Cristalizadores Os cristalizadores são utilizados na indústria para conseguir a separação sólido-líquido. Eles são equipamento importante no processamento químico, porque são capazes de gerar produtos de alta pureza, com um gasto relativamente baixo de energia. TIPOS DE CRISTALIZAÇÃO E DE EQUIPAMENTO A forma de atingir a sobresaturação num cristalizador, partindo de uma solução saturada do componente a separar, pode ser diversa: Arrefecimento da solução saturada;
•
•
Evaporação do diluente da solução saturada;
Adição de um segundo solvente (anti-solvente) que reduz a solubilidade do soluto (drowning); •
•
Promoção de uma reacção química que leva à precipitação do soluto;
•
Alteração do pH do meio.
O mais comum a nível industrial é que a cristalização ocorra devido ao arrefecimento ou evaporação da solução mãe. Nestes casos a cristalização acontece, muitas vezes, nas paredes do cristalizador, em particular na superfície dos permutadores, dado ser aí que a sobressaturação surge primeiro. O equipamento de cristalização será diferente dependendo da forma como se atinge a sobressaturação. Os equipamentos mais comuns são: •
Tanques de cristalização (ainda muito usados na produção de açúcar);
Cristalizadores com permutador externo (scrapped surface crystalizers), também conhecidos por Cristalizadores Swenson-Walker cujo desenvolvimento data de 1920 (ver Figura). Normalmente a sobresaturação atinge-se por arrefecimento;
•
Evaporador-Cristalizador de circulação forçada, também conhecido por Cristalizador Oslo. A sobresaturação é atingida através de uma evaporação flash; •
•
Cristalizador de vácuo com circulação de magma (Cristalizador DTB, Draft, Tube and Baffle).
(Cortesia da GEA Process Engineering Inc., Columbia, MD)
De circulação forçada (Cristalizador Oslo) Cristalização de circulação forçada é o método mais amplamente utilizado na indústria.
(Cortesia de Swenson Process Equipment, Inc., Harvey, IL)
INFORMAÇÃO GERAL Cristalizadores de circulação forçada são evaporadores-cristalizadores. Criam uma solução supersaturada por evaporação do solvente de uma solução saturada. Os solutos desta solução supersaturada resfria formando os cristais. Estes tipos de cristalizadores são classificados como misturado à suspensão, cristalizadores remoção do produto de mistura (MSMPR). O pressuposto fundamental de um cristalizador MSMPR é que a suspensão é perfeitamente misturada e uniforme em todo o sistema.
(Cortesia da Vobis LLC, Easton, PA)
PROJETO EQUIPAMENTOS A suspensão de alimentação é aquecida em primeiro lugar um trocador de calor, em seguida bombeado para o corpo principal do cristalizador. A vaporização ocorre na superfície superior da suspensão, enquanto a nucleação ocorre perto do fundo do cristalizador. Os cristais são removidos e o solvente vaporizado, é condensado e retornado para o cristalizador.
(Cortesia de Swenson Process Equipment, Inc., Harvey, IL) Existem várias adaptações que podem ser adicionados a um cristalizador de circulação forçada para ajudar a limitar a distribuição de tamanho de cristal. As opções incluem defletores, uma entrada cônica, e uma etapa de decantação. A entrada cônica promove a mistura mais completa, o que cria uma mistura pastosa mais uniforme. Defletores são usados para remover pequenas partículas a partir da mistura, de modo que eles podem ser recirculado para o crescimento. Elutriação, como desconcertante, remove as partículas pequenas a partir da suspensão, a não ser elutriação separa as partículas com base no peso vez de tamanho. Elutriação é o processo de fluxo de ar sobre as partículas. Partículas mais leves são apanhados pela corrente de ar, enquanto os mais pesados permanecem no local.
Exemplos de uso Cristalizadores de circulação forçada são comumente usados para produzir sais e produtos químicos na indústria. O cristalizador de circulação forçada mostrada à esquerda é utilizada para a produção de sulfato de sódio, enquanto que do lado direito é utilizado na indústria agrícola.
(Cortesia de Swenson Process Equipment, Inc., Harvey, IL) Cristalizadores de circulação forçada são muitas vezes organizados em fases. O cristalizador de dois estágios mostrado abaixo é usado por um grupo químico agrícola para evaporar o ácido fosfórico a partir de uma mistura e para recuperação de sólidos.
(Cortesia de Swenson Process Equipment, Inc., Harvey, IL)
VANTAGENS
Relativamente barato Vários tamanhos disponíveis Alta taxa de circulação reduz os depósitos de partículas nas paredes dos vasos
DESVANTAGENS
Dificuldade em controlar tamanho dos cristais
o
Cristalizadores de tubos e defletores DTB (Draft, Tube and Baffle) Cristalizadores de tubos e defletores são usados para controlar características e tamanho do cristal.
(Cortesia de Swenson Process Equipment, Inc., Harvey, IL)
INFORMAÇÃO GERAL Cristalizadores Draft Tube Baffle (DTB) são usados em aplicações nas quais ocorre excessiva nucleação. Pequenos cristais indesejados, chamados finos, são removidas a partir de partículas maiores, usando a sedimentação e reciclada através do cristalizador, novamente, resultando na recuperação máxima de cristais e grandes cristais.
(Cortesia de Swenson Process Equipment, Inc., Harvey, IL)
PROJETO EQUIPAMENTOS Cristalizadores DTB têm duas partes. Na região da sedimentação separa-se os cristais maiores dos finos. Os cristais maiores instalam-se entre o deflector e tubo de aspiração, como mostrado abaixo, e são removidos da suspensão do produto, enquanto que os finos são recirculados após ser dissolvido em um trocador de calor. O solvente é evaporado em seguida condensado, resfriado, e devolvido para a região ativa da cristalização.
(Cortesia de Swenson Process Equipment, Inc., Harvey, IL) Cristalizadores DTB normalmente têm taxas de circulação de 1 a 4 vezes / min e um tempo de residência total de 4 a 6 horas.
Exemplos de uso Os dois cristalizadores DTB mostrados abaixo são utilizados para a produção de sulfato de amónio. Cristalizadores DTB são também utilizados para a purificação de compostos orgânicos, bem como a produção de sais.
(Cortesia de Swenson Process Equipment, Inc., Harvey, IL) Exemplos de cristais que são formadas usando um cristalizador DTB.
(Cortesia de Swenson Process Equipment, Inc., Harvey, IL)
VANTAGENS
Fácil controle do tamanho dos cristais. Econômica devido à reciclagem dos finos Mais eficiente do que cristalizadores forçado circulação de energia
DESVANTAGENS
Lavagens frequentes necessárias para minimizar os depósitos na parede do cristalizador Não pode trabalhar efetivamente com a lama de alta densidade
SUPERFÍCIE RESFRIADA INFORMAÇÕES / EQUIPAMENTO GERAL PROJETO Cristalizadores de superfície resfriada são combinados a um DTB e um trocador de calor. O lodo é retirado do cristalizador e depois resfriado antes de ser bombeado para dentro do cristalizador. Cristalizadores tais como estes são os mais úteis para operações em que o ponto de ebulição da solução é extremamente elevada, ou quando temperaturas baixas são necessárias quando a evaporação por vácuo não é possível.
(Cortesia de Swenson Process Equipment, Inc., Harvey, IL)
Exemplos de uso Cristalizadores de superfície resfriada são usados para a produção de cloreto de sódio a partir de soluções de soda cáustica, carbonato de sódio decahidratado a partir de soluções residuais, e de clorato de sódio a partir de soluções saturadas de cloreto de sódio.
(Cortesia de Swenson Process Equipment, Inc., Harvey, IL)
A Vacuo INFORMAÇÕES / EQUIPAMENTO GERAL PROJETO Cristalizadores a vácuo utilizam um condensador com um impulsionador para manter um vácuo no interior do cristalizador. Este vácuo torna possível gerar uma solução supersaturada, quando as temperaturas de funcionamento são baixas muito baixas. Cristalizadores a vácuo podem ser contínuo ou descontínuo. O cristalizador a vácuo é particularmente útil quando os materiais tendem a crescer nas paredes do equipamento de processamento de cristalização contínua.
(Cortesia de Swenson Process Equipment, Inc., Harvey, IL)
Exemplos de uso O cristalizador a vácuo mostrado a seguir é utilizado para a produção de sal de Glauber em uma planta de indústria mineral. O corpo do cristalizador pode ser visto no lado esquerdo, e com o condensador impulsionador de cima e ligeiramente para a direita.
(Cortesia de Swenson Process Equipment, Inc., Harvey, IL)
Com permutador externo (scrapped surface crystalizers) INFORMAÇÃO GERAL Cristalizadores scrapped surface crystalizers são utilizados como baixo consumo de energia, baixo custo de cristalização e para operações de pequena escala. Eles são utilizados principalmente para a cristalização de derrete .
(Cortesia de Armstrong Chemtec Group, West Chester, PA)
PROJETO EQUIPAMENTOS Um cristalizador scrapped surface crystalizers consiste de um tubo encamisado, em que um meio de resfriamento está entre a parede do tubo de revestimento para remover o calor da suspensão, causando a cristalização. Dentro do tubo há grandes raspadores para a limpeza dos depósitos sólidos na parede para evitar a incrustação. Cristalizadores scrapped surface crystalizers são frequentemente usados em conjuntos, tal como mostrado abaixo.
(Cortesia de Armstrong Chemtec Group, West Chester, PA)
AGRADECIMENTOS Armstrong Chemtec Grupo , West Chester, PA GEA Process Engineering Inc. , Columbia, MDSwenson Process Equipment, Inc. , Harvey, IL Vobis LLC , Easton,
PA
Referências Genck, Wayne J. A visão clara de Cristalizadores . Engenharia Química. 7 (2011): 28-32.Imprimir. Mersmann, A. Cristalização Manual de tecnologia . New York, NY: Mareei Dekker, Inc., 1995.Imprimir. Mullin, JW cristalização . 3rd ed. Stoneham, MA: Butterworth-Heinemann, 1993. Imprimir. Myerson, Allan S. Manual de cristalização industrial . Stoneham, MA: Butterworth-Heinemann, 1993. Imprimir. Perry, Robert H., e Don W. Verde. Handbook Perry Chemical Engineers ' . 7 ed. New York: McGraw-Hill Inc., 1997. Imprimir. Walas, Stanley M. Química Seleção de Equipamentos de Processo e Projeto . Stoneham, MA: Butterworth-Heinemann, 1990. Imprimir.
COLABORADORES Matthew Skindzier Kelsey Kaplan Andrea Roberts
