reactor de cianuracion intensiva

7/22/2019 Reactor de Cianuracion Intensiva

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Reactor de cianuracion Intensiva Introduccin

El reactor de cianuracion intensiva (ILR) ha sido desarrollado por Gekko Systems con el propsito deoptimizar la recuperacin de oro desde corrientes de concentrados de alta ley. Actualmente, practicas como lapurificacin de concentrados utilizando mesas concentradoras u otros equipos gravimtricos requieren intensamano de obra acarreando significativos riesgos de seguridad y bajas eficiencias de recuperacin.

El ILR est diseado para operar en conjunto con un sistema de control distribuido (DCS) o como nicaunidad con mnimos requerimientos operativos. La unidad se encuentra montada sobre una estructuraindependiente con el sistema de control integrado. Como resultado los requerimientos de obras civiles en elsitio son mnimos. De dimensiones reducidas, el ILR permite su ubicacin cerca de la lnea de descarga deconcentrados. Todos los slidos y lquidos productos de descarga del ILR pueden ser bombeadosnuevamente hacia el circuito de molienda o directamente retirados del circuito. La solucin rica es bombeada

hacia el cuarto de oro o fundicin donde generalmente es tratada mediante un circuito de electrowinning y lasolucin barren re-circulada hacia el reactor.

El alejamiento de los ineficientes sistemas multi-etapa por concentracin gravimtrica ha sido lento. Estossistemas son generalmente complicados con zarandas, concentracin secundaria por mesas gravimtricas yseparadores magnticos para incrementar la recuperacin del circuito. De mas esta decir que cada paso en elre-tratamiento del concentrado tambin incrementa el potencial de prdidas (oro asociado a magnticos, etc.).


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Reactor de Lixiviacin en LneaILR Batch

Operacin del reactor de lixiviacin en lnea modelo batch

El concentrado proveniente del sistema de recuperacin primaria reporta al cono de alimentacin

del reactor para su desaguado donde el rebalse retorna hacia el proceso de planta. Los slidos son

almacenados en el cono de alimentacin hasta el comienzo del ciclo. El reactor de lixiviacin en lnea trabaja bajo el principio de laboratorio de ensayos en botellas para

mantener el mximo contacto entre slidos y solucin, un tambor horizontal de baja velocidad de

rotacin y con un especial sistema de rompedores y aireacin maximizan la performance de

lixiviacin. El tiempo de residencia es pre-establecido en el laboratorio y controlado por el volumen

de diseo del reactor. Durante la fase de lixiviacin la solucin es continuamente re circulada a

travs de los slidos desde el cono de solucin donde se agregan los reactivos necesarios, tales

como oxigeno y cianuro a fin de que estn permanentemente disponibles para la reaccin de

lixiviacin.Al completar el ciclo de lixiviacin la solucin es clarificada y luego bombeada al circuito de electrodeposicin. Los slidos remanentes (colas) son vaciados mediante el giro reverso del tambor y

bombeados hacia el circuito (normalmente molienda). La solucin rica puede ser recuperada

mediante un sistema dedicado de electro deposicin o mezclado con otras soluciones provenientes

de la planta. La solucin pobre proveniente de la electro deposicin es luego bombeada hacia

circuito CIL/CIP o opcionalmente retornada al ILR para su re utilizacin y aprovechamiento del

cianuro residual.Pasos del ciclo del modelo Batch

Ajuste del volumen de solucin y dosificacin de reactivos.

Lixiviacin del mineral por re circulo de solucin a travs del tambor.

Drenaje del tambor y clarificacin de la solucin rica.

Lavado de slidos con agua.

Drenaje y clarificacin de la solucin de lavado.

Vaciado de slidos.

Drenaje final de solucin.

Transferencia de la solucin hacia electro deposicin.


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Flowsheet simplificado del reactor batch de Gekko Systems

Ventajas especificas del reactor batch Lixivia oro fino y grueso. Ingeniera especfica para la prevencin del atrapamiento de partculas de oro en el cuerpo

del tambor. Sistema simplificado con baja cantidad de componentes: 1 tambor, 1 bomba, 1 sumidero, 2

tanques. Bajos costos operativos y cero requerimiento de agentes qumicos lixiviantes. Baja potencia instalada (menos de 10 Kw) Dedicado paso de clarificacin. Solucin rica altamente apropiada para la recuperacin por electro deposicin.

Reactor de Lixiviacin en LneaTeora de Operacin

Los concentrados obtenidos por el equipo de concentracin primaria reportan al cono de alimentacin del ILR

para su desaguado. La alimentacin puede ser tanto continua como batch. El sistema de alimentacin

alimentara continuamente el reactor a una velocidad menor a la mxima recomendada. El bajo flujo del cono

reporta a la alimentacin del reactor mientras que el rebalse del cono es retornado al circuito.

El reactor de lixiviacin en lnea trabaja bajo el principio de laboratorio de ensayos en botellas para mantener

el mximo contacto entre slidos y solucin, un tambor horizontal de baja velocidad de rotacin y con un

especial sistema de rompedores y aireacin maximizan la performance de lixiviacin. El tiempo de residencia


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es pre-establecido en el laboratorio y controlado por el volumen de diseo del reactor. Los slidos lixiviados

son lavados y removidos del circuito reportando al cajn de bomba en la descarga del tambor.

La solucin rica es bombeada al cono de solucin pudiendo permanecer all por un lapso de tiempo pre-

seteado a fin de maximizar la clarificacin de la solucin para luego ser bombeada hacia celdas de electro

deposicin. La solucin agotada en la descarga de la electro deposicin es nuevamente utilizada y bombeada

a la alimentacin del reactor para ciclos posteriores de lixiviacin.

DOSIFICACION DE REACTIVOS

Los reactivos pueden ser agregados en la alimentacin al reactor mediante bombas dosificadoras. Para

operaciones tpicas se recomienda el uso de ~2% de cianuro de sodio a un pH de 13,5. Acelerantes no son

normalmente recomendados pero en ciertas ocasiones pueden ser agregados a una concentracin de 0,5%.

Altos niveles de oxigeno disuelto (+20 ppm) en la solucin proveniente de la electro deposicin son generados

tratando la solucin a temperatura ambiente; lo cual mejora significativamente los tiempos de lixiviacin y

permite que partculas gruesas sean lixiviadas en extremadamente bajos tiempos de retencin.

COSTOS ESTIMADOS

Incluyendo soda caustica, cianuro, potencia, partes de desgaste y Acelerantes de lixiviacin (ProLeach), el

costo estimado de operacin ronda entre 10 y 50 dlares por kilogramo de oro obtenido (dependiente de la ley

de oro en concentrado).

MODELOS BATCH VERSUS CONTINUOS

Los modelos batch del ILR han sido desarrollados para el tratamiento de altas leyes en bajos volmenes de

concentrado, mientras que los modelos continuos son diseados para el tratamiento de altas leyes en altos

volmenes de concentrado. Esto permite una aplicacin flexible de la tecnologa de cianuracion intensiva para

el tratamiento de diferentes mtodos de concentracin primaria, diferentes tipos de minerales y

caractersticas.


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La figura arriba, muestra el rea de aplicacin para cada tipo de ILR en relacin con la masa de concentrado y

la ley de oro.

Reactor de Lixiviacin en LneaILR Continuo

Operacin del Reactor de Lixiviacin en Lnea Modelo Continuo

El ILR continuo est diseado para aceptar diluidos concentrados de alta ley en orden de recuperar oro solido

en soluciones. El oro es recuperado, luego, desde la solucin normalmente mediante la utilizacin detecnologas de electro deposicin. La pulpa alimenta el cono de alimentacin para su desaguado, el cono

mantiene los slidos mientras que el rebalse es dirigido hacia el sumidero de colas. El cono de alimentacin

es controlado mediante una celda de carga y una vlvula tipo pinch en combinacin con un temporizador de

control en lazo manejado por el PLC. La celda de carga mide la cantidad de masa en el cono. Los slidos son

alojados en el cono hasta alcanzar una nivel de carga minino pre determinado que le indicara al controlador

abrir la vlvula de alimentacin al reactor.

La alimentacin espesada reporta al tambor de lixiviacin donde los reactivos son adicionados en conjunto la

cantidad necesaria de solucin barren proveniente de electro deposicin. El tambor rota en eje horizontal a la

velocidad suficiente para asegurar que la solucin sea mezclada con los slidos. La boca de ingreso y egreso

del tambor son diseadas para crear un bajo ngulo de reposo. Los slidos son agitados solamente para

mantener la masa en movimiento, una serie de rompedores permiten el movimiento de los slidos a travs del

tambor pero inhiben el corto circuito y ayudan a mantener las partculas ms gruesas dentro del tambor, locual es determinante en el tiempo de residencia de las partculas mientras la solucin es re circulada a una

velocidad controlada ( independiente de la velocidad de los slidos). La baja densidad de lixiviacin permite

altos niveles de reactivo circulando a travs de los slidos.

Slidos y solucin son descargados en el sumidero de solucin rica, este sumidero esta dividido en tres

secciones interconectadas. La primera seccin permite a los slidos y a la solucin de colas del reactor

reportar a la bomba de circulacin la cual los transfiere al cono de sedimentacin los slidos sedimentados en

la base del cono son reportados a la zaranda de desaguado. Los slidos desaguados >83% son descargados


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en el sumidero de colas de la zaranda, todo bajo tamao de la zaranda es retornado hacia las primeras dos

secciones del sumidero de solucin.

El rebalse del cono de sedimentacin reporta a la segunda seccin del sumidero de solucin mientras que la

tercera seccin incorpora en set de placas que ayudan que a completar la clarificacin. El rebalse de esta

seccin reporta a la bomba de solucin rica la cual enva la solucin al cajn sedimentador. El cajn de

sedimentacin es una trampa de seguridad para asegurar la mnima cantidad de slidos en el sector deelectro deposicin. Floculante puede ser usado para mejorar la performance de clarificacin.

El rebalse del cajn sedimentador alimenta las celdas de electro deposicin y la solucin pobre en las colas

de las celdas son retornadas hacia la alimentacin del reactor.

Si la electro deposicin es no metalrgicamente factible otras opciones pueden ser estudiadas como carbn

activado, resina o Merrill Crowe

Diagrama simplificado del reactor continuo

Ventajas especificas del ILR continuo

Demostrada capacidad para el tratamiento de minerales sulfurados y/o con oro libre.

Significativos logros en recuperacin de minerales complejos y/o oxidados.

Reducido consumo de reactivos.

Flujos continuos permiten una mejor y ms rpida contabilidad del oro.

Mltiples opciones para recuperacin del oro desde la solucin (electro deposicin, carbn encolumnas, precipitacin con zinc, etc).


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INTRODUCCIN El principal objetivo de este trabajo es la elaboracin de un simulador que

reproduzca el funcionamiento de un tanque semicontinuo con distintas formas

de operacin y carga. Esto se har con el propsito de obtener el tipo de

operacin que reduzca el tiempo en condiciones no estacionarias. La reaccin que se da en el reactor posee una cintica irreversible del siguiente

tipo:

A + B ----> PRODUCTOS (R)

Se trata de una cintica de orden global 2, es decir, de orden 1 por cada uno de

los reactivos (-r a = K C a * C b ) en la que la constante cintica est definida

en funcin de la temperatura segn la expresin:

Se trata de una reaccin de esterificacin en fase acuosa, por lo que el rango de

temperaturas ir desde el punto de solidificacin del disolvente hasta su punto

de ebullicin, es decir, desde 273K a 373K.

Otros datos de diseo del reactor, y de su funcionamiento, sern los siguientes:

Funcionamiento isotermo.

Caudal de alimentacin constante e igual a 100ml/min por reactivo.

Concentracin de alimentacin constante e igual a 0.1 mol/l por cada uno de

los reactivos.

Volumen del reactor 2 litros .

Caudal de salida igual al de entrada cuando se llene el reactor.

Con todos estos datos, hemos elaborado un simulador con 3 casos, en funcin

del arranque o puesta en marcha del reactor semicontinuo:

RTS. Llenado poco a poco:

En este reactor, partiremos de una situacin del reactor vaco, que se ir

llenando poco a poco con el caudal de alimentacin, mientras que va

transcurriendo la reaccin. Cuando el reactor se llene, se abrir la salida, con

lo que el volumen del reactor ser constante e igual a 2 litros y el caudal a la

salida ser igual al de alimentacin.

Cuando las concentraciones a la salida sean constantes, habremos llegado al

estado estacionario.

RTS. Llenado de A y B de golpe:

En este caso, partiremos de una situacin en la que se ha llenado el tanque de

golpe con A y B de concentracin 0.5 molar de cada uno. Se pondr

inmediatamente la alimentacin y el sobrante abandonar el reactor por la

salida. Se continuar as hasta llegar al estado estacionario.

RTS. Llenado de A de golpe:

Por ltimo, partiremos de un reactor lleno de A de concentracin 0.1 molar, e

iremos alimentando de A y B a la vez que se produce la salida de productos. Se

funcionar as hasta llegar al estado estacionario.


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El reactor de la figura es muy parecido al reactor semicontinuo que estudiamos

en el simulador.

El simulador del reactor semicontinuo con las tres formas de operacin est

implementado en el apartado simulador de este trabajo. Asimismo, en elapartado base terica podemos encontrar el desarrollo conceptual de las

ecuaciones utilizadas en el simulador.

BASE TERICA DE LOSSIMULADORES

A continuacin, pasamos a detallar la obtencin de las ecuaciones, expresiones

y suposiciones utilizadas en el simulador, en cada uno de los tres casos de

arranque:

Llenado pocoa poco:

Como el reactor se comporta de manera isoterma, no vamos a realizar elbalance de calor, el balance de cantidad de movimiento tampoco lo vamos a

realizar por ser irrelevante, de modo que pasamos directamente a desarrollar

el balance de masa:

Balance de materia de A y B:

Vamos a considerar que la masa de A y B es igual en todo momento, ya que se

comportan de igual manera durante todo el proceso: misma alimentacin,

misma reaccin y por lo tanto la misma salida. De modo que podemos suponer

Ca=Cb, por lo que el balance de reactivos bastar con hacerlo slo para A.

Debido al funcionamiento del reactor, tenemos dos etapas diferenciadas: el

balance durante el llenado y el balance una vez lleno.

Etapa I : L lenado (Vol.reactor < 2) E - S = A - G

No hay salida hasta que no se llena el tanque.

;

;(negativo porque desaparece reactivo)


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{Todos los trminos estn en (mol/s)}

Si despejamos y lo dejamos en forma de ecuacin diferencial, nos quedar

el balance como:

Con esta ecuacin diferencial resolveremos los casos en que Vr


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Con esta ecuacin resolveremos el problema, utilizando como condiciones

iniciales Cr = 0 en t=dt.

Etapa II : L leno (Vr = 2)

E - S = A - G

;

; (Vr es constante)

; (positivo porque aparece producto)



el balance como:

Ahora nos pasa como en el caso de los reactivos, podemos utilizar la misma

ecuacin para toda la simulacin, adems de coger las mismas condiciones

iniciales, lo que simplifica el clculo.

Llenado de golpe de A y B:

En este caso, el tanque arrancar lleno de una disolucin de A y B al 0.05

molar de cada uno y se ir alimentando de la misma manera que se hizo

anteriormente.

Tampoco vamos a realizar balance de calor ni de cantidad de movimiento. El

balance de masa, ser: Balance de materia de A y B:

Como el comportamiento de A y B es similar, vamos a seguir suponiendo que

Ca=Cb en todo el proceso, por lo que el balance de materia lo haremos solo con

respecto al reactivo A. Ahora, solo tenemos una etapa, que ya es de entrada y

salida a la vez, porque se parte de un reactor lleno:

E - S = A - G

;

; (Vr es constante)

; (negativo porque desaparece reactivo)



el balance como:


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Ya tenemos la ecuacin diferencial para todo el proceso, falta definir las

condiciones iniciales, que en este caso ser que Ca = 0.05 en t=dt.

Balance de materia de productos (R):

Al igual que para los reactivos, vamos a proceder con los productos de igual

modo que hicimos con el otro tipo de reactor:

E - S = A - G

;

; (Vr es constante)




el balance como:

Esta ecuacin tendr como condiciones iniciales que Cr= 0 en t=dt.

Ya tenemos las ecuaciones que nos definen el reactor semicontinuo cuando se

llena de golpe de A y B, de modo que estas son las ecuaciones que van a regir su

funcionamiento e implementaremos en el algoritmo de clculo del simulador.

Llenado de golpe de A :

En este caso, el arranque del reactor se har con el tanque lleno de una

disolucin de A 0.1 molar, y se ir alimentando de la misma manera que en los

casos anteriores.

Tampoco vamos a realizar balances de calor ni de cantidad de movimiento:

Balance de materia de A y B: En este caso no vamos a poder considerar que el comportamiento de A es igual

que el de B, ya que ambos parten de concentraciones distintas, es decir, Ca =

0.1 en t=dt, y Cb = 0 en t =dt, por lo que vamos a tener que calcular una

ecuacin para cada uno de los dos reactivos.

Vamos a realizar primero el balance de A:

E - S = A - G

;

; (Vr es constante)




el balance como:


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Lo mismo ocurrir con B, pero cambiarn las condiciones iniciales:

E - S = A - G

;

; (Vr es constante)




el balance como:


condiciones iniciales, que en este caso ser que Cb = 0 en t=dt.


En este caso, la ecuacin va a ser similar al de llenado de A y B, solo que

cambiar el trmino de generacin que depende de Ca y Cb:

E - S = A - G

;

; (Vr es constante)




el balance como:


Con esta ltima ecuacin y condicin inicial, ya tenemos definido el reactor

tanque semicontinuo para las 3 formas de arranque durante todo el proceso.

En el caso de que quisisemos estudiar o simular un reactor tanque

semicontinuo para una reaccin potencial de orden distinto de 2, lo nico que

habra que modificar sera la expresin de la generacin y sustituirlo por el

suyo correspondiente, variando tambin la constante cintica.

Lo mismo ocurrir con la temperatura, para simular a distintas temperaturas

de operacin solo habr que recalcular la constante cintica a esa temperatura.


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RTS CON REACTOR VACIO Y LLENADO DE A

Y DE B Llenado poco a poco:

Como el reactor se comporta de manera isoterma, no vamos a realizar el

balance de calor, el balance de cantidad de movimiento tampoco lo vamos arealizar por ser irrelevante, de modo que pasamos directamente a desarrollar

el balance de masa:


Vamos a considerar que la masa de A y B es igual en todo momento, ya que se

comportan de igual manera durante todo el proceso: misma alimentacin,

misma reaccin y por lo tanto la misma salida. De modo que podemos suponer

Ca=Cb, por lo que el balance de reactivos bastar con hacerlo slo para A.

Debido al funcionamiento del reactor, tenemos dos etapas diferenciadas: el

balance durante el llenado y el balance una vez lleno.

Etapa I : L lenado (Vol.reactor < 2)

E - S = A - G

No hay salida hasta que no se llena el tanque.

;

;(negativo porque desaparece reactivo)



el balance como:

Con esta ecuacin diferencial resolveremos los casos en que Vr


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Como podemos observar se obtiene la misma ecuacin diferencial que para el

llenado, por lo tanto, esta ecuacin se puede utilizar para el intervalo de

llenado y lleno, es decir, durante toda nuestra simulacin. Las condiciones

iniciales ya las hemos definido antes. Balance de materia de Productos(R):

Ahora vamos a realizar el balance de materia desde el punto de vista de los

productos. Vamos a considerar que el producto es una sola molcula y que la

estequiometria es 1A+1B 1R, para simplificar el clculo. De igual modo,

vamos a realizar un balance de materia:

Etapa I : L lenado (Vr < 2)

E - S = A - G

;




el balance como:

Con esta ecuacin resolveremos el problema, utilizando como condiciones

iniciales Cr = 0 en t=dt.

Etapa II : L leno (Vr = 2)

E - S = A - G

;

; (Vr es constante)




el balance como:

Ahora nos pasa como en el caso de los reactivos, podemos utilizar la misma

ecuacin para toda la simulacin, adems de coger las mismas condiciones

iniciales, lo que simplifica el clculo.


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RTS CON REACTOR LLENO DE A Y B Llenado de golpe de A y B:

En este caso, el tanque arrancar lleno de una disolucin de A y B al 0.05

molar de cada uno y se ir alimentando de la misma manera que se hizo

anteriormente. Tampoco vamos a realizar balance de calor ni de cantidad de movimiento. El

balance de masa, ser:


Como el comportamiento de A y B es similar, vamos a seguir suponiendo que

Ca=Cb en todo el proceso, por lo que el balance de materia lo haremos solo con

respecto al reactivo A. Ahora, solo tenemos una etapa, que ya es de entrada y

salida a la vez, porque se parte de un reactor lleno:

E - S = A - G

;

; (Vr es constante)




el balance como:


condiciones iniciales, que en este caso ser que Ca = 0.05 en t=dt. Balance de materia de productos (R):

Al igual que para los reactivos, vamos a proceder con los productos de igual

modo que hicimos con el otro tipo de reactor:

E - S = A - G

;

; (Vr es constante)




el balance como:



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Ya tenemos las ecuaciones que nos definen el reactor semicontinuo cuando se

llena de golpe de A y B, de modo que estas son las ecuaciones que van a regir su

funcionamiento e implementaremos en el algoritmo de clculo del simulador.

RTS CON REACTOR LLENO DE A

Llenado de golpe de A : En este caso, el arranque del reactor se har con el tanque lleno de una

disolucin de A 0.1 molar, y se ir alimentando de la misma manera que en los

casos anteriores.

Tampoco vamos a realizar balances de calor ni de cantidad de movimiento:


En este caso no vamos a poder considerar que el comportamiento de A es igual

que el de B, ya que ambos parten de concentraciones distintas, es decir, Ca =

0.1 en t=dt, y Cb = 0 en t =dt, por lo que vamos a tener que calcular una

ecuacin para cada uno de los dos reactivos.

Vamos a realizar primero el balance de A:

E - S = A - G

;

; (Vr es constante)




el balance como:



Lo mismo ocurrir con B, pero cambiarn las condiciones iniciales:

E - S = A - G

;

; (Vr es constante)

; (negativo porque desaparece reactivo) {Todos los trminos estn en (mol/s)}


el balance como:


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condiciones iniciales, que en este caso ser que Cb = 0 en t=dt.


En este caso, la ecuacin va a ser similar al de llenado de A y B, solo que

cambiar el trmino de generacin que depende de Ca y Cb:

E - S = A - G

;

; (Vr es constante)




el balance como:


Con esta ltima ecuacin y condicin inicial, ya tenemos definido el reactor

tanque semicontinuo para las 3 formas de arranque durante todo el proceso.

CONCLUSIONES

A continuacin pasamos a detallar las conclusiones obtenidas a partir de los datos

obtenidos de nuestro simulador. Cabe destacar que dichos datos son para cintica de orden2, ya que la constante se corresponde con datos experimentales de esta cintica. Si

obtuvisemos datos con cintica de orden 1 o 0, los datos no tendran mucho sentido ya que

la constante seria muy alta para dichos rdenes. Las conclusiones son:


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Como podemos obsevar, y era de esperar, la conversin de equilibrio aumenta con latemperatura.

Tambin podemos afirmar, que al aumentar la temperatura para un mismo tipo de reactor se

necesita menor tiempo para alcanzar la misma conversin.


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El objetivo del simulador era determinar la forma de operacin que minimice el tiempo deestado no estacionario. Segn el grfico que refleja el comportamiento del simulador, el

reactor inicialmente lleno de A y B es el ptimo, seguido del vaco y por ltimo el lleno de

A.

Esperamos se tenga en cuenta el trabajo realizado y el tiempo invertido en la elaboracin de

el presente simulador, a los efectos de matizar positivamente nuestra calificacin en la

asignatura.

BIBL IOGRAFA

MANUAL DE EASY JAVA SIMULATIONS

PROGRAMACIN EN JAVA

APUNTES DE REACTORES DE 4 DE INGENIERO QUMICO

LEVENSPIEL, OCTAVE, EL OMNILIBRO DE LOS REACTORESQUIMICOS (1986)

PROGRAMAS UTILIZADOS:

1. EASY JAVA SIMULATIONS2. MICROSOFT WORD 2007, EXCEL 2007, FRONTPAGE 2003,

PUBL ISHER 2007.3. DREAMWEAVER MX 2004


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reactor de cianuracion intensiva

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