CRISTALIZACI N Y EQUIPO DE CRISTALIZACI N

1. CRISTALIZACI�N Y EQUIPO DE CRISTALIZACI�N Jos� Antonio Gonz�lez Moreno

2. INTRODUCCI�N: La Cristalizaci�n es un Proceso de separaci�n de tipo S�lido-L�quido en el que existe transferencia de masa de un soluto de una soluci�n l�quida a una fase cristalina s�lida pura. Un ejemplo importante es en la producci�n de sacarosa de az�car de remolacha, en el que la sacarosa se cristaliza afuera de una soluci�n acuosa.

3. DEFINICI�N: La Cristalizaci�n es un proceso industrial en donde se forman part�culas s�lidas a partir de una fase homog�nea (que puede ser gas o l�quida).

4. DESCRIPCI�N DEL PROCESO: La Formaci�n de cristales s�lidos dentro del seno de una soluci�n l�quida, es la de mayor importancia comercial dentro del proceso de Cristalizaci�n. La soluci�n se concentra y se enfr�a hasta que la concentraci�n del soluto es superior a su solubilidad a dicha temperatura y el soluto forma cristales casi puros.

5. VELOCIDAD DE CRISTALIZACI�N: La velocidad de crecimiento de un cristal es conocida como velocidad de cristalizaci�n. La cristalizaci�n puede ocurrir solo con soluciones sobresaturadas. El crecimiento ocurre primero con la formaci�n del n�cleo, y luego con su crecimiento gradual. En concentraciones arriba de la sobresaturaci�n, la nucleaci�n es concebida como espont�nea, y r�pida. Ha sido observado que la velocidad de cristalizaci�n se ajusta a la siguiente ecuaci�n: Los valores del exponente m se encuentran del 2 a 9, pero no ha sido correlacionada como valor cuantitativo que se pueda estimar. Esta velocidad es media contando el n�mero de cristales formados en periodos determinados de tiempo.

6. EFECTO DE LAS IMPUREZAS La presencia de bajas concentraciones de sustancias ajenas a los cristales e impurezas juega un importante papel en la optimizaci�n de los sistemas de cristalizaci�n, tales como: Todos los materiales son impuros o contienen trazas de impurezas a�adidas durante su procesamiento. Es posible influenciar la salida y el control del sistema de cristalizaci�n. Cambiar las propiedades de los cristales mediante la adici�n de peque�as cantidades de aditivos cuidadosamente elegidos. Agregando ciertos tipos y cantidades de aditivos es posible controlar el tama�o de los cristales, la distribuci�n de tama�o del cristal, el h�bito del cristal y su pureza.

7. CRISTALIZADORES, INTRODUCCI�N: Los cristalizadores comerciales pueden operara de forma continua o por cargas, excepto para aplicaciones especiales, pero es preferible la operaci�n continua. Condiciones de los Cristalizadores: Crear una soluci�n sobresaturada, ya que la cristalizaci�n no se puede producir sin sobresaturaci�n. El medio utilizado para producir la sobresaturaci�n depende esencialmente de la curva de solubilidad de cada soluto. Existen compuestos que poseen curvas de solubilidad invertida y se hacen mas solubles a medida que la temperatura disminuye. Para cristalizar estos materiales se precisa crear la sobresaturaci�n mediante evaporaci�n. En los casos intermedios resulta �til la combinaci�n de evaporaci�n y de enfriamiento.

8. TIPOS DE CRISTALIZADORES

9. Cristalizador de suspensi�n mezclada y de retiro de producto combinado: Llamado tambi�n cristalizador de magma circulante, es el m�s importante de los que se utilizan en la actualidad. Aun cuando se incluyen ciertas caracter�sticas y variedades diferentes en esta clasificaci�n, el equipo que funciona a la capacidad mas elevada es del tipo en que se produce por lo com�n la vaporizaci�n de un disolvente, casi siempre agua.

10. Cristalizador de enfriamiento superficial: Este tipo de equipo produce cristales de malla 30 a 100. El dise�o se basa en las velocidades admisibles de intercambio de calor y la retenci�n que se requiere para el crecimiento de los cristales de producto. Para algunos materiales, como el clorato de potasio, se utiliza este Cristalizador de tubo de extracci�n que esta combinado con un intercambiador de tubo y coraza de circulaci�n forzada.

11. Cristalizador de evaporaci�n de circulaci�n forzada: Este Cristalizador consta de una tuber�a de circulaci�n y de un intercambiador de calor de coraza. Este calentamiento se realiza sin vaporizaci�n y los materiales de solubilidad normal no deben producir sedimentaci�n en los tubos. La cantidad y la velocidad de la recirculaci�n, el tama�o del cuerpo y el tipo y la velocidad de la bomba de circulaci�n son conceptos cr�ticos de dise�o, para poder obtener resultados predecibles.

12. Cristalizador evaporador de desviador y tubo de extracci�n (DTB, Draft Tube Bafle). Este Cristalizador consta de h�lices situadas dentro del cuerpo del cristalizador, reduciendo la carga de bombeo que se ejerce sobre el circulador. Esta t�cnica reduce el consumo de potencia y la velocidad de punta del circulador y la rapidez de nucleaci�n de los cristales. La suspensi�n de cristales del producto, se mantiene mediante una h�lice grande de movimiento lento. La soluci�n Madre enfriada regresa al fondo del recipiente y vuelve a recircular a trav�s de la h�lice. Los cristales gruesos se separan de las part�culas finas en la zona de asentamiento por sedimentaci�n gravitacional.

13. Cristalizador de refrigeraci�n de contacto directo: En estos sistemas, a veces no resulta pr�ctico emplear equipos de enfriamiento superficial, porque la diferencia admisible de temperaturas es tan baja (menos de 3�C), que la superficie de intercambio de calor se hace excesiva y porque la viscosidad es tan elevada que la energ�a mec�nica aplicada por el sistema de circulaci�n es mayor que el que se puede obtener con diferencias razonables de temperatura. . Los equipos de este tipo funcionan adecuadamente a temperaturas tan bajas como -59�C (-75�F).

14. Cristalizador de tubo de extracci�n (DT, Draft Tube): Este cristalizador se puede emplear en sistemas en que no se desea la destrucci�n de part�culas finas. En los cristalizadores tipo DT y DBT, la velocidad de circulaci�n suele ser mayor que la que se obtiene en un cristalizador similar de circulaci�n forzada. Este Cristalizador requiere tener ciclos operacionales prolongados con materiales capaces de crecer en las paredes del cristalizador. Se utiliza para cristalizar Sulfato de amonio, cloruro de potasio y otros cristales inorg�nicos y org�nicos.

15. �C�mo Elegir Un Cristalizador? PRIMERO: Elegir un medio de generaci�n de sobresaturaci�n en base a las caracter�sticas de las curvas de solubilidad-temperatura de la sustancia a Cristalizar. SEGUNDO: Decidir si la cristalizaci�n ser� batch o continua. El dise�o Batch es el m�s simple pero requiere m�s control de variables. El dise�o Cont�nuo genera grandes producciones (m�s de una tonelada al d�a o caudales mayores a 20 m3 por hora). La elecci�n final del equipo depender� adem�s de otros aspectos tales como: - Tipo y tama�o de cristales a producir. - Caracter�sticas f�sicas de la alimentaci�n. - Resistencia a la corrosi�n.

16. Factores a Considerar: Poder del solvente: Debe ser capaz de disolver f�cilmente el soluto y permitir despu�s la obtenci�n de cristales deseados. Pureza: No debe introducir impurezas que afecten la apariencia y propiedades del cristal. Reactividad qu�mica: Debe ser estable. Manejo y procesamiento: De preferencia poco viscoso y con temperatura de fusi�n abajo de 5�C. De baja inflamabilidad y toxicidad.

17. Criterios para Especificar un Cristalizador (I): �Es el material cristalino a producir un material hidratado o anhidro? �Cu�l es la solubilidad del compuesto en agua o en otros solventes bajo consideraci�n, y c�mo cambia �sta con la temperatura? �Hay otros compuestos en la soluci�n que coprecipiten con el producto a cristalizar, o �stos permanecen en la soluci�n aumentando de la concentraci�n hasta que ocurre un cierto cambio de fase del producto? �Cu�l ser� la influencia de impurezas en la soluci�n, en el h�bito, el crecimiento, y la velocidad� de nucleaci�n de los cristales?

18. Criterios para Especificar un Cristalizador (II): �Cu�les son las propiedades f�sicas de la soluci�n y� su tendencia de formar espuma? �Cu�l es el calor de la cristalizaci�n del producto? �Cu�l es la velocidad de producci�n, y cu�l es la base sobre la cual se calcula esta velocidad de producci�n? �Cu�l es la tendencia del material a crecer en las paredes del cristalizador? �Qu� materiales de construcci�n se pueden utilizar para entrar en contacto con la soluci�n a varias temperaturas? �El producto final se mezclar� o estar� mezclado permanentemente con otros materiales o s�lidos cristalinos?

19. Investigaci�n: Cristalizador Howard. Cristalizador tipo Swenson Walker. Cristalizador tipo tanque agitado con serpentines. Cristalizador tipo Oslo. Cristalizador a tubo con raspadores.

20. GRACIAS POR SU ATENCI�N