Cristalizadores

Introducción:

Las operaciones unitarias son todas aquellas acciones que están involucradas en la transformación de las materias implicadas en algún proceso, ya sea modificando la masa o composición de estas. El número de operaciones unitarias conocidas es variado, algunas de ellas son la evaporación, sedimentación, secado, centrifugado y cristalización. La cristalización se presenta de forma natural en los suelos o bien como proceso de laboratorio con aplicaciones industriales. En la actualidad la variedad de productos que son comercializados en forma de cristales es alto y muy esencial ya que son productos que se utilizan en los hogares en la alimentación, como lo son azucares y sales, o también en otras actividades propias y habituales de las personas del mundo actual como lo son detergentes.

Como base se debe considerar que un cristal es un cuerpo solido que producto de su configuración interna adopta una forma geométrica restringida por caras planas. La cristalización a grandes rasgos es la formación de partículas solidas, cristales. La cristalización ocurre a partir de una fase homogénea ya sea un gas, liquido ó una disolución. Químicamente la cristalización es el proceso donde la red cristalina de un compuesto establece enlaces de tal forma que cristaliza. En laboratorio se utiliza esta operación unitaria con la intención de purificar sustancias solidas, mientras tanto a nivel industrial es implementada ya que una gran cantidad de productos son comercializados en forma de cristales o en polvo, como lo son detergentes, azucares ó sales, sin dar menor importancia a la pureza de los cristales que se comercializan. La cristalización a nivel industrial es una operación unitaria que esencialmente es el proceso de separación de un componente de una solución líquida por medio del cambio de fase líquido-sólido en forma de cristales que precipitan, los cuales son el producto deseado para su comercialización .Como resumen todo proceso de cristalización debe pasar en orden por estos sucesos; Sobresaturación de la solución, formación de núcleos cristalinos, y crecimiento de los cristales.

Los cristalizadores comerciales pueden operara de forma continua o por cargas, excepto para algunas aplicaciones especiales, es preferible la operación continua. La primera condición que debe de cumplir un cristalizador es crear una solución sobresaturada, ya que la cristalización no se puede producir sin sobresaturación. El medio utilizado para producir la sobresaturación depende esencialmente de la curva de solubilidad del soluto. Algunos solutos como la sal común, tiene solubilidades que son prácticamente independientes de la temperatura, mientras que otros, como el sulfato sódico anhidro y el carbonato sódico monohidratado, poseen curvas de solubilidad invertida y se hacen mas solubles a medida que la temperatura disminuye. Para cristalizar estos materiales se precisa crear la sobresaturación mediante evaporación. En los casos intermedios resulta útil la combinación de evaporación y de enfriamiento.

Una forma de clasificar los aparatos de cristalización se basa en el método utilizado para crear la sobresaturación:

1. Sobresaturación producida por enfriamiento sin evaporación apreciable, por ejemplo, cristalizadores de tanque.

2. Sobresaturación producida por evaporación, con enfriamiento apreciable, por ejemplo, evaporadores de cristalización, cristalizadores-evaporadores.

3. Evaporación combinada con enfriamiento adiabático: cristalizadores al vacío.

Clasificación por sobresaturación de los cristalizadores:

1. Sobresaturación por enfriamiento:

Se utiliza en soluciones que se encuentran saturadas, este método involucra un cambio de temperatura, disminución de esta, en la solución con el fin de conseguir condiciones de baja solubilidad y por esto una notable sobresaturación que conlleva a la cristalización. El proceso ocurre sin evaporación apreciable. Para poder utilizar este método es necesario que los solutos empleados sean mucho menos solubles a temperaturas bajas, esta característica es propia de algunas sales orgánicas como loes el sulfato de cobre.

2. Sobresaturación por evaporación del disolvente:

Este método se utiliza cuando la solubilidad de los solutos es casi independiente a la temperatura, por lo que se recurre a la evaporación del disolvente. Con esta evaporación comienzan a aparecer los primeros cristales de los solutos que estaban disueltos, esto es producto de que los solutos alcanzan los límites de su solubilidad

3. Sobresaturación por evaporación adiabática:

Este método es mixto ya que utiliza la evaporación del disolvente y además el enfriamiento dela solución. Se realiza en equipos al vacio.

4. Sobresaturación por adición de una sustancia:

La sustancia que se agrega a la solución reduce la solubilidad del compuesto que se desea cristalizar. Cuando se supera el nivel de saturación del soluto comienzan a formarse los primeros cristales del soluto.

Clasificación de acuerdo al contacto de los cristales.

Ahora se describirá la clasificación que se puede utilizar de acuerdo a la forma en que ponen en contacto los cristales con el líquido sobresaturado.

1. Método del líquido circulante:

En este método solo el licor esta circulando a través del equipo, con la formación de los primeros cristales creciendo en un lugar fijo del equipo. La sobresaturación es impartida al licor en una parte del equipo; entonces el licor se hace circular a otra parte del cristalizador donde este incrementa su sobresaturación, ya sea por evaporación del disolvente o enfriamiento de la solución, hasta el crecimiento de los cristales, cuando se alcanza nuevamente un punto de sobresaturación este vuelva a circular.

2. Método del magma circulante:

En este método no se separa a los sólidos (primeros cristales) de los líquidos, se hace circular el magma en las dos etapas que son evaporación y cristalización y ambas están en contacto con cristales.

Tipo de cristalizadores industriales:

 Cristalizador continúo de vacío:

La acción esencial de un cristalizador continuo de vacío de un solo cuerpo es muy parecida a la de un evaporador de simple efecto y de hecho estas unidades pueden operar en múltiple efecto. El magma circula desde el fondo cónico del cuerpo del cristalizador, a través de un tubo descendente, hasta una bomba de circulación de baja velocidad y baja carga, asciende a través de un calentador tubular vertical, con vapor de agua que condensa en la carcasa, y después retorna al cuerpo del cristalizador. La corriente caliente penetra a través de

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