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CRISTALIZACIÓN
DEFINICIÓN:
Definimos cristalización como el proceso mediante el cual se separa un componente de una solución líquida transfiriéndolo a la fase sólida en forma de cristales que precipitan. Esta operación se utiliza con frecuencia en la industria para la purificación de las sustancias que, generalmente, se obtienen acompañadas de impurezas. Toda sal o compuesto químico disueltoen algún solvente en fase líquida puede ser precipitada por cristalización bajo ciertas condiciones de concentración y temperatura que el ingeniero químico debe establecer dependiendo de las características y propiedades de la solución, principalmente la solubilidad o concentración de saturación, la viscosidad de la solución, etc.
DESCRIPCIÓN DE LA OPERACIÓN UNITARIA:
En la cristalización, latransferencia de calor y de materia juegan un papel importantísimo, dado que para poder ser transferido a la fase sólida, es decir, cristalizar un soluto, cualquiera debe eliminar su calor latente o entalpía de fusión, por lo que el estado cristalino además de ser el mas puro, es el de menor nivel energético de los tres estados físicos de la materia en el que las moléculas permanecen inmóviles unasrespecto a otras formando estructuras en el espacio con la misma geometría, sin importar la dimensión del cristal. 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.
Después de la adición del agente precipitante a la solución analizada, hay un período de inducción antes de que ocurra la nucleación. Este período de inducción puede variar desde que sea un proceso extremadamente rápido a un procesoque dure algunos minutos. Después ocurre la nucleación, donde pequeños agregados de partículas se forman y constituyen los “núcleos” de las partículas de mayor tamaño que formarán los cristales, haciendo que las especies que forman a la sustancia que precipita se congreguen a su alrededor. Posterior a la nucleación ocurre el crecimiento de los cristales, creciendo los cristales más grandes acosta de los pequeños, que se disuelven. Si la nucleación es más rápida que el crecimiento de los cristales, se forma un número grande de pequeños agregados, mientras que si el crecimiento de los cristales es más rápido que la nucleación, se formarán pocos agregados, que serán grandes y cristalinos.
CARÁCTERÍSTICAS PRINCIPALES:
Una vez concretada la definición de Cristalización, procederemos aexplicar los aspectos más importantes de dicha operación unitaria.
Definimos Magma como la disolución de la mezcla bifásica formada por las aguas madres y los cristales de todos los tamaños, contenida en un cristalizador y que se saca como producto.
La pureza del producto: Un cristal perfectamente formado es totalmente puro, pero cuando se retira del magma, retiene aguas madres por quedar ocluidas enel interior de la masa de sólidos. Cuando las aguas madres retenidas, que son de baja pureza, se secan sobre el producto, se produce contaminación, cuyo alcance depende de la cantidad y grado de impureza de las aguas madres retenidas por los cristales. En la práctica, una gran cantidad de las aguas madres retenidas se separan de los cristales por filtración o centrifugación, lavando condisolvente fresco. La eficacia de estas etapas de purificación depende del tamaño y uniformidad de los cristales.
Equilibrios y Rendimientos: El equilibrio en los procesos de cristalización se alcanza cuando la disolución está saturada y la relación de equilibrio para los cristales grandes es la curva de solubilidad.
Rendimientos: En muchos procesos industriales de cristalización, los cristales y las...