Cristalizacion Operaciones Unitarias

 

CRISTALIZACIÒN

CRISTALIZACIÓN: La operación de cristalización consiste en separar un soluto de una solución mediante la formación de cristales de éste en el seno de la solución. Una vez formados los cristales se separan de la solución obteniéndose el soluto con un alto grado de pureza.

CRISTAL: Un cristal es un sistema de átomos, moléculas o iones altamente ordenados en redes tridimensionales

PROCESO   

Durante el proceso proceso de cristalización cristalización los cristales cristales deben formarse primero y luego crecer. El fenómeno de formación de pequeños pequeños cristales se le llama nucleación nucleación y a la formación capa por capa del cristal se le llama crecimiento. La sobresaturación sobresaturación es la la fuerza impulsora tanto de la nucleación como como del crecimiento de los cristales

EL DISOLVENTE DEBE TENER LAS SIGUIENTES CARACTERÍSTICAS:

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

   

Su punto de ebullición ebullición debe sobrepasar sobrepasar los 60°C, 60°C, pero a su vez vez debe ser por lo menos 10°C más bajo que el punto de fusión del sólido que se desea cristalizar. Mucho más soluble en caliente caliente que en frio. No debe debe reaccionar con el soluto soluto Poco inflamable y poco toxico. Relativamente volátil para para facilitar el secado.

En la siguiente tabla aparecen los disolventes más empleados en la cristalización de las clases más comunes de compuestos orgánicos:

Clases de compuestos

Disolventes sugeridos

Hidrocarburos

Hexano, ciclohexano, tolueno

Éteres

Éter, diclorometano

Haluros

Diclorometano, cloroformo

Compuestos carbonílicos

Acetato de etilo, acetona

 Alcoholes y ácidos

Etanol

Sales

Agua

SOLUBILIDAD DE EQUILIBRIO EN LA CRISTALIZACIÓN El equilibrio en la cristalización se alcanza cuando la solución está saturada. La solubilidad depende principalmente de la temperatura, mientras que el efecto de la presión es despreciable. Esto se representa mediante una curva de solubilidad.

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SOBRESATURACIÓN: 





Región metaestable, donde el soluto en exceso a la concentración de equilibrio se deposita en cristales ya existentes pero no forma cristales nuevos o núcleos. Región intermedia, donde el soluto en exceso a la concentración de equilibrio se deposita en cristales existentes y forma nuevos núcleos. Región lábil, donde la formación de cristales nuevos o núcleos ocurre en forma espontánea.

ETAPAS DE LA CRISTALIZACIÓN: Cualquier operación de Cristalización debe seguir estas 3 etapas:

1. Sobresaturación de la solución. 2. Formación de núcleos cristalinos (nucleación). 3. Crecimiento del cristal 3

 

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MÉTODOS PARA ALCANZAR LA SOBRESATURACIÓN: 1. Enfriamiento: si se enfría la solución, ésta pierde solubilidad y pasa de estar concentrada a saturada y finalmente sobresaturada.

2. Calentamiento: si se calienta la solución se quita solvente y pasa de estar concentrada a saturada y finalmente sobresaturada. Cuando se incrementa la temperatura la solubilidad puede disminuir o aumentar dependiendo del sólido, por ejemplo en sólidos orgánicos como la úrea se disminuye la solubilidad.

3. Evaporación: Se evapora una parte del disolvente, hasta que la cantidad de sustancia disuelta en la solución restante supere la de saturación. Esta operación básica se emplea en los casos en que la solubilidad depende poco de la T. Un ejemplo aplicado es el la industria para formar sal.

4. Precipitación: al colocar una sustancia adicional en la solución para que se aglomeren los sólidos y formar cristales.

5. Al vacío: combinación de efectos. En un evaporador al vacío se evapora una parte del disolvente, la eliminación del calor necesario enfría además la solución. Ventajosa para sustancias sensibles a la °T.

NUCLEACIÒN: Las moléculas se atraen ligeramente y forman un embrión, al aumentar la sobresaturación la adición de moléculas al embrión se vuelve más fuerte, éste comienza a crecer se estabiliza y crea un núcleo de cristal. Dentro de la nucleación podemos distinguir entre Nucleación primaria y nucleación secundaria. 1. Primaria: Es aquella en la que el origen de la nueva fase sólida no está condicionada ni influida por la presencia de la fase sólida que se origina. 4

 

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2. Secundaria: designa aquel proceso de formación de cristales que está condicionado por la presencia de partículas de la misma fase en el sistema sobresaturado y por cuya causa ocurre.

CRECIMIENTO DE LOS CRISTALES El crecimiento de los cristales es un fenómeno cuya fuerza impulsora también es la sobresaturación. El crecimiento de un cristal es un proceso de adición capa por capa. Los núcleos de cristal empiezan a crear hasta tomar la forma de cristales de tamaño visible.

VELOCIDAD DE CRISTALIZACIÓN: La velocidad de crecimiento de un cristal puede expresarse en forma empírica:

 

=  ( −  ∗ )

Donde:  =

1 1 1 +  

MC: masa del cristal t: tiempo KL: Coeficiente de transferencia de masa en la película. KS: Velocidad específica de integración del soluto a la superficie del cristal. c-c*: Sobresaturación Sobresaturación A: Área de la superficie del cristal. 5

 

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VARIABLES DE CONTROL:   

Temperatura: en la que favorece la cristalización. Solubilidad: que haya una gran diferencia entre la solubilidad solubilidad tanto en en frio como en caliente. Propiedades del del disolvente: inerte inerte con el soluto, volátil, alta solubilidad a temperatura elevada.

PUREZA DE LOS CRISTALES: Pureza de los cristales Los cristales formados de la mayoría de las soluciones alcanzan purezas de hasta 99.8% bajo condiciones de velocidad de crecimiento moderadas. Las impurezas generalmente son debidas al atrapamiento del líquido en el cristal en pequeñas bolsas u oclusiones y ya una vez formado el cristal en la adhesión de la solución en la superficie, lo que hace necesario su lavado.  Agregando ciertos tipos y cantidades de aditivos es posible controlar el tamaño de los cristales, la distribución de tamaño del cristal

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.

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Controlando los factores de cristalización (temperatura, espacio, tiempo, grado de concentración, reposo) del proceso se obtiene un producto sólido constituido por partículas discretas de tamaño y 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.

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DESVENTAJAS: En general, no se puede purificar más de un componente ni recuperar todo el soluto en una única etapa. Es necesario equipo adicional para retirar el soluto restante de las aguas madres.

CRISTALIZACION EN LA INDUSTRIA: 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 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. En términos de los requerimientos de energía, la cristalización requiere mucho menos para la separación que lo que requiere la destilación y otros métodos m étodos de purificación utilizados comúnmente.

USOS DE LA CRISTALIZACIÓN EN LA INDUSTRIA: 8

 

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   

Cristalización de sacarosa en industrias azucareras Obtención de aspirina Separación de ceras en la refinación de aceites (winterización) Purificación de productos en el refino del petróleo.

CRISTALIZACIÓN CRISTALIZACIÓN DE SACAROSA INDUSTRIAS AZUCARERAS: El azúcar que consumimos es un carbohidrato soluble cristalino. La capacidad endulzante depende del tamaño de los cristales porque los cristales más grandes se disuelven más lentamente. En los ingenios azucareros se cristalizan sucesivamente la primera azúcar, llamada blanquilla por ser más pura. Con la disolución restante, más rica en otros componentes de la caña se vuelve a cristalizar un segundo tipo de azúcar más oscura y finalmente la tercera cristalización es la llamada azúcar morena.

OBTENCIÓN DE ASPIRINA: ASPIRINA: El ácido acetilsalicílico se sintetiza a partir de ácido salicílico y anhídrido acético en presencia de ácido, según la reacción indicada. Una vez sintetizado el ácido acetilsalicílico es necesario cristalizarlo para eliminar las impurezas que contiene. Este proceso debe realizarse una o más veces hasta lograr el producto puro. El ácido acetilsalicílico se comercializa con el nombre de Aspirina por la casa Bayer, siendo uno de los medicamentos más consumidos en el mundo. Fue sintetizado a finales del siglo siglo pasado por el químico químico alemán Félix Félix Hofmann.  Actúa como antipirético y fundamentalmente fundamentalmente como analgésico. analgésico.  ASPIRINA:

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SEPARACIÓN DE CERAS EN LA REFINACIÓN DE ACEITES (WINTERIZACIÓN):  Algunos aceites vegetales, vegetales, como es el caso de los aceites de girasol, germen de maíz, orujo de oliva, pepitas de uva, etc., contienen ceras (alcoholes grasos de cadena larga), estearina y otras substancias de elevado punto de fusión, que cristalizan abajas temperaturas, provocando el enturbiamiento del aceite. La etapa de winterización es la encargada de la eliminación de estas substancias.

PURIFICACIÓN PETRÓLEO:

DE

PRODUCTOS

EN

EL

REFINO

DEL

La refinación es el proceso que se encarga de la transformación de los hidrocarburos en productos derivados. La refinación comprende una serie de procesos de separación, transformación y purificación, mediante los cuales el petróleo crudo es convertido en productos útiles con innumerables usos, que van desde la simple combustión en una lámpara hasta la fabricación de productos intermedios, que a su vez, son la materia prima para la obtención de otros productos industriales.

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BIBLIOGRAFÌA: https://www.textoscientificos.com/quimi https://www.textoscien tificos.com/quimica/cristales ca/cristales https://www.google.com.pe/search?q https://www.google.com.pe/search?q=MAQUINAS =MAQUINAS+O+EQUIPOS+ +O+EQUIPOS+DE+CRISTAL DE+CRISTALIZACI  IZACI  ON&oq=MAQUINAS+O+EQUIPOS+DE+CRISTALIZACION&aqs=chrome..69i57.4907j  0j1&sourceid=chrome&ie=UTF-8  https://procesosbio.wikispaces.co https://procesosbio.wikispaces.com/file/view/Equi m/file/view/Equipos+de+cristaliz pos+de+cristalizaci%C3%B3n.p aci%C3%B3n.pdf  df  https://es.slideshare.net/GerardoM https://es.slideshare.net/GerardoMelgozaPa elgozaParamo/equipos-de-c ramo/equipos-de-cristalizaci ristalizacion on https://www.google.com.pe/search?q https://www.google.com.pe/search?q=dise%C3% =dise%C3%B1o+bath+de+c B1o+bath+de+cristalizaci%C ristalizaci%C3%B3n& 3%B3n& source=lnms&tbm=isch&sa=X&ve source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwj d=0ahUKEwjpgpgTAjqnUAhXI5SYKHQvDA5wQ_AUIBigB&biw=1366&bih=662#imgrc=Rku9qD_qNY_wh M :

http://www.com/ensayos/Cristaliz http://www.com/ensayos/Cristalizacion/536728 acion/5367289.html 9.html

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