UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA
EQUIPOS DE CRISTALIZACION: CRISTALIZADOR HOWARD
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ALUMNO: ABULARACH HEREDIA ARTURO ANDRES DOCENTE: HINOJOSA SALAZAR NELSON SEMESTRE: II/2013
COCHABAMBA DICIEMBRE DEL 2013
INDICE
1.- Introduccion…………………………………………………………………………. 2.- Antecedentes………………………………………………………………………... 3.- Objetivos…………………………………………………………………………….. 3.1 Objetivo General…………………………………………………………… 3.2 Objetivo Especifico………………………………………………………… 4.- Fundamento Teorico……………………………………………………………….. 4.1.- Pureza del producto…………………………………………………………....... 4.2.- Solubilidad de equilibrio en la cristalización…………………………………… 4.3.- Crecimiento y propiedades de los cristales……………………………………. 4.3.1.- Nucleación ……………………………………………………………………… 4.3.2.- Velocidad de cristalización …………………………………………………… 4.3.3.- Efecto de las impurezas ………………………………………………………. 4.4.- Equipos de cristalización ………………………………………………............. 4.4.1 Tanques cristalizadores…………………………………………………………. 4.4.2 Cristalizadores por evaporación ………………………………………………... 4.4.3 Cristalizadores adiabáticos al vacío…………………………………………… 4.4.4 Cristalizador a tubo con raspadores…………………………………………… 4.4.5 Cristalizador tipo Swenson-Walker …………………………………………….. 4.5 Cristalizador Howard ……………………………………………………………… 5.- Conclusiones………………………………………………………………….......... 6.- Bibliografia……………………………………………………………………………
1.- INTRODUCCION Un cristal es una partícula homogénea sólida donde los átomos, moléculas o iones se unen formando una estructura característica. La cristalización es considerada una técnica importante de separación y purificación de componentes, puede tener lugar a partir de soluciones, sólidos fundidos o vapores.
2.- ANTECENDENTES La cristalización es la formación de una o muchas estructuras cristalinas, es una de las técnicas de separación más comunes y antiguas de la industria química, fue usada para producir cloruro de sodio desde los principios de la civilización. En la industria química, la cristalización es usada para producir, purificar y recuperar material sólido.
3.- OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
Conocer el funcionamiento de un cristalizador de Howard.
3.2 OBJETIVO ESPECIFICO
Conocer que es un cristalizador de Howard. Saber el esquema de un cristalizador de Howard.
4.- FUNDAMENTO TEORICO En este proceso, una sustancia sólida con una cantidad muy pequeña de impurezas se disuelve en un volumen mínimo de disolvente (caliente si la solubilidad de la sustancia que se pretende purificar aumenta con la temperatura). A continuación la disolución se deja enfriar muy lentamente, de manera que los cristales que se separen sean de la sustancia pura, y se procede a su filtración. El filtrado, que contiene todas las impurezas, se suele desechar. Para que la cristalización fraccionada sea un método de separación apropiado, la sustancia que se va a purificar debe ser mucho más soluble que las impurezas en las
condiciones de cristalización, y la cantidad de impurezas debe ser relativamente pequeña. Comúnmente las impurezas están presentes en concentraciones bajas y ellas regresan a la solución aun cuando la solución se enfría. Si se necesita una pureza extrema del compuesto, los cristales filtrados pueden ser sujetos a re-cristalización y, naturalmente, en cada cristalización resulta una pérdida del soluto deseado que se queda en el líquido madre junto con las impurezas. El solvente ideal para la cristalización de un compuesto particular es aquel que:
No reacciona con el compuesto.
Hierve a temperatura por debajo del punto de fusión del compuesto.
Disuelve gran cantidad del compuesto cuando esta caliente.
Disuelve una pequeña cantidad de compuesto cuando esta frío.
Es moderadamente volátil y los cristales pueden ser secados rápidamente. No es tóxico, no es inflamable y no es caro las impurezas deberían ser insolubles en el solvente para que puedan ser separadas por filtración.
4.1.- Pureza del producto Un cristal en si es muy puro. Sin embargo, cuando se separa del magma final la cosecha de cristales, sobre todo si se trata de agregados cristalinos, la masa de sólidos retiene una cantidad considerable de aguas madres. Por consiguiente, si el producto se seca directamente, se produce una contaminación que depende de la cantidad y del grado de impureza de las aguas madres retenidas por los cristales. 4.2.- Solubilidad de equilibrio en la cristalización El equilibrio en la cristalización de cualquier sistema puede ser definido en términos de su curva de solubilidad o saturación y sobresaturación. La curva de sobresaturación difiere de la de solubilidad en que su posición no es solamente una propiedad de el sistema sino también depende de otros factores como el rango de enfriamiento, el grado de agitación y la presencia de partículas extrañas. Sin embargo bajo ciertas condiciones, la curva de sobresaturación para un sistema dado es definible, reproducible, y representa la máxima sobresaturación que el sistema puede tolerar, punto en el cual la nucleación ocurre espontáneamente. La curva de solubilidad describe el equilibrio entre el soluto y el solvente y representa las condiciones bajo las cuales el soluto cristaliza y el licor madre coexiste en equilibrio termodinámico. Las curvas de saturación y sobresaturación dividen el campo de concentración-temperatura en tres zonas:
La región insaturada, a la derecha de la curva de saturación.
La región meta estable, entre las dos curvas.
La región sobresaturada o lábil, a la izquierda de la curva de sobresaturación. Un típico diagrama de equilibrio en cristalización se muestra en la figura debajo:
Figura 1.- grafica de sobresaturación De acuerdo a la teoría original de Mier´s, en la región insaturada, los cristales del soluto se disolverán, el crecimiento de los cristales ocurrirá en la zona meta estable, y la nucleación ocurrirá instantáneamente en la zona lábil. Investigaciones subsecuentes encontraron como otros factores afectan a la nucleación además de la sobresaturación. 4.3.- Crecimiento y propiedades de los cristales 4.3.1 Nucleación El fenómeno de la nucleación es esencialmente el mismo para la cristalización a partir de una solución, cristalización a partir de un producto fundido, condensación de gotas de niebla en una vapor sobre-enfriado, y generación de burbujas en un liquido sobrecalentado, en todos los casos, la nucleación se produce como consecuencia de rápidas fluctuaciones locales a escala molecular en una fase homogénea que esta en estado de equilibrio metaestable. Los núcleos cristalinos se pueden formar a partir de moléculas, átomos, o iones. En soluciones acuosas pueden ser hidratados. Debido a sus rápidos movimientos, estas partículas reciben el nombre de unidades cinéticas.
4.3.2 Velocidad de cristalización La velocidad de crecimiento de un cristal es conocida como velocidad de cristalización. La cristalización puede ocurrir solamente desde soluciones sobresaturadas. El crecimiento ocurre primero con la formación del núcleo, y luego con su crecimiento gradual. En concentraciones arriba de la sobresaturación, la nucleación es concebida como espontánea, y rápida. En la región metaestable, la nucleación es causada por un golpe mecánico, o por fricción y una nucleación secundaria puede resultar de el rompimiento de cristales ya formados. Ha sido observado que la velocidad de cristalización se ajusta a la siguiente ecuación: Los valores del exponente m se encuentran en el rango de 2 a 9, pero no ha sido correlacionada como un valor cuantitativo que se pueda estimar. Esta velocidad es media contando el número de cristales formados en periodos determinados de tiempo. 4.3.3 Efecto de las impurezas El ambiente químico, e.g. la presencia de relativamente bajas concentraciones de sustancias ajenas a las especies a cristalizar, ya sea impurezas, etc, juega un importante papel en la optimización de los sistemas de cristalización. Su papel es muy importante por diversas razones. La primera, todos los materiales son impuros o contienen trazas de impurezas añadidas durante su procesamiento. La variación aleatoria de las impurezas es un efecto indeseable. Su efecto en las especies a cristalizar debe ser bien conocido, si sobre el sistema de cristalización se desea establecer un control satisfactorio. La segunda, y la más importante, es posible influenciar la salida y el control del sistema de cristalización, o cambiar las propiedades de los cristales mediante la adición de pequeñas cantidades de aditivos cuidadosamente elegidos. Esto, agregando ciertos tipos y cantidades de aditivos es posible controlar el tamaño de los cristales, la distribución de tamaño del cristal, el hábito del cristal y su pureza. El ambiente químico puede ser utilizado apropiadamente para variar:
Alterando significativamente la cinética de cristalización y de aquí la distribución de tamaño del cristal. Tener mejor control del cristalizador. Mejorar la calidad del producto y/o el rendimiento, mediante la producción de un cierto tipo de cristal. Producir cristales muy puros de ciertos materiales en los cuales las impurezas sean inaceptables.
4.4.- Equipos de cristalización Los equipos que llevan a cabo el proceso de cristalización van desde antiquísimos sistemas de tanques y pilotones abiertos hasta los más sofisticados con control de enfriamiento, agitación, eliminación de finos, clasificación de tamaños de cristales, etc. Según su operación para la sobresaturación: I. Equipos con enfriamiento con muy poca o nada de evaporación. II. Equipos con evaporación, sin apreciable enfriamiento III. Equipos con combinación de enfriamiento y evaporación simultáneos
Figura 2.- Clasificacion de los cristalizadores 4.4.1 Tanques cristalizadores Soluciones calientes se enfrían en tanques ó piletas Precisan mucha contaminados.
mano
de
obra
dando
lugar
a
productos
bastante
Bajo rendimiento, Cristales muy grandes, Producción de reducidas cantidades ó de limitada pureza en productos de bajo costo. 4.4.2 Cristalizadores por evaporación •
La solución se calienta por medio de vapor condensante.
•
El fluido es impulsado hacia una cámara de vaporización.
•
La solución pasa a través de un lecho de cristales en formación.
Los cristales crecen en contacto con la solución hasta alcanzar un tamaño que los haga sedimentar en el fondo.
Figura 3.- cristalizador por evapoaracion
4.4.3 Cristalizadores adiabáticos al vacío •
En este equipo una solución saturada caliente se introduce en una cámara que contiene también una solución saturada y en donde se ha conseguido un determinado vacío.
•
Se puede operar en forma discontinua.
•
Limitaciones cuando se requieren temperaturas de refrigeración bajas.
El producto va siendo clasificado conforme avanza el proceso con el fin de separar los cristales indeseados mientras los finos vuelven a la zona de sobresaturación para que alcancen el tamaño deseado
Figura 4.- cristalizadores adiavaticos 4.4.4 Cristalizador a tubo con raspadores El régimen de trabajo es continuo los fluidos circulan a contracorriente.
Figura 5.- cristalizador de tubo con raspadores 4.4.5 Cristalizador tipo Swenson-Walker Cristales individuales con tamaños uniformes y razonablemente puros. Busca mover son suavidad al sistema con el de minimizar nucleaciones indeseadas.
Figura 6.- cristalizador tipo Swenson-Walker
4.5 Cristalizador Howard •
•
•
La solución saturada fluye hacia arriba a través de una cámara cónica. El control del tamaño de los cristales se consigue a través de la velocidad ascensional de líquido. Puede operarse en forma continua.
Figura 7.- cristalizador del tipo Howard
En este aparato se emplean en la calcificación hidráulica de partículas en suspensión, la cristalización se produce en el seno de una corriente de líquido que circula por el espacio anular entre dos superficies cónicas. La interior actúa al mismo tiempo como refrigerante para producir el enfriamiento necesario. Los cristales que se forman son arrastrados hacia arriba por el empuje, de la corriente hasta que la sección se hace mayor y este empuje decrece. Solamente los que alcanzan un tamaño suficiente pueden vencer al empuje hidráulico en la parte más estrecha y ser recogidos en la cámara inferior. El tamaño de los cristales puede regularse bajando o subiendo el cono interior para dar menor o mayor sección al espacio anular. 5.- CONCLUSIONES Llegamos a conocer el funcionamiento de un cristalizador de tipo Howard. Sabemos reconocer un cristalizador de Howard. Conocemos el esquema y el funcionamiento de un cristalizador tipo Howard.
6.- BIBLIOGRAFIA http://www.ecured.cu/index.php/Cristalizaci%C3%B3n http://cetiquimica.files.wordpress.com/2011/08/exp2_equipo1_5f2_operaciones unitarias_q-f-_ceti.pptx http://www.unpa.edu.mx/~jcarrillo/OPERACIONES%20UNITARIAS/TIPOS%20 DE%20CRISTALIZADORES_HIPOLITO.pptx
