 QDMEDIO: caudal medio de solución diluida (m 3/h)
Q D MEDIO =
Q CMEDIO × δ C × C SN δ CD × C SD
=
1,4 × 1× 3 = 4,2 1× 1
Q AI4 MEDIO: caudal agua de dilución de polielectrolito para clarificación (m 3/h) Q AI6 MEDIO = Q D − Q SN = 4,2 − 1,4 = 2,8 Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
Rev.
A
Q AI7 MEDIO: caudal agua de preparación de polielectrolito para clarificación (m 3/h) Q AI7 MEDIO = QSN = 1,4
.. Lavado de centrífugas QLC: caudal unitario de lavado de centrífugas (m 3/h) = 10 Q AI8: caudal de lavado de centrífugas (m 3/h) = 10
Tabla resumen: consumos máximos y promedio de agua industrial (m3/h) Descripción
Máximo
Medio
Q AI1
Dilución coagulante
16,8
13,4
Q AI2
Dilución ácido
7,4 (*)
-
Q AI3
Dilución soda
2
1,8
Q AI4
Dilución polielectrolito clarificación
10,8
7,2
Q AI5
Preparación polielectrolito clarificación
5,4
3,6
Q AI6
Dilución polielectrolito lodos
6,2
4,2
Q AI7
Preparación polielectrolito lodos
2,4
1,4
Q AI8
Lavado centrífugas
10
.. Bombas de agua industrial Para el cálculo del consumo máximo de agua industrial, se consideran los siguientes consumos máximos simultáneos: dilución de coagulante, dilución de Referencia: ________ Documento No. 1107-MCA-IP-001
Rev.
A