UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS GEOLÓGICAS DEPARTAMENTO INGENIERÍA METALÚRGICA
CONTROL DE PROCESOS.
Controladore del Pro!eo de E"tra!!#$n %or ol&ente 'S(). Anto*a+ata, - de D#!#e/re del -012
Índice. 1.
Intro Introduc ducció ción.. n...... ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ........ ........... ............ ...........3 .....3 1.1
Objetivos Objetivos........ ............... .............. ............... ............... .............. ............... ............... .............. .......................................3 ................................3
1.1.1 1.1.1
Objetivo Objetivo General... General........... ............... .............. ............... ............... .............. ............... ............... .............. ..................3 ...........3
1.1.2 1.1.2
Objetivos Objetivos específco específcos...... s............. .............. ............... ............... .............. ............... ...............................3 .......................3
2.
Fundame undamento nto Teórico eórico... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ......... ........... ...........4 .....4
3.
ariabl ariables es ! cont contro rolad lador ores es de de proce procesos sos en el el circ circuit uito o de "#... "#...... ....... ......... ........... ...........$ .....$ 3.1
Formas Formas de contr controlar olar las variables variables en el el circuito circuito......... ................. ................... .......................% ............%
3.2
&ontroles &ontroles reali'ado reali'ados s en terreno terreno........ ............... ............... ............... .............. ............................. ...........................( .....(
3.3
ariables ariables involucrada involucradas s en en el proceso proceso........ ............... ............... ............... .............. ..........................( ...................(
3.4
)*I+ del proceso proceso........ ............... .............. ............... ............... .............. .............. ........................................1, .................................1,
3.4.1 3.4.1
ariables ariables medidasmedidas- reistrad reistradas as ! contr controlada oladas...... s.............. ............................1, ....................1,
3.4.2 3.4.2
ariables ariables medidas medidas ! reistrad reistradas..... as............ .............. ............... ...................................11 ...........................11
3.4.3 3.4.3
ariables ariables medidas medidas ! reist reistradas radas por el operador operador.............................13 .............................13
3.4.4 3.4.4
"istema "istema de seuridad seuridad ! alarmas.. alarmas......... .............. ............... ............... .............. .......................13 ................13
3./ 4.
)otenci otenciale ales s pertur perturbac bacion iones es en el pro proces ceso.. o...... ....... ....... ........ ....... ....... .......... ........... ........... ............ .........1 ...1 4.1
&loro &l2..............................................................................................1
4.2
5ananeso 5 5n2..................................................................................1
4.3
5olibdeno 5olibdeno 5o....... 5o.............. .............. .............. ............... ............... .............. ............... ............... .............. ......................1 ...............1
4.4 4.4
6ier 6ierrro- pr presen esente te com como o Fe Fe3 ! Fe2...........................................................1
4./
7itratos 7O38........................................................................................1
4.
&alcio & &a28- presente como &a"O4.............. ...................... ............... ..................................1 ...........................1
/.
.
0istado 0istado entradas entradas ! salidas... salidas........... ............... .............. ............... ............... .....................................1/ ..............................1/
Instru Instrumen mentos tos utili utili'ad 'ados os para para las medici medicione ones... s...... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... .......1$ ...1$ /.1
"ensores "ensores de nivel 0evel9e 0evel9e: : F5)/.. F5)/.......... ............... .............. ............... ............... .............. ..................1$ ...........1$
/.2
"ensores "ensores de 9ujo );O5
/.3
>lvulas >lvulas de 9ujo ;ed ;ed alve alve series series /%,, /%,, electri electric c actuated actuated....................2, ....................2, &onclu &onclusió sión... n...... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ........ ....... ....... ....... ....... ........ ....... ....... ........ .......... ........... ........... ............ ............ .........21 ...21
2
3
1. Introducción. 0a e:tracción por solventes "# es un proceso utili'ado ?ace varias d@cadas en la recuperación de metales- ! es de ran aplicación en la industria metalArica- especialmente dentro de la ?idrometaluria. 0a importancia de este proceso unitario en la ?idrometaluria es Bue se obtiene una separación- purifcación ! concentración de iones met>licos ! sales inor>nicas- para posteriormente aplicar el siuiente proceso Bue permita obtener un producto de alta calidad. Cn el presente inDorme se da a conocer el diarama de procesos de la e:tracción por solventes en la recuperación de cobre. +e la misma Dorma- se presenta el )*I+ ! la manera de controlar las diversas variables del sistema.
1.1
Objetivos
1.1.1 Objetivo General
Cstudiar ! anali'ar la importancia del control de proceso en la industria metalArica.
1.1.2 Objetivos específcos
Identifcar las principales variables Bue intervienen en el comportamiento din>mico del proceso de C:tracción por
solvente. Cstudiar los diDerentes tipos de controladores utili'ados en el proceso.
4
2. Fundamento Teórico Cl proceso de "# consiste en poner en íntimo contacto una Dase acuosa portadora del elemento met>lico &u 2 ! una Dase or>nica capa' de e:traerlo selectivamente ! transportarlo a otra Dase acuosa donde se re e:trae re e:tracción o descara. +e esta manera se purifca ! concentra en la nueva Dase acuosa denominada electrolito. 0a "# se basa en la reacción reversible de intercambio iónico entre las dos Dases inmiscibles- controlado Buímicamente por la acide' o el p6 de la Dase acuosa. +e esta manera se produce un intercambio iónico Bue mantiene en eBuilibrio el sistema liberando >cido de acuerdo a la esteBuiometría del sistema. Cn la recuperación ?idrometalArica- el proceso de e:tracción por solventes tiene Bue cumplir los siuientes objetivosE "eparación ! purifcación de uno o m>s metales de inter@s de las impure'as Bue les acompaan- sea e:tra!endo el o los metales deseados desde las soluciones- Bue Buedan con las impure'as- o bien e:tra!endo las impure'as dejando en las soluciones el o los metales deseados- en nuestro caso el cobre. &oncentración de los metales disueltos con el objetivo de disminuir los volAmenes a procesar ! así reducir los costos para el proceso siuiente. "e eleva la concentración del metal de inter@s desde una solución de baja concentración a otra de alta en el caso del cobre se eleva desde una concentración inicial de cobre en el )0" "olución proveniente de la li:iviación de 1, pl a una concentración fnal en el C; Clectrolito ;ico de 4/ H // pl de &u. TransDerencia de los metales disueltos- desde una solución acuosa compleja a otra solución acuosa diDerente. 0as plantas de "# en la ?idrometaluria tienen la misma Dunción Bue las plantas concentradoras del >rea pirometalArica- !a Bue- ellas /
normalmente procesan una alimentación de baja concentración e impura de cobre ! la convierten en un producto de alta pure'a. )ara cumplir con los objetivos anteriormente e:puestos la planta de "# debe cumplir con las siuientes variablesE
sar el óptimo e:tractante ! dilu!ente. sar el eBuipamiento correcto. Optimi'ar la confuración del circuitoE 2C H 1; 2C H 2; 2C H 10 8 1; 3C H 2 ;. Flujo de )0" ! electrolito a "#. &oncentración e:tractante. ;a'ón OJ<. &ontinuidad de Dases en los me'cladores de e:tracción ! re e:tracción. nico en los decantadores. elocidad de me'clado. Tiempo de residencia en los me'cladores. nico en los decantadores. elocidad de me'clado. Tiempo de residencia en los me'cladores.
0a e:tracción por solventes eneralmente opera de la siuiente Dorma en la e:tracción de cobreE
&ontactar el )0" Bue contiene &u 2 con la Dase or>nica de tal manera Bue el &u 2 sea e:traído
?acia el e:tractante
or>nico. "eparar por diDerencia de ravedad específca la solución de li:iviación de Dase acuosa aotada de cobre refno- del
or>nico carado de cobre O&. ;ecircular el refno a las pilas de li:iviación. Cnviar el or>nico carado para Bue se contacte con el electrolito pobre C) de electro obtención- esto re8e:trae el &u2
desde
el
or>nico
carado
?acia
el
electrolito
convirti@ndose en electrolito rico C;. "eparar por diDerencia de ravedad específca la Dase
or>nica del electrolito Dase acuosa. &ircular el or>nico descarado- para Bue contacte con la
solución rica de li:iviación )0". Cnviar el electrolito rico ?acia la 'ona de estanBues para su
limpie'a ! elevación de temperatura. ;ecepcionar el electrolito pobre en re8e:tracción Bue viene de las celdas de CO Clectro Obtención para contactarse con la Dase or>nica carada ! se enriBue'ca de &u 2.
$
Sol3!#$n de L#"#&#a!#$n
Or+4n#!o Car+ado !on Co/re
E(TRACCIÓN
Fae A!3oa Tratada 'Re*#no)
Ele!trol#to Car+ado 'A&an!e)
ELECTRO5 O6TENCIÓN
REE(TRACCIÓN
Or+4n#!o Re+enerado
Fiura 1. Ctapas ! circuito "#.
%
C4todo de Co/re
Ele!trol#to A+otado '%ent)
Cn esta etapa se ven involucradas las siuientes soluciones or>nicas ! acuosasE
Fiura 2. +efniciones soluciones or>nicas ! acuosas en la "#.
3. ariables ! controladores de procesos en el circuito de "#. Cn un proceso de "#JC= no se reBuiere e:cesiva instrumentaciónpero es imperativo contar con control autom>tico de ciertas variables!a Bue ?a! varias corrientes de líBuido interactuando bajo ciertas condiciones de relación de Dases- tiempos de residencia- 9ujos específcos ! velocidades de despla'amiento- Bue deben confurar un sistema estable ! efciente. 0a instrumentación reBuerida es de dos tiposE
)ara mantener determinados caudales. )revenir desestabili'aciones.
(
Fiura 3. +iarama de bloBues "ensores-
3.1
Formas de controlar las variables en el circuito.
&alidad de me'clas 5edida por el tiempo de separación de
Dases. 7ivel de
líBuidos
"ensores de nivel ultrasónicos
Bue
monitorean ! detectan desviaciones con alarmas de alto ! bajo
nivel. &ontinuidad de Dases ;eulación v>lvulas de acuoso u or>nico-
alarmas
Bue
detectan
desviaciones
del
valor
ajustado. Kanda del or>nico "ensor de conductividad Bue al aumentar el nivel de acuoso- provocar> el adela'amiento de esta
banda. alarma para e:tracción de acuoso.
1,
3.2
3.3
$ontroles reali%ados en terreno. &ontrol de 9ujos. ;a'ones de Dases OJ<. &ontrol de la separación de las Dases. &ontinuidad de Dases. &ontrol de las temperaturas. nico. elocidad del me'clado. lisis Buímico soluciones acuosas ! or>nicas.
ariables involucradas en el proceso.
Flujo de la solución acuosa en e:tracción ! re8e:tracción. Flujo de or>nico. Tiempo de residencia en los me'cladores. elocidad de aitación. Flujo específco. Kanda de dispersión. &ontinuidad de Dases. &oncentración del reactivo. Temperatura.
11
3.&
'(I) del proceso.
Fiura 4. +iarama )*I+ involucrado en el proceso de e:tracción por solventes or>nicos. Cn la Fiura 4. "e presenta el )*I+ de proceso de "#- con todas las variables medidas- controladas ! reistradas. +e la misma maneratenemos el sistema de variables reistradas por el controladoradem>s del sistema de alarmas ! seuridad- las cuales ser>n detalladas a continuación.
3.&.1 ariables medidas* re+istradas ! controladas.
Fiura /. &ontrol en el 5I#C; <itador 8 decantador.
12
Fiura . &ontrol de bombas en la salida de electrolito pobre.
Fiura $. &ontrol en la entrada de electrolito descarado ! el aua tratada.
3.&.2 ariables medidas ! re+istradas.
Fiura %. &ontrol de niveles en la separación de Dases Oranico8
13
Fiura (. &ontrol de nivel en el 5I#C; ! descara del or>nico carado.
Fiura 1,. &ontrol en el 5I#C; ! estanBue de or>nico carado.
Fiura 11. &ontrol de nivel en el estanBue de electrolito rico.
14
3.&.3 ariables medidas ! re+istradas por el operador.
Fiura 12. &ontrol or>nico carado.
3.&.& "istema de se+uridad ! alarmas.
Fiura 13.
Fiura 14.
1/
Fiura 1/.
Fiura 1.
1
3.,
-istado entradas ! salidas
Fiura 1$. 0istado instrumentos entradas ! salidas.
1$
&. 'otenciales perturbaciones en el proceso.
&.1
$loro $l2/0.
"e e:trae mu! levemente o casi nada por las o:imas- pero puede transDerirse vía arrastre en el or>nico carado. Forma &l 2- un as Bue causa corrosión severa en el proceso.
&.2
an+aneso n2/0.
7o lo e:traen las o:imas- pero puede transDerirse por arrastre de acuoso en el or>nico carado- puede o:idarse a 5nO 4- causando una o:idación tanto en el e:tractante como en el dilu!ente. Cl nivel de deradación puede ser severo- la o:idación puede controlarse mediante la mantención del Fe sobre 1,,, ppm en el electrolito.
&.3
olibdeno o0.
&on bajas concentraciones de cobre en el )0" el molibdeno se cara ! no descara.
&.&
ierro* presente como Fe 3/ ! Fe2/.
Cl ?ierro se transfere al electrolito por cara Buímica del Fe 3 ! por atrapamiento de acuoso en el or>nico carado- la pareja Fe 3 J Fe2 es Atil para controlar el e6 del electrolito- sin embaro- la efciencia de corriente en C= disminu!e si la concentración aumenta en el electrolito por esta ra'ón se mantiene típicamente entre ,-% H 2 J0.
&.,
itratos O340.
0os nitratos causan una deradación severa de las o:imas- ! la presencia de nitrato en el electrolito producir> problemas de calidad en el cobre ! deradación del reactivo.
1%
&.5
$alcio $a240* presente como $a"O &.
&ementos como el !eso ocasionan problema mec>nicos en tuberías- turbinas- medidores de 9ujo ! pueden precipitar- como componentes de las borras.
,. Instrumentos utili%ados para las mediciones. ,.1
"ensores de nivel -evel6e7 F',0
)re calibrado de D>brica. 5edida efca' para la emulsión. 5emoria de datos interada. Instrumento con un dianóstico de proceso e:acto para la
a!uda de decisiones r>pidas. "istema de medición redundante- !a Bue es un sensor de
nivel por radar ! capacitivo. 5ide ?asta 1, metros ;ano de temperatura- de 8/, a 2,, L&. )resión de 81 a 4,, bar. &omunicación 6<;T- 482, m< M profbus.
Fiura 1%. "ensor de nivel instalado en el proceso.
1(
Fiura 1(. Forma de operación de un sensor de nivel tipo 0evel9e: F5)/.
2,
,.2
"ensores de 6ujo '8O9G :&;;0. +iseo compacto. 5ediciones simultaneas de 9ujo ! conductividad. +i>metro nominal de 1 a $% inc?s 2-/4 cm a 2 m. 6<;T. )resión de proceso ?asta 4, bar. 5edición bidireccional para líBuidos con un mínimo de conductividad. 0a medición no es aDectada por temperatura o presión. )rotección anti8corrosión certifcada I"O 12(44- solicitada
para instalaciones sumeridas. )arametri'ación uiada. Interación para servidores Neb para una r>pida puesta en
marc?a. &apacidad sobre 3 salidas ! 1 entrada inclu!endo la'o de 48
2, m< ! comunicación 6<;T.
Fiura 2,. "ensor de 9ujo );O5
Fiura 21. Forma de operación del sensor );O5
21
,.3
actuated0.
Gran e:actitud ! control preciso racias a su actuación
el@ctrica. &ierre central. &ierre ?erm@tico bidireccional.
?!palon- clorobutilo- poliuretano- Kuna87- C)+5 ! iton. )roporciona control desde la'os de 482, m<.
Fiura 22. >lvula de 9ujo serie /%,,.
Fiura 23. Forma de operación v>lvula de 9ujo /%,,.
22
5. $onclusión. 0a importancia de un control dentro de los procesos metalAricosest> directamente relacionado con la producción- por lo cual- poder controlar la variables Bue in9u!en dentro del proceso es de suma importancia- es por eso Bue el uso de controladores nos disminu!e las perturbaciones optimi'ando el proceso. Cn el proceso de "#- para disminuir las perturbaciones en el circuito ! poder reali'ar un control lo m>s e:acto posible- se conclu!ó BueE
"i la concentración &loro sobrepasa las /,, ppm en el )0"- se recomienda interar una etapa de lavado para poder mantener controlado el cloro- bajo 4, ppm en el electrolito.
Csto aranti'aría mediciones m>s precisas. a este bajo los 1, J0. disminuir> considerablemente el error en las mediciones !
permitir> trabajar a los eBuipos sin variaciones. "e recomienda en el caso del calcio- mantener
una
concentración no ma!or a $,, ppm en el )0"- sobrepasando estos niveles podría Dormarse cemento en los conductos ! tuberías
de
los
instrumentos-
erróneas.
23
enerando
mediciones
