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INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA.

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA-BIOQUIMICA Y AMBIENTAL.

OPERACIONES UNITARIAS III.

ING. HERBERT ARTURO BARBOSA SAHUR.

UNIDAD 5.

CRISTALIZACION.

TAREA: “EQUIPOS DE CRISTALIZACION”.

Equipos de sobresaturación por enfriamiento.

Cristalizadores agitados.

Continuos.

Sobresaturación por evaporación.

Evaporadores de cristal.

Cristalizadores adiabáticas.

ALUMNO (A): JULIETA MARIA CHAN CAMPOS.

SEMESTRE: 7°. GRUPO: 7BV.

FECHA DE ENTREGA: Miércoles 5 de Diciembre del 2012.

CICLO ESCOLAR: Agosto- Diciembre 2012.

UNIDAD 5 CRISTALIZACION.

EQUIPOS DE CRISTALIZACIÓN.

Dos esquemas se han utilizado ampliamente para clasificar los equipos de

cristalización de acuerdo a:

1. El método de generar la sobresaturación.

2. El método de suspende el crecimiento de los cristales.

Hay cinco métodos básicos de crear sobresaturación:

Existen cinco métodos para producir sobresaturación, dependiendo esencialmente

de la naturaleza de la curva de solubilidad del soluto.

(1) Solutos como el nitrato potásico y el sulfito sódico son mucho menos solubles a

temperaturas bajas que a temperaturas elevadas, de forma que la sobresaturación

se puede conseguir simplemente por enfriamiento.

(2) Cuando la solubilidad es casi independiente de la temperatura, como ocurre en

el caso de la sal común, o bien cuando disminuye al aumentar la temperatura, la

sobresaturación se genera por evaporación.

(3) En los casos intermedios resulta eficaz una combinación de evaporación y

enfriamiento.

(4) Enfriamiento al vacío: Sometiendo la alimentación a una evaporación flash

Adiabáticamente para disminuir la temperatura e inducir la cristalización por

enfriamiento y evaporación simultanea del solvente.

(5) Cristalización continúa.

Equipos de cristalización.

Una diferencia importante en muchos cristalizadores comerciales es la manera en que el liquido sobresaturado esta en contacto con los cristales en crecimiento.

Método de circulación de magma.- donde la totalidad del magma de

cristales y el líquido sobresaturado circulan a través de las etapas de

sobresaturación y cristalizan sin separar el solido y el líquido en dos

PRODUCCIÓN DE SOBRESATURACIO

N POR:

ENFIRAMIENTO DE LA SOLUCION CON EVAPORACION DESPRECIABLE:*CRISTALIZADORES DE TANQUE.*CONTINUOS O POR LOTES.

Evaporación del disolvente con poco enfriamiento o sin enfriamiento-evaporadores-cristalizadores en:*Evaporadores cristalizantes.

Combinación de enfriamiento y evaporación.*Evaporadores adiabáticos (cristalizadores al vació).

SUSPENSIÓN DE CRISTALES A TRAVES DE:

Cristalizadores agitados.

En un intercambiador con raspadores de superficie.

*SWEASON WALKER.

corrientes. Es decir la cristalización y la sobresaturación se verifican

simultáneamente en presencia de los cristales.

Método de circulación de liquido.- una corriente separada del liquido

sobresaturado se hace pasar a través de un lecho fluidizado donde crecen

los cristales y se forman otros nuevos por nucleación. Después el liquido

saturado se hace pasar de una zona de evaporación o enfriamiento para

volver a producir una sobresaturación y se recircula.

Según el método empelado para producir la sobresaturación:

Cristalizadores de tanque.-

La cristalización en tanques (un método antiguo que todavía se usa en casos especiales)

consiste en enfriar soluciones saturadas en tanques abiertos. Después de cierto tiempo, se

drena el licor madre y se extraen los cristales. En este método es difícil controlar la

nucleación y el tamaño de los cristales. Además, los cristales contienen cantidades

a) Cristalizadores con circulación de liquido, b) cristalizador con circulación de magma

considerables del licor madre y, por otra parte, los costos de mano de obra son elevados. En

algunos casos, el tanque se enfría por medio de serpentines o chaquetas y se usa un agitador

para lograr una mejor velocidad de transferencia de calor; sin embargo, puede haber

acumulación de cristales en las superficies de estos dispositivos. Este tipo de equipo tiene

aplicaciones limitadas y algunas veces se usa para la manufactura de productos químicos de

alto valor y derivados farmacéuticos.

Cristalizadores continuos.-

Requisitos para la operación de un cristalizador continúo:

1. La operación transcurre en estado estacionario.

2. En todo momento el cristalizador contiene un magma de suspensión

mezclada, sin clasificación del producto.

3. En todo momento hay una suspensión uniforme en todo el magma.

4. Se cumple la ley de AL para el crecimiento de los cristales.

5. No se utiliza ningún sistema de retirada de tamaños de clasificación.

6. No hay cristales en la alimentación.

7. El magma producto abandona el cristalizador en equilibrio, de forma que las

aguas madres del magma producto están saturadas.

8. No hay rotura de cristales en partículas de tamaño fino.

La ley AL del crecimiento cristalino” si todos los cristales del magma crecen en

un campo de sobresaturación uniforme y a la misma temperatura y si todos los

cristales crecen desde su nacimiento, resultara que todos los cristales no solo

serán invariantes sino que crecerán con la misma velocidad que es

independiente del tamaño.

Evaporador- cristalizador.-

En la combinación de evaporador- cristalización, la sobresaturación se produce

por evaporación. El líquido circulante se extrae por la bomba de tornillo hacia el

interior del calentador por condensación de vapor de agua. El líquido caliente fluye

después hacia el espacio del vapor donde se produce una vaporización repentina

que causa sobresaturación. El vapor de salida se condensa, el liquido

sobresaturado fluye hacia el flujo de bajada y después asciende a través del lecho

de cristales fluidizados y agitados que de esta manera crecen. El líquido saturado

de salida vuelve al calentador como corriente y el producto se extrae como

suspensión de cristales y licor madre. Éste modelo se llama también

CRISTALIZADOR OLSO.

Cristalizador de evaporación de circulación forzada.-

La lechada que sale del cuerpo se bombea a través de una tubería de circulación

y por un intercambiador de calor de coraza, donde su temperatura se eleva de 2 a

6 °C. puesto que este calentamiento se realiza sin vaporización, los materiales de

solubilidad normal no deberán producir sedimentación en los tubos. El licor

calentado, que regresa al cuerpo mediante una línea de recirculación, se

mezcla con la lechada y eleva su temperatura localmente, cerca del punto

de entrada, lo que provoca la ebullición en la superficie del líquido. Durante el

enfriamiento subsiguiente y la vaporización para alcanzar el equilibrio

entre el líquido y el vapor, la sobresaturación que se crea provoca

sedimentaciones en el cuerpo de remolino de los cristales suspendidos, hasta que

vuelven a alejarse por la tubería de circulación. La cantidad y la velocidad de la

recirculación, el tamaño del cuerpo y el tipo y la velocidad de la bomba de

circulación son conceptos críticos de diseño, para poder obtener resultados

predecibles. Si el cristalizador no es del tipo de evaporación y depende sólo del

enfriamiento adiabático de evaporación para lograr un buen rendimiento, se

omitirá el elemento calentador. La alimentación se admite a la línea de circulación,

después de retirar la lechada, en un punto situado suficientemente por debajo de

la superficie libre del líquido, para evitar la vaporización instantánea durante el

proceso de mezclado.

Cristalizador evaporador de desviador y tubo de extracción (DTB).-

La suspensión de los cristales de productos se mantiene mediante una hélice

grande y de movimiento lento, rodeada por un tubo de extracción dentro del

cuerpo. La hélice dirige la lechada hacia la superficie del líquido, para evitar que lo

sólidos pongan en cortocircuito la zona de sobresaturación mas intensa.

La lechada enfriada regresa al fondo del recipiente y vuelve a recircular a través

de la hélice.En esta última, la solución calentada se mezcla con la lechada de

recirculación. Este diseño consta de una característica de destrucción de

partículas finas que comprende la zona de asentamiento que rodea al cuerpo del

cristalizador, la bomba de circulación y el elemento calentador. Este último

proporciona suficiente calor para satisfacer los requisitos de evaporación y elevan

la temperatura de la solución retirada del asentador, con el fin de destruir todas las

partículas cristalinas pequeñas que se retiran. Los cristales gruesos se separan de

las partículas finas en la zona de asentamiento por sedimentación gravitacional.

CRISTALIZADOR DE EVAPORACIÓN DE CIRCULACIÓN FORZADA.

Cristalizadores de vacío.- Los cristalizadores más modernos corresponden a las unidades de vacío que

utiliza el enfriamiento por evaporación adiabática para generar sobresaturación.

En su forma original y mas sencilla, un cristalizador de este tipo es un recipiente

cerrado en el que se mantiene el vacío por medio de un condensador,

generalmente con la ayuda de una bomba de vació eyector de vapor. La

alimentación se introduce como disolución saturada caliente a una temperatura

muy superior a al de ebullición para la presión existente en el cristalizador. El

magma fluye a través de un calentador donde su temperatura se eleva de 2 a 6

°K. Se mantiene un volumen de magma controlando el nivel del líquido y del solido

que cristaliza mientras que el situado por encima del magma se utiliza para retirar

el vapor y eliminar el arrastre. La disolución de la alimentación se enfría

espontáneamente hasta la temperatura de equilibrio. Puesto que tanto la entalpia

de enfriamiento como la de cristalización apareen como calor latente de

vaporización, se evapora una parte del disolvente.

Entonces el licor calentado se mezcla con la suspensión del cuerpo principal y se

produce una ebullición en la superficie del líquido, misma que causa

sobresaturación en el líquido arremolinado cerca de la superficie, provocando

depósitos en los cristales suspendidos de esta razón que salen por la tubería de

circulación mientras los vapores salen por la parte superior. El vacío se produce

con un eyector de chorro de vapor. Para este caso la sobresaturación genera la

nucleación y crecimiento.

El magma producto se retira del fondo del cristalizador. El rendimiento teórico de

los cristales es proporcional a la diferencia entre la concentración de la

alimentación y la solubilidad del soluto a la temperatura de equilibrio.

La acción escencial de la unidad de un solo cuerpo es muy parecida a la de un

evaporador de un simple efecto y pro lo que también pueden operar a múltiples

efectos.

La forma de un cristalizador de vació tiene varias limitaciones desde el punto de

vista de la cristalización.

El cristalizador no opera satisfactoriamente si el magma no está bien agitado con

el fin de que se iguales los gradientes de concentración y temperatura así como

también, la suspensión de cristales. El cristalizador de vació sencillo no

proporciona un buen método para el control de la nucleación, de la clasificación, ni

para la separación del exceso de núcleos y cristales muy pequeños.

Cristalizador de tubo de aspiración-deflector.-

Un equipo más versátil y eficaz es el cristalizador de tubo de aspiración-deflector

(DTB).El cuerpo del cristalizador está equipado con un tubo de aspiración, que

también actúa como una placa deflectora para controlar la circulación del magma y

Cristalizador continuo al vació. McCabe.

un agitador de turbina dirigido hacia abajo para proporcionar una circulación

controlable dentro del cristalizador. Un sistema adicional de circulación, exterior al

cuerpo del cristalizador y accionado por medio de una bomba de circulación,

contiene el calentador y la entrada de la alimentación. La suspensión de producto

se retira a través de una salida situada cerca del fondo de la sección cónica

inferior del cuerpo del cristalizador. Para una determinada velocidad de

alimentación ambas circulaciones interna y externa se pueden variar

independientemente y proporcionan variables controlables para obtener el valor de

DTC deseado.

Los cristalizadores de tubo de aspiración-deflector pueden equiparse con un rama

de elutriación debajo del cuerpo del cristalizador para clasificar los cristales por

tamaños, así como puede también incluir una zona de sedimentación con placas

para la retirada de finos.

Parte del líquido circulante se bombea hasta el fondo de la rama de elutriación que

se utiliza como una salida hidráulica para devolver los cristales pequeños a la

zona de cristalización para su posterior crecimiento. La acción en este caso es la

de una clasificación por sedimentación

La suspensión de descarga se retira por la parte inferior de la rama de elutriación y

se envía a un filtro rotativo o a una centrífuga, mientras que las aguas madres

retornan al proceso.

Los núcleos que no son necesarios se retiran por medio de un espacio anular,

o encamisado, o bien alargando el fondo cónico y utilizando la pared inferior del

cuerpo del cristalizador como una placa deflectora. El espacio anular proporciona

una zona de sedimentación en la cual la clasificación hidráulica separa los

cristales finos de los grandes arrastrándolos en una corriente ascendente de

aguas madres que se retira por la parte superior de la zona de sedimentación. Los

cristales finos que así se retiran tienen un tamaño de 60 mallas o inferior, y

aunque su número es enorme, su masa es pequeña, de forma que la corriente

procedente del encamisado está casi exenta de sólidos. Los cristales más grandes

sedimentan con una velocidad mayor con respecto al suelo que la velocidad del

flujo ascendente en el encamisado y quedan retenidos en la unidad. La rama de

elutriación y el encamisado para la retirada de núcleos actúan de una forma

análoga: la primera sólo permite que escapen los cristales grandes y el segundo

sólo deja salir las partículas más pequeñas.

CRISTALIZADOR DTB.

CRISTALIZADOR DE ASPIRACIÓN-DEFLECTOR CON DE TUBO SISTEMA INTERNO PARA SEPARACIÓN Y RETIRADA DE TINOS.

Según el método empelado para mantener en suspensión los cristales.

Cristalizadores agitados.-

Para mejorar la velocidad de crecimiento, para prevenir la segregación de la

disolución sobresaturada que da lugar a una nucleación excesiva y para mantener

los cristales en suspensión en al zona de cristalización. Se puede utilizar

agitadores internos, con frecuencia provistos de tubos de aspiración y placas

deflectoras, siendo también frecuentemente el empleo de bombas externas para la

circulación del líquido o el magma a través de la zona de sobresaturación o de

cristalización. Este último método recibe el nombre de circulación forzada. Una

ventaja de las unidades de circulación forzada con calentadores externos consiste

en que se puede concertar varias unidades idénticas formando un múltiple efecto,

utilizando el vapor procedente de una unidad para calentar la siguiente unidad

denominados evaporadores- cristalizadores.

Cristalizadores con raspadores de superficie.-

Un cristalizador con raspadores de superficie es el de Sweason-Walker consiste

en una artesa abierta de 0.6 m de ancho con fondo semicircular y chaqueta de

CRISTALIZADOR TANQUE AGITADO CON SERPENTINES.

enfriamiento en el exterior. La rotación a baja velocidad de un agitador es espiral

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

rompe los depósitos que se forman en la superficie de enfriamiento. Por lo

general, le producto tiene una distribución de tamaños de cristal bastante amplia.

En el cristalizador de tubo doble con raspadores el agua de enfriamiento pasa por

el espacio anular.

Un agitador moderno adaptado con raspadores de resorte que limpian y

proporcionan un buen coeficiente de transferencia de calor. Este modelo se llama

votador y se usa en la cristalización de mantecado y para la plastificación de

margarina.

CRISTALIZADOR DE TUBOS RASPADORES ENCHAQUETADO.

CRISTALIZADOR SWENSON WALKER.

BibliografíaGeankoplis., C. (1998). PROCESOS DE TRANSPORTE Y OPERACIONES UNITARIAS. MEXICO.: TERCERA

EDICION.

L, M. W., Smith, C., & Peter., H. (1998). OPERACIONE SUNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA. ESPAÑA.: Cuarte Edicion. McGraw-Hill.

http://ericaingenieriaenalimentos.blogspot.mx/2012/02/equipos-para-cristalizacion-imagenes.html

http://www.slideshare.net/jestval/cristalizacion-14489276