Cristalización como operación unitaria

OPERACIONES DE SEPAR OPERACIONES SEPARACIÓN ACIÓN MECÁNICA ING. RAFAEL RAFAEL BRITO HERNÁNDEZ

Equipo #5:

Universidad era!r"#ana Fa!"$%ad de Cien!ias &"'(i!as Ca()"s C*a%#a!*a$!*s

CRI STALI ZACI ÓN

• Bello • • • • •

Hernández

Daniel

Alejando Ortiz Ramírez José eonardo !e"allos eal José Antonio ara onzález Eduardo $ázquez %a&arrete Ale'is !allejas De la (uente A"ril !ittlal)

I MPORTANCI AI NDUSTRI ALY COMERC RCI AL •

L*s !ris%a$es se +an )r*d"!id* (edian%e divers*s (,%*d*s de !ris%a$i#a!i-n "e van desde $*s (/s sen!i$$*s s en!i$$*s "e !*nsis%en en de0ar re)*sar re!i)ien%es "e se $$enan *ri1ina$(en%e !*n s*$"!i*nes !a$ien%es 2 !*n!en%radas3 +as%a )r*!es*s !*n%in"*s ri1"r*sa(en%e !*n%r*$ad*s !*n%r*$ad*s 2 *%r*s !*n ("!+*s )as*s * e%a)as dise4ad*s )ara )r*)*r!i*nar "n )r*d"!%* "e %en1a "ni5*r(idad en $a 5*r(a3 %a(a4* de $a )ar%'!"$a3 !*n%enid* de +"(edad 2 )"re#a. Las de(andas !ada ve# (as !re!ien%es de $*s !$ien%es +a!en "e $*s !ris%a$i#ad*res sen!i$$*s )*r $*%es se es%,n re%irand* de$ "s*3 2a "e $as es)e!i6!a!i*nes de $*s )r*d"!%*s s*n !ada ve# (/s r'1idas.

I MPORTANCI AI NDUSTRI ALY COMERC RCI AL •

La !ris%a$i#a!i-n es i()*r%an%e !*(* )r*!es* ind"s%ria$ )*r $*s di5eren%es (a%eria$es "e s*n 2 )"eden ser !*(er!ia$i#ad*s en 5*r(a de !ris%a$es. S" e()$e* %an di5"ndid* se de7e )r*7a7$e(en%e a $a 1ran )"re#a 2 $a 5*r(a a%ra!%iva de$ )r*d"!%* "'(i!* s-$id*3 "e se )"ede *7%ener a )ar%ir de s*$"!i*nes re$a%iva(en%e i()"ras en "n s*$* )as* de )r*!esa(ien%*. En %,r(in*s de $*s re"eri(ien%*s de ener1'a3 $a !ris%a$i#a!i-n re"iere ("!+* (en*s )ara $a se)ara!i-n "e $* "e re"iere $a des%i$a!i-n 2 *%r*s (,%*d*s de )"ri6!a!i-n "%i$i#ad*s !*(8n(en%e. Ade(/s se )"ede rea$i#ar a %e()era%"ras re$a%iva(en%e 7a0as 2 a "na es!a$a "e var'a desde "n*s !"an%*s 1ra(*s +as%a (i$es de %*ne$adas diarias. La !ris%a$i#a!i-n !r is%a$i#a!i-n se )"ede rea$i#ar a )ar%ir de "n va)*r3 "na 5"si-n * "na s*$"!i-n. La (a2*r )ar%e de $as a)$i!a!i*nes ind"s%ria$es de $a *)era!i-n in!$"2en $a !ris%a$i#a!i-n a )ar%ir de s*$"!i*nes. Sin e(7ar1*3 $a s*$idi6!a!i-n !ris%a$ina de $*s (e%a$es es 7/si!a(en%e "n )r*!es* de !ris%a$i#a!i-n 2 se +a desarr*$$ad* 1ran !an%idad de %e*r'a en re$a!i-n !*n $a !ris%a$i#a!i-n de $*s (e%a$es.

I MPORTANCI AI NDUSTRI ALY COMERC RCI AL •

La !ris%a$i#a!i-n !*nsis%e en $a 5*r(a!i-n de )ar%'!"$as s-$idas en e$ sen* de "na 5ase +*(*1,nea.

•

Las )ar%'!"$as se )"eden 5*r(ar en "na 5ase 1ase*sa !*(* en e$ !as* de $a n"eve3 (edian%e s*$idi6!a!i-n a )ar%ir de "n $'"id* !*(* en $a !*n1e$a!i-n de a1"a )ara 5*r(ar +ie$* * en $a (an"5a!%"ra de (*n*!ris%a$es3 * 7ien )*r !ris%a$i#a!i-n de s*$"!i*nes $'"idas.

•

Se )"ede de!ir "e $a !ris%a$i#a!i-n es "n ar%e3 dand* a en%ender "e $a rea$idad %,!ni!a es s*7re)asada en *!asi*nes )*r %*d*s $*s 5a!%*res e()'ri!*s "e es%/n inv*$"!rad*s en $a *)era!i-n.

•

Es%*s sis%e(as 1e*(,%ri!*s s*n !*ns%an%es )ara $*s !ris%a$es de$ (is(* !*()"es%* "'(i!*3 inde)endien%e(en%e de s" %a(a4*. L*s !ris%a$es s*n $a 5*r(a (/s )"ra de $a (a%eria3 s" 7ien s"!ede "e )re!i)i%an si("$%/nea(en%e !ris%a$es de varias s"s%an!ias 5*r(and* s*$"!i*nes s-$idas de vari*s ! *$*res !*(* s*n $*s (inera$es !*(* e$ (/r(*$ ve%ead*3 e$ 0ade3 *ni93 %"r"esas3 e%!.3 en $*s !"a$es !ada !*$*r es de !ris%a$es de "na sa$ di5eren%e. Sin e(7ar1* !"and* !ris%a$i#a s*$a(en%e "n s*$* !*()"es%* "'(i!*3 $*s !ris%a$es s*n :;;< )"r*s.

•

Ade(/s de s" 5*r(a 1e*(,%ri!a3 $*s !ris%a$es s*n !ara!%eri#ad*s )*r s" densidad3 s" 'ndi!e de re5ra!!i-n3 !*$*r 2 d"re#a.

Teoría de cristalización La !ris%a$i#a!i-n se )"ede ana$i#ar desde $*s )"n%*s de vis%a de )"re#a3 rendi(ien%*3 !*ns"(* de ener1'a3 * ve$*!idades de 5*r(a!i-n 2 !re!i(ien%*.

*o"resatura+i,n

La !ris%a$i#a!i-n a )ar%ir de "na s*$"!i-n es "n e0e()$* de $a !rea!i-n de "na n"eva 5ase den%r* de "na (e#!$a +*(*1,nea. E$ )r*!es* %"ene $"1ar en d*s e%a)as. La )ri(era de e$$as !*nsis%e en $a 5*r(a!i-n de$

CRI STALI ZACI ÓN C*n!e)%*s 2 5"nda(en%*s

¿QUÉ ES? •

La !ris%a$i#a!i-n es "n )r*!es* )*r e$ !"a$ a )ar%ir de "n 1as3 "n $'"id* * "na dis*$"!i-n3 $*s i*nes3 /%*(*s * (*$,!"$as es%a7$e!en en$a!es +as%a 5*r(ar "na red !ris%a$ina. La !ris%a$i#a!i-n se e()$ea !*n 7as%an%e 5re!"en!ia en &"'(i!a )ara )"ri6!ar "na s"s%an!ia s-$ida

¿PARA QUE SI RVE? •

se "%i$i#a en $as (e#!$as +*(*1,neas !*n5*r(adas )*r "n s-$id* =s*$"%*> dis"e$%* en a1"a =s*$ven%e> )ara se)arar $a s"s%an!ia s-$ida3 e$i(inand* $a $'"ida "e n* in%eresa re!")erar3 )*r eva)*ra!i-n3 "s/nd*se 5re!"en%e(en%e en $a )"ri6!a!i-n de s-$id*s.

¿CÓMO SE HACE? •

Se "%i$i#a )ara e$$* "n !ris%a$i#ad*r3 "e es "n re!i)ien%e de )*!a a$%"ra3 de vidri* 2 de a()$ia 7*!a3 d*nde se !*$*!a $a (e#!$a 2 se )r*!ede a !a$en%ar$a. A$ eva)*rarse e$ $'"id*3 )*r e$ a"(en%* de $a ener1'a !in,%i!a de s"s (*$,!"$as3 e$ s-$id* )re!i)i%a =!ae> 2 "eda en e$ !ris%a$i#ad*r3 !*n 5*r(a !ris%a$ina3 * sea3 !*ns%i%"2,nd*se "n s-$id* +*(*1,ne*3 de (*$,!"$as es%/%i!as

•

La )ar%e (/s i()*r%an%e de$ )r*!es* de !ris%a$i#a!i-n3 es e$ !re!i(ien%* de $*s !ris%a$es. Las 5*r(as * $*s di5eren%es %a(a4*s "e ad"ieran $*s !ris%a$es se de7en a dis%in%as !*ndi!i*nes3 !*(* )*r e0e()$* e$ dis*$ven%e "e se "se * $a !*n!en%ra!i-n "%i$i#ada de $*s di5eren%es !*()"es%*s. L*s !ris%a$es !re!en 5*r(and* !a)as de (*$,!"$as en%*rn* a "n !ris%a$ ini!ia$.

EQUI POSDE CRI STALI ZACI ÓN

 TI POSDE CRI STALI ZADORES

PRI NCI PI OS BÁSI COS PARA EL DI SEÑO DE CRI STALI ZADORES • Es%a7$e!i(ien%*

de $as re$a!i*nes de e"i$i7ri* • F*r(a de *)erar e$ !ris%a$i#ad*r =(,%*d* )ara 1enerar $a s*7resa%"ra!i-n> • Es%i$* de$ !ris%a$i#ad*r "e se va a e()$ear

Una ve# *7%enid* e$ dise4* !*n!e)%"a$ de$ !ris%a$i#ad*r3 e$ )r*7$e(a de dise4* res%an%e !*nsis%e en de%er(inar $e dise4* 5"n!i*na$ "e )er(i%a sa%is5a!er $*s re"eri(ien%*s de %a(a4* de !ris%a$ (edian%e e$ es%"di* !in,%i!* de$ sis%e(a.

CRI STALI ZADOR HOWARD

CRI STALI ZADOR DE TUBOSRASPADORES ENCHAQUETADO

CRI STALI ZADOR SWENSONWALKER

CRI STALI ZADOR TANQUE AGI TADO CON SERPENTI NES

CRI STALI ZADOR POR REFRI GERACI ÓN TI PO DTF   ( DRAFT TUBE BAFLE)

CRI STALI ZADOR EVAPORADOR DECI RCULACI ÓN FORZADA

CRI STALI ZADOR EVAPORADOR DE TUBO  ASPI RADOR CON DESVI ADOR

CRI STALI ZADOR EVAPORADOR DE TUBO  ASPI RADOR CON DESVI ADOR

CRI STALI ZADOR EVAPORADOR DE TUBO  ASPI RADOR CON DESVI ADOR

CATALI ZADOR ENFRI ADOR POR CONTACTO DI RECTO

CRI STALI ZADOR OSLO

 APLI CACI ONESI NDUSTRI ALES DELEQUI PO DE CRI STALI ZACI ÓN

 APLI CACI ONES Cristalización de sacarosa industrias azucareras La Industria Azucarera en la actualidad pasa por un período donde debe aumentar su competitividad debido a la aparición de diferentes tecnologías orientadas a la producción de edulcorantes, muchos de ellos con propiedades atractivas para el mercado del primer mundo. Tales edulcorantes renen características especiales, como poseer alta potencia, resultar no calóricos, no criog!nicos, prebióticos, etc, "#anguela $ %ern&ndez, '(()*. +l nivel de competitividad de la industria azucarera ue ho$ conocemos parece depender de su eficiencia $ capacidad de ofrecer a la sacarosa como un edulcorante barato de propiedades nutricionales reconocidas, ue puede ser materia prima para la elaboración de innumerables productos, entre los ue pueden estar derivados de inter!s para el propio mercado de los edulcorantes.

en $a 5a7ri!a!i-n de )ane$es 5*%*v*$%ai!*s se "san !ris%a$es de s'$i!e 2a "e es%*s s*n !a)a!es a$ ser es%i("$ad*s )*r "n 5*%-n3 de des)render e$e!%r*nes "e s*n re!*1id*s de "n (a%eria$ !*nd"!%*r

!ris%a$i#a!i-n. en 5a7ri!a!i-n de sa$@ Un e0e()$* de es%* se en!"en%ra en $as Sa$inas. A$$' se $$enan en*r(es e(7a$ses !*n a1"a de (ar3 2 $*s de0an )*r (eses3 +as%a "e se eva)*ra e$ a1"a3 "edand* as' "n (a%eria$ s-$id* "e !*n%iene n"(er*sas sa$es %a$es !*(* !$*r"r* de s-$id*3 de )*%asi*3 e%! 2 $"e1* es%as sa$es !ris%a$i#an

C/$!"$* de$ es)es*r 2 (edidas de $*s !ris%a$es@ Usare(*s !*(* e0e()$* "n %an"e de :;;!(. de $ar1* 9 ;!(. de an!+* 9 ;!(. de a$%*. Pri(er* de7e(*s !a$!"$ar $a )resi-n "e e0er!er/ $a !*$"(na de a1"a3 en 7ase a $a a$%"ra. Mien%ras (/s a$%* (/s )resi-n %endre(*s en e$ 5*nd*. Presi-n  Pes* es)e!'6!* 9 A$%"ra =(%s> E$ )es* es)e!'6!* de$ a1"a a C es de J:3J K1(% En e$ e0e()$*@ Presi-n  J:3J K1(% 9 ;3; (%s  3 )as!a$es

Median%e es%a %,!ni!a3 7asada en $a di5eren%e s*$"7i$idad "e %ienen $*s !*()*nen%es de "na (e#!$a a$ variar $a %e()era%"ra3 )*de(*s se)arar "n s-$id* dis"e$%* en "n $'"id*. Para e$$*3 !a$en%a(*s $a dis*$"!i-n )ara e$i(inar )ar%e de$ a1"a 2 $a de0a(*s en re)*s* en "n re!i)ien%e de vidri* de 1ran s")er6!ie3 den*(inad* !ris%a$i#ad*r )asad* "n %ie()*3 e$ $'"id* se +a7r/ en5riad* 2 e$ s-$id*3 a$ dis(in"ir s" s*$"7i$idad3 5*r(ar/ !ris%a$es en e$ 5*nd*

Pr*!edi(ien%*s de !a$!"$* P*r $a 1e(e%ria de$ !ris%a$@ E$ %a(a4* de$ !ris%a$ )"ede ser es)e!i6!ad* )*r es%a $*n1i%"d !ara!%er's%i!a L3 de6nida !*(* ) 2 D) d*nde Vp 2 Sp s*n e$ v*$"(en 2 e$ /rea de $a s")er6!ie %*%a$ de$ !ris%a$3 res)e!%iva(en%e3 2 øs es $a es5eri!idad. Es%* es sa%is5a!%*ri* !*n s-$id*s re1"$ares )ara $*s !"a$es øs es !er!ana a :.;3 )er* n* )ara dis!*s 2 a1"0as !*n va$*res ("2 )e"e4*s de  øs.

+l conocimiento de la region de sobresaturacion permite determinar regiones de operación. -peracion Intermitente Proposito: lograr un tamano de cristal lo mas uniforme posible Grado de sobresaturacion: /egión metaestable, crecimiento de cristales $a e0istentes $ no formación de nuevos ncleos -peración continua Propósito: Crecimiento $ formación de nuevos ncleos Grado de sobresaturación: Limite inferior de la región Intermedia.  Adem&s es necesario proveer un mecanismo de clasificación de cristales, de tal manera ue solo se retiren cristales de un m ismo tama1o

Nucleación La ve$*!idad de n"!$ea!i-n a5e!%a e$ %a(a4* "e $*s !ris%a$es )"eden a$!an#ar@ En "n !ris%a$i#ad*r in%er(i%en%e3 !*n5*r(e (a2*r sea $a ve$*!idad de n"!$ea!i-n (en*r es e$ %a(a4* de $*s !ris%a$es *7%enid*s. En e$ !as* de "na !ris%a$i#a!i-n !*n%in"a e$ a"(en%* de $a ve$*!idad de n"!$ea!i-n se %rad"!e en "n (a2*r %ie()* de residen!ia de $*s !ris%a$es.

La velocidad de nucleación generalmente se e0presa por medio de una correlación empirica donde

B

2elocidad de nucleacion 34ucleos5t6volumen de solvente7  4mero de ncleos por unidad de volumen del solvente 385L97 k n :arametro empirico i  :arametro empirico c-c*  ;obresaturacion 385L97 c  Concentracion de soluto en la solucion 385L97 c*  Concentracion de saturacion del soluto 385L97

En $as *)era!i*nes de %rans5eren!ia de (a%eria en 1enera$ se s")*ne "e e9is%e e"i$i7ri* en $a s")er6!ie de !*n%a!%* si%"ada en%re $as 5ases. Si es%* 5"ese !ier%* en $a !ris%a$i#a!i-n3 $a !*n!en%ra!i-n de $a s*$"!i-n en $a !ara de$ !ris%a$ ser'a e$ va$*r de sa%"ra!i-n ys3 2 $a 5"er#a i()"$s*ra %*%a$ )ara $a %rans5eren!ia de (a%eria ser'a y  ys3 d*nde y es $a !*n!en%ra!i-n a "na de%er(inada dis%an!ia de $a !ara de$ !ris%a$. Sin e(7ar1*3 de7id* a $a rea!!i-n s")er6!ia$3 se re"iere "na 5"er#a i()"$s*ra )ara $a e%a)a en%re 5ases3 de 5*r(a "e $a !*n!en%ra!i-n en $a s")er6!ie de !*n%a!%* es y´ 3 d*nde ys Q y  Q y 3 "edand* s-$* y  y  !*(* 5"er#a i()"$s*ra )ara $a %rans5eren!ia de (a%eria

L*s !*e6!ien%es %an%* )ara %rans5eren!ia de (a%eria !*(* )ara $a rea!!i-n s")er6!ia$ di6eren de "na !ara !ris%a$ina a *%ra3 )er* !asi sie()re res"$%a ade!"ad* !*nsiderar s-$* va$*res (edi*s )ara %*d* e$ !ris%a$.

La e!"a!i-n de %ras5eren!ia de (asa se es!ri7e !*(*.

D*nde NA  densidad de "9 (*$ar3 (*$es )*r "nidad de %ie()* 2 )*r "nidad de /rea ( ve$*!idad de %rans5eren!ia de (asa3 (*$+ sp  /rea de $a s")er6!ie de$ !ris%a$ ky  !*e6!ien%e de %rans5eren!ia de (asa

La e!"a!i-n )ara $a rea!!i-n s")er6!ia$ "%i$i#and* e$ !*e6!ien%e k  es s

EJEMPLO 1

•

Una s*$"!i-n !*nsis%en%e en ;< de M1SO 2 J;< de HO se en5r'a +as%a ; F. D"ran%e e$ en5ria(ien%* se eva)*ra < de$ a1"a %*%a$ de$ sis%e(a. C"/n%*s i$*1ra(*s de !ris%a$es se *7%endr/n )*r : ;;; 1 de (e#!$a *ri1ina$V

S*$"!i-n@ A )ar%ir de $a 61"ra =:> se *7serva "e $*s !ris%a$es s*n M1SO JHO 2 "e $a !*n!en%ra!i-n de$ $'"id* (adre es .< de M1SO an+idr* 2 J.< de HO.

P*r !ada : ;;; 1 de s*$"!i-n *ri1ina$3 e$ a1"a %*%a$ es ;.J; 9 : ;;;  J;; 1. La eva)*ra!i-n es ;.; J;;   1. L*s )es*s (*$e!"$ares de$ M1SO 2 M1SO JHO s*n :;. 2 .3 res)e!%iva(en%e3 de 5*r(a "e $a !an%idad %*%a$ de M1SO JHO en $a !ar1a es : ;;; 9 ;.;=.:;.>  : 13 2 e$ a1"a $i7re es : ;;;    :  : 1. En :;; 1 de $'"id* (adre +a2 .=.:;.>  ;.: 1 de M1SO JHO 2 :;;  ;.:  . 1 de a1"a $i7re.  P*r $* %an%*3 e$ M1SO JHO en e$ $'"id* (adre es =;.:.>:   1. a +ose+-a .nal es /01 2 353 4 /0 678