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• Katherine Muñoz Galaz

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Universidad de Antofagasta Ingeniería Civil en Procesos Minerales

Taller de Ejercicios "Transferencia de Materia"

Nombre: Katiuska Garnica P. Profesor: Pedro Vagas Lira Fecha de Entrega: 07 de Noviembre del 2014

Universidad de Antofagasta Ingeniería Civil en Procesos Minerales Índice Planteamiento del Problema……………………………………………………...pag.1 Desarrollo y Comentarios de Problemas...………………………………………..pag.2.9

Índice de Tablas Tabla 1……………………………………………………………………………..pág.3 Tabla 2…………………………………………………………………………….pág.3 Tabla 3…………………………………………………………………………….pág. 9 Tabla 4…………………………………………………………………………….pág. 9

Universidad de Antofagasta Ingeniería Civil en Procesos Minerales Planteamiento de los Problemas 1.

En la fabricacion de nitrato de potasio, KNO3, se agrega cloruro de potasio, KCl, a una solucion acuosa concentrada caliente de nitrato de sodio, NaNO3.

Debido a su solubilidad relativamente baja, parte del cloruro de sodio, NaCl, precipita y se filtra. Se agrega un poco de agua al filtrado para evitar la presencia posterior de mas NaCl, la mezcla se enfria a 20°C y el KNO3 puro cristaliza. La suspensión resultante contine, por 100 kg de KNO 3 precipitado, 239 kg de solucion cuyo analisis es 21,3% de KNO3, 21,6% de NaCl y 57,1% de agua. La suspensión se carga en el primero de una cascada de cuatro clasificadores continuos, en donde se lavan a contracorriente cada 100 kg de cristales con 75 kg de una solucion saturada de KNO3, que contiene 24% KNO3, con el fin de liberarlos del NaCl. Los cristales humedos que salen de cada clasificador retienen 25% del liquido; el liquido del flujo excedente esta claro. Los cristales lavados descargados del cuarto clasificador, contienen 25% de liquido, se mandan a un secador continuo. Todo el liquido excepto el descargado con los cristales lavados sale en el flujo excedente del primer clasificador. Se llega al equilibrio entre el solido y el liquido en cada clasificador; el flujo excedente claro tiene la misma composicion que el liquido retenido por los cristales. La solubilidad del KNO3, en las soluciones de NaCl (KNO3, es la fase solida en el equilibrio) a la temperatura predominante esta

dada la

siguiente tabla:

a.

Grafique los datos de equilibrio [N=kg KNO3 /kg (NaCl+ H2O); tanto para el flujo excedente claro como para los cristales humedos; x e y= kgNaCl/kg (NaCl+ H 2O)].

b.

Calcule el contenido en porcentaje de NaCl que puede preverse en el producto de KNO 3.

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Desarrollo 

Del enunciado sabemos que al sistema ingresan por 100 kg de KNO 3 precipitado, 239 kg de solucion.



Del enunciado, utilizaremos la tabla de datos de concentracion de equilibrio. Concentración de Equilibrio

a.

% KNO3

% NaCl

24

0

23,3

6,9

22,6

12,6

22

17,8

21,3

21,6

Grafique los datos de equilibrio [N=kg KNO3 /kg (NaCl+ H2O); tanto para el flujo excedente claro como para los cristales humedos; x e y= kgNaCl/kg (NaCl+ H 2O)].

Para graficar los datos de equilibrio,primero debemos determinar el valor de N, esto se hace mediante las siguientes relaciones matematicas:

Solucion total= masa de( NaCl+ Agua + KNO3) en solucion, Como sabemos que a los clasificadores ingresan 100 kg de cristales (sólidos) y 239 kg de solución, se hace la siguiente realcion en el Underflow del clasificador de entrada.

La mima relacion matematica para “N” y una similar para el “x”, se hacen en el Overflow, las ecuaciones a utilizar se presentan a continueación. Este analisis se hace para el Overflow, el flujo es de 75 kg de solucion saturada de KNO 3 en 24%.

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A continuacion se presentan tablas con las concentraciones determinadas con las relaciones anteriores. Tabla 1. Concentracion de N e Y en el Underflow. LODOS UNDERFLOW Concentración de Equilibrio %KNO3

%NaCl

Solución total 293 kg

%Agua

KNO3 (s)

KNO3 (aq)

NaCl (aq)

Agua (aq)

N

y

24

0

76

100

57,36

0

181,64

0,42

0

23,3

6,9

69,8

100

55,687

16,491

166,822

0,42

0,069

22,6

12,6

64,8

100

54,014

30,114

154,872

0,42

0,126

22

17,8

60,2

100

52,58

42,542

143,878

0,42

0,178

21,3

21,6

57,1

100

50,907

51,624

136,469

0,42

0,216

Tabla 2. Concentracion de N y “x” en el Overflow SOLUCION OVERFLOW Concentración de Equilibrio

Solución total 75 kg

%KNO3

%NaCl

%Agua

KNO3(aq)

NaCl(aq)

Agua (aq)

N

x

24

0

76

18

0

57

0,24

0,00

23,3

6,9

69,8

17,475

5,175

52,35

0,233

0,07

22,6

12,6

64,8

16,95

9,45

48,6

0,226

0,13

22

17,8

60,2

16,5

13,35

45,15

0,22

0,18

21,3

21,6

57,1

15,975

16,2

42,825

0,213

0,22

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Grafico 1. N v/s x,y.

N v/s x,y N= MASA DE KNO3/MASA TOTAL SOLUCION

y

x

0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

X,Y=MASA C/MASA DE SOLUCION TOTA

Nota: Del grafico y de los calculos de N, podemos determinar que la curba N v/s y es constante en N=0.42. Y que aun que la curva N v/s x, a simple vista parece ser constante no lo es, varia en una menor proporcion, proporcion tan baja que pareciera ser constante,

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b.

Calcule el contenido en porcentaje de NaCl que puede preverse en el producto de KNO 3.

Para realizar este analisis, primero se debe determinar el diagrama.

Diagrama 1, Flowsheet del proceso. Se procede a hacer el balance para determinar las corrientes, en el diagrama. o

Balance para el sistema completo:

Balance Global (1) Balance Global de Soluto (2) Balance de Inerte (3)

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De la ecuacion (3), despejamos R1:

Reemplazando en la ecuacion (1), determinamos el valor de E1:

o

Balance para el clasificador 1:

Balance Total (1) Balance Global de Soluto (2) Balance de Inerte (3) Despejando de la ecuacion del inerte (3), podemos despejar E1:

Reemplazando en la ecuacion (1), determinamos el valor de R2:

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o

Balance para el clasificador 2:

Balance Total (1) Balance Global de Soluto (2) Balance de Inerte (3)

Despejando de la ecuacion del inerte (3), podemos despejar E2:

Reemplazando en la ecuacion (1), determinamos el valor de R2:

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o

Balance para el clasificador 3:

Balance Total (1) Balance Global de Soluto (2) Balance de Inerte (3)

Despejando de la ecuacion del inerte (3), podemos despejar E3:

Reemplazando en la ecuacion (1), determinamos el valor de R4:

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Tabla 3, Detalle de valores de la solucion inerte de NaCl.

R1 R2 R3 R4 R5

[kg]

x

N

215,1

0,216

0,213

105,11

0,178

0,22

159,14

0,126

0,226

128,56

0,069

0,233

75

0

0,24

Tabla 4. Detalles de valores del lodo lavado:

F E1 E2 E3 E4

[kg]

y

N

239

0,216

0,42

129,01

0,178

0,42

183,04

0,126

0,42

152,46

0,069

0,42

98,9

0

0,42

Bibliografia o

Texto Guia, “Operaciones de Transferencia de Masa” 2ª Edicion, Robert E. Treybal. Pag. 843-845

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