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• Alexander Rommel Puchuri

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Curso de METSIM Ejercicio 01 tambor aglomerador Simular un tambor para Aglomerar 10 t/h de un mineral con una ley 1,5 % de Cu elemental (medido por AA) y el resto sílice como ganga inerte, con 2% de humedad. Se aglomera usando H2SO4 acuoso al 98 % con un flujo inicial de 0.05 m3/h y con un flujo de agua de 0.2 m3/h. La reaccion es CuO (s) + H2SO4(ac) → CuSO4 ( ac) + H2O ( g) , extencion 5%

a) cuánto vapor de agua sale por la línea 4? b) cuantos gpL de Cu salen por la fase liquida de la línea 5 y cuál es la fracción de CuSO4? c) colocar un control PSC en la línea de agua para controlar a 88 % el contenido de sólidos en el tambor, es decir 12 % de humedad. Anotar el nuevo flujo de agua.

Ejercicio 02Simular un proceso de combustión con simulación de masa y energía en estado estacionario a través de la estrategia modular secuencial Ir a parámetros de modelo “heat balance “

clocar nombre al proyecto y activar en opciones de cálculo

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El ejercicio comprende un proceso de combustión con control de temperatura, compuesto por 2 mixers conectados en serie, la mezcla es 20 % CH4, 30 % C2H6 y 50% C3H8, los cuales hacen combustión en presencia de aire seco. Las reacciones son:

EL quemador debe tratar 225.8 m3/h de una mezcla de gases con fracciones 0.2 de CH4 0.3 de C2H6 y 0.5 de C3H8 con aire, la cantidad de aire está entre 0 y 5000 m3/h (el cálculo teórico es de 4170 m3/h por estequiometria) iniciar el cálculo colocando 1000 m3/h a la corriente 2.

Correr la simulación en el mixer 1 y anotar la temperatura de la corriente 3 La corriente 4 es aire de enfriamiento, iniciar con 1 KG /h y en fase gas colocar fracción O2=

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0,21 y N2= 0,79 cambiar el flujo a 10 m3/h, luego a 1000 m3/h y a 1500 m3/h Correr la simulación en el mixer 2 y anotar la temperatura de la corriente 5 en cada caso.

Ejercicio 3quemador de gas natural Ir a parámetros de modelo balance”

colocar nombre y activar en opciones de cálculo “ heat

Los datos de proceso son los siguientes: Corriente 1: gas natural con un flujo de 1000 Kg/h y una composición de 80 % metano CH4 y 30 % etano C2H6 en peso. Corriente 2: aire, con un flujo de 3000 kg/h y una composición de 77% de N2 y 23 % de O2 en peso. T= 30 ᵒC para las dos corrientes. La pérdida de calor del sistema es del 20 % las reacciones químicas son:

a) Correr la simulación y observar la composición de la corriente 3 y su temperatura. b) calcular el exceso de aire que se tiene en el sistema, expresado como porcentaje del oxígeno de salida, respecto al Oxigeno que ingresa. c) Colocar un control FBC para que la reacción ocurra con solo 15 % de exceso de oxígeno ,colocar el control en la línea 2 con valor inicial de 3000 y límites de 0 -10 000 Función a utilizar: C VCWT S flujo másico = peso /tiempo, del componente C en la corriente S

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Ejercicio 4 Reactor de neutralización

Una corriente acida que contiene HCl es neutralizada con NaOH en un reactor Datos de proceso Dos corrientes alimentan a un reactor modelado con una unidad de operación MIX Corriente 1 100 Kg/h de solución al 40 % en peso de NaOH Corriente 2 600 Kg/h de solución al 10 % en peso de HCl La reacción es:

Colocar los 4 componentes en este orden:

Para el cálculo de SG los siguientes datos pueden ser usados

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a) Correr la simulación y observar que queda algo de exceso de HCl , anotar b) Colocar un controlador FBC que monitoree el contenido de HCl en la salida y regule la cantidad de NaOH, el flujo de la corriente 1 de tal forma que no quede más que agua y sal en la salida a pH neutro. Usar la función

c) Correr la simulación y anotar el nuevo flujo de la corriente 1 respecto al inicial de 100 Kg/h y verificar si se logró la completa neutralización de la corriente acida.

Ejercicio 5 Cajón de sumidero con control Un caso en un planta real en que una línea de 50 % de solidos desde el diseño original debe diluirse a 40 % para optimizar el proceso

Datos de proceso El tiempo de residencia es de 30 minutos.

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Corriente 1: Pulpa de arena y agua con un flujo de 1000 TM/hr conteniendo 50 % de sólidos en peso. Corriente 2: agua, estimada con un flujo de 100 TM/hr La adición de agua debe de ser controlada ´para mantener 40 % de sólidos en el sumidero de descarga.

Correr la simulación y observar que la línea 2 se ha ajustado a un nuevo flujo para lograr el 40 % de sólidos deseado en el flujo de salida. Anotar El nuevo tiempo de residencia y considerar que deberá agrandarse o no el cajón para evitar su derrame.

Ejercicio 6 operación unitaria de reactor con reciclado: deshidrogenación del ETANO C 2H6 a etileno C2H4

La deshidrogenacion gaseosa del etano ocurre a 700 grados cent. Con un rate de 50 % de conversión, para incrementar la conversión a 60 % una corriente de reciclado debe ser reinsertada al reactor tal como muestra la figura. Datos de proceso Corriente 1; gas con una composición de 45 % N2, 15 % O2 y 40 % C2H6 en peso es alimentado a un flujo de 1000 Kg /h al reactor. La reacción química en el reactor es:

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La corriente del splitter es fijada como 60 % del producto de regreso al reactor. El reactor es modelado con un MIXER corriente 1 es el alimento del reactor, la salida del reactor la corriente 2 y el reciclo la corriente 4 El producto de reciclado se modela usando SPS final. Colocar en el orden mostrado

4 es la corriente de reciclo y 3 es el producto

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Correr la simulación, la corriente 3 se coloca en 1000 Kg /h y la corriente 4, el reciclo en 1500 y la corriente 2 el producto del mixer, en 2500 Kg /h

El reciclo esta en 60 %, cambiarlo para que la conversión total de etano a etileno sea 80 % Ir a propiedades de splitter y cambiar SPS por SUB , redibujar el flowsheet . Ir a CTL y colocar un control FBC en la corriente 4

a) Calcular la conversión y remanente actual b) repetir el cálculo de conversión y remanente usando el controlador FBC instalado en la corriente 4

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Ejercicio 7 Unidad de separación solido-líquido

Una pulpa formada por arena y agua es espesada a 40 % de sólidos en peso con 100 % de recuperación en un espesador para pulpa. Datos de proceso Corriente 1: Una pulpa conteniendo 100 Kg/h de arena (SiO2) y 1000 Kg/h de agua. Dibujar el flowsheet usando el módulo THK para modelar el espesador, dibujar las líneas de flujo del equipo según se muestra.

Suponer que el 100 % de solidos salen por el U/F con la densidad objetivo de 40 % de solidos a) Notar la cantidad de agua en el O/F. b) Verificar el % de sólidos en el U/F.

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Ejercicio 8 Celda de flotación. La Pirita y calcopirita pueden ser separadas de la ganga por el proceso de flotación.

Datos de las corrientes: Corriente 1: mineral con un flujo de 100 TM/hr al 30 % de sólidos, el ensayo indica que contiene 5% de pirita, 1% de cobre como calcopirita con el remanente de ganga SiO2. Corriente 2: Reactivos, que son agregados como agua a 2 m3/h. Corriente 3: agua de dilución que es agregada a un flujo de 2 m3/h. Datos de proceso Lo siguientes criterio de diseño deben de ser utilizados para crear el modelo 1- El circuito de flotación consiste en 3 celdas de 300 ft3 cada una 2- La recuperación de Cu en el concentrado es 85 % y el ensayo en el concentrado indica una ley de 9 % 3- La recuperación de la pirita en el concentrado es de 40 % 4- Las espumas tienen un 28 % de sólidos. En BEN ubicar una unidad FLT (celda de flotación), agrandar la celda y dibujar las corrientes con el texto tal como indica la figura:

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Compuestos: SIO2 cuarzo como ganga, y valiosos FeS2 pirita y CuFeS2 calcopirita

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a) Anotar el tiempo de flotación de la celda b) Anotar cuantas t/h han flotado como pirita , calcopirita y sílice c) Anotar las t/h del concentrado, y él % de solido simulado. Ejercicio 9 combustión del metano con un Quemador

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Seleccionar HBS piro metalurgia, seleccionar BRN quemador, agrandar y colocar las corrientes 1 : gas 100 % CH4 1000 Kg /h 2 oxigeno O2 y 3 salida Ir a opciones de cálculo y

activar el módulo de calor

El O2 requerido debe estar entre 0 y 5000 KG/h (Se probara la corriente 2 con valores de 2000 y 4000 Kg /h ) el valor estequiometrico exacto es de 3980 Kg/h de O2 puro. Componentes:

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Simular y analizar el comportamiento con los flujos sugeridos de oxigeno a) Ir a CTL y buscar el control FBC (feed back control), colocarlo en la línea 2,usar la funcion VCWF = valor de fracción en peso, activar el controlador y repetir la simulación hasta que no quede exceso alguno y se consuma todo el metano. b) Anotar la temperatura de la corriente de salida. Ejercicio 10 intercambiador de calor Una solución de ácido sulfúrico es calentada de 35 ᵒC a 75ᵒ C grados centígrados, en un intercambiador de calor usando agua caliente a 100 ᵒC. el área de transferencia es de 300 m2 y el coeficiente de transferencia es 500 Kcal / ( hr x ᵒC x m2 ) En equipo GAS seleccionar HTX intercambiador de calor

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Datos de proceso Stream 1 : solucion lixiviante de acido sulfurico conteniendo 10% de H2SO4 es limentada a un rate de 100 Kg/hr a 35 ᵒC. Stream2 : agua caliente es alimentada a 100 ᵒC.ᵒ iniciar con un flujo de 50 Kg/hr Colocar un control FBC en la corriente 2 para lograr el objetivo.

a) Cual es la temperatura lograda al inicio ? b) Cual es el flujo requeriso en la corriente 2 para lograr el objetivo?

Ejercicio 11 Secador rotatorio, diseñado para operar hasta un máximo de 200 grados Una mezcla de concentrado y de flux conteniendo 10% de humedad va a ser secado a 0.2 % de humedad en un secador rotatorio convencional.

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Datos de proceso El secador es operado con un gas de salida a 200 ᵒC de temperatura para permitir una descarga de sólidos a la temperatura de 135 ᵒC, además 0,1 % del alimento solido se reporta en el gas de salida. Stream 1- Concentrado alimentado a 60 mt/hr a 10% de humedad y 20 ᵒC la composición es 20 % SiO2 y 80 % CuFeS2 Stream 2 –flux alimentado a 10 mt/hr a 10 % de humedad y 20 ᵒC la composición es 99.7 % SiO2 y 0.3 % CuFeS2 Stream 3 –gas caliente producido en un quemador a la temperatura de 370 ᵒC después de dilusion, con una composición de 79.9 % N2, 19,5 % O2, 0.3 % CO2 y 0.3 % de H2O. Flujo inicial de 50 mt/hr. DABAS –COMPONENT DATABASE se usa para construir la siguiente lista:

Colocar controlador FBC, en la línea 3 para controlar la temperatura de salida a los 135 grados deseados

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a-) Que temperatura se obtiene inicialmente en la corriente 5? b-) Con el controlador encendido, a cuanto sube el caudal de la corriente 3? Se logra la temperatura y humedad deseada en el secador?

Ejercicio 12 unidad de lavado en contracorriente Descripción del proceso. Una pulpa formada por arena y agua de mar va a ser lavada para reducir la concentración de sal desde 3% en peso a 0.1 gpL (gramo por Litro) usando 4 etapas de espesadores en contracorriente.

Datos de proceso El contenido de sólidos en el U/F y la eficiencia de lavado en cada unidad de lavado se especifican como sigue: OP

DU 1 2 3 4

MX 0.50 0.51 0.52 0.53

0.95 0.94 0.93 0.92

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Stream1 - 200 mt/hr, de pulpa al 50 % de sólidos. La composición del agua de mar es 97% H2O y 3 % NaCl. Stream2 – agua fresca, que es alimentada al 4ᵒto CCD a un flujo estimado de 500 mt/hr

ICOM –EDIT COMPONENT es usado para agregar NaCl a la lista de componentes. a- Activar la línea en blanco debajo de agua en la lista de componentes. b- Ingrese “salt” como componente de nombre NaCl.

COMP == aqueous SPECIFIC GRAVITY DATA ,para ingresar datos, esto es usado para que el programa calcule la GE de la solución acuosa, ingrese al menos 3 datos de concentración y GE.

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Dibujar el flowsheet , la unidad está en HYD el espesador CCD es la unidad CCW Seleccionar 4 espesadores CCW como indica la figura:

Si no se lograse el objetivo, colocar un control en la línea 6 si fuese necesario

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a) Se modificó el flujo de la línea 6 ? a cuánto? b) Se logró así el objetivo?

Ejercicio 13 Conminucion -- Circuito de chancado primario

Datos de proceso El grizzli tiene aberturas de 150 mm x 600 mm La chancadora de quijadas tiene un CCS de 150 mm y un OSS de 200 mm la faja no está siendo dimensionada, no se requieren datos. Stream 1- Roca es alimentada a 400 mt/hr , la roca contiene 5% de humedad. Ir a parámetros de cálculo y seleccionar TM / hora como unidad de flujo másico ,activar la opción análisis de partículas

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Seleccionar serie TYLER para este ejercicio Seleccionar SiO2 y agua como componentes

Dibujar el flowsheet como se muestra:

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Datos de granulometría del alimento:

Correr la simulación, primero la unidad 2 GZ , luego la 3 CRU y la faja al final. Ir a GRAPHICS === GCSA Screen analisisGraph,Seleccionar Linear == micrón Seleccionar solo las corriente 1 y 5 (apretando CTRL )

OUTPUT == OSSA Screen Sizeanalisys, seleccionar todas las líneas y analizar los valores de P80 obtenidos.

Circuito de chancado Secundario

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EL producto del circuito primario del ejemplo previo va a ser nuevamente reducido en tamaño con una chancadora secundaria conica. Se tamiza el material con un screen de doble deck , y el material sobredimensionado alimenta a la chancadora conica secundaria. Datos de proceso El screen tiene una malla superior de 152 mm y una malla inferior de 76 mm, el screen debe ser diseñado con una eficiencia del 90 % La chancadora cónica tiene un CCS de 38 mm y un OSS de 45 mm.

Calcular los tamaños P80 y ratio de reducción hasta esta etapa. Circuito de chancado terciario

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Datos de proceso El screen terciario tiene una malla inferior de 13 mm y una malla media de 25 mm y debe ser designado para trabajar con 90 % de eficiencia. La chancadora conica terciaria tiene un CCS de 10 mm y un OSS de 13 mm.

Hacer un análisis de los tamaños obtenidos y del ratio de reducción hasta esta etapa.

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Ejercicio 14 Conminucion == Circuito de molienda húmeda Un molino de bolas, un sumidero y un ciclón son agregados al circuito anterior de Conminucion. El tamaño deseado en el O/F del ciclón es P80 =110 um. Se debe agregar agua al molino de bolas para operar a 68 % de sólidos, y también se debe agregar agua al sumidero para diluir el alimento a los ciclones a 55% de sólidos.

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Granulometría de la línea de alimentación al circuito:

Dibujar el flowsheet

Parámetros de la línea de alimento 1 Viene de chancado terciario: 380 mt /hr de sólido y 20 TM de agua: total 400 TM de pulpa al 95 % de sólidos Ahora hay que colocar los controles: **El molino de bolas debe de tener 68 % de sólidos en la descarga **El Hidrociclon debe alimentarse con 55 % de sólidos desde el sumidero Calcular las dimensiones del molino y cantidad de ciclones a usar.

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Ejercicio 15-16 Circuito completo de Flotación completo Pb-Zn

DATOS: es un mineral que contiene sulfuros PbS, ZnS y Ag2S atrapados en una ganga de SiO2 composición del mineral de CABEZA… componente mayoritario el plomo 4.47 % de esfalerita ZnS 5,77 % de galena PbS 0.0047% de Ag2S el tiempo de acondicionamiento es de 3 minutos, la celda Rougher tiene 33 % de sólidos en su espuma, las celdas cleaner tienen 40% de sólidos, la celda SV tiene 20 %de sólidos en su espuma Celda Rougher 70 % de recuperación de PbS 70 % de recuperación de Ag2S El ensayo indica 58% de ley de PbS en el concentrado El ensayo indica 37% de ley de ZnS en el concentrado Celda 1-er Cleaner: 89 % de recuperación del PbS 70 % de recuperación del Ag2S 62 % de PbS en el concentrado según ensayo 36 % de ZnS en el concentrado según ensayo En la Celda 2-da Cleaner, esto significa:

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90 % de recuperación de PbS 70 % de recuperación de Ag2S 68.8 % del componente PbS en el concentrado según ensayo 30.8 % del componente ZnS en el concentrado según ensayo Valores de agua de dilusion, Línea 5 con 34.07 Lt/min de agua Línea 8 con 37.86 Lt/min de agua Línea 11 con 26.49 Lt/min de agua *******Línea 12 concentrado final Celda Scavenger 50 % de recuperación de PbS 70 % de recuperación de Ag2S 34 % de PbS en el concentrado según ensayo 20 % de ZnS en el concentrado segun ensayo Línea 13 formada por 9.46 Litro /min de agua

EJERCICIO 17 Horno de cal Simular un Horno de cal, usado para descomponer la piedra caliza CaCO3 térmicamente por encima de 900 grados centígrados y convertirla en CaO(calviva)y CO2 gas.

Seleccionar HBS piro metalurgia, seleccionar BRN quemador, agrandar y colocar las corrientes Ir a GEN, escoger MIX para simular el horno, dibujar las líneas de flujo y colocar el texto Los componentes del proceso son:

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Datos del alimento Línea 5 alimento de solido con 3% de humedad 97 % de sólidos, flujo de 1 TM /hora fase solida formada por 5% de SiO2, y 75 % CaCO3, además de 10 % de C y 10 % de Ca(OH)2 según análisis químico, de cal de piso de planta, que ingresa a T = 20 grados Datos del quemador Línea 1 combustible metano 0,31 TM/h 95 % CH 4 , 2% N2 y 3% CO a T= 20 grados Línea 2 Aire 10 TM/h 23 % O2 76 % N2 con 1 % de H2O a T = 20 grados Línea 3 Oxigeno enriquecido 0.1 TM/h 95% O2 y 5 % N2 Control de proceso Colocar un controlador FBC en la línea de 1 combustible, para controlar la temperatura de salida en 1200 grados, para producir cal viva solamente y no clinquerizar hacia los 1500ᵒ C.

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Ejercicio 18 Unidad de Lixiviación y EW

Datos de proceso Corriente 1 - 0,83 TM/min de solido 100 % 90.4 % de SiO2 y 9,6 % de CuO Corriente 2 - agua 0.10 TM/min de agua pura -- 0 % de solidos Corriente 3 - acido 0.013 TM/min de solución acida 93% de H2SO4 y 7 % de H2O Tanque de lixiviación de 10 m de diámetro y 10 m de altura La unidad de separación solido-liquido debe dar 85 % de sólidos en su corriente densa. La celda electrolítica es una sola unidad de 2 secciones x celda, 8 bancos por sección y 40 celdas por banco, con 35 cátodos por celda, con una superficie de 1 m2. El voltaje de celda es 2.5 V y trabaja a 1 amperio. La eficiencia de la corriente es del 95 % Los componentes están formados por los elementos Cu, O H S Si

Reacción de lixiviación

Con una extensión de 0.5 Correr la simulación y hallar la recuperación del cobre.

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Colocar un control adecuado para que la corriente 4 de salida tenga 15 gpL de H2SO4, para limitar el contenido de ácido.

Ejercicio 19 Filtro de discos

Una pulpa formada por arena y agua de mar va a ser lavada para reducir la concentración de sal desde 3% a 0,1 gpL usando agua fresca.

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Colocar un control adecuado para el agua de lavado y reducir la sal en el KEKe a 0,1 gpL objetivo. Colocar dicho control FBC en la corriente 2 de lavado.

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