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Cristalizaci N iforme - Grade: B+
Tencologia de los materiales (43)
Universidade Politécnica
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE QUIMICA Tema: “CRISTALIZACIÓN” Elaborado por: Raisha Bobadilla Ana Sofía molina Oriana Martínez Adriana Romero Audrey Rivas Grupo: 3M3Q CRISTALIZACIÓN Cristalización es la formacion de partículas sólidas a partir de una base homogénea la formacion de partículas solida pueden ser a partir de un vapor como la nieve, mediante a la solidificación de un sólido fundido o bien como la cristalización de una solución liquida. La cristalización es el proceso por el cual se forma un sólido cristalino ya se a partir de un gas, un líquido o una disolución. La cristalización es un proceso que se emplea en química con bastante frecuencia para purificar una sustancia sólida. La cristalización también es un proceso de separación liquido en el que hay trasferencia de masa de un soluto de la solución liquida a una fase cristalina. ETAPAS EN EL PROCESO INDUSTRIAL DE LA CRISTALIZACIÓN Solución Madre: Solución de concentración conocida que sirve para preparar otras soluciones. Etapas de la cristalización: Primeramente, la nucleación se refiere al nacimiento de cuerpos muy pequeños en el interior de una fase homogénea sobresaturada, básicamente, el fenómeno de nucleación es sinónimo de mencionar cristalización a partir de una solución, cristalización a partir de una base fundida condensación de gotas de niebla en una vapor sobre-enfriado, y generación de burbujas en un líquido 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. 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. Puede ser que estos primeros cristales que se forman, se destruyan debido a un proceso inverso a la nucleación. Dentro de la nucleación podemos distinguir entre: Primaria: es aquella en la que el origen de la nueva fase sólida no está condicionado ni influido por la presencia de la fase sólida que se origina. Secundaria: designa aquel proceso de formación de cristales de la nueva fase que está condicionado por la presencia de partículas de la misma fase en el sistema sobresaturado y por cuya causa ocurre. La clave para el cálculo de rendimientos de solutos hidratados consiste en expresar todas las masas y concentraciones en función de sal hidratada y agua libre. Como esta última permanece en la fase liquida durante la cristalización, las concentraciones y cantidades basadas en el agua libre se pueden restar para obtener un resultado correcto. 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 del 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: 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. MÉTODOS PARA SOBRESATURAR LA SOLUCIÓN Evaporación y enfriamiento Una Solución consta de dos componentes: El Disolvente y el Soluto. Las Soluciones pueden ser No-Saturadas, Saturadas y Sobre-Saturadas (Las Soluciones No-Saturadas tienen una concentración de soluto menor que las soluciones saturadas, y éstas a su vez tienen una concentración de soluto menor que una solución sobresaturada. Por ejemplo: Supóngase que se agregan unos cuantos cristales de Sal Común a un Vaso de Agua. Esta será una Solución NoSaturada. Si se sigue añadiendo Sal con agitación se llegará hasta un punto en el cual los cristales ya no se disuelven. Esta será una Solución Sobre-Saturada. Si esta solución se deja reposar y se remueven los cristales que no se disolvieron, se obtendrá una Solución Saturada que contendrá la cantidad máxima de soluto que se puede disolver a la temperatura actual que llamaremos inicial .Si enfriamos la solución Saturada, con el tiempo se formarán cristales de Sal, esto se debe a que la solubilidad de la Sal en el Agua depende de la Temperatura y lo que fue una solución saturada a la temperatura inicial es ahora una solución sobre-saturada a la temperatura final. Es importante recalcar que una solución sobresaturada es un sistema meta estable y que tenderá a estabilizarse, mientras que una solución saturada es un sistema estable. Para efectuar la Cristalización de un Sólido hay que partir de una Solución SobreSaturada. Existen varias formas de Sobre-Saturar una Solución, son : Enfriamiento: si se enfría la solución, ésta pierde solubilidad y pasa de estar concentrada a saturada y finalmente sobresaturada. Evaporación: Se evapora una parte del disolvente, hasta que la cantidad de sustancia disuelta en la solución restante supere la de saturación. Esta operación básica se emplea en los casos en que la solubilidad depende poco de la Temperatura. Un ejemplo aplicado es el la industria para formar sal. La rapidez del Enfriamiento definirá el tamaño de los cristales resultantes. Un enfriamiento rápido producirá cristales pequeños, mientras que un enfriamiento lento producirá cristales grandes. Al enfriarse una disolución concentrada a elevada temperatura, en ciertos casos, se llega y se sobrepasa la condición de disolución saturada y se llega a la temperatura ambiente sin que haya precipitado el exceso de sustancia disuelta determinado por la diferencia de solubilidad con la temperatura. Todo el soluto está disuelto pero una cierta proporción se encuentra en forma inestable y basta un pequeño cambio (remover la disolución, añadir un Es un proceso que incluye el fraccionamiento y transformaciones químicas del petróleo, estos procesos se realizan juntos en una refinería donde se trata el petróleo para extraer fracciones comercializables (querosenos, gas oils, diesel y fuel oil). Transformando al petróleo que está compuesto por miles de hidrocarburos en fracciones, de composición y propiedades aproximadamente constantes, que destilan entre dos temperaturas prefijadas con diferente complejidad según las distintas plantas instaladas. EQUIPOS USADOS EN LA OPERACIÓN Los equipos de Cristalización se pueden clasificar en cuanto a su operación en: Continuos y por lotes. También pueden clasificarse con base al método para producir la sobresaturación empleado: Sobresaturación producida por enfriamiento de la solución. Sobresaturación producida por la evaporación del disolvente enfriamiento. con Cristalización por Evaporación Cristalizador evaporador de desviador y tubo de extracción DTB (draft tube bafle) Este Cristalizador consta de hélices situadas dentro del cuerpo del cristalizador, reduciendo la carga de bombeo que se ejerce sobre el circulador. Esta técnica reduce el consumo de potencia y la velocidad de punta del circulador y la rapidez de nucleación de los cristales. La suspensión de cristales del producto, se mantiene mediante una hélice grande de movimiento lento. La solución Madre enfriada regresa al fondo del recipiente y vuelve a recircular a través de la hélice. Los cristales gruesos se separan de las partículas finas en la zona de asentamiento por sedimentación gravitacional. Cristalizador por Enfriamiento: Con este pueden lograrse cristales de buenas dimensiones, cristalización continua o por lotes. Cristalizador swenson walker Esquema general y balance de materia El balance de materia en un cristalizador se rige por la formula general y simplificada , es decir en estado estacionario y sin reacción química: Entrada de masa= Salida de Masa Para el balance por componentes, al calcular la composición másica de las sustancias es muy común utilizar la solubilidad a la temperatura dada, sobretodo en cristalizadores por enfriamiento: Utilizamos la siguiente formula Fraccion peso: masade soluto masa de soluto+ masa de solvente G=5600-2240 G=3360 kg/h Determine la Cloruro de cristaliza si saturada de enfría de 90C a cantidad en kg de sodio que se 1000 kg de solución cloruro en agua se 10 C M1 a 90°C WNaCl=? WH20=? MF a 10°C CRISTALIZADOR MC=? Balance Global: Disolución inicial= Disolución final + Cristales M1= MF+ MC (1) Balance por Componente: NaCl= M1*WNaClm1= MF*WNaClmf +MC*WNaClMc H20 M1*WH20m1= MF*WH20mf Para las fracciones másicas se utilizan las solubilidades: Utilizando esta fórmula: Fracción peso= masade soluto masa de soluto+ masa de solvente WNaCl=? WH20 WNaClmf= S a 10 °C =0; 100+S a 10° C WH20mf= 1-0.2619926=0 S a 90 ° C =0; 100+S a 90 ° C WH20mc=1-0.2805755=0 WNaClmc= MF= M 1∗WH 20 m 1 1000∗0 = =974 WH 20 mf 0 De (1) tenemos que: MC= M1-MF MC= 1000-974 MC=25
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