UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS
TEMA: “CRISTALIZADORES CONTINUOS DEPÓSITOS DE LA CRISTALIZACIÓN” INTEGRANTES:
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Giler Tapia Tapia Cecilia Vanessa Chóez Oviedo Tatiana Lisbeth Maza Farías Elvira Oriana Yagu agual al o!e o!ero ro "na #aula
DOCENTE: ING.JAIRO MENDIETA,MSC Fecha e e!"#e$a: 09-12-2016
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INDICE
Contenido %&TO'(CC%)&**********************************************************************************************************+ O,-ET%VO.*****************************************************************************************************************+ O,-ET%VO GE&E"L*************************************************************************************************+ O,-ET%VO E.#EC/F%CO*********************************************************************************************0 METO'OLOG/" "#L%C"'"******************************************************************************************0 E.(LT"'O. E.#E"'O.******************************************************************************************0 'E."OLLO 'E L" CO&.(LT"*********************************************************************************0 C%.T"L%1"'OE. '%.CO&T%&(O. 'E#O.%TO. 'E C%.T"L%1"C%O&**********************0 'E#).%TO. 'E C%.T"L%1"C%)&*****************************************************************************0 C%.T"L%1"'O2*****************************************************************************************************3 C%.T"L%1"'O O.LO 4.%& EV"#O"C%)&5*********************************************************6 C%.T"L%1"'O O.LO CO& EV"#O"C%)& "'%",7T%C"**************************************8 "L V"C%O**************************************************************************************************************8 C%.T"L%1"'O 9Y.T"L************************************************************************************: C(,". Y 'E#).%TO. 'E C%.T"L%1"C%)&***********************************************************: %&FOM"C%O& E;(E%'" #"" E.#EC%F%C" (& C%.T"L%1"'O**********************$< "&7L%.%. C/T%CO****************************************************************************************************$$ CO&CL(.%O&E.********************************************************************************************************$$ ECOME&'"C%O&E.************************************************************************************************$$ ,%,L%OG"F/"**********************************************************************************************************$$ "&E=O.*******************************************************************************************************************$+
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%&TO'(CC%)& La operación de cristalización es aquella por media de la cual se separa un componente de una solución liquida transfiriéndolo a la fase sólida en forma de cristales que precipitan. Es una operación necesaria para todo producto químico que se presenta comercialmente en forma de polvos o cristales, ya sea el azúcar o sacarosa, la sal común o cloruro de sodio. En la cadena de operaciones unitarias de los procesos de fabricación se ubica después de la evaporación y antes de la operación de secado de los cristales y envasado. Toda sal o compuesto químico disuelto en algún solvente en fase liquida puede ser precipitada por cristalización bao ciertas condiciones de concentración y temperatura que el ingeniero químico debe establecer dependiendo de las características y propiedades de la solución, principalmente la solubilidad o concentración de saturación, la viscosidad de la solución, etc. !ara poder ser transferido a la fase sólida, es decir, cristalizar, un soluto cualquiera debe eliminar su calor latente o entalpía de fusión, por lo que el estado cristalino adem"s de ser el m"s puro, es el de menor nivel energético de los tres estados físicos de la materia, en el que las moléculas permanecen inmóviles unas respecto a otras, formando estructuras en el espacio, con la misma geometría, sin importar la dimensión del cristal. #ebido a la amplia variedad de requerimientos para diferentes aplicaciones es raro encontrarse que equipos en diferentes sitios sean idénticos, sin embargo, algunos principios b"sicos aplican para el dise$o de cada unidad individual. Estos principios b"sicos son% &. 'ontrolar el nivel de sobresaturación correspondiente a baas velocidades de formación de núcleos. (. )antener un número suficiente de cristales de siembra en suspensión de manera tal que *aya suficiente "rea superficial de la suspensión para la deposición del soluto. +. !oner en contacto los cristales de siembra con la suspensión tan pronto como sea posible para evitar pérdidas debido al decaimiento del tiempo.
O,-ET%VO. +
OBJETIVO GENERAL •
'onocer todo sobre los tipos de cristalizadores continuos que eisten y sus aplicaciones en las industrias.
OBJETIVO ESPECÍFICO •
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#efinir cu"l es la metodología y las variables a medir para desarrollar de una manera adecuada el proceso de cristalización y así lograr interpretar resultados. #efinir cu"les son los cristalizadores continuos 'onocer las partes de cada uno de los equipos a investigar, así como su aplicación en la industria.
METO'OLOG/" "#L%C"'" -uestro método para obtener una información detallada y conocimientos acerca del tipo de cristalizadores continuos se lo realizo de manera virtual y por medio de soporte de nternet. La metodología desarrollada es para conocer con eactitud cómo funcionan cada uno de los diferentes cristalizadores, adem"s de eso, para que industria se los aplica y sus impactos que ocasiona en el medio ambiente.
E.(LT"'O. E.#E"'O. Tenemos la confianza de esperar un buen resultado de nuestro trabao de investigación, para así obtener un buen conocimiento sobre cristalizadores continuos depósitos de cristalización, no obstante, con este trabao tratamos también de enfocarnos dar a conocer Los balances poblacionales de cristales consideran que el número de cristales es una cantidad balanceable.
'E."OLLO 'E L" CO&.(LT" CRISTALIZADORES DISCONTINUOS DEPOSITOS DE CRISTALIZACION )étodo en que se lleva a cabo la /012E/3T423'0-. /obresaturación por enfriamiento% 0
#iscontinuos 5 #epósitos de cristalización 6 'ristalizadores con agitación.
DEPÓSITOS DE CRISTALIZACIÓN #urante muc*os a$os, la pr"ctica corriente para producir cristales fue la de preparar en caliente solución casi saturada y llevar estas soluciones a un deposito rectangular abierto en el que la solución permanecía mientras se enfriaba y depositaba los cristales. -ormalmente no se *a *ec*o intento alguno para sembrar estos depósitos, para proveerlos de agitación o para acelerar o controlar la cristalización. 3lgunas veces se cuelgan cuerdas o barras en los depósitos que penetran en la masa con lo que se proporciona a los cristales una superficie adicional sobre la que pueden crecer y se recoge por lo menos una parte libre del sedimento que puede acumularse en el fondo del cristalizador. En estas condiciones, los cristales crecen muy lentamente y los cristales formados ser"n de gran tama$o y considerable trabados entre sí. Esta trabazón da, como resultado la oclusión del líquido madre con lo que se introduce impurezas. 'uando los depósitos se *an enfriado lo suficiente, lo que es cuestión de varios días, se descarga por drenae el líquido madre y los cristales se retiran a mano. Esto implica muc*a mano de obra y con frecuencia la inclusión, con los cristales, de las impurezas que *ayan podido sedimentar en el fondo del depósito. Este espacio *orizontal que es necesario y la cantidad de materiales son muy grandes. El amplio uso que en el pasado se *izo de este método, lleva a muc*os usuarios no críticos, a la demanda de grandes cristales, porque asociaban el tama$o con la pureza. Esto fue probablemente debido al *ec*o de que los grandes cristales producidos por los métodos anteriormente descritos fuesen menos aptos para ser contaminados con el sedimento que produce del fondo de los depósitos. Este método actualmente est" casi abandonado.
CRISTALIZADOR: En los que la sobresaturación se produce por enfriamiento sin evaporación apreciable 7línea & de la fig (.+&8.
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/e emplea cuando la solubilidad varía muc*o con la temperatura. Es un cristalizador muy sencillo y barato consiste en un deposito abierto, que puede ser usado como cristalizador por evaporación o como cristalizador por enfriamiento. En el primer caso, la calefacción se efectúa generalmente por medio de serpentines de vapor o mediante camisa9 mientras que, en el segundo caso, se evapora el disolvente *asta que la concentración *a alcanzado el valor necesario, efectu"ndose entonces el enfriamiento por transferencia de calor sensible a los alrededores y por evaporación en la superficie libre. La disolución se enfría lentamente, obteniéndose por tanto cristales grandes, que generalmente son de tama$os desiguales ya que la nucleación no se controla de ninguna forma. La capacidad del critalizador de deposito sencillo puede incrementarse, meorando la uniformidad del producto, utilizando un agitador y una serie de serpentines refrigeradores. La principal desventaa es que los cristales se forman sobre la superficie de los serpentines, creando un serio impedimento a la transferencia de calor. 3 menudo se suele utilizar como material de construccion acero inoidable, ya que las particulas no se ad*ieren tan firmemmente sobre otros materiales. Los cristalizadores pueden clasificarse convenientemente en función del método que se emplea para obtener el depósito cristalino. Los grupos son los siguientes% &. 'ristalizadores que obtienen la precipitación mediante enfriamiento de una solución caliente y concentrada. (. 'ristalizadores en donde se obtiene la precipitación por evaporación de la solución. +. 'ristalizadores en donde se logra la precipitación por evaporación y enfriamiento adiab"tico. ?
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CRISTALIZADOR OSLO (SIN EVAPORACIÓN)
El nombre de estos cristalizadores proviene de -oruega, y son fabricados por la firma 'ristal, por cuyo nombre se les conoce también. El principio de funcionamiento consiste en *acer pasar las aguas madres sobre:saturadas a través de un lec*o de cristales en condiciones tales. /e produce así una clasificación, al mismo tiempo que crecen los cristales del lec*o, quedando ordenados por tama$os decrecientes, de m"s gruesos abao, a m"s finos arriba. En la figura se muestra un cristalizador de este tipo que funciona solamente por enfriamiento de la disolución. Las aguas son tomadas por una bomba, cerca del punto E donde se realiza la alimentación, y llevadas a una unidad ; de enfriamiento para conseguir la sobresaturación. #e allí pasan al fondo del cristalizador y ascienden a través del lec*o de cristales. Las condiciones son adecuadas para que no formen núcleos en la unidad de enfriamiento. Los que pudieran formarse en el cristalizador, o los que resulten como consecuencia de rotura de cristales mayores, circulan en suspensión en las aguas madres *asta alcanzar tama$o suficiente para ser retenidos en el lec*o de cristales. El volumen de líquido en circulación es muy grande, comparado con el de la alimentación. Los cristales suficientemente desarrollados, que .se encuentran en el fondo del lec*o, son retirados sin interrumpir el ciclo por la v"lvula ) del fondo.
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CRISTALIZADOR OSLO CON EVAPORACIÓN ADIABÁTICA
La unidad esquematizada en la figura funciona por evaporación adiab"tica del disolvente. Las aguas madres, son recogidas cerca del punto de alimentación y llevadas a un calentador, de donde pasan a una c"mara de evaporación adiab"tica a presión reducida. El calor de evaporación lo suministra la propia masa del líquido, que se enfría la disolución sobre sal. Estos tipos de cristalizadores se emplean generalmente para grandes producciones. El lec*o de cristales alcanza en algunos un di"metro de cinco metros y una altura de seis, con circulación de líquido a razón de +<<<< litros=*.
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AL VACIO
Estos cristalizadores constan de un cuerpo vertical cilíndrico, parecido al de los evaporadores, con un capitel en forma de cúpula y un fondo cónico. La solución concentrada y caliente penetra en el cuerpo del cristalizador, en cuyo interior se mantiene cierto grado de vacío. /i la temperatura de la solución a la entrada es superior al punto de ebullición correspondiente a ese vació, la solución se enfría a esa temperatura por evaporación adiab"tica en la superficie. El resultado es la cristalización del producto a consecuencia del enfriamiento y también de la evaporación del disolvente. 4n cristalizador de vacío para operación intermitente funciona como sigue% La carga de solución concentrada caliente se introduce en el cuerpo del cristalizador. En este es sometida a un vacío gradual creciente, que produce un enfriamiento y la cristalización. 'uando alcanza la temperatura final deseada, se quita el vació y se vierte la carga para filtrarla o centrifugarla. En los cristalizadores continuos de este tipo, se introduce la solución continuamente por el fondo y se mantiene por el fondo y se mantiene un vacío elevado y constante durante la operación. La papilla enfriada de cristales se saca continuamente con una bomba. El cristalizador de trona es :
un aparato de esta clase provisto de un tubo vertical de tiro y un agitador de *élice para impedir los cortos circuitos en la solución que llega al aparato. CRISTALIZADOR KRYSTAL
Trabaan con una mayor velocidad de circulación que provoca una recirculación de la suspensión de cristales a través de la zona generadora de sobresaturación en el cristalizador. !ueden operar en forma continua o batc* e ir acompa$ados de clasificación de producto con y sin destrucción de finos. /on los m"s empleados *oy en día. El magma se circula empleando circulación forzada 7>'8 o un tubo draft de aspiración deflector 7#T18 y agitador interno.
CUBAS Y DEPÓSITOS DE CRISTALIZACIÓN
#urante muc*os a$os, la pr"ctica corriente para producir cristales fue la de preparar en calientes soluciones casi saturadas y llevar estas soluciones a un deposito rectangular abierto en el que la solución permanecía mientras se enfriaba y depositaba los cristales. -ormalmente no se *a *ec*o intento alguno para sembrar estos depósitos, para proveerlos de agitación o para acelerar o controlar la cristalización. 3lgunas veces se cuelgan cuerdas o barras en los depósitos que penetran en la masa con lo que se proporciona a los cristales una superficie adicional sobre la que pueden crecer y se recoge por lo menos una parte libre del sedimento que puede acumularse en el fondo del cristalizador. En estas condiciones, los cristales crecen muy lentamente y los cristales formados ser"n de gran tama$o y considerable trabados entre sí. Esta trabazón da, como resultado la oclusión del líquido madre con lo que se $<
introduce impurezas. 'uando los depósitos se *an enfriado lo suficiente, lo que es cuestión de varios días, se descarga por drenae el líquido madre y los cristales se retiran a mano. Esto implica muc*a mano de obra y con frecuencia la inclusión, con los cristales, de las impurezas que *ayan podido sedimentar en el fondo del depósito. Este espacio *orizontal que es necesario y la cantidad de materiales son muy grandes. El amplio uso que en el pasado se *izo de este método, lleva a muc*os usuarios no críticos, a la demanda de grandes cristales, porque asociaban el tama$o con la pureza. Esto fue probablemente debido al *ec*o de que los grandes cristales producidos por los métodos anteriormente descritos fuesen menos aptos para ser contaminados con el sedimento que produce del fondo de los depósitos. Este método actualmente est" casi abandonado.
INFORMACION REQUERIDA CRISTALIZADOR • •
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PARA
ESPECIFICAR
UN
?Es el material cristalino a producir un material *idratado o an*idro@ ?'u"l es la solubilidad del compuesto en agua o en otros solventes bao consideración, y cómo cambia esta con la temperatura@ ?;ay otros compuestos en la solución que coprecipiten con el producto a cristalizar, o éstos permanecen en la solución aumentando de la concentración *asta que ocurre un cierto cambio de fase del producto@ ?'u"l ser" la influencia de impurezas en la solución, en el *"bito, el crecimiento, y la velocidad de nucleación de los cristales@ ?'u"les son las propiedades físicas de la solución y su tendencia de formar espuma@ ?'u"l es el calor de la cristalización del producto@ ?'u"l es la velocidad de producción, y cu"l es la base sobre la cual se calcula esta velocidad de producción@ ?'u"l es la tendencia del material a crecer en las paredes del cristalizador@ ?Aué materiales de construcción se pueden utilizar para entrar en contacto con la solución a varias temperaturas@ ?Aué utilidades estar"n disponibles en la localización del cristalizador, y cu"l son los costos asociados al uso de estas utilidades@ ?El producto final se mezclar" o estar" mezclado permanentemente con otros materiales o sólidos cristalinos@
"&7L%.%. C/T%CO Los depósitos cristalizadores son equipos muy sencillos en cuanto a funcionamiento y estructura, permitiendo obtener cristales de forma lenta, aplicando los principios b"sicos de cristalización como son la saturación, nucleación y crecimiento de los cristales. /iendo un cristalizador discontinuo $$
que puede ser usado como cristalizador por evaporación o como cristalizador por enfriamiento. En general es un equipo muy util en la industria ya que permite obtener cristales de gran tama$o, siendo utilizado con sales inorg"nicas y también con compuestos org"nicos.
CO&CL(.%O&E. @
/on equipos que trabaan por sobresaturación por enfriamiento.
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/e emplea cuando la solubilidad varía muc*o con la temperatura.
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Los cristales en los depósitos cristalizadores crecen muy lentamente y los cristales formados ser"n de gran tama$o y considerable trabados entre sí.
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Es un cristalizador muy sencillo y barato consiste en un deposito abierto.
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!uede ser usado como cristalizador por evaporación o como cristalizador por enfriamiento
ECOME&'"C%O&E. @
La capacidad del critalizador de deposito sencillo puede incrementarse, meorando la uniformidad del producto, utilizando un agitador y una serie de serpentines refrigeradores.
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4tilizarlo principlmente con sales inorganicas, para evitar problemas de formacion.
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!referentemente el material de construccion del equipo debe ser acero inoidable, para evitar problemas con la solucion sobresaturada.
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IE3-S0!L/. !rocesos de Transporte y 0peraciones 4nitarias. 'apítulo &( 'E'/3 'apítulo &(. 'E'/3.
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S-I K. !rocesos de /eparación. 'apítulo &. Ediciones 2epla.
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!E226. )anual del ngeniero Auímico. 'apítulo &G. )c IraU ;ill.
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>04/T, 3. !rincipios de 0peraciones 4nitarias. 'apítulo &G. 'ontinental /.3. )éico. &GGH.
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