Cristalización y Equipo de Cristalización, Diapositivas de Procesos de Separación Química

¡Descarga Cristalización y Equipo de Cristalización y más Diapositivas en PDF de Procesos de Separación Química solo en Docsity! a io le O re Si CRISTALIZACIÓN Y EQUIPO DE - CRISTALIZACIÓN ' A A TRE. A 0 RR AEREA: José Antonio González Moreno INTRODUCCIÓN: La Cristalización es un Proceso de separación de tipo Sólido-Líquido en el que existe transferencia de masa de un soluto de una solución líquida a una fase cristalina sólida pura. Un ejemplo importante es en la producción de sacarosa de azúcar de remolacha, en el que la sacarosa se cristaliza afuera de una solución acuosa. José Antonio González Moreno VELOCIDAD DE CRISTALIZACIÓN: La velocidad de crecimiento de un cristal es conocida como velocidad de cristalización. La cristalización puede ocurrir solo con soluciones sobresaturadas. El crecimiento ocurre primero con la formación del núcleo, y luego con su crecimiento gradual. En concentraciones arriba de la sobresaturación, la nucleación es concebida como espontánea, y rápida. Ha sido observado que la velocidad de cristalización se ajusta a la siguiente ecuación: Los valores del exponente m se encuentran del 2 a 9, pero no ha sido correlacionada como valor cuantitativo que se pueda estimar. Esta velocidad es media contando el número de cristales formados en periodos determinados de tiempo. José Antonio González Moreno residencia de Tiempo θ alidadProporcion de Constante k Inicialión Concentrac C Finalión Concentrac C Nucleación deión Concentrac C :Dondeen 0 N = = = = = EFECTO DE LAS IMPUREZAS La presencia de bajas concentraciones de sustancias ajenas a los cristales e impurezas juega un importante papel en la optimización de los sistemas de cristalización, tales como:  Todos los materiales son impuros o contienen trazas de impurezas añadidas durante su procesamiento.  Es posible influenciar la salida y el control del sistema de cristalización.  Cambiar las propiedades de los cristales mediante la adición de pequeñas cantidades de aditivos cuidadosamente elegidos.  Agregando ciertos tipos y cantidades de aditivos es posible controlar el tamaño de los cristales, la distribución de tamaño del cristal, el hábito del cristal y su pureza. José Antonio González Moreno CRISTALIZADORES, INTRODUCCIÓN: Los cristalizadores comerciales pueden operara de forma continua o por cargas, excepto para aplicaciones especiales, pero es preferible la operación continua. Condiciones de los Cristalizadores:  Crear una solución sobresaturada, ya que la cristalización no se puede producir sin sobresaturación.  El medio utilizado para producir la sobresaturación depende esencialmente de la curva de solubilidad de cada soluto.  Existen compuestos que poseen curvas de solubilidad invertida y se hacen mas solubles a medida que la temperatura disminuye.  Para cristalizar estos materiales se precisa crear la sobresaturación mediante evaporación. En los casos intermedios resulta útil la combinación de evaporación y de enfriamiento. José Antonio González Moreno Cristalizador de enfriamiento superficial: Este tipo de equipo produce cristales de malla 30 a 100. El diseño se basa en las velocidades admisibles de intercambio de calor y la retención que se requiere para el crecimiento de los cristales de producto. Para algunos materiales, como el clorato de potasio, se utiliza este Cristalizador de tubo de extracción que esta combinado con un intercambiador de tubo y coraza de circulación forzada. José Antonio González Moreno Cristalizador de evaporación de circulación forzada: Este Cristalizador consta de una tubería de circulación y de un intercambiador de calor de coraza. Este calentamiento se realiza sin vaporización y los materiales de solubilidad normal no deben producir sedimentación en los tubos. La cantidad y la velocidad de la recirculación, el tamaño del cuerpo y el tipo y la velocidad de la bomba de circulación son conceptos críticos de diseño, para poder obtener resultados predecibles. José Antonio González Moreno Cristalizador evaporador de desviador y tubo de extracción (DTB, Draft Tube Bafle). Este Cristalizador consta de hélices situadas dentro del cuerpo del cristalizador, reduciendo la carga de bombeo que se ejerce sobre el circulador. Esta técnica reduce el consumo de potencia y la velocidad de punta del circulador y la rapidez de nucleación de los cristales. La suspensión de cristales del producto, se mantiene mediante una hélice grande de movimiento lento. La solución Madre enfriada regresa al fondo del recipiente y vuelve a recircular a través de la hélice. Los cristales gruesos se separan de las partículas finas en la zona de asentamiento por sedimentación gravitacional. José Antonio González Moreno ¿Cómo Elegir Un Cristalizador? PRIMERO: Elegir un medio de generación de sobresaturación en base a las características de las curvas de solubilidad-temperatura de la sustancia a Cristalizar. SEGUNDO: Decidir si la cristalización será batch o continua. El diseño Batch es el más simple pero requiere más control de variables. El diseño Contínuo genera grandes producciones (más de una tonelada al día o caudales mayores a 20 m3 por hora). La elección final del equipo dependerá además de otros aspectos tales como: - Tipo y tamaño de cristales a producir. - Características físicas de la alimentación. - Resistencia a la corrosión. José Antonio González Moreno Factores a Considerar: I. Poder del solvente: Debe ser capaz de disolver fácilmente el soluto y permitir después la obtención de cristales deseados. II. Pureza: No debe introducir impurezas que afecten la apariencia y propiedades del cristal. III. Reactividad química: Debe ser estable. IV. Manejo y procesamiento: De preferencia poco viscoso y con temperatura de fusión abajo de 5ºC. De baja inflamabilidad y toxicidad. José Antonio González Moreno Criterios para Especificar un Cristalizador (I): 1) ¿Es el material cristalino a producir un material hidratado o anhidro? 2) ¿Cuál es la solubilidad del compuesto en agua o en otros solventes bajo consideración, y cómo cambia ésta con la temperatura? 3) ¿Hay otros compuestos en la solución que coprecipiten con el producto a cristalizar, o éstos permanecen en la solución aumentando de la concentración hasta que ocurre un cierto cambio de fase del producto? 4) ¿Cuál será la influencia de impurezas en la solución, en el hábito, el crecimiento, y la velocidad  de nucleación de los cristales? José Antonio González Moreno