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Engenharia Metalúrgica ·
Metalurgia Extrativa dos Não-ferrosos 2
· 2023/1
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ENG06632 Metalurgia Extrativa dos não ferrosos II-A Prof. Weslei Ambrós weslei.ambros@ufrgs.br Parte 2 Processos pré-extrativos Aula 10 Balanços materiais - exercícios ENG06632 – Metalurgia Extrativa dos não-ferrosos II Weslei Ambrós (weslei.ambros@ufrgs.br) T4 – Exercício 01 Em uma usina siderúrgica, cal é produzida para alimentação dos fornos. O calcário utilizado na calcinação possui a seguinte composição: CaCO3 (92.89%), MgCO3 (5.41%) e SiO2 (1.70%). Com base nisso, determine: a) A massa de cal produzida por tonelada de calcário; b) A massa de CO2 produzida por tonelada de calcário; c) A massa de calcário necessária para produção de 50 ton de cal. Carga 92.89% CaCO3 5.41% MgCO3 1,70% SiO2 1 ton Gases ? % CO2 ? kg Calcinado ? % CaO ? % MgO ? %SiO2 ? ton C1 C2 C3 Sistema: Forno de calcinação Reação 1: CaCO3 → CaO + CO2 Reação 2: MgCO3 → MgO + CO2 Balanço: ENTRADA + GERAÇÃO = SAÍDA + CONSUMO ENG06632 – Metalurgia Extrativa dos não-ferrosos II Weslei Ambrós (weslei.ambros@ufrgs.br) T4 – Exercício 01 Em uma usina siderúrgica, cal é produzida para alimentação dos fornos. O calcário utilizado na calcinação possui a seguinte composição: CaCO3 (92.89%), MgCO3 (5.41%) e SiO2 (1.70%). Com base nisso, determine: a) A massa de cal produzida por tonelada de calcário; b) A massa de CO2 produzida por tonelada de calcário; c) A massa de calcário necessária para produção de 50 ton de cal. Carga 92.89% CaCO3 5.41% MgCO3 1,70% SiO2 1 ton Gases ? % CO2 ? kg Calcinado ? % CaO ? % MgO ? %SiO2 ? ton C1 C2 C3 Considerando balanço elementar para os componentes que reagem e mineral para os que não o fazem: Reagem – Ca, Mg, O e C Não reagem – SiO2 Incógnitas: - C2 - C3 - XC,c2 - XO,c2 - XCa,c3 - XMg,c3 - XO,c3 - XSiO2,c3 Equações: - R1 - R2 - Balanço C - Balanço O - Balanço Ca - Balanço Mg - Balanço SiO2 - Balanço global x 7 x 7 ENG06632 – Metalurgia Extrativa dos não-ferrosos II Weslei Ambrós (weslei.ambros@ufrgs.br) T4 – Exercício 02 Em uma usina metalúrgica, 800 toneladas de concentrado de esfarelita (ZnS) são ustulados por dia. O concentrado contém 90% de ZnS, sendo o resto constituído por ganga. Calcule a vazão mínima de ar (em m³/h) necessária para conduzir a ustulação. Considere que o forno de ustulação opera em média durante 20h/dia. Sistema: Forno de ustulação Reação: ZnS + 1.5 O2 → ZnO + SO2 Balanço: ENTRADA + GERAÇÃO = SAÍDA + CONSUMO Carga 90% ZnS 10% ganga 800 ton Oxidante 21% O2 79% N2 ? m³/h Gases ? % SO2 ?% N2 ? m³/h Ustulado ? % ZnO ?% ganga ? ton C1 C2 C3 C4 ENG06632 – Metalurgia Extrativa dos não-ferrosos II Weslei Ambrós (weslei.ambros@ufrgs.br) T4 – Exercício 02 Em uma usina metalúrgica, 800 toneladas de concentrado de esfarelita (ZnS) são ustulados por dia. O concentrado contém 90% de ZnS, sendo o resto constituído por ganga. Calcule a vazão mínima de ar (em m³/h) necessária para conduzir a ustulação. Considere que o forno de ustulação opera em média durante 20h/dia. Carga 90% ZnS 10% ganga 800 ton Oxidante 21% O2 79% N2 ? m³/h Gases ? % SO2 ?% N2 ? m³/h Ustulado ? % ZnO ?% ganga ? ton C1 C2 C3 C4 Reagem – Zn, S, O Não reagem – N2, ganga Incógnitas: - C2 - C3 - C4 - XN2,c3 - XO,c3 - XS,c3 - XZn,c4 - XO,c4 - Xganga,c4 Equações: - R1 - Balanço Zn - Balanço S - Balanço O - Balanço N2 - Balanço ganga - Balanço global x 9 x 7 ENG06632 – Metalurgia Extrativa dos não-ferrosos II Weslei Ambrós (weslei.ambros@ufrgs.br) T4 – Exercício 02 Carga 90% ZnS 10% ganga 800 ton Oxidante 21% O2 79% N2 ? m³/h Gases ? % SO2 ?% N2 ? m³/h Ustulado ? % ZnO ?% ganga ? ton C1 C2 C3 C4 Balanço elementar (ton) Espécie ENTRADA SAÍDA CARGA OXIDANTE USTULADO GASES Zn 483.10 0.00 ? 0.00 S 236.90 0.00 0.00 ? O 0.00 ? ? ? N2 0.00 ? 0.00 ? Ganga 80.00 0.00 ? 0.00 ∑ 800.00 ? ? ? Substância MM (ton/Mmol) Zn, (c,l,g) 65.39 S, (c,l,g) 32.07 O, (g) 16.00 N2, (g) 28.01 ZnS, (cubic; Sp) 97.46 ZnO, (c) 81.39 SO2, (g) 64.06 Balanço elementar (ton) Espécie ENTRADA SAÍDA CARGA OXIDANTE USTULADO GASES Zn 483.10 0.00 483.10 0.00 S 236.90 0.00 0.00 236.90 O 0.00 ? ? ? N2 0.00 ? 0.00 ? Ganga 80.00 0.00 80.00 0.00 ∑ 800.00 ? ? ? ENG06632 – Metalurgia Extrativa dos não-ferrosos II Weslei Ambrós (weslei.ambros@ufrgs.br) T4 – Exercício 02 Carga 90% ZnS 10% ganga 800 ton Oxidante 21% O2 79% N2 ? m³/h Gases ? % SO2 ?% N2 ? m³/h Ustulado ? % ZnO ?% ganga ? ton C1 C2 C3 C4 Substância MM (ton/Mmol) Zn, (c,l,g) 65.39 S, (c,l,g) 32.07 O, (g) 16.00 N2, (g) 28.01 ZnS, (cubic; Sp) 97.46 ZnO, (c) 81.39 SO2, (g) 64.06 Balanço elementar (ton) Espécie ENTRADA SAÍDA CARGA OXIDANTE USTULADO GASES Zn 483.10 0.00 483.10 0.00 S 236.90 0.00 0.00 236.90 O 0.00 ? ? ? N2 0.00 ? 0.00 ? Ganga 80.00 0.00 80.00 0.00 ∑ 800.00 ? ? ? Zn = 483 kg ZnO = 483 x (81,39 / 65,39) = 601,3 kg O = 483 x (16 / 65,39) = 118,2 kg ENG06632 – Metalurgia Extrativa dos não-ferrosos II Weslei Ambrós (weslei.ambros@ufrgs.br) T4 – Exercício 03 Durante um teste em um queimador de um forno, deseja-se saber (1) o excesso de ar utilizado na queima e (2) a proporção mínima de ar a ser injetada por m³ de combustível. Para tanto, considere que o queimador opera com gás natural (85% CH4, 10% C2H6 e 5% N2) e que os gases gerados na queima possuem a seguinte composição: 9,1% CO2, 4,8% O2 e 86,1% N2. Sistema: Queimador Balanço: ENTRADA + GERAÇÃO = SAÍDA + CONSUMO Gás natural 85% CH4 10% C2H6 5% N2 Ar ? 79% N2 21% O2 Gás de queima 86.1% N2 4.8% O2 9.1% CO2 Reação 1: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O Reação 2: C2H6 + 3.5 O2 → 2CO2 + 3H2O C1 C2 C3 ENG06632 – Metalurgia Extrativa dos não-ferrosos II Weslei Ambrós (weslei.ambros@ufrgs.br) T4 – Exercício 03 Durante um teste em um queimador de um forno, deseja-se saber (1) o excesso de ar utilizado na queima e (2) a proporção mínima de ar a ser injetada por m³ de combustível. Para tanto, considere que o queimador opera com gás natural (85% CH4, 10% C2H6 e 5% N2) e que os gases gerados na queima possuem a seguinte composição: 9,1% CO2, 4,8% O2 e 86,1% N2. Gás natural 85% CH4 10% C2H6 5% N2 Ar ? 79% N2 21% O2 Gás de queima 86.1% N2 4.8% O2 9.1% CO2 Reagem – C,H, O Não reagem – N2 Incógnitas: - C2real - C2mínima - C3 Equações: - R1 - R2 - Balanço C - Balanço O - Balanço N2 - Balanço global x 3 x 6 C1 C2 C3 Base de cálculo = 100 kmol gás natural FIM
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ENG06632 Metalurgia Extrativa dos não ferrosos II-A Prof. Weslei Ambrós weslei.ambros@ufrgs.br Parte 2 Processos pré-extrativos Aula 10 Balanços materiais - exercícios ENG06632 – Metalurgia Extrativa dos não-ferrosos II Weslei Ambrós (weslei.ambros@ufrgs.br) T4 – Exercício 01 Em uma usina siderúrgica, cal é produzida para alimentação dos fornos. O calcário utilizado na calcinação possui a seguinte composição: CaCO3 (92.89%), MgCO3 (5.41%) e SiO2 (1.70%). Com base nisso, determine: a) A massa de cal produzida por tonelada de calcário; b) A massa de CO2 produzida por tonelada de calcário; c) A massa de calcário necessária para produção de 50 ton de cal. Carga 92.89% CaCO3 5.41% MgCO3 1,70% SiO2 1 ton Gases ? % CO2 ? kg Calcinado ? % CaO ? % MgO ? %SiO2 ? ton C1 C2 C3 Sistema: Forno de calcinação Reação 1: CaCO3 → CaO + CO2 Reação 2: MgCO3 → MgO + CO2 Balanço: ENTRADA + GERAÇÃO = SAÍDA + CONSUMO ENG06632 – Metalurgia Extrativa dos não-ferrosos II Weslei Ambrós (weslei.ambros@ufrgs.br) T4 – Exercício 01 Em uma usina siderúrgica, cal é produzida para alimentação dos fornos. O calcário utilizado na calcinação possui a seguinte composição: CaCO3 (92.89%), MgCO3 (5.41%) e SiO2 (1.70%). Com base nisso, determine: a) A massa de cal produzida por tonelada de calcário; b) A massa de CO2 produzida por tonelada de calcário; c) A massa de calcário necessária para produção de 50 ton de cal. Carga 92.89% CaCO3 5.41% MgCO3 1,70% SiO2 1 ton Gases ? % CO2 ? kg Calcinado ? % CaO ? % MgO ? %SiO2 ? ton C1 C2 C3 Considerando balanço elementar para os componentes que reagem e mineral para os que não o fazem: Reagem – Ca, Mg, O e C Não reagem – SiO2 Incógnitas: - C2 - C3 - XC,c2 - XO,c2 - XCa,c3 - XMg,c3 - XO,c3 - XSiO2,c3 Equações: - R1 - R2 - Balanço C - Balanço O - Balanço Ca - Balanço Mg - Balanço SiO2 - Balanço global x 7 x 7 ENG06632 – Metalurgia Extrativa dos não-ferrosos II Weslei Ambrós (weslei.ambros@ufrgs.br) T4 – Exercício 02 Em uma usina metalúrgica, 800 toneladas de concentrado de esfarelita (ZnS) são ustulados por dia. O concentrado contém 90% de ZnS, sendo o resto constituído por ganga. Calcule a vazão mínima de ar (em m³/h) necessária para conduzir a ustulação. Considere que o forno de ustulação opera em média durante 20h/dia. Sistema: Forno de ustulação Reação: ZnS + 1.5 O2 → ZnO + SO2 Balanço: ENTRADA + GERAÇÃO = SAÍDA + CONSUMO Carga 90% ZnS 10% ganga 800 ton Oxidante 21% O2 79% N2 ? m³/h Gases ? % SO2 ?% N2 ? m³/h Ustulado ? % ZnO ?% ganga ? ton C1 C2 C3 C4 ENG06632 – Metalurgia Extrativa dos não-ferrosos II Weslei Ambrós (weslei.ambros@ufrgs.br) T4 – Exercício 02 Em uma usina metalúrgica, 800 toneladas de concentrado de esfarelita (ZnS) são ustulados por dia. O concentrado contém 90% de ZnS, sendo o resto constituído por ganga. Calcule a vazão mínima de ar (em m³/h) necessária para conduzir a ustulação. Considere que o forno de ustulação opera em média durante 20h/dia. Carga 90% ZnS 10% ganga 800 ton Oxidante 21% O2 79% N2 ? m³/h Gases ? % SO2 ?% N2 ? m³/h Ustulado ? % ZnO ?% ganga ? ton C1 C2 C3 C4 Reagem – Zn, S, O Não reagem – N2, ganga Incógnitas: - C2 - C3 - C4 - XN2,c3 - XO,c3 - XS,c3 - XZn,c4 - XO,c4 - Xganga,c4 Equações: - R1 - Balanço Zn - Balanço S - Balanço O - Balanço N2 - Balanço ganga - Balanço global x 9 x 7 ENG06632 – Metalurgia Extrativa dos não-ferrosos II Weslei Ambrós (weslei.ambros@ufrgs.br) T4 – Exercício 02 Carga 90% ZnS 10% ganga 800 ton Oxidante 21% O2 79% N2 ? m³/h Gases ? % SO2 ?% N2 ? m³/h Ustulado ? % ZnO ?% ganga ? ton C1 C2 C3 C4 Balanço elementar (ton) Espécie ENTRADA SAÍDA CARGA OXIDANTE USTULADO GASES Zn 483.10 0.00 ? 0.00 S 236.90 0.00 0.00 ? O 0.00 ? ? ? N2 0.00 ? 0.00 ? Ganga 80.00 0.00 ? 0.00 ∑ 800.00 ? ? ? Substância MM (ton/Mmol) Zn, (c,l,g) 65.39 S, (c,l,g) 32.07 O, (g) 16.00 N2, (g) 28.01 ZnS, (cubic; Sp) 97.46 ZnO, (c) 81.39 SO2, (g) 64.06 Balanço elementar (ton) Espécie ENTRADA SAÍDA CARGA OXIDANTE USTULADO GASES Zn 483.10 0.00 483.10 0.00 S 236.90 0.00 0.00 236.90 O 0.00 ? ? ? N2 0.00 ? 0.00 ? Ganga 80.00 0.00 80.00 0.00 ∑ 800.00 ? ? ? ENG06632 – Metalurgia Extrativa dos não-ferrosos II Weslei Ambrós (weslei.ambros@ufrgs.br) T4 – Exercício 02 Carga 90% ZnS 10% ganga 800 ton Oxidante 21% O2 79% N2 ? m³/h Gases ? % SO2 ?% N2 ? m³/h Ustulado ? % ZnO ?% ganga ? ton C1 C2 C3 C4 Substância MM (ton/Mmol) Zn, (c,l,g) 65.39 S, (c,l,g) 32.07 O, (g) 16.00 N2, (g) 28.01 ZnS, (cubic; Sp) 97.46 ZnO, (c) 81.39 SO2, (g) 64.06 Balanço elementar (ton) Espécie ENTRADA SAÍDA CARGA OXIDANTE USTULADO GASES Zn 483.10 0.00 483.10 0.00 S 236.90 0.00 0.00 236.90 O 0.00 ? ? ? N2 0.00 ? 0.00 ? Ganga 80.00 0.00 80.00 0.00 ∑ 800.00 ? ? ? Zn = 483 kg ZnO = 483 x (81,39 / 65,39) = 601,3 kg O = 483 x (16 / 65,39) = 118,2 kg ENG06632 – Metalurgia Extrativa dos não-ferrosos II Weslei Ambrós (weslei.ambros@ufrgs.br) T4 – Exercício 03 Durante um teste em um queimador de um forno, deseja-se saber (1) o excesso de ar utilizado na queima e (2) a proporção mínima de ar a ser injetada por m³ de combustível. Para tanto, considere que o queimador opera com gás natural (85% CH4, 10% C2H6 e 5% N2) e que os gases gerados na queima possuem a seguinte composição: 9,1% CO2, 4,8% O2 e 86,1% N2. Sistema: Queimador Balanço: ENTRADA + GERAÇÃO = SAÍDA + CONSUMO Gás natural 85% CH4 10% C2H6 5% N2 Ar ? 79% N2 21% O2 Gás de queima 86.1% N2 4.8% O2 9.1% CO2 Reação 1: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O Reação 2: C2H6 + 3.5 O2 → 2CO2 + 3H2O C1 C2 C3 ENG06632 – Metalurgia Extrativa dos não-ferrosos II Weslei Ambrós (weslei.ambros@ufrgs.br) T4 – Exercício 03 Durante um teste em um queimador de um forno, deseja-se saber (1) o excesso de ar utilizado na queima e (2) a proporção mínima de ar a ser injetada por m³ de combustível. Para tanto, considere que o queimador opera com gás natural (85% CH4, 10% C2H6 e 5% N2) e que os gases gerados na queima possuem a seguinte composição: 9,1% CO2, 4,8% O2 e 86,1% N2. Gás natural 85% CH4 10% C2H6 5% N2 Ar ? 79% N2 21% O2 Gás de queima 86.1% N2 4.8% O2 9.1% CO2 Reagem – C,H, O Não reagem – N2 Incógnitas: - C2real - C2mínima - C3 Equações: - R1 - R2 - Balanço C - Balanço O - Balanço N2 - Balanço global x 3 x 6 C1 C2 C3 Base de cálculo = 100 kmol gás natural FIM