La cristalización: Se muestran los principales fundamentos teóricos, así como, modelos matemáticos y equipos; finalmente se presentan algunas de sus aplicaciones más comunes.

1. Sergio Andrés Lesmes
Oscar Javier Castro
Juan Carlos Gutiérrez
Fenómenos de Transporte II
Cristalización

2. Definición
La cristalización es la formación de partículas sólidas de
tamaño y forma definida a partir de una disolución
homogénea del mismo soluto.
Etapas de la Cristalización
Primera Etapa: Nucleación (Formación del Cristal).
Segunda Etapa: Crecimiento del Cristal.
Potencial Impulsor:
La Sobresaturación
OPERACIÓN UNITÁRIA: es cada una de las
acciones necesarias de transporte,
adecuación y/o transformación de las materias
implicadas en un proceso químico.
CLASIFICACIÓN:
• Operaciones de transferencia de materia
• Operaciones de transmisión de energía
• Operaciones de transmisión simultanea de materia y energía.
• Operaciones de transporte de cantidad de movimiento.

3. Solubilidad de equilibrio
en la cristalización
Las curvas de saturación y
sobresaturación dividen el campo de
concentración-temperatura en tres
zonas:
• La Región Insaturada.
• La Región Metaestable.
• La Región sobresaturada o lábil .
Bajo ciertas condiciones, la curva de
saturación representa la máxima
saturación que el sistema puede tolerar,
punto en el cual la nucleación ocurre
espontáneamente.

4. Formación de
Proceso de
Cristales

5. Factores a Considerar
II. Pureza: No deben introducirse impurezas que afecten la
apariencia y propiedades del cristal.
I. Sobresaturación: Se alcanza de acuerdo al soluto presente y es el
objetivo de la cristalización.
III. Equilibrio y Rendimientos: Resulta preciso
conocer el comportamiento y características
propias del soluto, con el fin de tener una idea
apropiada de los rendimientos a alcanzar..

6. Rendimiento y
Balances de Materia
 Evaporador
Sobresaturado (tacho)
 Cristalizador
 Rendimiento
Donde:
MO, Solución de entrada MA, Solución de salida
MC, Residuo XO, Concentración inicial
L, Licor madre XL, Concentración de Licor
XA, Concentración de Salida XCC, Concentración residual
Balance Total de Masa:
Luego el balance del compuesto que
cristaliza (Soluto):
Donde:
C, Masa de cristales producidos
C*XC, masa del soluto que se cristalizó
El rendimiento se define con relación
entre la masa de cristales producidos;
respecto a todo el soluto alimentado al
cristalizador.

7. IV. Velocidad de Crecimiento de los cristales: El crecimiento de los cristales
puede ser representado en dos pasos:
1.Difusión del soluto a la interfaces cristal-suspensión.
2.Reacción en la superficie para absorber el soluto dentro de las lentejas del cristal.
Para reacción de Primer Orden en la superficie:
Donde:
M, Masa total de los cristales en suspensión
Δ, grosor de la película efectiva
Cuando δ→0 la
velocidad de
crecimiento por
reacción y cuando
Kj→∞ controlada por la
difusión.
Donde:
Kv y Ka, son factores de
forma geométrica
L, dimensión
característica del cristal
Luego podemos expresar la
rapidez de crecimiento como:
Donde:
S, Es la sobresaturación
Para algunos sistemas reales se han tenido
algunas desviaciones, modelándose mejor
mediante la Ley de potencias:
Podemos expresar M y
A en términos de su
tamaño:
Con: 0 ≤ a ≤ 1.

8. Modelos de
Cristalizadores

9. Tanques Cristalizadores de Agitado Continuo
Velocidad de nucleación:

10. Velocidad de Cristalización
Ha sido observado que la velocidad de cristalización se ajusta a la siguiente ecuación:
Los valores de m se encuentran en el
rango de 2 a 9
Los valores del exponente n se sitúan
en el rango de 1.5
La velocidad de crecimiento de una cara del cristal está dado por:
Donde:
L es la dimensión característica del cristal.
G la velocidad de crecimiento en el tiempo
interno t.
Se acostumbra a medir G en milímetros por
hora.

11. Cristalizadores

12.  Cristalizadores
de suspensión
mezclada y de
retiro de
productos
combinados.
 Cristalizador de enfriamiento
superficial.
 Cristalizador de evaporación
de circulación forzada.
Una forma de clasificar los aparatos de cristalización se
basa en el método utilizado para crear la sobresaturación:
1) Sobre saturación producida por enfriamiento sin evaporación apreciable,
por ejemplo, cristalizadores de tanque.
2) Sobresaturación producida por evaporación, con enfriamiento
apreciable, por ejemplo, evaporadores de cristalización, cristalizadores-
evaporadores.
3) Evaporación combinada con enfriamiento adiabático: cristalizadores al
vacío.

13.  Cristalizador evaporador de
desviador y tubo de extracción
(DTB).
 Cristalizador de tubo de
extracción (DT).

14. Aplicaciones Industriales
• Obtención y Purificación
de Sales Minerales.
• Cristalización de la
Sacarosa.
• Cristalización de la
mantequilla de la leche.
• Bioseparadores: Forma
cristalina de antibióticos,
ácidos organicos,
esteroles,… y separación
de sales inorgánicas,
azucares…

15. Bibliografía
1. Perry Robert H. Manual del Ingeniero Químico. Tomo II. Ed. McGrawHill. Sexta
Edición. México 2000.
2. McCabe,Smith. Operaciones Basicas de Ingenieria Quimica. Editorial Reverte.
México 1968.
3. Foust, Wenzel, Clump. Principios de Operaciones Unitarias. Editorial CECSA.
Cuarta Edición. México 1970.
4. Ian Houson. Process Understanding. Editorial Wiley-VCH. Reino Unido 2011.
5. A. Marcilla Gomis. Introducción a las operaciones de separación. Edita
Publicaciones Universidad de Alicante. España 1998.