Cristalización

Cristalización, tipos de cristales, curva de solubilidad; proceso, partes y requerimientos para la cristalización, balance de materia y energía, equipos para la cristalización: clasificación, tipos y variaciones.

1. CRISTALIZACIÓN

2. Sólido cristalino A quél que tiene una estructura periódica y ordenada, como consecuencia tienen una forma que no cambia, salvo por la acción de fuerzas externas .

3. Cristales iónicos Punto de fusión elevado, duros y muy frágiles, conductividad eléctrica baja y presentan cierta elasticidad. Ej: NaCl (sal común) Cristales covalentes Gran dureza y elevada temperatura de fusión. Transparentes quebradizos y malos conductores de la electricidad. No sufren deformación plástica (es decir, al intentar deformarlos se fracturan). Ej : Diamante Cristales metálicos Opacos y buenos conductores térmicos y eléctricos. No son tan duros como los anteriores, aunque si maleables y dúctiles. Hierro, estaño, cobre,... Según el tipo de enlace atómico, los cristales pueden ser:

4. Según la posición de los átomos en los vértices de la celda unitaria de la red cristalina existen: Redes cúbicas sencillas: Redes cúbicas centradas en el cuerpo (BCC) : Redes cúbicas centradas en las caras (FCC) Redes hexagonales compactas (HC) : Los átomos ocupan sólo los vértices de la celda unidad. Los átomos, además de ocupar los vértices, ocupan el centro de la celda. En este caso cristalizan el hierro y el cromo. Los átomos, además de ocupar los vértices, ocupan el centro de cada cara de la celda. Cristalizan en este tipo de redes el oro, cobre, aluminio, plata . La celda unitaria es un prisma hexagonal con átomos en los vértices y cuyas bases tiene un átomo en el centro. En el centro de la celda hay tres átomos más. En este caso cristalizan metales como cinc, titanio y magnesio.

5. Cristalización La operación de cristalización es una técnica de purificación ,es un proceso por el cual a partir de un gas, un líquido o una disolución en la que los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina. La operación de cristalización es el proceso cual se separa un componente de una solución líquida transfiriendolo a la fase sólida en forma de cristales que precipitan . Esto se da teniendo una disolución concentrada a altas temperaturas y después se enfría formando así una solución sobresaturada, que es aquella que de momento tiene más soluto disuelto que el admisible por la disolución a esa temperatura.

6. Curva de Solubilidad Puede ser ascendente o descendente Representa la influencia de la temperatura en la solubilidad de un soluto. Ejemplo

7. Imposible Imposible espontáneamente La cristalización es… Probable pero inevitable espontáneamente

8. Balance de materia y energía

9. Balance de materia y energía Ley de la conservación de la masa… «La materia no se crea ni se destruye» Un balance de materia es la contabilización de material. Forma de analizar – claridad Especificación del sistema para el cual se hará el balance. Proceso Serie de acciones, operaciones o tratamientos que produce un resultado (producto).

10. Porción arbitraria o la totalidad de un proceso establecida específicamente. Sistema abierto Sistema cerrado Se transfiere material por la frontera del sistema , es decir entra y sale o ambas. No tiene lugar una transferencia semejante durante un intervalo de tiempo de interés . SISTEMA

11. Cristalización (Sistema) e ntra agua e ntra aire s ale agua sale aire Diagrama de flujo Entrada de masa/moles por las fronteras del sistema = Salida de masa/moles por las fronteras del sistema «Lo que entra debe de salir» Proceso para un balance de masa sencillo.

12. Leer el problema y aclare lo que se desea lograr. Hacer un diagrama de flujo. Colocar un símbolo para cada variable. Indicar valores conocidos. Escoger una base de cálculo . Hacer una lista de símbolos . Escribir las ecuaciones independientes . Cuenta el número , determinar si el número de variables cuyos valores desconocen es igual al número de ecuaciones independientes. Resolver las ecuaciones. Verificar las respuestas. Estrategia para analizar los problemas de balances de materia

13. Balance de materia En la mayoría de los procesos lo solución y cristales están en contacto todo el tiempo. El licor madre está saturado a la temperatura final del proceso y concentración final del soluto. Los cálculos son similares para enfriamiento y para evaporación.

14. Al disolverse un compuesto cuya solubilidad aumenta al elevarse la temperatura, se absorbe calor (calor de disolución). Si la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura acompañada de un desprendimiento. Si el calor de dilución saturada hasta la infinita es pequeña, se usa como calor de cristalización. En el equivalente de concentración es igual al negativo del calor de disolución a la misma concentración que la solución. Balance de energía Método de solución . Uso de gráficas de entalpía concentración de soluciones con las diversas fases sólidas del sistema.

15. Ejemplo 1.1 Balance de masa total Cristalizador 100 kg 70 kg Agua= ? Solución Base de cálculo: 100 kg El sistema es el cristalizador (un sistema abierto). No hay acumulación, generación ni consumo. El balance de masa total es Por tanto, salen 30 kg de agua. =  

16. Equipos para la cristalización

17. Clasificación 1. Por enfriamiento 2. Por evaporación 3. Por combinación de ambos Según el contacto de los cristales y el líquido sobresaturado Según el método 1 . De líquido circulante 2. De magma circulante No hay contacto Hay contacto

18. Variaciones en los cristalizadores Control de tamaño: Clasificación y retención Mezcla global Segregación Agitación: Tubos de aspiración Placas deflectoras Bombas externas -Mejorar velocidad de crecimiento de cristales -Prevenir segregación de la disolución -Mantener los cristales en la zona de cristalización -Tamaño uniforme y único -Distribución uniforme -Reducir número de núcleos para asegurar el buen crecimiento de los otros

19. Control de la nucleación: Agitación Uso de superficies lisas Alta densidad de solución Segregación

20. Tipos: -De tanque: Alimentación con solución caliente Enfriamiento en contacto con el aire Drenado de aguas madres Recolección manual de los cristales d ías después Uso de enfriadores Agitadores lentos

21. -De evaporación: Circulación por calentadores Sobresaturación por evaporización Condensación del vapor Fluidización y agitación Realimentación y recirculación Clasificación por sedimentación obstaculizada Alimentación Recolección de cristales causando

22. -De vacío: Enfriamiento espontáneo por evaporación adiabática Circulación al vacío Alimentación con solución caliente Condensador Bomba de vacío Recolección de cristales

23. -De tubo de aspiración-deflector (DTB): Recolección de cristales Alimentación Circulación al vacío Enfriamiento espontáneo por evaporación adiabática Agitador de turbina Sistemas adicionales de calentadores Elutriación Sedimentación con placas T ubo de aspiración Recirculación Calentador/Evaporador Disolución de pequeñas partículas actúa como placa deflectora Elutriación: Separación de las partículas ligeras de las pesadas por medio de una corriente

24. Recopilando… Utilización de la curva de equilibrio para la cristalización. Nucleación y crecimiento de cristales. Balance de materia y energía en cristalizadores por enfriamiento y por evaporación . Rendimiento de la operación de cristalización . Fundamento, aplicación e importancia Equipo utilizado para la cristalización. Criterio para la selección.