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