Cristalizacion

CRISTALIZACIÓN: INTRODUCCIÓN
La cristalización es una operación de transferencia de materia en la que se produce la formación de un sólido (cristal o precipitado) a partir de una fase homogénea (soluto en disolución o en un fundido). Destaca sobre otros procesos de separación por su potencial para combinar purificación y producción de partículas en un solo proceso. Comparado con otrasoperaciones de separación la cristalización en disolución presenta varias 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 tamañoy 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 elsoluto en una única etapa. Es necesario equipo adicional para retirar el soluto restante de las aguas madres. La operación implica el manejo de sólidos, con los inconvenientes tecnológicos que esto conlleva. En la práctica supone una secuencia de procesado de sólidos, que incluye equipos de cristalización junto con otros de separación sólido-líquido y de secado (ver esquema general).

Esquema deun proceso completo de cristalización

DISEÑO DE CRISTALIZADORES
CÁLCULOS DE EQUILIBRIO
(masa total de cristales)

CINÉTICA DE NUCLEACIÓN CINÉTICA DE CRECIMIENTO CSD
(tamaño, forma y número de cristales)

Cinética de crecimiento Balance de materia Sobresaturación Cinética de nucleación

Velocidad de crecimiento

Velocidad de nucleación

Balance de población

Área de los cristalesInteracciones 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 crecimientoy 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 COMPONENTEClasificación de algunas sales con la solubilidad Tipo
1 2 3

Sales
K2SO4, KNO3, NaNO3, NH4NO3, CuSO4, sacarosa, etc. KCl, NaCl, (NH4)2SO4 Na2SO4, CaSO4, MgSO4H2O, FeSO4H2O

Solubilidad
Aumenta con T Varía poco con T Disminuye con T

Ejemplos de curvas de solubilidad

Sobresaturación y cristalización:
Conc. Curva de saturación

A

Temperatura

Sobresaturación y cristalización:
Conc.Enfriamiento Curva de saturación

B

A

Temperatura

Sobresaturación y cristalización:
Conc. Enfriamiento Curva de saturación

C

B

A

Temperatura

Sobresaturación y cristalización:
Conc. Enfriamiento Curva de sobresaturación Curva de saturación

C

B

A

Temperatura

Sobresaturación y cristalización:
Conc. Enfriamiento Curva de sobresaturación Curva desaturación

Zo me n a tae sta b le

Zona lábil

Zona no saturada A Diagrama de Miers Temperatura

C

B

Sobresaturación y cristalización:
Evaporación
Conc. Curva de sobresaturación C Zona lábil Curva de saturación

Zo me n a tae s ta ble

Zona no saturada

B A Temperatura

c

RESUMEN
Inestable

b a

C B
M le stab e tae
Estable

Las disoluciones insaturadas y saturadas...