CAPITULO 9BALANCE DE MATERIA EN PROCESOS DE METALURGIA Y ALTO HORNO PRODUCCION DE COQUE. Si el carbón es calentado sin entrar en contacto con el aire, no puede oxidarse o quemarse. Sin embargo se descompone desprendiendo su materia volátil en forma de gases. La materia volátil está compuesta por varios hidrocarburos gaseosos (tales como CH4, C2H4, C6H6), hidrógeno, alquitrán, aceites ligeros y humedad. El resíduo sólido estará formado por carbono fijo, ceniza y ocasionalmente algo de materia volátil que no alcanza a desprenderse. La cantidad de materia volátil depende de la composición del carbón y la temperatura a la cual es calentado. En general en estos procesos los gases desprendidos se condensan y se separan sus constituyentes para recuperarlos como sub-productos. El coque obtenido se utiliza en metalurgia como agente reductor del Alto Horno. REDUCCION EN EL ALTO HORNO. En la obtención de los metales a partir del mineral se utiliza la reducción en hornos especiales. El más representativo de 334 BALANCE DE MATERIA : NESTOR GOODING GARAVITO ──────────────────────────────────────── todos ellos es el utilizado para la reducción del mineral de hierro llamado "alto horno". Los materiales que entran a este horno son: Mineral de hierro Fundente (caliza) Agente reductor (coque) Aire Los materiales que salen del horno son: Arrabio Escoria Gases de alto horno Para el cálculo del balance de masa, las siguientes reacciones se suceden en el horno: Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2 Fe2O3 + CO = 2 FeO + CO2 SiO2 + 2 C = Si + 2 CO MnO + C = Mn + CO P2O5 + 5 C = 2 P + 5 CO El alquitrán puede despreciarse. El análisis de los gases de coquización es: C2H4 CH4 CO CO2 H2 N2 4% 35 % 8% 4% 44 % 5% Todos los análisis están en base seca.92 x 625 = 575 kg Carbono en gases = 800 .1 .C. Calcular los kilogramos de coque y el volumen en m3 (CNPT) de gas seco producidos a partir de 1 tonelada de carbón. : 1 000 kg de carbón Se toma como sustancia de enlace la ceniza del carbón.El siguiente carbón se utiliza para fabricar coque: C H O N Ceniza 80 % 6% 8% 1% 5% El coque obtenido contiene 92% de C y 8% de ceniza. B. Coque producido = 50 x (100/8) = 625 kg Carbono en el coque = 0.575 = 225 kg = 18. CaCO3 = CaO + CO2 MgCO3 = MgO + CO2 C + (1/2) O2 = CO PROBLEMAS RESUELTOS 9.CAPITULO 9 : BALANCE DE MATERIA EN PROCESOS DE METALURGIA Y ALTO HORNO ───────────────────────────────────────── 335 Las anteriores reacciones están generalmente acompañadas dentro del horno de las correspondientes reacciones de calcinación de la caliza y oxidación del coque metalúrgico.75 kg-at Por cada 100 kg-mol de gases hay: . 0 % H 5.69 kg C en alquitrán = 0.Un carbón con el siguiente análisis se alimenta a un horno de coquización: C 78.5 % Ceniza 6.034 x 1 461.8 % C6H6 C2H4 3.75 x (100/55) = 34.5 % El análisis del gas de coquización es: 0.3 % N2 7.2 . B.0 % O 9.09 m3 (CNPT) 9.5 .0 % CO2 3.69 = 44.0 % Ceniza 9.9 x 49. : 1 000 kg de coque Carbón = 95 x (100/6.09 kg-mol Volumen = 34. Calcular los kg de carbón necesarios para producir 1 tonelada de coque y el volumen en m3 (CNPT) de gas producido.0 % N 1.5 kg de carbón Alquitrán producido = 0.C.4 % del peso del carbón y contiene 90% de C.414 = 764.3 % H2 44.72 = 200.5 % El coque tiene el siguiente análisis: C 89.5 % H 1.09 x 22.336 BALANCE DE MATERIA : NESTOR GOODING GARAVITO ──────────────────────────────────────── (4 x 2 + 35 + 8 + 4) = 55 kg-at C Gases producidos = 18.5 = 49.0 % CH4 34.68 kg-at C .895 .2 % NH3 1.4 % La cantidad de alquitrán producido equivale al 3.25 kg = 16.44.78 x 1 461.72 kg C en gases = 0.5) = 1 461.0 % CO 6. 1) = 30.68 x (100/54.3 .8 x 6 + 3 x 2 + 34 + 6 + 3. Realizar el balance de materia completo del horno.8 kg O2 (S) = (800/12) x 0.3) = 54.78 kg-mol = 1 266.1 kg-at C Gases producidos = 16.78 = 40.64 kg Aire = 125.83 x 22.55 = 205.5 + 205.5 kg Mineral alimentado = 1 372. Fe2O3 alimentado = (960/55.66 . La escoria contiene 45% en peso de CaO.3 kg Estas impurezas provienen del mineral.5 = 33.7 = 1 372.85) x (3/2) = 25.3 x 0.32 kg .91 kg CO producido = (800/12) = 66.64 kg CO2 en gases = CO2 en (2) + CO2 en (3) CO2 en gases = 25.414 = 691 m3 (CNPT) 9.7 kg-mol = 4 576.38 x (100/79) = 158.3 kg Impurezas = 373. Por cada 960 kg de Fe producido se cargan 300 kg de CaCO3 y 800 kg de carbono puro se queman en el horno.83 kg-mol V = 30.5 O2 = CO (1) CaCO3 = CaO + CO2 Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2 (2) (3) Escoria formada = 300 x (56/100) x (100/45) = 373. La reducción es realizada por CO. El Fe2O3 proviene de un mineral que contiene una cantidad no determinada de impurezas.33 x (79/21) = 125.78 kg-mol CO en gases = 66.66 kg-mol CO que reacciona= (960/55.38 kg-mol = 3 510.78 + 3 = 28.25.Un alto horno reduce Fe2O3 puro hasta Fe.3 = 1 577.88 kg-mo l = 1 144.CAPITULO 9 : BALANCE DE MATERIA EN PROCESOS DE METALURGIA Y ALTO HORNO ───────────────────────────────────────── 337 Por cada 100 kg-mol de gases hay: (0. C + 0.33 kg-mol N2 (S) = 33.85) x (1/2) x 159. del cual el 4% es absorbido por la reducción del hierro y el 96% es quemado hasta CO.9 kg ⎯⎯⎯⎯⎯ 7 254.85) x (9/2) = 80. f) Comprobar el balance de materia del horno.414 = 1 805.4 . e) La composición de los gases formados.64 kg Escoria Hierro 373. c) El volumen de aire a 20 oC y 1 atm.64 kg 1 266.338 BALANCE DE MATERIA : NESTOR GOODING GARAVITO ──────────────────────────────────────── Resúmen del balance: ENTRADAS Mineral Caliza Coque Aire 1 577.90 kg 9.32 kg 3 510. Sobre la base de 1 tonelada de Fe producido.Un mineral de hierro se reduce en un horno de acuerdo a la siguiente reacción: Fe2O3 + 9 CO = 2 Fe + 3 CO2 + 6 CO La cantidad de CO necesario se obtiene por la combustión del coque en la parte baja del horno.57 kg-mol V = 80.7 kg SALIDAS CO CO2 N2 1 144.30 kg 960.8 kg 300 kg 800 kg 4 576. d) El volumen de los gases formados a 350 oC y 1 atm.C. El coque contiene 90% de C. calcular: a) El volumen de CO requerido en la reacción a condiciones normales.9 m3 (CNPT) . B.00 kg ⎯⎯⎯⎯⎯ 7 254. b) El peso de coque teórico.: 1 000 kg de Fe producido a) CO = (1 000/55.57 x 22. 85) x (1/2) x 159.85)x (6/2) = 53.57 x 12 x (100/96) x (100/90) = 1 119 kg coque Fe2O3 = (1 000/55.1 x 623 1 x 22.414 V = ⎯⎯⎯ = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ x ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = 4 614.7 kg O2 (R) = 80.12 kg ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ ⎯⎯⎯⎯⎯ 232.85) x (3/2) = 26.85 kg-mol x 44 = 1 181.9 m3 P 1 273 e) Composición molar de los gases: CO CO2 N2 Balance de masa del horno: 23.57 x (1/2) = 40.414 V = ⎯⎯⎯ = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ x ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = 11 871.40 kg N2 151.7 = 1 429.285 x (100/21) = 191.6 m3 P 1 273 d) CO formado = (1 000/55.56 % 65.29 % 339 .CAPITULO 9 : BALANCE DE MATERIA EN PROCESOS DE METALURGIA Y ALTO HORNO ───────────────────────────────────────── b) Coque = 80.88 kg CO2 26.71 kg-mol x 28 = 1 503.83 x 0.40 kg nRT 232.14 % 11.85 kg-mol N2 (S) = 191.54 kg-mol Gases formados: CO 53.79 = 151.10 kg-mol 6 928.4 kg nRT 191.83 kg-mol = 5 532.54 kg-mol x 28 = 4 243.83 x 293 1 x 22.71 kg-mol CO2 formado = (1 000/55.285 kg-mol c) Aire = 40. 22 libras de CaCO3. c) El peso de los gases producidos por tonelada de arrabio. La presión es 1 atm. calcular: a) El peso de mineral cargado.0 kg SALIDAS Gases Fe C Inerte 6 928. B.C. El coque contiene 90% de C y 10% de ceniza.4 kg 1 000.0 kg 40.0 kg 5 532.5.9 kg ⎯⎯⎯⎯⎯ 8 080.340 BALANCE DE MATERIA : NESTOR GOODING GARAVITO ──────────────────────────────────────── ENTRADAS Fe2O3 Coque Aire 1 429. el cual contiene: Fe 94 % C 4% Si 2 % El análisis en base seca del gas de alto horno muestra una proporción de CO/CO2 de 1..3 kg 111.3 kg ⎯⎯⎯⎯⎯ 8 081. El horno produce 600 toneladas de arrabio.7 kg 1 119. d) Comprobar el balance de masa del alto horno. : 600 toneladas de arrabio . b) El volumen de gas producido en m3 a 400 oC por tonelada de arrabio. y se carga en proporción de 1 lb/lb de arrabio.6 kg 9.El mineral utilizado en un alto horno tiene la siguiente composición: Fe2O3 SiO2 Al2O3 H2O 82 % 14 % 2% 2% Por cada libra de mineral se cargan 0.5 . 064 tn-mol Balance de silicio: Si (mineral) = Si (arrabio) + Si (escoria) Si (escoria) = 137.85) x (1/2) x 159.16 x (1/2.5) = 27.37 x 0.16 x (1.24 = 541.12 = 52.22 = 216.36 tn SiO2 en escoria = 52.1) = 112 tn Se supone que en el gas de alto horno no hay oxígeno libre y se procede a realizar un balance total de oxígeno utilizando solo los compuestos que sufren modificación.1634 x 56 = 121 tn Coque cargado = 600 tn (540 tn C y 60 tn ceniza) Balance de carbono: C(coque) + C(caliza) = C(arrabio) + C(gases) C(gases) = 540 + 2.67 tn ⎯⎯⎯⎯⎯ 983.36 tn 137.16 x 12 .92 tn = 45.1634 tn-mol CaO que se produce = 2.67 tn 19.36 x (60.5/2.16 tn-at C CO formado = 45.67 tn 19.37 tn Fe2O3 SiO2 Al2O3 H2O 806.096 tn-mol CO2 formado = 45.CAPITULO 9 : BALANCE DE MATERIA EN PROCESOS DE METALURGIA Y ALTO HORNO ───────────────────────────────────────── Fe C Si 341 564 tn 24 tn 12 tn a) Mineral = (564/55.37 tn b) CaCO3 = 983.1) .5) = 18.1/60.7 x (100/82) = 983.67 x (28.1/28.34 tn = 2. El oxígeno que entra será: . 7 tn-mol Aire = 80.36/159.658 tn 18.093 tn-mol x 18 = 19.103 + X tn-mol O2 El oxígeno que sale será: Gases : (27.1) = 2.816 tn 80.096/2) + 18.103 = 21.1) + (2.6 tn 1.7 x (100/79) = 102.29 tn-mol O2 CaCO3 : 2.953 tn-mol 3 832.555 .674 tn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 126.943 tn-mol O2 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 34.612 tn-mol O2 Escoria : (112/60.13.15 tn-mol = 2 946 tn Gases formados: CO CO2 N2 H2O 27.096 tn-mol x 28 = 758.5 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 600 tn arrabio tn arrabio nRT 211.414 V = ⎯⎯⎯ = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ x ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = 11 686 m3 P 1 273 c) .573 tn-mol O2 SiO2 : (137.064 tn-mol x 44 = 794.2115 = 211.16/2) = 2.953 tn-mol kg-mol gases ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = 0.748 tn 126.555 tn-mol O2 X = 34.5 x 673 1 x 22.67/60.5 = 7.16 x 1.452 tn-mol O2 N2 (S) = 21.342 BALANCE DE MATERIA : NESTOR GOODING GARAVITO ──────────────────────────────────────── Fe2O3 : (806.7 tn-mol x 28 = 2 259.5 = 3.24 tn-mol O2 Aire : = X tn-mol O2 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 13.064 = 31.452 x (79/21) = 80.7) x 1. 67 tn 112 tn 60 tn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 4 745. b) La composición y el volumen (CNPT) de los gases formados por tonelada de arrabio. Se produce arrabio que contiene: 95% Fe. 3. Calcular: a) La composición y peso de la escoria por tonelada de mineral.38 600 tn arrabio d) El balance de masa del alto horno será: ENTRADAS Mineral Coque Caliza Aire 983.37 tn 600 tn 216.42 tn 9.6 .5% C. 1.Un mineral de hierro con la siguiente composición se alimenta a un alto horno: Fe2O3 82 % 10 % SiO2 5% Al2O3 3% H2O El fundente utilizado es CaCO3 puro y el coque contiene 88% C y 12% SiO2.CAPITULO 9 : BALANCE DE MATERIA EN PROCESOS DE METALURGIA Y ALTO HORNO ───────────────────────────────────────── 343 3 832. Por tonelada de mineral se utilizan 600 kg de coque. .34 tn 2 946 tn ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 4 745. 120 kg de fundente y 2 220 m3 (CNPT) de aire.5% Si.75 tn 600 tn Escoria: CaO Al2O3 SiO2 Ceniza 121 tn 19.7 tn SALIDAS Gases Arrabio 3 832.748 tn gases ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = 6. 42 kg Si Si en escoria = 80.36 kg SiO2 en escoria = 71.90 % Al2O3 50.53 % SiO2 152.0 kg 18.72 kg Fe C Si 573.06 = 71.06 kg ⎯⎯⎯⎯⎯ 603.36 x (60.1/28.62 kg 56.9.62 kg La escoria estará formada por: CaO 67.1) + 72 x (28.2 kg Silicio a la entrada del horno: 100 x (28.42 .85 x (100/95) = 603.5 O2 = CO 820 kg Mineral: Fe2O3 100 kg SiO2 Al2O3 50 kg 30 kg H2O Coque = 600 kg (528 kg C y 72 kg SiO2) Caliza = CaCO3 = 120 kg Arrabio = (820/159.1/60.344 BALANCE DE MATERIA : NESTOR GOODING GARAVITO ──────────────────────────────────────── c) Comprobar el balance de masa del horno.13 kg 9.53 kg 21.56 % ⎯⎯⎯⎯⎯ 269.1) = 80.7) x 2 x 55.82 kg b) . B. : 1 000 kg de mineral a) Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2 CaCO3 = CaO + CO2 C + 0.72 kg CaO producido = (120/100) x 56 = 67.C.1) = 152.2 kg 24.1/60. 79 = 78.15.24 kg-mol CO CO en la reducción = (820/159.84 kg-mol x 28 = 751.66 kg-mol x 18 = 29.21 = 20.04 x 0.2 = 16.7) x 3 = 15.43 % 1.04 kg-mol = 2 856 kg N2 (S) = 99.84 kg-mol CO2 formado = 15.88 kg 1.7 kg 63.5 kg 123.04 x 0.40 kg 13.34 x 22.414 m3 gases ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = 4 579 m3/tn arrabio 0.24 .45 % 78.6 kg-mol Gases de alto horno: CO CO2 N2 H2O 26.21.34 % ⎯⎯⎯⎯⎯⎯ ⎯⎯⎯⎯⎯ 123.60 kg-mol x 44 = 730.80 kg-mol CO formado a partir del coque: [(528 .414) = 99.52 kg 21.4 + 1.76 % v 16.34 kg-mol 3 702.4 kg-mol CO CO en gases = 42.4 = 26.13)/12] = 42.24 kg-mol x 28 = 2 190.24 kg-mol O2 (S) = 99.CAPITULO 9 : BALANCE DE MATERIA EN PROCESOS DE METALURGIA Y ALTO HORNO ───────────────────────────────────────── Aire = (2220/22.24 kg-at C = 42. 60372 tn arrabio c) Balance de masa en el alto horno: ENTRADAS Mineral Coque Caliza Aire 1 000 kg 600 kg 120 kg 2 856 kg ⎯⎯⎯⎯ 4 576 kg 345 . ¿Cuánto amoniaco se produce por tonelada de PROBLEMAS PROPUESTOS 9. calcular el balance de masa completo del horno.7 .5 kg Escoria 269.0 kg Calcule la relación entre la masa de amoniaco producido y la masa de hidrógeno que reacciona.8 kg Arrabio 603. . El arrabio contiene 4% de C. sobre la base de 1 tonelada de arrabio.7 kg ⎯⎯⎯⎯⎯ 4 576.Un alto horno utiliza un coque con la siguiente composición: C H O H2O Ceniza 84 % 2% 1% 3% 10 % El horno produce 1 tonelada de arrabio por cada tonelada de coque utilizado y alimenta tambien 400 kg de CaCO3 por tonelada de arrabio. El análisis del gas de alto horno es: CO 28 % CO2 16 % CH4 1 % H2 1 % N2 54 % Suponiendo condiciones normales de presión y temperatura (CNPT).346 BALANCE DE MATERIA : NESTOR GOODING GARAVITO ──────────────────────────────────────── SALIDAS Gases 3 702. El fundente es CaCO3 puro y la escoria contiene 45% de CaO.5 lb coque/lb de mineral. Comprobar el balance de materia del horno. Se utilizan 0.6 % 0.1 % 3.Un alto horno produce arrabio con la siguiente composición: Fe Si C Mn 93.9 . 9.10 . Calcular: a) Los kg de mineral utilizado por tonelada de arrabio. El coque contiene 90% C y 10% de SiO2.Un mineral de hierro tiene la siguiente composición: Fe2O3 SiO2 MnO Al2O3 76 % 14 % 1% 9% .CAPITULO 9 : BALANCE DE MATERIA EN PROCESOS DE METALURGIA Y ALTO HORNO ───────────────────────────────────────── 347 9. El arrabio contiene 4% de C. 9. Los gases del horno contienen 24% CO y 9% de CO2. b) El porcentaje del SiO2 total y el MnO reducido en el horno.Un alto horno utiliza 1 000 toneladas de mineral por día con la siguiente composición: Fe2O3 SiO2 MnO2 Al2O3 H2O 80 % 12 % 5% 2% 1% Todo el Fe.2 lb de CaCO3/lb de mineral y 0. la mitad del MnO2 y una cuarta parte del SiO2 se reducen en el horno.8 . Suponer que el SiO2 del coque sale todo con la escoria. El manganeso en la escoria está como MnO. c) El peso y composición de la escoria formada por tonelada de arrabio.6 % 2.7 % El mineral utilizado contiene: Fe2O3 SiO2 Al2O3 MnO H2O 78 % 9% 5% 1% 7% Puede suponerse que todo el Fe2O3 se reduce a Fe. Se utiliza 1 tonelada de coque por tonelada de arrabio y su composición es: C 90% y SiO2 10%. Se utilizan 91 000 pies3 (CNPT) de aire por tonelada de arrabio. El arrabio contiene 93% de Fe.6% de C. 9. d) El volumen en m3 (CNPT) de aire utilizado. c) La composición de los gases formados y su volumen en pies3 (CNPT) por tonelada de arrabio. 11% SiO2 y 2% de Al2O3.5 % Mn 0.El siguiente mineral de hierro se alimenta a un alto horno: Fe2O3 MnO SiO2 Al2O3 H2 O 80 % 3% 10 % 3% 4% Se cargan 3 400 lb de mineral por cada 2 000 lb de arrabio producido. El consumo de coque es 1 700 lb por tonelada de arrabio y la escoria sale con un 34. si la escoria contiene 36% de CaO.8 % Por tonelada de arrabio se utilizan 1 100 kg de coque.0 % Si 1.5 % Si 1. CO2 13% y N2 61%. el cual contiene: 88 % de C y 12 % de SiO2. calcular para 1 tonelada de arrabio producido: a) El peso de mineral. b) La composición de la escoria. b) El peso de caliza (CaCO3 puro).9 % Fe 93. 2% Mn. 1.9 % El mineral suministrado contiene: . Calcular: a) Las libras de fundente por tonelada de mineral.12 .2 % Mn 0.4% Si y 3.2 % C 3.Un alto horno produce arrabio con la siguiente composición: C 4. El análisis de los gases es: CO 26%.348 BALANCE DE MATERIA : NESTOR GOODING GARAVITO ──────────────────────────────────────── Este mineral se alimenta a un alto horno para producir un arrabio con el siguiente análisis: Fe 94. Suponiendo que no hay pérdidas de hierro en la escoria. El fundente es CaCO3 puro y el coque contiene 87% de C. c) El volumen en m3 (CNPT) de los gases de alto horno.6% de CaO.11 . 9. El 62. c) El volumen de aire en m3 (CNPT) por tonelada de arrabio.CAPITULO 9 : BALANCE DE MATERIA EN PROCESOS DE METALURGIA Y ALTO HORNO ───────────────────────────────────────── Fe2O3 Al2O3 MnO 80 % 3% 1% H2O SiO2 349 4% 12 % Por tonelada de arrabio producido se utilizan 1 750 kg de mineral.1 % 3. Parte del hierro se pierde en la escoria como FeO. Calcular: a) Los kg de coque por tonelada de arrabio.Un alto horno produce arrabio con la siguiente composición: Fe Si C Mn 93. Se utiliza 1 tonelada de coque por tonelada de arrabio y este contiene: 90% de C y 10% de SiO2.6 % 2.48 ton/ton arrabio) es CaCO3 puro. .5% del carbono que es oxidado en el horno forma CO y el resto CO2. Calcular por tonelada de arrabio: a) Los kg de escoria formada. El fundente es CaCO3 puro y se cargan 360 kg por tonelada de arrabio.7 % Por tonelada de arrabio se cargan 1 740 kg de mineral con la siguiente composición: Fe2O3 SiO2 Al2O3 MnO H2O 78 % 9% 5% 1% 7% Parte del hierro no reducido entra a la escoria como FeO.13 . El volumen del gas producido es 4 200 m3 (CNPT) por tonelada de arrabio y su composición es: CO CO2 H2O N2 26 % 12 % 4% 58 % El coque contiene: 90% C y 10% SiO2. b) La composición de la escoria. 9. c) La composición de los gases formados. El fundente (0. b) Los m3 (CNPT) de aire utilizados.6 % 0. 25 kg de caliza (CaCO3 puro). El arrabio contiene 4 % C y 1% de Si. No hay FeO en la escoria. El horno produce 500 toneladas diarias de arrabio.16 . b) La relación CO/CO2 en el gas de alto horno. El volumen de aire es 3 150 m3 (CNPT) por tonelada de arrabio.0 % El mineral contiene 80% Fe2O3.7 kg de mineral se carga 1 kg de coque (90% C y 10% ceniza) y 0.350 BALANCE DE MATERIA : NESTOR GOODING GARAVITO ──────────────────────────────────────── 9.El mineral utilizado en un alto horno tiene la siguiente composición: Fe2O3 SiO2 Al2O3 85 % 11 % 4% Por cada 1. 4% C y 2% Si.Un alto horno produce arrabio que contiene: C 3. b) El peso y volumen en m3 (CNPT) de gas producido. 3% MgCO3 y 2% de SiO2.4 % Fe 95. El coque (1 kg/kg arrabio) contiene 10% SiO2 y 90% C. el cual contiene: 94% Fe. Por cada 1000 kg de arrabio calcular: a) El peso de caliza necesario. . c) El volumen de aire en m3 (CNPT).15 .14 .6 % Si 1. Se utiliza 1 tonelada de coque por tonelada de arrabio producido. 9. calcular: a) El peso de mineral cargado por día. 9.Un alto horno utiliza un mineral con la siguiente composición: Fe2O3 90 % 10 % SiO2 El coque contiene 90% de C y 10% de SiO2. Los gases producidos contienen: CO2 CO H2 CH4 N2 12 % 24 % 2% 2% 60 % La escoria contiene 45% de (MgO + CaO). 12% SiO2 y 8% Al2O3. La caliza contiene 95% de CaCO3. c) El peso de gas de alto horno.6 % 11. SiO2 5%.9 % La composición del coque es: C 88%.4 % 2.El mineral alimentado a un alto horno contiene lo siguiente: Fe2O3 MnO SiO2 Al2O3 P2O5 H2O 75. La cantidad de coque utilizado es 910 kg/ton arrabio y el fundente 330 kg/ton arrabio. FeS 2%. Por tonelada de arrabio. SiO2 4%. Al2O3 3% y H2O 3%.8%.2% y C 3. b) El peso de escoria formada.0 % 1. Si 2. El coque (90 lb/100 lb arrabio) contiene: C 84%. calcular: a) El peso y composición de la escoria formada.17 .8 % 1. b) El volumen en m3 (CNPT) de gas de alto horno. El análisis del arrabio producido es: C Si Mn P 3. calcular: a) El peso de mineral utilizado.18 . SiO2 10%. Por tonelada de arrabio.1 % 5. Los gases formados contienen: CO 28% y CO2 12%.0 % 4. El fundente contiene: CaCO3 96%. El fundente (50 lb/100 lb arrabio) contiene: CaCO3 95%.2 % 0.CAPITULO 9 : BALANCE DE MATERIA EN PROCESOS DE METALURGIA Y ALTO HORNO ───────────────────────────────────────── 351 El fundente (1 kg/kg arrabio) es CaCO3 puro.9 % 0. 9.Un alto horno utiliza un mineral y produce un arrabio con las siguientes composiciones: Mineral: Fe2O3 84%. El análisis en base seca de los gases es: CO 27 % CO2 14 % 59 % N2 Suponer que no hay pérdidas de hierro en la escoria. 9. Arrabio: Fe 94%.7 % . H2O 2%. SiO2 9%. Al2O3 3% y H2O 4%. calcular: a) El peso de mineral requerido. b) El peso de la escoria formada. Los gases contienen 1. c) El volumen de aire en m3 (CNPT).75 partes de CO por cada parte de CO2 en volumen.2 % Fe 93.352 BALANCE DE MATERIA : NESTOR GOODING GARAVITO ──────────────────────────────────────── S 0. .2 % El 99% del hierro en el mineral es reducido y el resto sale con la escoria. El azufre que no está en el arrabio sale con la escoria como CaS. Por cada 1 000 kg de arrabio. d) Comprobar el balance de materia del horno. 036 pulg Hg = 6894.413 BTU/hr 1 HP = 745.3937 pulg 1 pulg = 2.9869 atm VOLUMEN : 3 1 litro = 0.785 litros 3 1 pie = 28.387 cm ENERGIA : 1 BTU = 778.3558 J 1 ergio = 1 dina-cm 7 1 J = 1 N-m = 10 ergios 1 cal = 4.42 cal/hr = 3.54 cm 1 pie = 30.76 Pa 2 1 pulg Hg = 33864 dinas/cm = 0.0334 atm = 0.59 g 1 slug = 32.6 J 1 pie-lbf = 1.025 pulg 3 1 gal = 231 pulg = 3.16 cal = 1055.174 lb FUERZA : 5 1 N = 10 dinas PRESION : 1 psi = 2.4805 gal 3 3 1 pulg = 16.696 psi = 760 mm Hg = 29.0353 pies = 0.341 HP 3 .TABLA 1 FACTORES DE CONVERSION DE UNIDADES LONGITUD: 1 cm = 0.1855 J POTENCIA : 1 vatio = 1 J/s = 860.316 litros = 7.16 pie-lbf = 252.7 vatios = 550 pie-lbf /s 1 kw = 1.2642 gal = 61.491 psi 1 atm = 14.92 pul Hg = 101325 Pa 5 2 1 bar = 10 dinas/cm = 0.48 cm MASA : 1 lb = 453. 00 10.46 167.2 16 106.93 200.3 173.91 58.38 91.61 95.48 101.60 178.76 126.09 22.90 232.72 72.80 138.916 112.54 52.76 39.63 152.100 140.41 40.27 20.92 6.92 186.7 150.2 47.2 44.98 121.13 132.31 102.88 127.23 207.94 63.96 118.32 54.04 88.008 55.12 169.003 1.00 30.1 83.6 4.010 140.85 164.975 156.82 79.SIMBOLOS Y MASAS ATOMICAS ALUMINIO ANTIMONIO ARGON ARSENICO AZUFRE BARIO BERILIO BISMUTO BORO BROMO CADMIO CALCIO CARBONO CERIO CESIO CLORO COBALTO COBRE CROMO DISPROSIO ERBIO ESCANDIO ESTAÑO ESTRONCIO EUROPIO FLUOR FOSFORO GADOLINIO GALIO GERMANIO HAFNIO HELIO HIDROGENO HIERRO HOLMIO INDIO IODO IRIDIO KRIPTON LANTANO LITIO LUTECIO Al Sb A As S Ba Be Bi B Br Cd Ca C Ce Cs Cl Co Cu Cr Dy Er Sc Sn Sr Eu F P Gd Ga Ge Hf He H Fe Ho In I Ir Kr La Li Lu 26.91 35.008 197.183 92.07 50.91 32.91 85.94 174.94 114.91 193.0 19.36 9.43 78.92 65.013 209.61 159.95 131.99 MAGNESIO MANGANESO MERCURIO MOLIBDENO NEODIMIO NEON NIOBIO NIQUEL NITROGENO ORO OSMIO OXIGENO PALADIO PLATA PLATINO PLOMO POTASIO PRASEODIMIO RENIO RODIO RUBIDIO RUTENIO SAMARIO SELENIO SILICIO SODIO TALIO TANTALO TELURO TERBIO TITANIO TORIO TULIO TUNGSTENO URANIO VANADIO XENON YTERBIO YTRIO ZINC ZIRCONIO Mg Mn Hg Mo Nd Ne Nb Ni N Au Os O Pd Ag Pt Pb K Pr Re Rh Rb Ru Sm Se Si Na Tl Ta Te Tb Ti Th Tm W U V Xe Yb Y Zn Zr 24.TABLA 2 .7 107.21 39.70 87.066 137.944 74.997 204.01 162.4 183.9 69.08 12.96 28.88 195.457 58.95 144.2 190.22 .69 14.39 180.92 238. 84 15.6009 0.3099 3.8250 35.2000 11.4670 28.1411 0.0923 0.2118 0.9830 17.8812 7.0648 0.0 6.0 6.2140 22.7030 25.7725 6.0321 1.2527 1.3906 0.2010 71.1955 0.9520 10.1500 54.4203 0.52 16.5670 25.0 8.15 100.6960 17.0 4.96 92.1860 20.2590 84.7670 11.4180 61.2891 0.0540 0.0880 63.4290 41.8970 44.4520 0.4858 0.5131 2.2450 40.1016 1.7912 1.4215 1.0806 4.8610 21.7720 15.7970 34.0776 0.6570 55.6097 2.0846 0.9111 3.0629 5.4458 4.1750 1.9046 1.0800 28.3790 26.5310 0.2020 9.0 4.9730 37.1220 12.0519 2.2589 4.30 94.9010 19.3560 69.6903 0.3364 0.6820 52.2887 5.0910 73.0160 24.0 8.7800 24.5132 8.7117 2.1193 0.3510 10.6520 12.3022 6.4491 3.0593 0.3660 16.6420 4.8840 36.TABLA 3 PRESION DE VAPOR DEL AGUA (pulgadas de mercurio) ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 0.0709 0.8430 24.8840 30.8000 65.7900 59.5852 7.7980 33.0314 6.8462 1.5251 5.1803 0.9690 29.1664 0.0280 75.0 t oF ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 14.1820 46.0 t oF ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 0.2520 50.0 2.5690 9.0 2.1299 0.22 15.7392 1.4430 21.8500 8.1990 15.3120 0.1903 7.9220 0.4550 29.70 97.2030 57.5930 26.5601 0.8192 2.1270 82.1230 17.9666 1.5955 3.2890 18.5330 20.6490 14.1007 0.5150 27.7550 0.1532 0.5570 22.6250 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ (lbf / pulg2 o psia) ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 0.3626 0.6460 43.66 14.6250 18.68 89.1097 0.6110 13.0930 39.0130 77.26 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ .7494 3.5218 0.8475 5.9820 19.1775 2.1200 13.2170 27.5020 47.9325 2.8580 49.6442 0.2677 0.2292 0.6990 20.0460 79.2750 23.0140 23.8270 31.2478 0.3347 1.2910 19.4420 87.5560 67.4750 0. 37 177.84 114.3 329.01 121.45 127.9 587.8 718.1 2431.7 460 466.0 2147.7 2031.0 620 1786.0 2636.1 2857.9 946.7 270.2 439.6 534.85 111.5 366.1 1409.5 1028.2 3053.6 410 276.0 2464.1 915.5 2002.0 2973.21 360 153.3 1169.TABLA 3 PRESION DE VAPOR DEL AGUA ( lbf / pulg2 o psia ) ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 0.1 374.7 397.26 390 220.2 700 3093.1 490 621.04 156.95 160.0 1475.3 1285.7 405.45 149.2* ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ .7 3134.4 510 744.63 138.1 2934.4 336.8 1265.6 1865.3 580 1325.3 1079.6 840.2 295.00 169.06 105.17 350 134.0 650 2208.2 1453.4 2398.2 870.3 1947.6 495.1 576.9 610.5 322.1 630 1919.7 457.4 2333.7 2088.1 610 1661.2 2270.6 656.3 1838.2 550 1045.5 1245.3 660 2365.0 600 1542.3 930.1 2301.4 480 566.1 680 2708.0 530 885.77 200.2 504.8 2118.9 784.0 2819.0 440 381.2 1686.1 560 1133.24 241.9 258.7 1188.2 450 422.0 1497.4 1520.6 1761.75 282.5 798.8 855.0 900.9 3176.0 8.0 2.2 1115.85 236.8 448.7 302.50 205.6 430 343.89 340 118.6 1097.20 124.5 3013.5 978.72 351.8 414.7 544.1 640 2059.25 215.1 358.1 2745.6 668.8 1346.55 191.68 182.7 524.7 500 680.0 4.8 470 514.07 186.0 6.9 289.93 165.0 1011.7 3206.1 1151.4 1613.2 1892.7 2178.2 1388.0 1710.92 108.7 1735.9 476.0 2782.6 770.0 2601.0 690 2895.1 1305.2 1637.2 420 308.4 1367.12 380 195.5 590 1431.6 431.2 2498.5 1207.9 644.1 520 812.59 389.73 400 247.15 370 173.9 1566.2 1589.16 141.83 315.77 131.31 252.7 995.1 670 2531.4 570 1226.2 485.0 t oF ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 330 103.2 705.9 555.6 540 962.37 225.4 632.6 1812.77 145.56 230.2 2239.6 731.8 589.8 264.33 210.0 1974.8 693.3 757.4 826.4 2672.2 1062.8 2566. 55 2132.6513 16.380 260 .35.32. B.31.430 284 .410 16.369 257 .07 2808.50 2940.48.45.44 3803.46.333 280 .261 280 .50 2788.385 241 .50.52 .8333 15.53.374 15.44 .78 .35 .55 2477.TABLA 4 CONSTANTES PARA LA ECUACION DE ANTOINE Ecuación de Antoine: B ln P = A . mm Hg T = temperatura.41.34.370 220 . C = constantes Nombre Acetato de etilo Acetona Acido acético Agua Alcohol etílico Alcohol metílico Amoniaco Benceno Bromuro de etilo Ciclohexano Cloroformo Disulfuro de carbono Dióxido de azufre n-Heptano n-Hexano n-Pentano Tetracloruro de carbono Tolueno A B C C4H8O2 C3H6O C2H4O2 H2O C2H6O CH4O NH3 C6H6 C2H5Br C6H12 CHCl3 CS2 Rango o ( K) 260 .364 179 .0137 3096.13 .50 .8737 15.342 16.36 .63 2696.9008 15.377 226 .1516 16.62 SO2 195 .79 2690.56.7680 2302.34 .46 3405.9844 2790.46.280 16.35.441 270 .8080 18.99 C6H5CH3 280 .57 3816.9481 15.51 2511.85 .8366 15.51 .98 3626.94 .9119 18.330 253 .39.⎯⎯⎯⎯ C+T P = presión de vapor.98 .29 .67 Fórmula .5875 16.93 .19 .8742 2911.15 .57.9338 15.16 .56.52.3036 16.68 .32 2697.68 2716.370 288 .97 C7H16 C6H14 C5H12 CCl4 270 .7527 15.400 245 .9732 15. oK A.350 290 .41. . . Mc Graw Hill Caicedo Luis A. Himmelblau. K.Hougen. Thomson. Ceckler. .Ronald W. Carlos.. Meenaghan. Wenzel. Lewis ... INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA. Ragatz. Watson R. 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