Hoja de Cálculo para el Diseño de un Proceso de Reciclaje...
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Parámetro Valor Modificable unidades
Parámetro cálculado valor unidades
Intercambio Iónico
Si se desea verificar las ecuaciones usadas y el proceso de diseño cada equipo tiene un vínculo con la hoja en que se presenta el proceso de diseño con ecuaciones etc.Por ejemplo para verificar el proceso de diseño de Intercambio Iónico al hacer clik en el nombre
Esta hoja de cálculo cuenta con los cálculos para diseñar los siguientes equipos:• Triturador • Separador de partes férricas por medio de imán suspendido• Tanque de flotación para separación de partes plásticas• Reactor dónde se lleva a cabo la lixiviación ácida• Torre de intercambio iónico selectivo y • Evaporador atmosférico
En la hora ‘Resultados’ se puede realizar todo el diseño, los parámetros que es posible cambiár aparecen con el siguiente formato:
Los cálculos realizados aparecen con el siguiente formato y no es posible modificarlos:
lleva a la hoja en que se realizan los cálculos.
Hoja de Cálculo para el Diseño de un Proceso de Reciclaje de Baterías (CADIPREBAT)
Base de diseño= 100
Kg de Pilas día
Proceso Tiempo (hr)Separación de baterías 1
Triturador 1.5Separador de férricos 1Separador de plásticos 1Reacción de lixiviación 1.5
Intercambio Iónico 1Evaporación 22.74
Preparación de Materia prima
Triturador
Capacidad 66.7 Kg/hr
Separación de partes FérricasF= 22.7
W= 2 ftV= 5 ft/min
Profundidad de la carga 2.2 cmPartes removidas 43.3 Kg
Velocidad 1.5 m/min
Separador de plásticosproporción Agua:pilas= 1.5
Tiempo de Retención DTFT 0.5 hr
Vol. De Agua 85.054 LVol. de tanque de flotación VLFT 1198.2 LVol de pilas + agua por día 105.7 L
Material removido 23.5 Kg
Reactor
Tiempo de Retención DTFT 0.5 hrRecirculación 0
Np= 0.3 (recomendado)NQ= 0.5 (recomendado)
1.5 (recomendado)
Volumen del tanque 86.1 LPotencia teorica 9.4 W
Volumen del líquido por carga 57.4 LConc. H2 4 3.9SO M
Volumen total de ácido 66.4 L Volumen de ácido por carga 22.1 0.000
Intercambio IónicoTipo de resina SERDOLIT® Chelite® P
Capacidad de la resina 1.3 eq/l
Vol. De servicio 0.015 L(soln)/m3(resina)Tiempo de servicio 60 min
Vol. De resina 0.112 LVol. De regenerante 96.85 L
Vol. agua retrolavado 746.5 LVol. agua enjuague 746.5 L
tiempo para hacer un ciclo 2.7 hr
Evaporador Atmosféricotasa de evaporación 2 gph
t de la solución 60-80 °C (Recomendada)
Volumen 45.5 galConcentración 1.30 M Ni
tiempo de operación 22.7 h
Establecida por el proveedor
Materiales requeridos para 1Wh de baterías portatiles de íquel Cadmio (g)
ComponentesMateriales
Hierro Níquel Cadmio Hidróxidos H2O KOH (30%) PA PVC Co Plástico Total % Peso
Electrodo Negativo 0.77 1.16 3.88 0.29
6.1 24.41%Electrodo Positivo 1.65 2.93 0.21 1.74 0.12 6.65 26.61%Electrolito 2.00 0.86 2.86 11.44%Separador 0.53 0.53 2.12%Cubierta metálica 7.38 0.06 7.44 29.77%Válvula 0 0.00%Colector de corriente 1.02 1.02 4.08%Etiqueta 0.26 0.26 1.04%Junta 0.13 0.13 0.52%Total 10.82 4.09 4.09 2.03 2.00 0.86 0.66 0.26 0.12 0.06 24.99 100.00%% Peso 43.30% 16.37% 16.37% 8.12% 8.00% 3.44% 2.64% 1.04% 0.48% 0.24% 1
Base 100 Kg/dInsumos Productos
Baterias 100.000 Kg Nia 13.093 KgNi 16.367 Kg Cdb 16.367 KgCd 16.367 Kg Fec 43.297 KgFe 43.297 Kg Plásticos 22.315 KgPlasticos 23.489 Kg en forma de sales.H2SO4 66.427 L NiSO4 34.445 Kg
165.946 ClCd 21.528 Kg
H2SO4 65.46618647 L
HORAS Proceso
1 Separación de bateríasSeparación de baterías
2 TrituradorTriturador
3 TrituradorSeparador de férricos
4 Separador de férricosSeparador de plásticos
5 Separador de plásticosReacción de lixiviación
6 Reacción de lixiviaciónReacción de lixiviación
7 Intercambio IónicoIntercambio Iónico
8 EvaporaciónEvaporación
HORASSeparación de baterías Triturador
Separador de férricos
Separador de plásticos
Reacción de lixiviación
Intercambio Iónico Evaporación
1
2
3
4
5
6
7
8
100 Kg de Pilas díaV= 2742.87 Kg/m^3
Turno 8 hrs12.5 KgPilas/hora
TrituradorCapacidad 66.66666667 Kg/hr
Separación de partes Férricas
F= 22.7
C= 0.00268025 ft^3/min 7.59545E-05 m^3/min
W= 2 ft 0.609756098 m
V= 5 ft/min 1.524390244 m/min
De= 0.0060842
2.2259137 in
cm
ResultadosTriturador
Capacidad 66.667 Kg/hrSeparador de partes férricas
Profundidad de la carga 2.226 cmPartes removidas 43.297 Kg
Velocidad 1.524 m/min
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=WVCFDe
De=Profundidad de la cargaF=Factor de profundidad de la cargaV=Velocidad de la banda W=Ancho de la banda
Separador de plásticosPilas 56.70268107 kgPilas 0.020672756 m^3Pilas 20.67275557 LPilas 5.461121839 gal
Volumen de Agua=
85.05402161 L0.085054022 m3
Volumen total Q= 0.105726777 m^3
105.7267772 L27.92984273 gal
Q= 13.96492136 gal 1 A/S2 0.005
Co= 37091.53662 mg/L 3 0.01sa= 18.7 4 0.015P= 40 psig 5 0.02P= 3.721088435 atm 6 0.025
Parámetros de Diseño 6 7 0.03A/S= 0.025 8 0.035
R= 619.0064568 g/dia 9 0.042342.388523 L/dia 10 0.045
11 0.0512 0.05513 0.06
ML 40 lb/ft2 diaSA 217033.7843 ft^2
Volumen del tanque de flotaciónDTFT= 0.5
VOLFT= 42.310921 ft31.198245283 m31198.245283 L
0.025
Agregar agua en proporción Agua:pilas 1.5:1 volumen/masa.
El tiempo para realizar la flotación es una hora, el tiempo de retención es .5hr, se
divide en dos cargas
( )( )
)15(.3.1 −
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=PSa
CoQSA
R( )( )( )MLCoQS A
3.8=
( ) DTFTRQVOLFT *241*
48.71*+=
DTFT= tiempo de detención en el tanque, hrR= flujo reciclado, gdQ= flujo de alimentación, gd
T
ResultadosVol. De Agua 85.054 LTiempo de Retención DTFT 0.5 hrVol. de tanque de flotación VLF 1198.245 LVol de pilas + agua por día 105.727 L
Diseño de equipo de separación por gravedad (Flotación)
Los datos requeridos para el diseño son:
Ø Flujo de agua (mgd)Ø Concentración de sólidos suspendidos en la alimentación (mg/l)Ø Concentración promedioØ Variación en concentración.Ø Dosis de poliméros,. Lb/ton sólidos secos
Parámetros de diseño, del laboratorio o planta pilotoØ Proporción Aire-sólido (A/S)Ø Presión de aire, P (psig)Ø Tiempo de detención en el tanque de flotación, DTFT, (hr)Ø Carga de sólidos, ML, (lb/ft2/día)Ø Carga hidráulica, HL, (gpm/ft2)Ø Tiempo de detención en tanque de presión. DTPT(min)Ø Concentración flotante, Cf, (%)
V a l o r e s t í p i c o s .
C l a r i f i c a c i ó nP P r e s i ó n d e a i r e p s i g 4 0 - 7 0R E f f l u e n t r e c y c l e % 3 0 - 1 2 0
D T F T T i e m p o d e d e t e n c i ó n h r 0 . 2 5 - 0 . 5A / S P r o p o r c i ó n A i r e - s ó l i d o l b A i r e / l b s o l i d 0 . 2 5 - 0 . 6H L C a r g a h i d r a u l i c a g p m / f t 2 , 1 - 4
D T P TT i e m p o d e d e t e n c i ó n ( t a n q u e d e p r e s i ó n ) m i n , 1 - 3
U n i d a dP a r á m e t r o
P a r á m e t r o s d e F l o t a c i ó n c o n A i r e
o
100 Kg de Pilas díaV= 2742.87 Kg/m^3densidad electrodos 8775 Kg/m3
Tanque agitado.Volumen de sólidosElectrodos 33.21 Kg 33.21328531
3.784989779 L 0.189272060.99988075 gal 189.2720597
Volumen ácido DensityKg/m3Volumen ácido= 0.066426571 m3 Soln. Electrod 8775
17.54790716 gal H2SO466.42657063 L
Volumen de FlotaciónQ de flotación= 0.105726777 m^3
105.7267772 LVolumen Total
Q total= 172.1533478 LQ por carga= 0.057384449 m^3
57.38444927 LPotencia Requerida
G= 500 1/sm= 0.89 Ns/m2V= 0.057384449 m3
densidad ρ = 190.1391617 Kg/m3
Np= 0.3NQ= 0.5
n= 25D/Te= 0.4
Te= 0.468179386 mD= 0.187271754 m
P= 9.365903437 WQ= 0.082096917 m^3/s
0.47
0.5
P= potencia requerida, Wm= viscosidad dinámica, Ns/m2 V= volumen del tanque, m3G= gradiente de velocidad, 1/sQ= Pumping Capacity
El tiempo para realizar la reacción es 1.5 hrs, el tiempo de retención es .5hr, se divide en tres cargas
Q=NQnD3
P=NppnD3
Low shared hydrofoil (LS)
D
Wt %
(Metcalf p348)
ResultadosVolumen del tanque 86.077 L
Potencia teorica 9.366 WVolumen del líquido por carga 57.384 L
Conc. H2SO4 3.855 M66.42657063 0.000 0.000
P ro c e s o t G (1 /s )O p e ra c io n e s típ ic a s d e m e z c la d o rá p id o e n tra ta m ie n to d e a g u a 5 -3 0 s 5 0 0 -1 5 0 0
M e z c la d o rá p id o p a ra c o n ta c to in ic a l e fe c t iv o y d is p e rs ió n d e q u ím ic o s . < 1 s 1 5 0 0 -6 0 0 0
M e z c la d o rá p id o d e q u ím ic o s e n c o n ta c to c o n p ro c e s o s d e f i l t r a c ió n < 1 s 2 5 0 0 -7 5 0 0
V a lo re s t íp ic o s d e t ie m p o d e d e te n c ió n y g ra d ie n te d e v e lo c id a d G p a ra m e z c la d o
Electrodos
Agua
Ácido Sulfúrico
Solución de Ni y Cd
Reactor
T y p ic a l d e s ig n p a ra m e te re s f o r m ix in g o p e ra t io n sP a rá m e tro S ím b o lo U n id a d V a lo rH o r iz o n ta l f lo w m ix in g
G ra d ie n te d e v e lo c id a d G 1 /s 5 0 0 -2 5 0 0V e lo c id a d ro ta c io n a l n r /m in 4 0 -1 2 5
T a s a d e d iá m e tro d e l im p u ls o r a l d iá m e t ro e q u iv a le n te d e l ta n q u e D /T e - 0 .2 5 -0 .4 0
V e r t ic a l - f lo w m ix in gG ra d ie n te d e v e lo c id a d G 1 /s 5 0 0 -2 5 0 0
V e lo c id a d ro ta c io n a l n r /m in 2 5 -4 5T a s a d e d iá m e tro d e l im p u ls o r a l d iá m e t ro e q u iv a le n te d e l ta n q u e D /T e - 0 .4 -0 .6
100 Kg de Pilas día
8 hrs12.5 KgPilas/hora
Intercambio iónicoSolución de Ni y Cd 172.1533478 LFlujo 0.172153348 m3/hr
45.47774989 gal/hConc. A la salida del reactor
0.076055665 Kg/L Ni0.095069581 Kg/L Cd
PM Cd 112.4 g/molPM Ni 58.7 g/mol
Tiempo de Servicio y volumen
REC 9.131439084 lb/ft^3Co 95069.58085 mg/LCs 5 mg/LIRC 0.793052118 lb/gal
SV= 11.51429884 gal/ft^3SV= 120
120
1.0SFR 2 gpm/ft^3
St 5.757149418St 60 min
Volumen de Resinas
Sv= service volume, gal/ft3REC= capacidad, lg/ft3IRC =ion removal concentration, lb/galSt= tiempo de servicioSFR = Service flow rate, gpm/ft3
IRCREC
Sv =
SFRSVSt =
2
( )( )⎥⎦⎤
⎢⎣
⎡×⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=
2460)10)(( 6 St
RECQIRCVol
Vol= volumen de resina ft^3Q=flujo total,mgd
El tiempo para realizar la el intercabio iónico es de 1 hora
IRCREC
Sv =
SFRSVSt =
( )( )⎥⎦⎤
⎢⎣
⎡×⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡=
2460)10)(( 6 St
RECQIRCVol
El tiempo para realizar la el intercabio iónico es de 1 hora
E
Q 45.47774989 g/h
Vol 3.94967601 ft^3
Volumen de RegeneranteREGENERANT %
1 H2SO4 2N 8.2082 NaCL 2N 5.8442
1
RegeneranteRC 8.21 %RL 5.00 lb/ft^3SpG 1.13Vr 25.62062309 ft^3Requerimiento de Enjuague
5RW 50 gal/ft^3
VRW 197.4838005 gal
backwash 5BW 50 gal/ft^3
VBW 197.4838005 galTiempo para ciclo de intercambio
1
BR 2 gpm/ft^3 3
RRF 1.2 gpm/ft^3 5
RRW 0.9 gpm/ft^3
BT 25 min
RT 5.40563813 min
WT 55.55555556 minOMT 14.59611937
EC= 160.5573131 minNumero de ciclos por díatiempo para hacer un ciclo
2.675955218 hr
))(34.8(100**SpGRC
VolRLVR =
Vr= volumen de regenerante, galRL = Nivel de regenerante, lb/ft^3RC= Concentración del regenerante
H2SO4 2N
VRW= volumen de agua de enjuague, galRW= agua enjuague, gal/ft^3Vol= volumen de enjuague
50
50
BR= rate of backwashing, gpm/ft3RRF=rate of regenerant flow, gpm /ft3RRW=rate of rinse water flow, gpm/ft3BW= Backwash water, gal/ft3RW=rinse water, gal/ft3RRW=rate of rinse water flow, gpm/ft3
BT=backwash timeRT= Regeneration timeWT= rinse timeOMT=Operational and maintenance timeEC=exchange cycle time
))(34.8(100**SpGRC
VolRLVR =
2
1.2
0.9
VolBWVBW *=
OMTWTRT +++BTSTC E +=
EC= Exchange cycle time, min BT= Back wash time, minRT= Regeneration time, minWT = Rinse time, minOMT= Operation and maintenance time, hrST= Service time
BRBWBT=
VolRRFVRT R 1*=
RRWRWWT =
rm
12
1 3
Selección tipo resina 4Capacidad 1.3 eq/l 5
Tamaño de particula 20-50 MESH 6
Dp (0.3-0.8 ) mm 7Humedad 60-65 % 8
Afinidad relativa Pb2+ > Cu2+ > Zn2+ > Mg2+ > Ca2+ > Cd2+ > Ni2+ > Co2+ > 9Regenerante 5 Volumenes ácido 2N 10
densidad aparente 685.0 g/L 11121314
Vol. De servicio 11.5 gal/ft^3Tiempo de servici 60.0 min
Vol. De resina 3.9 ft^3Vol. De regeneran 25.6 galVol. De enjuage 197.5 gal
Vol. De agua lavado 197.5 galTiempo de ciclo 160.6 mintiempo para hace 2.7 hr
ResultadosVol. De servicio 0.16 m3/LTiempo de servicio 60.00 minVol. De resina 0.11 m^3Vol. De regenerante 96.85 L
Vol. De agua retrolavado 746.49 L Tiempo de ciclo 160.56 mintiempo para hacer un 2.68 hr
Estimación de costoCosto total de const 22.183Costo Operación y 52647.0
SERDOLIT® Chelite® P
Regenerante. Agua.
Solución de Ni
Solución de Ni y Cd
Solución de Cd Purga
Intercambio Iónico.
co
1. Ball Valve2. Evaporative Panels (ET II & ET III only)3. Drain4. Deflector Panel5. Mist Eliminator
Volumen 172.153348 L45.4777499 gal 5.68471874
Concentración 0.07605566 Kg/L Ni1.2956672 M Ni
http://www.nmfrc.org/bluebook/sec323.htm
Tasa de evaporación
Requerimientos de vapor
Calor del vapor
Calor eléctrico
Dimensiones
Aquialogic Inc.Evaporador atmosférico 2-45 gph
15 psi en el serpentin 5 KW 25-45 KW
56'' x 96'' x 64'' h
DeltaEvaporador atmosférico 10 gph 16 psi 10KW 25-45 KWEvaporador atmosférico 240 gph Serpentin 50KW 250 KW
ResultadosVolumen 45.47775 galConcentra 1.2956672 M Nitiempo de 22.738875 h