OPERACIONES OPERACIONES UNITARIAS II.| 11/26/2012
INSTITUTO TECNOLOGICO DE MÉRIDA.
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA-BIOQUIMICA QUIMICA-BIOQUIMICA Y AMBIENTAL. OPERACIONES UNITARIAS III. ING. HERBERT ARTURO BARBOSA SAHUR.
UNIDAD 5. CRISTALIZACION.
TAREA:
“EQUIPOS DE
CRISTALIZACION CRISTALIZACIO N”.
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.
Diciembre 2012. CICLO ESCOLAR: Agosto- Diciembre
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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.
PRODUCCIÓN DE SOBRESATURACION POR:
SUSPENSIÓN DE CRISTALES A TRAVES DE:
ENFIRAMIENTO DE LA SOLUCION CON EVAPORACION DESPRECIABLE: *CRISTALIZADORES DE TANQUE. *CONTINUOS O POR LOTES.
Cristalizadores agitados.
Evaporación del disolvente con poco enfriamiento o sin enfriamiento-evaporadorescristalizadores en: *Evaporadores cristalizantes.
Combinación de enfriamiento y evaporación.
En un intercambiador con raspadores de superficie. *SWEASON WALKER.
*Evaporadores adiabáticos (cristalizadores al vació).
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
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.
a)
Cristalizadores con circulación de liquido, b) cristalizador con circulación de magma
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 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 independiente del tamaño.
que es
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 DE EVAPORACI N DE CIRCULACI N FORZADA.
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 EVAPORADOR DE DESVIADOR Y TUBO DE EXTRACCIÓN (DTB).
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 continuo al vació. McCabe.
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 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
CRISTALIZADOR TANQUE AGITADO CON SERPENTINES.
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
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.
Bibliografía Geankoplis., 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-cristalizacionimagenes.html http://www.slideshare.net/jestval/cristalizacion-14489276
