Diseño de cristalizadores

DISEÑO DE CRISTALIZADORES:

1. INTRODUCCIÓN:


La cristalización es la formación de partículas sólidas cristalinas en el seno de una fase homogénea. El proceso de formación de cristales consta de dos etapas: la nucleación y el crecimiento. La nucleación es la formación, a partir de los iones o moléculas de soluto, de núcleos cristalinos de tamaño suficiente para mantenerse sinsolubilizarse en la solución. El crecimiento es el proceso de aumento de tamaño de un núcleo cristalino, por adición de nuevos iones o moléculas.
Las fuerzas impulsoras en esta operación, en ambas etapas (nucleación y crecimiento) son las mismas: la sobresaturación, es decir, la diferencia entre la concentración de soluto en la solución y la concentración que tendría la solución saturada en el equilibrio, yla posible diferencia de temperatura entre el cristal y el líquido, originada en el cambio de fase.

La cristalización de sustancias en escala industrial implica una serie de factores que no aparecen en escala de laboratorio. Para, trabajos puramente científicos los requisitos que se piden prácticamente, son que el rendimiento sea lo más elevado posible y que los cristales sean puros. En lacristalización industrial estos mismos requisitos son importantes, pero además existen unos ciertos requisitos sobre el tamaño, distribución de tamaños y forma de los cristales. Muchas veces estas demandas no tienen fundamento; por ejemplo, a veces se piden cristales de gran tamaño de ciertas sustancias cuando los cristales de tamaño menor serían tan satisfactorios más que los pedidos. En algunoscasos, se desean cristales de forma definida por ejemplo, agujas. Otras veces el comprador impone especificaciones que limitan el producto en una zona muy estrecha de tamaños. En consecuencia el proceso de cristalización comercial debe examinarse, no sólo desde el punto de vista teórico, sino también desde el punto de vista de estas demandas especiales.

Los cristalizadores comerciales pueden operarde forma continua o por cargas. Excepto para aplicaciones especiales, se prefiere la operación continua. El primer requerimiento de un cristalizador es generar una solución sobresaturada, ya que la cristalización no puede ocurrir sin sobresaturación. Existen tres métodos para producir sobresaturación, dependiendo esencialmente de la naturaleza de la curva de solubilidad del soluto:
Solutos comoel nitrato de potasio y el sulfito de sodio son muchos menos solubles a temperaturas bajas que a temperaturas elevadas, de forma que la sobresaturación se puede conseguir simplemente por enfriamiento.
Cuando la solubilidad es casi independiente de la temperatura, como ocurre en el caso de la sal común, o bien cuando disminuye al aumentar la temperatura, la sobresaturación se genera porevaporación.
En los casos intermedios resulta eficaz una combinación de evaporación y enfriamiento. Por ejemplo, el nitrato de sodio puede catalizarse con satisfacción enfriando sin evaporar, evaporando sin enfriar o bien mediante una combinación de enfriamiento y evaporación.

Así, los tipos más frecuentes de cristalizadores son:
cristalizadores de tanque, en los que la sobresaturación se produce porenfriamiento sin evaporación apreciable
cristalizadores- evaporadores, en los que la sobresaturación se produce por evaporación (concentración) sin enfriamiento apreciable
cristalizadores de vacío, en donde se combina la evaporación y el enfriamiento.



2. INFORMACIÓN REQUERIDA PARA ESPECIFICAR UN CRISTALIZADOR:

Para poder especificar qué tipo de cristalizador es el más adecuado parallevar a cabo nuestro proceso deberemos respondernos a las siguientes preguntas:

¿Es el material cristalino a producir hidratado o anhidro?
¿Cuál es la solubilidad del compuesto en agua o en otros solventes bajo consideración, y cómo cambia esta con la temperatura?
¿Hay otros compuestos en la solución que coprecipiten con el producto a cristalizar o éstos permanecen en la solución...