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• Saray Sánchez J

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Electrometalurgia 

Una refinería electrolítica de cobre usa una densidad de corriente de 172.24 A/m2. Cada tanque contiene 30 ánodos y 31 c9 átodos. El área inmersa de cada cátodo (un lado es de 0.9398 por 0.9652 metros. El voltaje por tanque es de 0.25 voltios (sistema multiple). El espesor de los ánodos iniciales es de 3.3 cm, 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 1.65 ohms/cm3. Los ánodos son retirados para fundirse con un espesor de 0.254 cm. La distancia entre ánodo y cátodo es de 5.08cm.

a) Los amperios por tanque y la potencia en Kw requerida para operar los tanques. b) La proporción de esta potencia convertida en calor en el electrolito. c) La producción total de la planta, por día, en kilogramos d) El aumento en el espesor del cátodo por día.

9374.28215 0.57748627 405392.091 1007.86722

a) Cálculo de la intensidad I=(#cátodos -1) (2)(Densidad de corriente)(Área de cátodo). = 9374.28215 Amperes/Tanque Calculo de potencia W= V*I = 2343.57054 w/tanque ó 2.34357054 Kw/tanque w= KW/tanque * #tanques /planta = 3749.71286 Kw/planta b) Calculo de resistencia R= resisencia ohmica * Distancia entre ánodo y cátodo= 0.0008382 ohms Voltaje ohmico v=I*R = 0.14437157 voltts Potencia convertida en calor. W= I * V = 1353.37981 watts ó 1.35337981 kW/ tanque w= KW/tanque * #tanques /planta = 2165.4077 Kw / Planta Si 3749.71286 = 100% 2165.4077 = 0.57748627 c) Cálculo de la prducción Prod = I * factor * Eficiencia. = 253370.057 gr/celda*día 253.370057 Kg/celda*dí a prod = kg/celda*día x #celdas = 405392.091 kg/día d) Aumento de espesor e= grs/ catodo /( densidad*ärea de cátodo). = 1007.86722 mm



calcular la intensidad con la fromula

Calcular la potencia convertida en calor

Calcular la produccion

calcular potencia

Calcular el voltaje ohmico

Calcular el aumento de espesor

respuesta del inciso a)

Calcular la resistencia

Fin

Se requiere diseñar una planta de refinación electrolítica de cobre, teniendo como base variables determinadas como pruebas de laboratorio. Se dispone de tanques que miden 480 cms de largo, por 120 cms de ancho y 127 cms de profundidad. Los tanques deben ser distribuidos en tras bloques, cada uno del cual está conectado a una moto generadora que rpoporciona 17200 amperios por circuito. La densidad de corriente reportada es de 200amp/m2. 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 multiple. La chatarra de ánodos es de 15%. Los que el peso de la placa inicial es de 6kg. Los ánodos miden 98 po 96 cm y con aun espesor de 4.3 cm . Considere una capacidad de planta de 12500 TM por mes, la eficiencia de la corriente es del 90% a) El número de placas por tanque y el número de tanques necesarios para mantener la producción. b) La intensidad y potencia eléctrica netas requeridas, en la primera por celda y en el segundo caso por la planta. c) El aumento de espesor de cobre por cátodo en 24 hrs en pulgadas.  3 Celdas electroquímicas conectadas en serie contienen disoluciones acuosas de nitrato de plata, nitrato de cadmio la segunda, nitrato de zinc la tercera. Se hace

pasar una corriente de 10ª durante 2 hrs. Determina la cantidad y naturaleza de las especies desprendidas y obtenidas en cada electrodo en cada celda. Nitrato de plata AgNo3

Ag+2

PM= 107.8682

Eq=(107.8682)/(2)=53.9341 mAg= (53.9381)(10Amperes)(2hrs*3600)(.90)/(96500c/seg)= 40.24 grs Nitrato de cadmio CdNo3

Cd+2

PM= 112.4111

Eq=(112.411)/(2)=56.2055 mAg= (56.2055)(10Amperes)(2hrs*3600)(.90)/(96500c/seg)= 41.93 grs Nitrato de Zinc ZnNo3

Zn+2

PM= 65.38

Eq=(65.38)/(2)=32.69 mAg= (32-69)(10Amperes)(2hrs*3600)(.90)/(96500c/seg)= 24.39 grs

Respuestas: Gramos de Ag = Ag + Gramos de Cd = Cd + Gramos de Zn = Zn +

40.2409865 2e 41.9357098 2e 24.3904663 2e

gr = gr = gr =

Ag° Cd° Zn°

Calcular Peso equivalente de Ag

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Calcular masa de Ag

Calcular peso equivalente de Cd

Calcular masa de Cd

Calcular peso equivlente de Zn

Calcular masa de Zn

Una corriente de 4 amperios circula durante 1 hora y 10 minutos a través de dos células electrolíticas que contienen, respectivamente, sulfato de cobre (II) y cloruro de aluminio,

a) Escriba las reacciones que se producen en el cátodo de ambas células electrolíticas. b) Calcule los gramos de cobre y aluminio metálicos que se habrán depositado.

Calcular gramos de sulfato de cobre CuSO4 PM Cu= 63.54 Eq=(63.54)/(2)=31.77 mAg= (31.77)(4Amperes)(1.16hrs*3600)(.90)/(96500c/seg)= 494 grs de Cu Para el cloruro de aluminio. AlCl3

PM Al= 26.9615

Suponiendo segunda ley de Faraday m1/eq1 = m1/eq2 (494gr Cu)/(31.77) = (grs Al)/( 26.9615/3) grs de Al= 140 grs

Calcular gramos de Cobre

Usar segunda ley de Faraday

Calcuar gramos de Aluminio

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El magnesio metálico puede obtenerse por la electrolisis de MgCl2 fundido.

i. Indique las reacciones que tienen lugar en el ánodo y en cátodo de la célula electrolítica. ii. Si se hace pasar una corriente de 2,5 A a través de MgCl2 fundido durante 550 minutos ¿Cuántos gramos de Mg(s) se depositarán?¿Cuántos litros de Cl2 (g), medidos en condiciones normales, se obtendrán? Respuesta: Mg Cl2

+ -

2e 2e

Gramos que se depositan de Mg = litros de Cl- en condiciones normales =

= =

Mg° 2Cl°

(amperes)(tiempo)(Eficiencia )=

20.625 gramos

(PE cl-)(amperes)(tiempo) No. De Faraday (96500 c/mol) * densidad

0.00131142 litros =

Obtener las reacciones

•Reaxión de Mg •Reacción de Cl

Aplicar la ecuación de Faraday

•Calcular peso equivalente para obtener gramos de Mg •Calcular peso equivalente de Cl

Agregar densidad a la formula de Faraday

• Sustituir los datos a la formula •Verficiar unidades.

Balance de materia y energía 

Dos soluciones acuosas de ácido sulfúrico que contienen 20% por peso de H2So4 (Ge=1.139) y 60%en peso de H2SO4 (Ge=1.498) se mezclan para formar una solución 4.0 Molar (Ge=1.213)

a)Calcule la fracción másica del ácido sulfúrico en la solución del producto. b)Tomando como base 100kg de solución. ¿qué velocidad se alimentación de la solución al 60% (l/hr) se requerirá para dar 1250 kg/hr de producto?.

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Durante la refinación del petróleo, el aceite lubricante se trata con ácido sulfúrico para eliminar los compuestos insaturados, y despupes de asentarse se separa la capa ácida del aceite. Se añade agua a la capa ácida y se calienta para separar el ácido sulfúrico del sedimiento que contiene. El ácido sulfúrico diluido, que ahora contiene 20% de H2SO4 a 82°C, se aliemnta a un evaporador Simonson-Mantius que introduce vapor de agua saturado a 400Kpa de presión manométrica en el serpentin de plomo sumergido en el ácido; El condensado sale a la temperatura de saturación. Se mantiene un vacío de 4.0Kpa mediante una rama barométrica. El ácido se concentra a 80% H2SO4; el punto de ebullición a 4.0 Kpa es de 121°C ¿Cuántos kilogramos de ácido se pueden contenctrar por cada 1000Kg de vapor de agua condensado?.

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El agua de deshecho de una planta de acabado de metales contiene una corriente con 5.15% por peso de cromo. La corriente de deshecho se alimenta a una unidad de tratamiento que elimina el 95% del como en la alimentación y lo recircula a la planta. La corriente de líquido residual que sale de la unidad de tratamiento se envía a una laguna de deshechos. La unidad de tratamiento tiene una capacidad máxima de 4500 kg de agua de deshecho/hr. Si el agua de deshecho sale de la planta de acabado a mayor velocidad que la capacidad de la unidad de tratamiento, el exceso (cualquier cantidad superior a los 4500kg/hr) se deriva de la unidad, se mezcla con el líquido residual que sale de la unidad y la corriente combinada pasa a la laguna de deshechos. a) Si el agua de deshecho sale de la planta de acabados con una velocidad de 6000kg/h. Calcule la velocidad de flujo del liquido hacia la laguna y la fracción masica del cromo en este líquido. b) Calcule la velocidad de flujo del líquido hacia la laguna y la fracción másica del cromo variando desde 1000 kg/h hasta 10,000 kg/h por incrementos de 1,000 kg /h. (usar Excel) c) La compañía lo contrata como consultor para ayudarles a determinar si deben aumentar la capacidad de la unidad de tratamiento para que se incremente la recuperación de cromo. ¿Qué se necesita saber para hacer esta determinación?.  Un gas natural que contiene un 95% en moles de metano y el resto de etano se quema con un 25% de aire en exceso. El gas de combustión sale del horno a900°C y 1 atm, enfriándose posteriormente en un cambiador de calor hasta 500°C. Tomando como base de cálculo 100 moles del gas natural que alimenta el horno, calcúlese la cantidad de calor (kJ) que se debe retirar del gas en el cambiador de calor para efectuar el enfriamiento indicado. (Respuesta: 1.90.10  La energía interna específica del helio a 300 K y 1 atm es3800 J/mol y su volumen específico a la misma temperatura y presión es 24,63 L/mol. Calcule la entalpía específica del helio a esas condiciones y la velocidad a la cual transporta entalpía si la velocidad de flujo molar del helio es 250 kmol/h.