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Copy of INGENIERIA QUIMICA

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natasha suescum

on 2 October 2013

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Transcript of Copy of INGENIERIA QUIMICA

Características principales de la cristalización
Cristalización
*La operación de cristalización consiste en separar un soluto de una solución
mediante la formación de cristales de éste en el seno de la solución.
*Una vez formados los cristales se separan de la solución obteniéndose el soluto
con un alto grado de pureza.
*Durante el proceso de cristalización los cristales deben formarse primero y
luego crecer. El fenómeno de formación de pequeños cristales se le llama
nucleación y a la formación capa por capa del cristal se le llama crecimiento.
*La sobresaturación es la fuerza impulsora tanto de la nucleación como del
crecimiento de los cristales
Ventajas
*Se puede obtener en una sola etapa un producto de una pureza de hasta 99%
*Se puede controlar la cristalización de tal manera que se produzcan cristales uniformes
que faciliten su manejo, empaque y almacenamiento
*La cristalización mejora la apariencia del producto para comercialización
*Es una operación que puede llevarse a cabo a temperaturas moderadas
Desventajas
*En general, ni se puede purificar más de un componente ni recuperar todo el soluto en una única etapa. Es necesario equipo adicional para retirar el soluto restante de las aguas madres
*La operación implica el manejo de sólidos, con los inconvenientes tecnológicos que esto conlleva. En la práctica supone una secuencia de procesado de sólidos, que incluye equipos de cristalización junto con otros de separación sólido-líquido y de secado.
Sus objetivos son:
- Formar sustancias con presentación más agradable.
- Obtener un grado de pureza mayor.

La pureza del producto
Tamaño de los cristales
Equilibrios
y Rendimientos
Etapas de la Cristalización
Primaria
Es aquella en la que el origen de la nueva fase sólida no está condicionado ni influido por la presencia de la fase sólida que se origina.
Secundaria
La nucleación secundaria designa aquel proceso de formación de cristales de la nueva fase que está condicionado por la presencia de partículas de la misma fase en el sistema sobresaturado y por cuya causa ocurre.
Nucleación
Formación de los primeros iones a partir de los iones o moléculas que se encuentran en el seno de la disolución. Puede ser que estos primeros cristales que se forman, se destruyan debido a un proceso inverso a la nucleación. Dentro de la nucleación podemos distinguir entre Nucleación primaria y nucleación secundaria.
Crecimiento
Etapa del proceso de solidificación donde los átomos del líquido se unen al sólido formando las grandes estructuras cristalinas.
Tipos de cristales
Un cristal es un sólido compuesto por átomos, iones o moléculas dispuestos en un arreglo tridimensional ordenado o periódico, o retícula espacial.
La distancia entre los átomos y los ángulos entre las caras de los cristales es característica de cada material.
Desde el punto de vista Industrial el “hábitat del cristal” se refiere a los tamaños relativos de la cara del cristal.
a) Los cristales largos se rompen muy fácilmente durante la centrifugación y secado
b) Los cristales en forma de disco son difíciles de lavar durante su centrifugación y difíciles de secar
c) Los cristales esféricos son más fáciles de manejar
Evaporación de disolvente
Cuando la solubilidad de un soluto en el disolvente no varía apreciablemente con la temperatura se puede conseguir la sobresaturación eliminando disolvente.
Cristalización a vacío
Se realiza un enfriamiento flash debido a una evaporación adiabática del disolvente, la sobresaturación se obtiene por evaporación y enfriamiento simultáneos de la corriente de alimentación cuando ésta entre en el cristalizador debido a la baja presión existente en el interior del mismo.
Precipitación por mezcla directa o reacción química
Precipita un producto sólido como resultado de la reacción química entre gases y/o líquidos. La precipitación sucede debido a que las fases gaseosas o líquidas se sobresaturan respecto al componente sólido. Esta precipitación puede transformarse en un proceso de cristalización realizando un control cuidadoso del grado de sobresaturación. La elección del método de mezcla de los reactivos es muy importante y resulta clave evitar zonas de excesiva sobresaturación. La secuencia de mezcla de los reactivos puede ser de importancia crítica.
Drowning-out
Una disolución puede sobresaturarse, respecto a un soluto dado, añadiendo una sustancia que reduzca la solubilidad del soluto en el disolvente. La sustancia añadida, que puede ser líquido, sólido o gas se suele denominar precipitante
Tipos
de
cristalización
Solubilidad
Las relaciones de equilibrio para los
sistemas de cristalización se presentan
en forma de curvas de solubilidad.
En estas curvas la solubilidad se expresa
comúnmente en por ciento de peso de soluto a peso de solvente.
Las curvas de solubilidad representan la solubilidad de soluciones saturadas a diferentes temperaturas.
La saturación es el resultado del equilibrio entre la fase sólida y la fase líquida, y consecuencia de la igualación de sus potenciales químicos
a. Región metaestable, donde el soluto en exceso a la concentración de equilibrio se deposita en cristales ya existentes (sembrados o formados por nucleación) pero no forma cristales nuevos o núcleos.
b. Región intermedia, donde el soluto en exceso a la concentración de equilibrio se deposita en cristales existentes y forma nuevos núcleos.
c. Región lábil, donde la formación de cristales nuevos o núcleos ocurre en forma espontánea a partir de una solución que no contiene cristales o semillas.
Sobresaturación
Sobresaturación y cristalización
Selección del modo de operación
Los principales modos para generar la sobresaturación son:
El modo de operación en una cristalización es la técnica empleada para generar la sobresaturación de la solución
A. Sobresaturación por enfriamiento
B. Sobresaturación por enfriamiento evaporativo
C. Sobresaturación por evaporación térmica
D. Sobresaturación por evaporación térmica al vacío
Sobresaturación por enfriamiento
Se utiliza cuando la solubilidad del soluto varía sensiblemente con la temperatura, el enfriamiento de la solución a tratar permite la formación de cristales con alto rendimiento y bajo consumo energético.
En este tipo de operación la evaporación de solvente es mínima.
Sobresaturación por enfriamiento evaporativo
También se utiliza cuando la solubilidad del soluto es muy sensible a la temperatura.
En este modo el enfriamiento se produce con auxilio de un sistema de vacío. La alimentación entra a una temperatura mayor que la mantenida en el cristalizador enfriándose adiabáticamente dentro de éste.
Sobre saturación por evaporación térmica
Se emplea sólo cuando la solubilidad del soluto es insensible a la temperatura.
En este modo se transfiere calor al sistema para evaporar el solvente y generar la formación de cristales por “salting out”.
Sobre saturación por evaporación térmica al vacío
Se emplea para la cristalización de solutos cuya solubilidad tiene una dependencia intermedia respecto a la temperatura.
En este modo la alimentación tiene una temperatura mayor que la mantenida en el cristalizador y al entrar se enfría adiabáticamente. Paralelamente se transfiere calor al sistema para evaporar el solvente con auxilio de un sistema de vacío.
Equipos más usados a escala industrial

Cristalizado de Circulación forzada de enfriamiento superficial

Cristalizador Evaporativo de Circulación Forzada
Cristalizador Oslo
El principio de funcionamiento consiste en hacer pasar las aguas madres sobresaturadas a través de un lecho de cristales en condiciones tales que se produzca la fluidización del lecho. Se produce así una clasificación, al mismo tiempo que crecen los cristales del lecho, quedando ordenadas por tamaño decrecientes, de mas gruesas a más finos.
Cristalizadores de vacío
Los cristalizadores más modernos corresponden a las unidades de vacío que utilizan el enfriamiento por evaporación adiabática para generar la sobresaturación. En su forma original y más sencilla,.un cristalizador de este tipo es un recipiente cerrado en el que se mantiene el vacío por medio de un condensador, generalmente con la ayuda de una bomba de vacío tipo eyector de vapor. La alimentación se introduce como una disolución saturada caliente a una temperatura muy superior a la de ebullición para la presión existente en el cristalizador. Se mantiene un volumen de magma controlando el nivel del líquido y del sólido que cristaliza, mientras que el situado por encima del magma se utiliza para retirar el vapor y eliminar el arrastre. La disolución de alimentación se enfría espontáneamente hasta la temperatura de equilibrio. Puesto que tanto la entalpía de enfriamiento como la de cristalización aparecen como calor latente de vaporización, se evapora una parte del disolvente. La sobresaturación generada por enfriamiento y evaporación da lugar a nucleación y crecimiento.
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