6.- Cristalización.

Cristalización. Un componente es separado de una solución líquida por transferencia de masa hacia un cristal sólido puro. Acontece en una solución supersaturada.

Cristalización. Cristales: Sus átomos o iones ordenados según una configuración con distancias interatómicas constantes. Solubilidad: representa la saturación para un componente dado.

Aplicaciones de la cristalización. Producción de azúcar. Producción de sal. Congelamiento

Cristalización de margarinas. Al descender la T las grasas cristalizan. El tipo de cristalización tendrá gran importancia en las características finales de la margarina. Las diferentes formas cristalinas: alfa, beta, beta´

TACHOS DE EVAPORACIÓN

CRISTALIZADOR CON ENFRIAMIENTO

Cristalizador tipo horizontal.

Tiempo de cristalización. Por alta concentración de soluciones durante la cristalización el crecimiento del cristal puede ser muy lento debido a la alta viscosidad del líquido madre.  Se acostumbra en la cristalización del azúcar conservar la solución en el cristalizador por horas antes de obtener el tamaño deseado de cristales.

Dependencia de la agitación del medio. “la agitación del medio reduce la energía necesaria para la incorporación de las moléculas de cristal, además de disminuir la resistencia al transporte, por lo que acelera la velocidad de crecimiento de los cristales” (Garcia)

Como se obtienen los diferentes perfiles de agitación? “… los perfiles de agitación fueron programados manipulando, a través de un variador de velocidad, las revoluciones por minuto del motor de agitación” (Quintana et al, 2005)

Cristalización. Formación y crecimiento del grano: nucleación, semilla, tamaño de los cristales. Métodos de cristalización.

Calor de cristalización. Tabla: Calor de cristalización a la temperatura del proceso Calor de cristalización (kJ/mol) Peso Molecular (kg/kmol) Sal (NaCl) 4,87 58,44 Lactosa 15,5 342,30 Sacarosa 5,52

Equipos: cristalizador tipo horizontal.

Ciclo de una centrifuga. Llenado de la cesta con masa. Masa presionada contra la pared por F centrifuga. Aceleración para que capa de jugo alrededor de los cristales se separa y pasa a través de la tela. Se inyecta agua contra la pared del azúcar en la cesta. Descarga y secado.

Ejem 5: En una azucarera, jugo concentrado al 82% de azucar sale de un evaporador con un flujo de 4 000 kg/h y 90°C y es enviado a esa temperatura a un cristalizador donde se forman y crecen los cristales hasta la saturación. Cuanta azucar será producida?

Tabla: Solubilidad de la sacarosa. T(°C) kg sugar/100 kg water Brix (% sugar) 65    297,6 74,9 ... 90  414,9 80,6

  Temp(°C)  kg sugar/100 kg water  Brix (% sugar)  0  179.5  64.2  5  186.2  65.1  10  192.5  65.8  15  198.7  66.5  20  204.9  67.2  25  211.3  67.9  30  218.3  68.6  35  225.9  69.3  40  234.4  70.1  45  244.0  70.9  50  254.9  71.8 

  Temp(°C)  kg sugar/100 kg water  Brix (% sugar)  55  267.3  72.8  60  281.5  73.8  65  297.6  74.9  70  315.9  76.0  75  336.6  77.1  80  359.8  78.3  85  385.9  79.4  90  414.9  80.6  95  447.2  81.7  100  482.9  82.8 

4000 kg/h a 82% azucar  3 280 kg azucar y 720 kg agua  3 280/720 kg agua  455,6 kg azucar/100 kg agua a 90°C punto ubicable por encima de la curva de solubilidad.

Después de la cristalización, la solución contendrá 414,9 kg azucar/100 kg agua (ver la tabla) Se habrán formado cristales de azucar = (455,6 - 414,9) = 40,7 kg/100 kg agua 

 como el contenido de agua es 720 kg. Entonces se tendrá: 40,7 x 7,2 = 293,04 kg azucar

Se esta saliendo con 4 000 - 293 = 3 707 kg/h solución de azucar saturada a 90°C y 80,6 brix. Si enfriamos la solución hasta 85°C, cuanta azucar será cristalizada?

Se esta saliendo con 3 707 - … = 3 498 kg/h solución de azucar saturada a 85°C y … brix. Si ahora enfriamos la solución hasta 65°C, cuanta azucar será cristalizada?

Brix? Brix, porcentaje en masa del soluto disuelto en la solución. Brix = 100* msoluto /msolución

mF será el flujo de masa de solución ingresando al cristalizador mF = 3 498 kg/h El brix inicial: Brixin = 79,4  el brix final a la saturación para 65°C: BrixSat = 74,9 Azucar inicial = mF x Brixin /100

Prob. Una solución salina que pesa 10 000 kg y tiene 30 % en peso de Na2CO3, se enfría hasta 293 oK. La sal cristaliza como decahidrato. ¿ Cuál será la cantidad de cristales de Na2CO3.10H2O si la solubilidad es 21kg de Na2CO3 anhidro/100 kg de agua? Proceda a los cálculos para los siguientes casos. a) Suponga que no se evapora agua. b) Suponga que el 3% del peso total de la solución se pierde por evaporación durante el enfriamiento.

Prob. En un proceso que produce KNO3, el evaporador se alimenta con 1 000 kg/h de una solución que contiene 20% de KNO3 de sólidos en peso y se concentra a 422 oK para obtener una solución de KNO3 al 50% de sólidos en peso. Esta solución se alimenta a un cristalizador a 311 oK, donde se obtiene cristales de KNO3 al 96% de sólidos en peso. La solución saturada que contiene 37.5% de KNO3 de sólidos en peso se recircula al evaporador. Calcule la cantidad de corriente de recirculación R en kg/h y la corriente de salida P en Kg/h.

(Felder, 150 kg. de solución acuosa saturada de AgNO3 a 100oC se enfrían hasta 20oC, formando así cristales de AgNO3, los cuales se filtran de la solución restante: La torta de filtración húmeda que contiene 80% de cristales sólidos y 20 % de solución saturada por masa, pasa a un secador, donde se vaporiza el agua restante. Calcule la fracción de AgNO3 en la corriente de alimentación que se recupera al final en forma de cristales secos y la cantidad de agua que debe eliminarse en la etapa del secado.

… Dato: (100 g de agua a 20 oC pueden disolverse 222 g de AgNO3, y a 100 oC pueden disolver 952 g de AgNO3).