CARRERA:

T.S.U Química Industrial

DOCENTE:

José Luis Xochihua Juan

ASIGNATURA:

Operaciones Unitarias lll

Tema:

Cristalización

NOMBRE DEL ALUMNO:

Felipe Alberto Hernández Animas

GRUPO Y FECHA

507 “A” 25 de Febrero del 2015

Universidad Tecnológica de Gutiérrez

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN............................................................................................................................1

OBJETIVO GENERAL.....................................................................................................................2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS...........................................................................................................2

EXPLICACIÓN DE LOS FUNDAMENTOS Y APLICACIONES DE LA CRISTALIZACIÓN.3

DESCRIPCIÓN DE LA SOLUBILIDAD DE EQUILIBRIO EN FUNCIÓN A LA TEMPERATURA..............................................................................................................................6

IDENTIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE CRISTALIZADORES..................................................9

BIBLIOGRAFÍA..............................................................................................................................14

INTRODUCCIÓN

La cristalización es un proceso por el cual a partir de un gas, un líquido o una disolución 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 liquida transfiriéndolo a la fase sólida en forma de cristales que precipitan.

Una disolución concentrada a altas temperaturas y se enfría, si se forma una disolución sobre saturada, que es aquella que tiene momentáneamente mas soluto disuelto que el admisible por la disolución a esa temperatura en condiciones de equilibrio.

La operación de cristalización consiste en separar un soluto de una solución mediante la formación de cristales de este en el seno de la solución.

Una vez formados los cristales se separan de la solución obteniéndose el soluto cristalización 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.

OBJETIVO GENERAL1

Entender en que consiste el proceso de cristalización y saber cómo funciona un cristalizador.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Saber os fundamentos y aplicaciones de la cristalización. Descripción de la solubilidad de equilibrio en función de la temperatura. Conocer los tipos de cristalizadores.

2

EXPLICACIÓN DE LOS FUNDAMENTOS Y APLICACIONES DE LA CRISTALIZACIÓN.

La cristalización es un proceso en donde los iones, átomos o moléculas que constituyen la red cristalina crean enlaces hasta formar cristales, que se emplea en química con bastante frecuencia para purificar una sustancia sólida.

En la cadena de operaciones unitarias de los procesos de fabricación, se ubica después de la evaporación y antes de la operación de secado de los cristales y envasado.

La cristalización es importante como proceso industrial por los diferentes materiales que son y pueden ser comercializados en forma de cristales. Su empleo tan difundido se debe probablemente a la gran pureza y la forma atractiva del producto químico sólido, que se puede obtener a partir de soluciones relativamente impuras en un solo paso de procesamiento.

La cristalización se puede realizar a partir de:

Evaporación: evaporando el disolvente de una disolución se puede conseguir que empiecen a cristalizar los sólidos que estaban disueltos cuando se alcanzan los límites de sus solubilidades. Este método ha sido utilizado durante milenios en la fabricación de sal marina.

Sal Marina

La sal marina es la sal procedente de la evaporación de agua de mar.

Aplicaciones3

Las empresas químicas y biofarmacéuticas están actualmente sometidas a presiones para desarrollar más rápidamente procesos de cristalización escalables, a menor coste y con mayor calidad. Por ello se ven obligadas a controlar las condiciones de cristalización para mejorar los tiempos de ciclo y optimizar la calidad del producto.

Un proceso de cristalización bien diseñado se puede escalar satisfactoriamente hasta la escala de producción, para obtener la distribución de tamaños, el rendimiento y la pureza deseados de los cristales.

Entre las aplicaciones de la cristalización se incluyen:

Cristalización por lotes en laboratorio - Diseño de procesos escalables de cristalización por lotes proporcionando detalles esenciales sobre la forma de los cristales, la formación de aceites, la nucleación secundaria y la homogeneidad entre lotes.

Control y modelos de la cinética de la cristalización - Medición, comprensión y control de la nucleación, crecimiento, aglomeración y desgaste de los cristales, con caracterización de partículas en línea y tecnología de análisis de reacción.

Cristalización continua - Obtención de grandes volúmenes de producto con una distribución requerida de tamaños de partícula, mediante herramientas de caracterización de partículas en tiempo real.

Escalado - Eliminación de los problemas de escalado de la cristalización, tales como la falta de homogeneidad en la distribución de tamaños de cristales de un lote a otro, en las pérdidas de rendimiento y en el perfil de pureza, que tienen un notable efecto en la calidad del producto y en la eficiencia de los procesos posteriores.

Procesos aguas abajo - Resolución y optimización de los problemas que aparecen aguas abajo, tales como largos ciclos de filtración, lavado o secado incompleto, flujo de polvo irregular o irregularidad de la formulación.

Cristalización a gran escala - Uso de la tecnología analítica de procesos (PAT) para aumentar el rendimiento y la capacidad, al tiempo que se consigue un tamaño de partícula, una pureza y una densidad a granel del producto repetibles, con reducción de los tiempos de ciclo y eliminación del producto defectuoso.

Supersaturación - Medición y control de la fuerza impulsora de los procesos de cristalización.

4

Determinación de la anchura de la zona metaestable (MZWD) - Desarrollo de un proceso de cristalización estable, mediante la rápida caracterización de la curva de solubilidad y de la zona metaestable al principio del proceso de desarrollo.

Molienda húmeda - Garantía de la distribución de partículas deseada y detección de los puntos finales de la molienda húmeda en tiempo real, sin necesidad de muestreo, mediante caracterización de partículas en línea.

(Chang, 2002)

DESCRIPCIÓN DE LA SOLUBILIDAD DE EQUILIBRIO EN FUNCIÓN A LA TEMPERATURA.

5

En este proceso, una sustancia sólida con una cantidad muy pequeña de impurezas se disuelve en un volumen mínimo de disolvente (caliente si la solubilidad de la sustancia que se pretende purificar aumenta con la temperatura). A continuación la disolución se deja enfriar muy lentamente, de manera que los cristales que se separen sean de la sustancia pura, y se procede a su filtración. El filtrado, que contiene todas las impurezas, se suele desechar.

Para que la cristalización fraccionada sea un método de separación apropiado, la sustancia que se va a purificar debe ser mucho más soluble que las impurezas en las condiciones de cristalización, y la cantidad de impurezas debe ser relativamente pequeña.

Comúnmente las impurezas están presentes en concentraciones bajas y ellas regresan a la solución aun cuando la solución se enfría. Si se necesita una pureza extrema del compuesto, los cristales filtrados pueden ser sujetos a re-cristalización y, naturalmente, en cada cristalización resulta una pérdida del soluto deseado que se queda en el líquido madre junto con las impurezas.

El solvente ideal para la cristalización de un compuesto particular es aquel que:

No reacciona con el compuesto.

Hierve a temperatura por debajo del punto de fusión del compuesto.

Disuelve gran cantidad del compuesto cuando está caliente.

Disuelve una pequeña cantidad de compuesto cuando esta frío.

Es moderadamente volátil y los cristales pueden ser secados rápidamente.

No es toxico, no es inflamable y no es caro las impurezas deberían ser insolubles en el solvente para que puedan ser separadas por filtración

Equilibrio: Solubilidad y sobresaturación

Solubilidad

6

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 liquida, y consecuencia de la igualación de sus potenciales químicos

Si la solubilidad del soluto aumenta fuertemente con la temperatura, como ocurre frecuentemente con muchas sales inorgánicas y sustancias orgánicas, una solución saturada se transforma en sobresaturada y simplemente disminuyendo la temperatura por enfriamiento. Si la solubilidad es relativamente independiente de la temperatura como en el caso de sal común, la sobresaturación se puede dar evaporando una parte del disolvente. Si tanto el enfriamiento como la evaporación no resultan adecuados, como en el caso de solubilidad elevada, la sobresaturación se puede generar añadiendo un tercer componente.

En muchos procesos industriales de cristalización los cristales y las aguas madres permanecen en contacto durante el tiempo suficiente para alcanzar el equilibrio, de forma que las aguas madres están saturadas a la temperatura

7

final del proceso. El rendimiento de la cristalización se puede calcular a partir de la concentración de la solución original y la solubilidad a la temperatura final. Si se produce una evaporación apreciable durante el proceso es preciso tenerla en cuenta. Cuando la velocidad de crecimiento de los cristales es pequeña, se necesita un tiempo relativamente grande para alcanzar el equilibrio, sobre todo cuando la solución es viscosa o cuando los cristales se depositan en el fondo del cristalizador, de forma que la superficie de cristales expuesta a la solución sobresaturada es pequeña. En estos casos, las aguas madres finales pueden contener una considerable sobresaturación y el rendimiento real será menor que el calculado a partir de la curva de solubilidad.

(GEANKOPLIS., 1997)

IDENTIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE CRISTALIZADORES

8

9

10

11

(J., 2000)

12

CONCLUSIÓN

A modo de resumen y para que se nos queden algunas ideas claras de cómodesarrollar el diseño de un cristalizador, en general, y de los distintos tipos expuestos, en particular, vamos a resaltar lo más importante.Hay que tener muy presente que vamos a necesitar de una serie de datos muynecesarios para el posterior diseño/ elección de nuestro cristalizador. Con esto nosestamos refiriendo a la cinética y a los datos de equilibrio de la disolución que vamos a cristalizar. Esto sería inicialmente, una vez que lo tenemos delante, debemos tener claro qué modo de operación se adapta mejor a esa disolución. Con ello estamos hablando de si nuestra solución va a responder mejor al control de la presión, la temperatura, etc. Sabiendo esto, vamos a tener claro que tipo de cristalizador nos hace falta.Por último, entraríamos en lo que se ha dado en llamar diseño funcional. En esteapartado, vamos a establecer el tiempo de retención y la velocidad de circulación, que sin duda, son los dos parámetros más importantes del diseño. Por qué decimos esto, es porque con estos dos vamos a poder decidir sobre el tamaño de cristal o caudal de recirculación, por ejemplo.Quizás a lo largo de este trabajo no se ha hecho suficiente hincapié en lo que para un Ingeniero Químico es fundamental como son los balances de materia y de energía, los cuales también juegan su papel en el diseño de un cristalizador.

BIBLIOGRAFÍA13

Chang, R. (2002). Chang, Raymond “Química”. Colombia: McGraw - Hill.

GEANKOPLIS. (1997). Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. México: CECSA.

J., K. (2000). Tipos de cristalizadores (operaciones unitarias). México: Continental S.A. México.

14