ANTECEDENTES_ Fundamentos de la CristalizacinUtilizacin de las curvas de equilibrio para la cristalizacin.El equilibrio se alcanza cuando la solucin o licor madre esta saturado

En la mayora de los procesos la solucin (licor madre) y cristales estn en contacto todo el tiempo.El licor madre est saturado a la temperatura final del proceso y puede determinarse la concentracin final del soluto mediante la curva de solubilidad.Los clculos se hacen de forma simple, aun si son anhidros los cristales o hidratados.Los clculos son similares para enfriamiento y para evaporacin.A=S+C+W

Ejemplo:

Una solucin salina que pesa 10000 kg y que tiene 30% en peso de Na2C03, se enfra hasta 293 K (20C). La sal cristaliza como decahidratado. Cul ser el rendimiento de cristales de Na2C03 *10H2O si la solubilidad es 21.5 kg de Na2CO3 anhidro/100 kg de agua total?Proceda a los clculos para los siguientes casos:a) Suponga que no se evapora aguab) Suponga que el 3% del peso total de la solucin se pierde por evaporacin del agua durante el enfriamiento.

Consideraciones Al disolverse un compuesto cuya solubilidad aumenta al elevarse la temperatura, se absorbe calor (calor de disolucin)Si la solubilidad del compuesto disminuye al aumentar la temperatura, su disolucin va acompaada de un desprendimiento de calor.En el equilibrio, el calor de cristalizacin es igual al negativo del calor de disolucin a la misma concentracin que la solucin.Si el calor de dilucin saturada hasta la infinita es pequea, se usa como calor de cristalizacin.

Mtodo de solucinEl ms satisfactorio es el uso de grficas entalpa concentracin de soluciones con las diversas fases slidas en el sistemaSolo hay cloruro de calcio-agua, sulfato de magnesio agua y sulfato ferroso-agua.

Procedimiento Se lee la grfica la entalpa H1 de la solucin de entradaSe lee H2, de la mezcla final de cristales y licor madre a la temperatura final. (enfriamiento)Si hay evaporados, Hv del vapor de agua se obtiene por tablas de vapor.Q=-(H2-Hv)-H1H1=A(Ta-Tr)Cp

Ejemplo:Una solucin de alimentacin de 2268 kg a 327.6 K (54.4 CT), que contiene 48.2 kg de MgSO4 /lOO kg de agua total, se enfra hasta 293.2 K (20 C) para extraer cristales deMgS04* 7H20. La solubilidad de la sal es de 35.5g de MgSO4/100 kg de agua total.La capacidad calorfica promedio de la solucin de alimentacin se puede suponer igual a 2.93 kJ/kg *K. El calor de disolucin a 291.2 K (18 C) es -13.31 x 10^3 kJ /kg molde MgSO4 *7 H20. Calcule el rendimiento de cristales y determine el calor totalabsorbido q, por medio de un balance de calor, suponiendo que no se vaporiza agua.

Los cristalizadores comerciales pueden operar:

De forma continua Por cargas

Generacin de una solucin sobresaturada.

Enfriamiento.Evaporacin.En los casos intermedios resulta eficaz una combinacin de evaporacin y enfriamiento.

Una diferencia importante en los cristalizadores comerciales es la forma en que los cristales se ponen en contacto con el lquido sobresaturado.

Mtodo del lquido circulante. Mtodo del magma circulante.

Utilizan el enfriamiento por evaporacin adiabtica para generar la sobresaturacin. Es un recipiente cerrado en el que se mantiene el vaco por medio de un condensador (con una bomba de vaco tipo eyector de vapor).Alimentacin: solucin saturada caliente a temperatura muy superior a la de ebullicin.

Se mantiene el volumen de magma controlando el nivel de lquido y del slido que se cristaliza. El de encima se utiliza para retirar el vapor y eliminar el arrastre. La sobresaturacin generada por enfriamiento y evaporacin da lugar a la nucleacin y crecimiento.

Los cristales y las aguas madres estn en contacto suficiente tiempo para alcanzar el equilibrio y las aguas madres estn saturadas a la temperatura final del proceso.

El rendimiento del proceso se puede calcular entonces a partir de la concentracin de la disolucin original y la solubilidad para la temperatura final.

Si durante el proceso se produce una evaporacin apreciable, sta debe de ser conocida o estimada.

Velocidad de crecimiento de los cristales lenta

El rendimiento real ser menor que el calculado a partir de la curva de solubilidad.

Cristales anhidros

La clave para los clculos del rendimiento de solutos hidratados es expresar todas las masas y concentraciones en funcin de sal hidratada y libre de agua.

Las concentraciones y cantidades basadas en el agua libre puede restarse para obtener el resultado correcto.

Una disolucin consistente en 30 por 100 de MgSO4 y 70 por 100 de H2O se enfra hasta 60 F. Durante el enfriamiento se evapora un 5 por 100 del agua total del sistema. Cuntos kilogramos de cristales se obtendrn por cada kilogramo de mezcla original?

Un cristalizador continuo de vaco se alimenta con una disolucin de MgSO4 del 31 por 100. La temperatura de equilibrio del magma en el cristalizador es de 86 F (30 C), y la elevacin del punto de ebullicin de la disolucin es 2 F (1.11C). Se obtiene un magma producto que contiene 5 toneladas de MgSO4 7H20 por hora. La relacin en volumen de slido a magma es 0,15 y las densidades de los cristales y las aguas madres son 105 y 82.5 lb/pie3, respectivamente.

Determine la temperatura de la alimentacin, el flujo de alimentacin y la velocidad de evaporacin.

El rendimiento de un cristalizador de vaco se puede calcular a partir de balances de materia y energa.

El proceso es una escisin adiabtica de la alimentacin en magma producto y vapor, los puntos b para la alimentacin, a para el vapor y e para el magma, estn situados sobre una recta. La isoterma que une el punto d para los cristales con el punto f para las aguas madres tambin pasa por el punto e, y este punto est localizado en la interseccin de las lneas ab y df

El hecho de que se le de a un recipiente el nombre de cristalizador depende primordialmente de los criterios utilizados para determinar su tamao.

La clasificacin por tamaos: La base del volumen necesario para la cristalizacin Las caractersticas especiales que se requieren para obtener tamaos apropiados de productos.

Sin embargo, en su aspecto exterior, los recipientes pueden ser idnticos.

La eleccin final del equipo depender adems de otros aspectos tales como:

- Tipo y tamao de cristales a producir- Caractersticas fsicas de la alimentacin- Resistencia a la corrosin- Espacio disponible- Etapas posteriores (lavado, centrifugado, secado, etc.)

PRIMERO: Elegir un medio de generacin de sobresaturacin en base a las caractersticas de las curvas solubilidad-temperatura.

SEGUNDO: Decidir si la cristalizacin ser batch o contnua.

*Batch: Diseo ms simple pero ms control para alcanzar la D.T.C. deseada.*Contnua: Grandes producciones (ms de 1 tn al da o caudales mayores a 20 m3/hr).

Factores a considerar:

*Poder del solvente: Debe ser capaz de disolver fcilmente el soluto y permitir despus la obtencin de cristales deseados.

* Pureza: No debe introducir impurezas que afecten la apariencia y propiedades del cristal.

* Reactividad qumica: Debe ser estable

* Manejo y procesamiento: Poco viscoso y de baja inflamabilidad y no txico.

La seleccin del solvente no es fcil, factores a considerar :

- Propiedades del solvente- Aspectos econmicosRiesgo industrial

Para sustancias inorgnicas H2O

Otros solventes usados a veces son :- Acido actico y sus steres- Alcoholes y cetonas- teres- Benceno- Tolueno

Datos mnimos a especificar: *Informacin de las corrientes de entrada y salida

Datos importantes para el diseo: *Tamao final del producto, tasa de crecimiento

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 diseo de cada unidad individual.

1. Controlar el nivel de sobresaturacin.2. Mantener un nmero suficiente de cristales de siembra. 3. Poner en contacto los cristales de siembra con la suspensin tan pronto como sea posible.4. Minimizar la nucleacin secundaria 5. Mantener una densidad del magma tan alta como sea posible, (tamao promedio de los cristales) 6. Operar a gradientes de temperatura o de sobresaturacin tan bajos como sea posible.7. Proveer un ambiente qumico que favorezca la forma y crecimiento de los cristales.

Warren L. McCabe, Julian C. Smith. Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica. Editorial McGraw-Hill. 4 Edicin. Pgs. 925-963

Christie J. Geankoplis. Procesos de Trasporte y Operaciones Unitarias. 3 Edicin. Edistorial Continental, S.A. Pgs. 815-825

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