cristalización

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1. Cristalización


Concepto:

La cristalización es una operación de transferencia
de materia en la que se producela formación de un
sólido (cristal o precipitado) a partir de una fase
homogénea (soluto en disolución o en un fundido).

I. Destaca sobre otros procesos de separación por su
potencial para combinar purificación y producción de
partículas en un solo proceso. Comparado con otras
operaciones de separación la cristalizaci ón en
disolución presenta varios objetivos

VENTAJAS:

 El factor de separación es elevado (producto casi sin
impurezas). En bastantes ocasiones se puede recuperar
un producto con una pureza mayor del 99% en una única
etapa de cristalización, separación y lavado.
 Controlando las condiciones del proceso se obtiene un
producto sólido constituido por partículas discretas de
tamaño y forma adecuados para ser directamente
empaquetado y vendido (el mercado actual reclama
productos con propiedades específicas).
 Precisa menos energía para la separación que la
destilación u otros métodos empleados habitualmente y
puede realizarse a temperaturas relativamente bajas.
 Sus principales DESVENTAJAS son:
 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.

2.  La operación implica el manejo de sólidos, con los
inconvenientes tecnológicos que esto conlleva







DISEÑO DE CRISTALIZADORES

 CÁLCULOS DE EQUILIBRIO

(Masa total de cristales)

 CINÉTICA DE NUCLEACIÓN
CINÉTICA DE CRECIMIENTO

3. CSD

(Tamaño, forma y número de cristales)





Interacciones que influyen en el comportamiento de un
cristalizador

 La cristalización es una operación de transferencia de materia que
depende de la superficie del cristal. En la figura se muestra la compleja
interacción entre la distribución de tamaño (CSD) y los factores que lo
originan. Cada factor cinético de cristalización está relacionado con los
demás, con la velocidad de crecimiento y con el tiempo de residencia de
cada partícula (balance de población). Existe una fuerte relación entre la
sobresaturación (fuerza impulsora) y el área superficial de los cristales
(relacionada con la CSD). Estas interacciones cristalizador/CSD pueden
influir profundamente en la operación en estado estacionario de un
cristalizador en continuo.

DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO: UN COMPONENTE


Clasificación de algunas sales con la solubilidad:

6. Formas de expresar la sobresaturación
 Fuerza motriz termodinámica de la cristalización:




Expresiones prácticas
 Relación de sobresaturación: S = C/Ceq
(Aplicaciones termodinámicas; cociente de coef. actividad = 1; S debe definirse
con las unidades de concentración).
 Fuerza impulsora de concentración: ΔC = C – Ceq
(Estudios cinéticos)
 Fuerza impulsora en términos de sobreenfriamiento:
ΔT = Teq - T
 Comparación sistemas σ = ΔC/Ceq = S-1
CRECIMIENTO CRISTALINO
Los cristales crecen en el seno de una disolución sobresaturada a través de
dos etapas en serie: 1) difusión en la fase líquida de las unidades de soluto
hasta alcanzar la superficie del cristal (teoría de difusión o de TM) + 2)
integración del soluto y organización dentro de la red (teoría de adsorción o
“reacción”)

7.  La ley de Mc Cabe es una importante simplificación que conlleva
numerosas suposiciones: orden de reacción superficial igual a 1,
crecimiento de todas las caras a igual velocidad, coeficientes constantes
y sobresaturación constante en todas las partes del cristalizador. A
pesar de ello, tal vez por cancelación de errores, es suficientemente
precisa para muchos procesos industriales.
 En ocasiones se observa que cristales del mismo tamaño bajo idénticas
condiciones aparentes crecen a distinta G (fenómeno conocido como
growth rate dispersion). En estas circunstancias, y también en otros
casos donde no se ajusta la ley (ΔL), se proponen en la bibliografía
ecuaciones para crecimiento dependiente del tamaño: G = f(L)
 Si i ≠ 1 (“orden” de reacción superficial distinto de 1)




Ecuación empírica para correlación de datos
n: “orden” global de crecimiento
1,5 < n < 2 para muchas sales inorgánicas

12. Problema propuesto