Cristalizadores - Maquinaria Ind.

7/23/2019 Cristalizadores - Maquinaria Ind.

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Ao de la diversifcacin productiva y del ortalecimiento de la

educacin

UNIVERSIDAD NAI!NA"

#SAN "UIS $!N%A$A DEIA

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y PETROQUIMICA

ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA

CRISTALIZADORESTRABAJO MONOGRFICO

MATERIA: MAQUINARIA INDUSTRIAL Y SELECCIN DE EQUIPOS

DOCENTE:Ing. JUAN ALFREDO TOLEDO HUAMN

PRESENTADO POR:

CONTRERAS DEL RIO, FLOR GOY PEREZ, ROBERTO ORELLANA GLVEZ. GUILLERMO PALOMINO ESPINOZA, MILAGROS DE PILAR SARMIENTO ESPARZA, DIANA MILAGROS VILCHEZ AUCCASI, FRANKLIN

CICLO: IX B

ICA PER

2015

[Escriba texto]
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UNIVERSIDAD NACIONAL !SAN LUIS "ON#A"A$ DE ICA

INDICE

%&' IN(RODUCCION)))))))))))))))))))))))))))))))))))&& *

+&' DESCRI,CI-N)))))))))))))))))))))))))))))))&))))&& &.

+&%&' /aterial)))))))))))))))))))))))))))))))))

))) 0+&+&' Venta1as))))))))))))))))))))))))))))))))))))& 0+&*&' SectoresA2licables))))))))))))))))))))))))))))))))&&0

*&' (I,OS

*&%&cristali3adoresdiscontinuos))))))))))))))))))))))))))))4*&%&%&' cristali3adores de tan5ues))))&&&)))))))&&)))))&))))&))))&&6*&%&+&' cristali3adores 2or e7a2oraci8n))))))))&)))&))))))))))))&6*&%&*&' Cristali3adores de 7aco)))))))))))))&)))))))))))&))))9

*&+&' Cristali3adores

continuos)))))))))))))))))))))))&))))&&&%: *&+&%&' Cristali3adores con ras2adores desu2er;cie)))))))&))))))&&))&%: *&+&+&' Cristali3adores Oslo)))))))))&))))))))))))))))))&&&))&%% *&+&*&' Cristali3adores de tubo de extracci8n


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.&' ,RINCI,IOS DE O,ERACI-N)))))))))))))))))))))))))))))))&%0

.&%&'@uncionamiento)))))))))&

)))))))))))))))))))&&))))&%4

0&' CLCULOS

0&%&' ?alance de materia en cristali3adores))))))))))&))))))))))%6

0&+&' Velocidad de cristali3aci8n))))))))))))))))))&)))))))))%9

0&*&' Rendimiento de un cristali3ador&)))))))))))))))))))))))&&%9

4&' USOS A,LICACIONES)))))))))))))))))))))))))))))))&)))+0

6&' ?I?LIO"RAIA))))))))))))))))))))))))))))))))))))&))&&+4

1.- INTRODUCCIN

Laoperacin de cristalizacin consiste en separar un soluto de una solucinmediante la

formacin de cristales de ste en el seno de la solucin.Una vez formados los cristales

se separan de la solucin obtenindose el soluto con un alto grado de pureza. Durante el

proceso de cristalizacin los cristales deben formarse primero y luego crecer. El

fenmeno de formacin de pequeos cristales se le llama nucleacin y a la formacin

capa por capa del cristal se le llama crecimiento. La sobresaturacin es la fuerza

impulsora tanto de la nucleacin como del crecimiento de los cristales. Las mquinas

CRIS(ALI#ADORES ,Bina *


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encargadas de realizar este tipo de proceso reciben el nombre de cristalizadores los

cuales operan de forma continua o por cargas e!cepto para algunas aplicaciones

especiales es preferible la operacin continua. La primera condicin que debe de

cumplir un cristalizador es crear una solucin sobresaturada ya que la cristalizacin no

se puede producir sin sobresaturacin. El medio utilizado para producir la

sobresaturacin depende esencialmente de la solubilidad del soluto. "lgunos solutos

como la sal com#n tiene solubilidades que son prcticamente independientes de la

temperatura mientras que otros como el sulfato sdico an$idro y el carbonato sdico

mono$idratado poseen de solubilidad invertida y se $acen ms solubles a medida que la

temperatura disminuye [1]. %uc$os productos de uso domstico y a nivel industrial

actualmente son obtenidos por el uso de cristalizadores por lo que el presente traba&o

dar mencin en general acerca de estas mquinas su descripcin tipos principios de

operacin y sus aplicaciones.

2.- DESCRIPCIN

El cristalizador es un dispositivo destinado a reducir al estado slido en forma de

cristales las sales disueltas en una solucin acuosa. Esto ocurre gracias a material

granular como minerales en forma de sustento fluido' como un reactor granular. Los

acumulos se mueven $acia el fondo del reactor. La fuerza reactora del sistema es una

dosis determinada de reactor y el a&uste de p(. )o se produce residuo alguno.

El sistema consiste de los siguientes elementos*

+eactor cil,ndrico en donde el agua a depurar entra por el fondo y el agua

depurada sale por la parte superior.

CRIS(ALI#ADORES ,Bina .


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El material granular ya sea arena o minerales que mantienen las condiciones de

fluidez del lec$o.

Un sistema de circulacin con una bomba de recirculacin.

La velocidad del efluente que entra por la parte inferior del reactor -/ 0 12/ m3$4

mantiene de forma estable las condiciones del lec$o de manera que e!iste una super0

saturacin relativa muy alta.

El lec$o fluido proporciona una gran rea para la reaccin de cristalizacin de forma

rpida y controlada -5./// 0 1/./// m23m64. 7asi todos los aniones y sustancias que

contienen metales se cristalizan en los grnulos. 8eridicamente -normalmente una vez

al d,a4 una parte de los grnulos se reemplaza por nuevo material.

El principio del sistema de circulacin es mezclar el agua contaminada que entra en el

sistema con la corriente en circulacin de aniones o concentraciones metlicas. 7on esta

tcnica se puede tratar todo tipo de aguas residuales con concentraciones entre 1/ 0

1//./// ppm a&ustando el grado de circulacin. El agua de esta forma depurada se

puede pulir mediante filtro mineral o mediante filtracin por membrana -se puede

instalar dentro del sistema4. Las part,culas granulares eliminadas por el cristalizador se

vuelven a redisolver mezclndola con cidos que retorna al reactor.

2.1.- MATERIAL:

Los cristalizadores se construyen con alg#n tipo acero sin embargo muc$as

disoluciones atacan a los materiales ferrosos y se produce contaminacin. En estos

casos se utilizan de materiales especiales tales como el cobre n,quel acero ino!idable yplomo.

2.2.- VENTAJAS:

)o se producen residuos

El agua depurada se puede utilizar en otros procesos productivos

9e puede obtener en una sola etapa un producto de una pureza de $asta ::;

CRIS(ALI#ADORES ,Bina 0


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9e puede controlar la cristalizacin de tal manera que se produzcan cristales

uniformes que faciliten su mane&o empaque y almacenamiento

La cristalizacin me&ora la apariencia del producto para comercializacin

Es una operacin que puede llevarse a cabo a temperaturas moderadas

2.3.- SECTORES APLICABLES:


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2.0 sobresaturacin producida por evaporacin del disolvente con poco enfriamiento o

sin enfriamiento > evaporadores > cristalizadores.

6.0 sobresaturacin por combinacin de enfriamiento y evaporacin en evaporadores

adiabticos -cristales al vac,o4.

.09obresaturacin producida por reaccin y salting0out.

3.1.- CRISTALIZADORES DISCONTINUOS

7ristalizacin por lotes se utiliza com#nmente en la industria qu,mica farmacutica

fotogrficas y en muc$as otras industrias. E!isten varias caracter,sticas deseablesasociadas con la cristalizacin por lotes puesto que el equipo es relativamente simple y

fle!ible y requiere un nivel relativamente ba&o de mantenimiento.

" este tipo de cristalizadores tambin se le llama cristalizacin por lotes o batc$ su

principal diferencia con el proceso de cristalizacin contin#a es la forma de retirar de

producto puesto que para ste sistema la retirada de los cristales se realiza solo una vez

al final del proceso.

3.1.1.- Cris!"i#!$%r&s $& !'()&s

La cristalizacin en tanques -un mtodo antiguo que todav,a se usa en casos especiales4'

este tipo de cristalizador es el ms sencillo y ms barato' consiste en un depsito

abierto que puede ser utilizado como cristalizador por evaporacin o como cristalizador

por enfriamiento.



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3.1.2.- Cris!"i#!$%r&s *%r &+!*%r!,i'

Estos cristalizadores constan de una tuber,a de circulacin y de un intercambiador de

calor de coraza. Este calentamiento se realiza sin vaporacin y los materiales de

solubilidad normal no deben producir sedimentacin en los tubos.

La cantidad y la velocidad de la recirculacin el tamao del cuerpo y el tipo y la

velocidad de la bomba de circulacin son conceptos cr,ticos de diseo para poder

obtener resultados predecibles.



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3.1.3.- Cris!"i#!$%r&s $& +!,%

Las unidades de vac,o utilizan el enfriamiento por evaporacin adiabtica para generar

la sobresaturacin. Un cristalizador de este tipo es un recipiente cerrado en el que se

mantiene el vac,o por medio de un condensador.

?eneralmente con la ayuda de una bomba de vac,o tipo eyector de vapor. La lec$ada

que sale del cuerpo se bombea a travs de una tuber,a de circulacin y por un

intercambiador de calor de coraza donde su temperatura se eleva de 2 a @ A7. puesto

que este calentamiento se realiza sin vaporizacin los materiales de solubilidad normal

no debern producir sedimentacin en los tubos. El licor calentado que regresa al

cuerpo mediante una l,nea de recirculacin se mezcla con la lec$ada y eleva su

temperatura localmente cerca del punto de entrada lo que provoca la ebullicin en la

superficie del l,quido.

Durante el enfriamiento subsiguiente y la vaporizacin para alcanzar el equilibrio entre

el l,quido y el vapor la sobresaturacin que se crea provoca sedimentaciones en elcuerpo de remolino de los cristales suspendidos $asta que vuelven a ale&arse por la

tuber,a de circulacin. La cantidad y la velocidad de la recirculacin el tamao del

cuerpo y el tipo y la velocidad de la bomba de circulacin son conceptos cr,ticos de

diseo para poder obtener resultados predecibles. 9i el cristalizador no es del tipo de

evaporacin y depende slo del enfriamiento adiabtico de evaporacin para lograr un

buen rendimiento se omitir el elemento calentador. La alimentacin se admite a la

l,nea de circulacin despus de retirar la lec$ada en un punto situado suficientemente

CRIS(ALI#ADORES ,Bina F


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por deba&o de la superficie libre del l,quido para evitar la vaporizacin instantnea

durante el proceso de mezclado.

3.2.- CRISTALIZADORES CONTINUOS

8odemos encontrar los cristalizadores que utilizan la combinacin de diferentes

dispositivos para obtener un cristal los cuales son* la evaporacin enfriamiento la

agitacin bombas deflectores y el vac,o.

3.2.1.- Cris!"i#!$%r&s ,%' r!s*!$%r&s $& s)*&r/i,i&

CRIS(ALI#ADORES ,Bina %:


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Un tipo de cristalizador con raspadores de superficie es el de 9Benson > Caler que

consiste en una artesa abierta de /.@m de anc$o con fondo semicircular y c$aqueta de

enfriamiento en el e!terior. La rotacin a ba&a velocidad de un agitador en espiral

mantiene los cristales en suspensin. Las aspas pasan cerca de las paredes y rompen los

depsitos que se forman en la superficie de enfriamiento.

3.2.2.- Cris!"i#!$%r %s"%

9e utiliza en soluciones de sales en las que la solubilidad depende menos de la

temperatura entre los e&emplos t,picos de l,quidos aptos para cristalizadores de

circulacin forzada* sulfatos de sodio cloruro de sodio sulfatos de n,quel cloruro de

potasio. Este cristalizador es una alternativa econmica cuando el tamao del producto

es menos importante.

CRIS(ALI#ADORES ,Bina %%


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3.2.3.- Cris!"i#!$%r $& )0% $& &r!,,i' DT

Este cristalizador se puede emplear en sistemas en que no se desea ni se necesita la

destruccin de las part,culas finas. En esos casos se omite el desviador y se determina el

tamao del circulador interno para que tenga una influencia m,nima de nucleacin sobre

la suspensin. En los cristalizadores D= y D= la velocidad de circulacin que se

alcanza suele ser muc$o mayor que la que se obtiene en un cristalizador similar de

circulacin forzada. 8or tanto el equipo se aplica cuando sea necesario $acer circulargrandes cantidades de lec$ada para minimizar los niveles de sobresaturacin dentro del

equipo.

En general mtodo se requiere para tener ciclos operacionales prolongados con

materiales capaces de crecer en las paredes del cristalizador. Los diseos de tubo de

e!traccin y desviador se utilizan com#nmente para la produccin de materiales

granulares de malla F a la 6/ como el sulfato de amonio cloruro de potasio y otros

cristales inorgnicos y orgnicos.

CRIS(ALI#ADORES ,Bina %+


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3.2.4.- Cris!"i#!$%r &+!*%r!$%r $& $&s+i!$%r 5 )0% $& &r!,,i' DTB

8uesto que la circulacin mecnica influye considerablemente en el nivel de nucleacin

dentro del cristalizador se $an desarrollado muc$os diseos que utilizan circuladores

situados dentro del cuerpo del cristalizador reduciendo en esta forma la carga de

bombeo que se e&erce sobre el circulador. Esta tcnica reduce el consumo de potencia y

la velocidad de punta del circulador y por ende la rapidez de nucleacin. La suspensin

de los cristales de productos se mantiene mediante una $lice grande y de movimiento

lento rodeada por un tubo de e!traccin dentro del cuerpo.

La $lice dirige la lec$ada $acia la superficie del l,quido para evitar que lo slidos

pongan en cortocircuito la zona de sobresaturacin ms intensa. La lec$ada enfriadaregresa al fondo del recipiente y vuelve a recircular a travs de la $lice.

En esta #ltima la solucin calentada se mezcla con la lec$ada de recirculacin. Este

diseo consta de una caracter,stica de destruccin de part,culas finas que comprende la

zona de asentamiento que rodea al cuerpo del cristalizador la bomba de circulacin y el

elemento calentador. Este #ltimo proporciona suficiente calor para satisfacer los

requisitos de evaporacin y elevan la temperatura de la solucin retirada del asentador

con el fin de destruir todas las part,culas cristalinas pequeas que se retiran. Los

CRIS(ALI#ADORES ,Bina %*


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cristales gruesos se separan de las part,culas finas en la zona de asentamiento por

sedimentacin gravitacional.

3.3.- CRISTALIZADOR POR EN6RIAMIENTO

Esta operacin puede ser continua o por lotes la operacin por lotes se aplica cuando el

caudal de l,quido es relativamente ba&o para la operacin continua. 7uando no se

necesita evaporacin con l,quidos de ba&a viscosidad.

Entre sus venta&as pueden lograrse cristales de buenas dimensiones al utilizar un medio

de refrigeracin distinto del agua pueden alcanzarse temperaturas bastante ba&as. 8ara

algunos materiales como el clorato de potasio es posible utilizar un intercambiador de

tubo y coraza de circulacin forzada en combinacin directa con un cuerpo de

CRIS(ALI#ADORES ,Bina %.


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cristalizador de tubo de e!traccin. Es preciso prestar una atencin cuidadosa a la

diferencia de temperatura entre el medio enfriador y la lec$ada que circula por los tubos

del intercambiador. "dems la trayectoria y la velocidad de flu&o de la lec$ada dentro

del cuerpo del cristalizador deben ser de tal ,ndole que el volumen contenido en el

cuerpo sea activo. Esto quiere decir que puede $aber cristales suspendidos dentro del

cuerpo debido a la turbulencia y que son eficaces para aliviar la sobresaturacin creada

por la reduccin de temperatura de la lec$ada al pasar por el intercambiador.

Evidentemente la bomba de circulacin es parte del sistema de cristalizacin y es

preciso prestar atencin cuidadosa a este tipo y sus parmetros operacionales para evitar

influencias indebidas de la nucleacin. Este tipo de equipo produce cristales en la gama

de malla de 6/ a 1//. El diseo se basa en las velocidades admisibles de intercambio de

calor y la retencin que se requiere para el crecimiento de los cristales de producto.

4.- PRINCIPIOS DE OPERACIN

Debido a la amplia variedad de requerimientos para diferentes aplicaciones es raro

encontrarse que equipos en diferentes sitios sean idnticos sin embargo algunos

principios bsicos aplican para el funcionamiento de cada unidad individual. Estos

principios bsicos son*

1. 7ontrolar el nivel de sobresaturacin correspondiente a ba&as velocidades de

formacin de n#cleos.

CRIS(ALI#ADORES ,Bina %0


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2. %antener un n#mero suficiente de cristales de siembra en suspensin de manera tal

que $aya suficiente rea superficial de la suspensin para la deposicin del soluto.

6. 8oner en contacto los cristales de siembra con la suspensin tan pronto como sea

posible para evitar prdidas debido al decaimiento del tiempo.

. +emover el e!ceso de n#cleos tan pronto como sea posible despus de su formacin.

5. %inimizar la nucleacin secundaria manteniendo la entrada de energ,a mecnica y el

frotamiento de cristales tan ba&o como sea posible.

@. %antener una densidad del magma tan alta como sea posible en general mientras

mayor es la densidad del magma mayor es el tamao promedio de los cristales.

G. %inimizar la acumulacin de slidos por eliminacin de gradientes localizados de

transferencia de masa y calor -puntos calientes o fr,os4 evitar restricciones innecesarias

de flu&o y operar a gradientes de temperatura o de sobresaturacin tan ba&os como sea

posible.

F. 8roveer un ambiente qu,mico -es decir impurezas aditivos etc4 que favorezca la

forma y crecimiento de los cristales.

4.1.- 6)',i%'!7i&'%

El aire pasa a travs del lec$o de material que se encuentra en la tolva de agitacin

donde se absorbe el calor. El material amorfo comenzar a cristalizarse a su temperatura

de transmisin v,trea -t,picamente F2.2A7 > :6.6A74. Las $o&as del barreno del agitador

que se encuentra en el interior de la tolva giran suavemente para levantar y $acer girar el

material. Esta accin previene la aglomeracin del material durante la transmisin entre

el estado amorfo y el cristalino.

Una vez que se alcanza el perfil de temperatura programado dentro de la tolva deagitacin el cristalizador suministrar el material cristalino listo para ser secado y



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procesado. El sistema tambin tiene la capacidad de permitir que el material se enfri a

una temperatura pre0programada dentro de la tolva de agitacin antes de la entrega.

8uede utilizarse una cargadora de alta temperatura con el sistema para cargar material

amorfo en la parte superior de la tolva de agitacin a fin de mantener la tolva llena.HI

8.- C9LCULOS

8.1.- B!"!',& $& 7!&ri! &' ,ris!"i#!$%r&s

El balance total de masa en el cristalizador es una simple separacin

isotrmica de ambas fases a la cual es aplicable del principio de la palanca

sobre la l,nea $orizontal de la isoterma de operacin*


7ristales* 7 J7 $7Disolvente* E JE (E

CRIS(ALI#A

DORDisolvente* C


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K

B!"!',& $& 7!&ri! "%0!":M E N -9N74

B!"!',& *%r ,%7*%'&'& s%"+&'&:J.MJE.ENJ9.9NJ7.7

B!"!',& *%r ,%7*%'&'& s%")%: .-10J4M9.-10J4N7.-10J74

B!"!',& $& &'&r!:.$ M %.$% N E.$E N K

D'$&:

K M .-$0$94N7.-$90$74NE.-(E0$94

;,


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8.3.- V&"%,i$!$ $& ,ris!"i#!,i'

La velocidad de crecimiento de un cristal es conocida como velocidad de cristalizacin.

La cristalizacin puede ocurrir solo con soluciones sobresaturadas. El crecimiento

ocurre primero con la formacin del n#cleo y luego con su crecimiento gradual. En

concentraciones arriba de la sobresaturacin la nucleacin es concebida como

espontanea y rpida.

(a sido observado que la velocidad de cristalizacin se a&usta a la siguiente ecuacin*

Dnde*

dCN

d =k(CC

0)m

CN


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7uando la velocidad de crecimiento de los cristales es lenta se requiere untiempo considerable para alcanzar el equilibrio. Esto se cumple en especialcuando la solucin es viscosa o cuando los cristales se acumulan en elfondo del cristalizador de forma que $ay poca superficie de cristales

e!puestas a la solucin sobresaturada.

+E)D


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S!"UI&N'

CRIS(ALI#ADORES ,Bina +%


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PROBLEMA 2:

Dibu&ar un Diagrama de flu&o para un cristalizador en el que entran 1// g de az#car concentrado conteniendo un F5; de sacarosa

y 1; de inerte soluble. "l disminuir la temperatura el az#car cristaliza. Una centr,fuga separa los cristales del l,quido llamado

Plicor madreQ. La corriente de cristales $#medos tiene como 2/; de su peso un l,quido con la misma composicin que el licor

madre. El licor madre contiene un @/; de sacarosa en peso. 7alcular los flu&os y composicioes de todas las corrientes.

BALANCE DE A@UA:

BALANCE A LAS IMPUREZAS:

CRIS(ALI#ADORES ,Bina ++

C G Cristales Hlicor madre

+: licor madre

9: cristales

S GA3Jcar

%::KB

90Sacarosa

% Inerte

RIS(A"I%A

/ G licor madre4: sacarosa

im2ure3as

% M


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S < C M

)** + ,-

- + )** .

S / * 01 2 + - / * 3 , / * 4 / * 3 , / * 0

)** / *201 + - / *23 , / *2)4 , / *20

01 + 5)**678*23 , 8*24 / *23 , 8*20

+ 90 :;

- + )** 6 90 + 44 :;

CRIS(ALI#ADORES ,Bina +*


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.- USOS APLICACIONES

Las empresas qu,micas y biofarmacuticas estn actualmente sometidas a presiones para

desarrollar ms rpidamente procesos de cristalizacin escalables a menor precio y

mayor calidad. 8or ello se ven obligados a controlar las condiciones de cristalizacin

para me&orar los tiempos de ciclo y optimizar la calidad del producto.

Entre los productos ms conocidos que se obtienen mediante cristalizadores destacan*

Sulfato(s) de:n,quel sodio magnesio cobre $ierro manganeso amonio cidos orgnicos: c,trico benzoico but,rico sorbico brico tartrico

fumrico o!lico adipico Oeso =amices moleculares )itrato de plata Urea Scidos grasos

"ceites vegetales "z#car 7lorobenceno 7olorantes orgnicos Etc H@I

.- BIBLIO@RA6IA

CRIS(ALI#ADORES ,Bina +.


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6UENTES DE IN6ORMACIN

H1I.$ttp*33Bebdelprofesor.ula.ve3ingenieria3yoanacastillo3materias3opeT3cristalizacion.pdf > "77E9"DR EL 1F DE UL

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