PROBLEMAS EN LA PLANTA PLANTA DE REFINACION DEL COBRE
1. Una refinería electrolítica de cobre usa una densidad densidad de corriente de 172.24 A/m2. Cada tanque contiene 30 ánodos y 31 cátodos. El área inmersa de cada cátodo (un lado es de 0.9398 por 0.9652 metros. El voltaje por tanque tanque es de de 0.25 voltios voltios (sistema múltiple). El espesor de los ánodos iniciales es de 3.3cm, la eficiencia del amperaje de deposición es del 95%. La planta entera contiene 1600 tanques en operación. La resistividad del electrolito a la temperatura usada es de 1.65ohms/cm3. Los ánodos son retirados para fundirse con un espesor de 0.254cm. La distancia entre ánodo y cátodo es de 5.08cm.
Se Pide: 1. Los amperios por tanque tanque y la potencia en Kw requerida para operar los tanques. 2. La proporción de esta potencia potencia convertida convertida en calor calor en el electrolito. 3. La producción producción total de la planta, por día, en kilogramos. kilogramos. 4. El aumento en el espesor del cátodo por día.
SOLUCION 1.1 Cálculo de la intensidad
I
I
I
(# decatodos 1) x2 D.C
(31 1) x2 x172 .24
A
9374 .3
m
2
x0.9398 mx 0.9652 m
amperios tan que
1
1.2 Cálculo de la potencia: E= 0.25 Voltios/tanque W=0.25voltios/tanquex9374.3aamperios/tanque W=2343.5watts= 2.34 Kw/tanque W=2.34 Kw/tanquex1600tanques Potencia= 3744 Kw/planta
2.1 cálculo de la Resistencia Tenemos que: r= 1.65ohms/cm3. Y L =5.08cm Luego
R
R
1.65ohm
cm 2
x
5.08cm
cm 10000cm 2 0.0008382ohms
2.2 Cálculo del voltaje óhmico: E=IxR
E 172.24
E
amp 2
x0.0008382
m 0.144voltios
2.3 Cálculo de la potencia convertida en calor a partir del voltaje óhmico: W=IxE W=9374.3 amp/tanquex0.144 voltios/tanque W=1350watts W=1.35Kw/tanque W=1.35Kw/tanquex1600tanques/planta W= 2160Kw/planta.
2
2.4 cálculo de la proporción Si: 3744Kw ---------------- 100% 2160Kw------------------ X X = Porcentaje convertido en calor = 57.7% 3 Cálculo de la Producción:
9374.3amp
Pr
x31.77 x24 x0.95
Pr
Pr
253.4 Kg / celda / celdax1600celdas
Pr
405440 Kg / día
26.8 253389 grs / celdas / día
253.4 Kg / celdaxdía
4 Cálculo del aumento de espesor
e
8446 gr / cátado gr 2 8.94 x 9070 . 95 cm 3 cm
Aumento de espesor por día = 0.10415 cm
3
2. Se quiere diseñar una planta de refinación electrolítica de cobre, teniendo como base variables determinadas como pruebas de laboratorio. Se dispone de tanques que miden 480cms de largo, por 120cms de ancho y 127cms de profundidad. Los tanques deben ser distribuidos en tres bloques, cada uno del cual está conectado a una moto generadora que proporciona 17200 amperios por circuito. La densidad de corriente reportada es de 200amp/m 2. El voltaje por tanque es de 0.296 voltios, del cual el 80% es usado para vencer la resistencia del electrolito. Se usa el sistema múltiple. La chatarra de ánodos es de 15%. Los que el peso de la placa inicial es de 6Kg. Los ánodos miden 98cm por 96cm y con un espesor de 4.3cm. Considere una capacidad de planta de 12500 TM por mes, la eficiencia de la corriente es del 90%
Se pide lo Siguiente: 1. El número de placas por tanque y el número de tanques necesarios para mantener la producción. 2. La intensidad y potencia eléctrica netas requeridas, en la primera por celda y en el segundo caso por planta. 3. El aumento de espesor de cobre por cátodo en 24hrs en pulgadas. SOLUCION
1.1 Cálculo del número de placas por tanque 3.281pies = 1 metro A=1mx1m = 1m2 #cátodos =
4
I
17200amp / tan que
DCxA
200amp / m 2 x1m 2 / cát . x2
43cát / tan que
Entonces #ánodos = 42 por tanque 1.2 cálculo del número de tanques: Calculo de la producción por tanque
Pr
17200 x1.186 x24 x0.9
1000
440.6 Kg / celda / día
Calculo del número de tanques:
Capacidadxdía
12500000
kg / mes
30 día / mes
= 416667Kg/día
# tan ques
416667 Kg / mes
440 .6 Kg / tan que / día
946 tan ques / planta
Para el diseño se toman 2 tanques más o sea 948 tanques.
2.1 Cálculo de la intensidad neta por tanque. I = (43-1) x2x200amp.m2x1m2 I = 16800 amperios/celda Esta es la verdadera intensidad por celda ya que los dos cátodos de los extremos del tanque reciben depósito sobre un solo lado.
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2.2 Cálculo de la potencia eléctrica neta requerida para la planta:
W
16800 x0.296 x948 1000
4714 Kw planta
3. Cálculo del aumento de espesor de cobre por día:
Pr
16800 x1.186 x24 x0.9
1000
Incremento de espesor:
10247.14 gr / cát / día
3
8.94 gr / cm x10000cm
2
0.1146cm
Incremento 0.045 pu lg adas / cátodo
6
430.38kg / celda / día
3. En la planta de electrodeposición de New Cornelia Cooper Company, Ajo, Ariz, se tiene 152 tanques, con 77 cátodos cada uno. Los cátodos miden 42 por 42 pulgadas. La distancia entre la superficie de los ánodos a los cátodos es de 2 pulgadas. En Marzo de 1918, la planta produjo 3152800 libras de cobre, la corriente deposita 0.92libras/Kw-Hr. La resistividad promedio del electrolito es de 5ohm/cm 3. El voltaje por tanque es de 2.08voltios. Asumir que 0.1 voltios son absorbidos por los contactos. La casa de tanques estaba dividida eléctricamente en dos circuitos, cada uno con un generador. Se pide lo siguiente: 1. La densidad de la corriente en amperios/pie2 2. La eficiencia de la corriente. 3. Los amperios y voltaje requerido de cada generador. SOLUCION 1.1 Calculo de la producción por tanque:
Pr
Pr
Pr
3152800libras
marzo x
marzo 31días
101703.22lbs / día / planta 101703.22lbs / día / planta 152
tan ques
planta Pr
669.1 Libras / tan que / día
1.2 Cálculo de los Kilovatios por tanque:
1kw hr 669.1lbs 1día x x 0.92lbs 1día 24hrs
Potencia por tanque
7
Kw/tanque Watts/tanque
=30.3044Kw/tanque = 30303.44 watt/tanque
1.3 Cálculo de los amperios por tanque: W=ExI
I=
W E
, I
30303.44watts
2.08voltios
I 14570 amperios tan que
1.4 Cálculo de la densidad de corriente: Area=1764 pulg2 = 12.25 pie2/cátodo I= (n) 2xAxDC
DC
I
(n)2 xAxDC 14.570amperios
DC
DC
(77)2 x12.25 pies 2 7.72amp / pie
2
2.1. Cálculo del Gasto Práctico (Kw-hr/Kg) Como 0.92 lbs………….1Kw-Hr 1 lbs…………. X
X=1.0869 Kw-Hr/libra
Kw Hr 2.2lbs 1.0869 x 1lbr 1 Kg
G práct
G práct
2.39 Kw Hr / Kgr
2.2 Cálculo de la eficiencia de la corriente:
8
G práct
26.8 xExn
P . AtómxX 26.8 x2.08 x2 73% 63.57 x2.39
3. Los amperios son 14570 amp/generador Calculo del voltaje por generador #tanques 152
152
2
circuitos= 2
76 tan ques / circuitos / generador
voltaje/ circuito / generador 76
tan ques
cir / gen
x2.08
voltios tan que
voltaje/ circuito / generador 158voltios
4. La refinería de cobre da la Great Falls, Mont, tiene 1440 tanques, cada tanque contiene 25 ánodos y 26 cátodos. Los cátodos miden 38x29 pulgadas. La densidad de la corriente es de 27.8amp/pie2 y la eficiencia de la corriente es de 90%. Los tanques están arreglados en 6 circuitos separados, cada uno con un generador que da 1130Kw. Se usa el sistema múltiple. Del voltaje absorbido asumir que el 65% es usado para vencer la resistencia del electrolito y el 35% es perdido por contactos y otras causas. La distancia entre ánodo y cátodo es de 5cm. Se pide trabajar en unidades del sistema internacional: a) La capacidad de la planta en kilogramos por día y toneladas por año.
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b) El incremento de espesor por cátodo por día.
1) Cálculo de la intensidad
( )
* Cálculo de la producción
2) Cálculo del incremento del espesor
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5. La refinería de cobre da la Canadian Cooper RefinersLtda en Montreal East, está diseñada para operar con una densidad de corriente de 17 amp/pie2. Las laminas de arranque son cuadradas, teniendo de lado 37.5 pulg y pesan 11 lbs. Hay 432 tanques usados para la fabricación de cátodos, cada tanque contiene 42 ánodos, separados a 4.5 pulg de centro a centro y 43 cátodos. Asumir que la eficiencia de la corriente es de 94%.Cada ánodo es usado 33 días y dos cátodos son fabricados por cada ánodo. Asumir que cada ánodo se corroe en una razón equivalente al 100% de eficiencia de corriente y que los 9/10 de espesor es disuelto antes del cambio del tanque. El voltaje por tanque es de 212 mv del cual el 65% es requerido para vencer la resistencia del electrolito. Se pide: a) La capacidad anual de la planta (en libras) incluyendo las láminas de arranque, operando 360 días. b) El número de horas requeridas para fabricar una lámina de arranque en la misma densidad y eficiencia de corriente y su espesor en pulgadas.
1) Cálculo de la intensidad
( )
* Cálculo de la producción
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* Cálculo del peso de las láminas de arranque
* Cálculo de la producción total
2) Cálculo del número de horas requeridas para fabricar una lámina de arranque * Cálculo de la intensidad para una lámina
* Cálculo de la producción
* Cálculo del espesor de la lámina de arranque
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