Este documento describe el proceso de cristalización, incluyendo los tipos de cristales, soluciones y métodos para lograr sobresaturación. Explica las etapas de nucleación y crecimiento de los cristales, y los factores que afectan la velocidad de crecimiento. También cubre la clasificación de cristalizadores, métodos comunes y consideraciones en la selección de un cristalizador. Finalmente, discute la importancia de la cristalización en la industria.

1. 1
UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI
ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
OPERACIONES UNITARIAS II
CRISTALIZACIÓN
Profesor: Frank ParraIntegrantes:
Contreras,Yuliana; C.I: 23.792.967
García, Gabriela; C.I: 25.685.648
García, Ysabella; C.I: 25.852.421
López, Anthony; C.I: 25.062.655
Turriziani, Sinaí; C.I: 25.058.131
Barcelona, Febrero 2017.

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ÍNDICE
Página
Introducción…………………………………………………………………………………..3
Cristalización…………………………………………………………………………………..4
Tipos de Cristales según su formación………………………………………………...4
Tipos de Soluciones…………………………………………………………………….5
Sobresaturación………………………………………………………………………………...6
Métodos para lograr la sobresaturación………………………………………………6
Etapas de la Cristalización……………………………………………………………………..8
Nucleación……………………………………………………………………………..8
Crecimiento……………………………………………………………………………9
Velocidad de crecimiento de los cristales……………………………………………………10
Ley de AL del crecimiento cristalino…………………………………………………11
Clasificación de los Cristalizadores………………………………………………………….11
Métodos de cristalización…………………………………………………………….13
Cristalizadores más comunes en la industria………………………………………...13
Pasos a considerar en la elección de un cristalizador………………………………………...16
Importancia de la cristalización en la industria………………………………………………17
Ventajas……………………………………………………………………………….18
Desventajas…………………………………………………………………………....19
Efectos de las Impurezas………………………………………………………………………19
Conclusiones………………..………………………………………………………………..20
Bibliografía…………………………………………………………………………………..21
Anexos………………………………………………………………………………………..22

3. 3
INTRODUCCIÓN
La creciente industrialización impulsa la búsqueda de sustancias lo más puras posibles,
tanto como materias primas o productos de consumo y, una buena manera de purificar una
sustancia es haciendo cristales de ella. Cuando las sustancias a tratar están en solución pueden
tener todo tipo de impurezas asociadas a ellas, pero los cristales que se forman contienen un
compuesto mucho más puro que en solución y las impurezas a su vez se dejan en la solución.
En general los cristales son disposiciones o arreglos muy precisos de las moléculas que
al mismo tiempo están uniéndose entre sí como piezas de juguete de construcción, donde
encajan perfectamente unas con otras. Las impurezas tienen una forma diferente, por lo que no
encajan bien en la estructura cristalina. Ocasionalmente se puede dar la condición de que
queden impurezas atrapadas dentro de los cristales, pero para ello se realiza una re-
cristalización, es decir, una solución con cristales ya formados se filtra, y los cristales
obtenidos a partir de ello se re-disuelven,más cristales se forman y así sucesivamente. Así que
cada vez que cristaliza la solución se obtiene un compuesto con un mayor grado pureza.
La cristalización de disoluciones es industrialmente importante dada la gran variedad
de materiales que se comercializa en forma cristalina. Su amplia utilización se debe a dos
razones: un cristal formado a partir de una disolución impura es esencialmente puro, excepto
que se formen cristales mixtos, y la cristalización proporciona un método practico para la
obtención de sustancias químicas puras en una condición adecuada para su envasado y su
almacenamiento. Es la técnica más simple y eficaz para purificar compuestos orgánicos
sólidos. Consiste en la disolución de un sólido impuro en la menor cantidad posible del
disolvente adecuado en caliente. En estas condiciones se genera una disolución saturada que al
enfriar se sobresatura produciéndose la cristalización.
En la ingeniería industrial química y de procesos se sitúa en un primer plano la técnica
de cristalización a partir de fases líquidas, especialmente de soluciones. Desempeña un papel
importante la producción de materias cristalinas en grandes cantidades, como son la obtención
del azúcar, la de sal común y la de fertilizantes, a partir de soluciones acuosas.

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CRISTALIZACIÓN
Un cristal es el tipo de materia no viva más altamente organizada. Se caracteriza por el
hecho de que sus partículas constituyentes, que pueden ser átomos, moléculas o iones, están
dispuestas en formaciones ordenadas tridimensionalmente llamadas redes espaciales.
Tipos de cristales según su formación:
1. Cristales por evaporación: Se trata de los diversos materiales cristalinos, que se
forman a partir de una solución de alguna sustancia. Son elementos y sustancias que se
encuentran disueltas en algún medio líquido (por ejemplo agua), y que al ser evaporado
dicho medio líquido, los materiales solidificarles adoptan una configuración
geométrica o cristalina sólida. Es el caso de varios materiales disueltos en mares
antiguos y que al irse evaporando las aguas, quedaron los restos sólidos cristalizados,
como por ejemplo los cristales de calcio, o los cristales de cloruro de sodio (sal).
2. Cristales por fusión y enfriamiento: Se trata de cristales que se forman cuando
sustancias que se encuentran en estado fundido, como los metales o el magma de la
tierra, se enfrían, tomando la configuración cristalina. Es el caso de gran parte de las
piedras de origen volcánico, que toman dicha configuración regular en sus átomos y/o
moléculas.
3. Cristales por sublimación: Se trata de los cristales que se forman cuando una
sustancia se calienta mucho y pasa del estado sólido al gaseoso directamente,
formando cristales al irse enfriando. Un ejemplo es la cristalización del iodo cuando se
calienta a altas temperaturas y es sublimado, y posteriormente se enfría formando los
cristales.
4. Cristales por enfriamiento: En esta categoría se pueden contar, las diversas
sustancias (generalmente líquidas a temperatura ambiente), que al descender la
temperatura se cristalizan solidificándose. El ejemplo más claro es el de agua, que se
cristaliza al descender la temperatura convirtiéndose en hielo. Algo similar sucede con
los materiales que se encuentran fundidos, y al enfriarse se cristalizan, pero en este
caso nos referimos a los materiales que se encuentran en estado líquido, a temperatura
ambiente y que al descender las temperaturas, sus moléculas adoptan configuraciones
bien definidas y ordenadas en configuraciones geométricas, generalmente compactas.

5. 5
La cristalización es una operación unitaria de transferencia de materia y energía en la
que se produce la formación de un sólido (cristal o precipitado) a partir de una fase
homogénea (soluto en disolución o en un fundido). La fuerza impulsora en ambas etapas es la
sobre-saturación y la posible diferencia de temperatura entre el cristal y el líquido originada
por el cambio de fases. También, se puede considerar que, la cristalización es el proceso por el
cual se forma un sólido cristalino, ya sea a partir de un gas, un líquido o una disolución,
además es un proceso que se emplea en la industria química con bastante frecuencia para
purificar una sustancia sólida.
La cristalización es el proceso de formar un material cristalino a partir de un líquido,
gas o sólido amorfo. Los cristales así formados tienen una estructura interna muy regular, cuya
base se denomina red cristalina. Dado que la formación de una estructura altamente ordenada
prohíbe la incorporación de moléculas extrañas a la red, se obtiene un producto sólido de alta
pureza. La formación simultánea y la purificación de un producto sólido hacen que la
cristalización sea una operación importante en la industria del proceso.Un ejemplo importante
es la producción de sacarosa de azúcar de remolacha, donde la sacarosa se cristaliza de una
solución acuosa.
Las características que una sustancia debe cumplir para formar cristales son:
 Su estado natural debe ser sólido.
 Un cristal es una estructura tridimensional de forma geométrica que está formado por una sola
molécula de sustancia, por ejemplo: el cristal de sal está formado por una molécula de cloruro
de sodio.
La cristalización consiste en la disolución de un sólido impuro en la menor cantidad
posible de disolvente caliente. En estas condiciones se genera una disolución saturada que al
enfriar se sobresatura produciéndose la cristalización. El proceso de cristalización es un
proceso dinámico, de manera que las moléculas que están en la disolución están en equilibrio
con las que forman parte de la red cristalina. El elevado grado de ordenación de una red
cristalina excluye la participación de impurezas en la misma. Para ello, es conveniente que el
proceso de enfriamiento se produzca lentamente de forma que los cristales se formen poco a
poco y el lento crecimiento de la red cristalina excluya las impurezas. Si el enfriamiento de la
disolución es muy rápido las impurezas pueden quedar atrapadas en la red cristalina.
Existen 4 tipos de soluciones:
 Diluida:Es aquella en donde la cantidad de soluto que interviene está en mínima proporción
en un volumen determinado.

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 Concentrada:Es aquella que tiene una cantidad considerable de soluto en un volumen
determinado.
 Saturada: Tienen la mayor cantidad posible de soluto para una temperatura y presión dadas.
En ellas existe un equilibrio entre el soluto y el disolvente.
 Sobresaturada:Contiene más soluto del que puede existir en equilibrio a una temperatura y
presión dadas. Si se calienta una solución saturada se le puede agregar más soluto; si esta
solución es enfriada lentamente y no se le perturba, puede retener un exceso de soluto pasando
a ser una solución sobresaturada. Sin embargo, son sistemas inestables, con cualquier
perturbación el soluto en exceso precipita y la solución queda saturada; esto se debe a que se
mezclaron.
SOBRESATURACIÓN
Al hablar de cristalización lo más importante es el concepto de sobresaturación, ya que
si no existe la cristalización no se puede dar.La sobresaturación es la diferencia de
concentración entre la disolución sobresaturada en la que el cristal está creciendo y la de la
disolución en equilibrio con el cristal.
El concepto de solución saturada está relacionado con el llamado límite de solubilidad.
La solubilidad es una medida de la capacidad de disolverse de una determinada sustancia
(soluto) en un determinado medio (disolvente). Implícitamente se corresponde con la máxima
cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de disolvente, a
determinadas condiciones de temperatura, e incluso presión (en caso de un soluto
gaseoso).(Ver figura 1)
La sobresaturación se define como:
Ac = C – Cs(Ecuación 1)
Ac = sobresaturación molar, moles por unidad de volumen.
C = concentración molar de soluto en disolución.
Cs = concentración molar de soluto en la disolución saturada.
Métodos para lograr la sobresaturación:Sin sobresaturación no hay cristalización, para
alcanzar la sobresaturación se tiene que realizar:

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 Enfriamiento: Si se enfría la solución, ésta pierde solubilidad y pasa de estar concentrada a
saturada y finalmente sobresaturada.
 Calentamiento: Si se calienta la solución se quita solvente y pasa de estar concentrada a
saturada y finalmente sobresaturada. Cuando se incrementa la temperatura la solubilidad
puede disminuir o aumentar dependiendo del sólido.
 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.
 Precipitación: Al colocar una sustancia adicional en la solución para que se aglomeren los
sólidos y formar cristales.
 Al vacío:Combinación de efectos. En un evaporador al vacío se evapora una parte del
disolvente, la eliminación del calor necesario enfría además la solución. Ventajosa para
sustancias sensibles a la temperatura.
Para la elección de un disolvente de cristalización la regla lo semejante disuelve a lo
semejante suele ser muy útil. Los disolventes más usados, en orden de polaridad creciente son
el éter de petróleo, cloroformo, acetona, acetato de etilo, etanol y agua.Es mejor utilizar un
disolvente con un punto de ebullición que sobrepase los 60°C, pero que a su vez sea por lo
menos 10°C más bajo que el punto de fusión del sólido que se desea cristalizar. En muchos
casos se necesita usar una mezcla de disolventes y conviene probar diferentes mezclas para
encontrar aquella que proporciona la cristalización más efectiva.
En la siguiente tabla aparecen los disolventes más empleados en la cristalización de las
clases más comunes de compuestos orgánicos:
Clases de compuestos Disolventes sugeridos
Hidrocarburos Hexano, ciclohexano, tolueno
Éteres Éter, diclorometano
Haluros Diclorometano, cloroformo
Compuestos carbonílicos Acetato de etilo, acetona
Alcoholes y ácidos Etanol
Sales Agua

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En la cadena de operaciones unitarias de los procesos de fabricación la cristalización 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 líquida puede ser
precipitada por cristalización bajo ciertas condiciones de concentración y temperatura que el
ingeniero químico establece dependiendo de las características y propiedades de la solución,
principalmente la solubilidad o concentración de saturación, la viscosidad de la solución, etc.
Para 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 además de
ser el más 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.
ETAPAS DE LA CRISTALIZACION
En toda formación de cristales hay que considerar dos etapas:
1. Nucleación: Se define como la formación de los primeros iones a partir de los iones o
moléculas que se encuentran en el seno de la disolución. Puede ser que estos primeros cristales
que se forman, se destruyan debido a un proceso inverso a la nucleación. Esta magnitud es el
primer parámetro cinético que controla la distribución de tamaño de los cristales. Dentro de la
nucleación podemos distinguir entre nucleación pura, nucleación primaria y nucleación
secundaria.
1.1 Pura: ocurre para grandes sobresaturaciones o cuando la circulación del magma es
deficiente. Se caracteriza por crecimientos anormales en formas de agujas o escobillas
desde los extremos de los cristales que, en estas condiciones, pueden crecer mucho más
rápidamente que las caras.
1.2 Primaria: Es aquella en la que el origen de la nueva fase sólida no está condicionada ni
influida por la presencia de la fase sólida que se origina.A su vez esta nucleación primaria
se puede dividir en:
1.2.1 Nucleación primaria homogénea: Ocurre en ausencia de una interfase sólida.
Los átomos o moléculas se combinan en una serie de “reacciones” para producir
agregados ordenados o embriones. Algunos de ellos superan un tamaño crítico,
convirtiéndose en núcleos (que es la menor agrupación de partículas que no se
redisuelve y que, por tanto, crece para formar un cristal); el resto se redisuelven.En la

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cristalización a partir de disoluciones casi nunca tiene lugar nucleación homogénea,
excepto quizás en algunas reacciones de precipitación.
1.2.2 Nucleación primaria heterogénea: Es una variante de la nucleación que tiene
lugar cuando partículas sólidas de sustancias extrañas influyen sobre el proceso de
cristalización catalizando un aumento de la velocidad de nucleación para una sobre
saturación dada, o dando una velocidad finita para una en la que la nucleación
homogénea solamente ocurriría después de un tiempo dilatado.
1.3 Secundaria: La nucleación 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.En la nucleación secundaria se encuentra:
1.3.1 Nucleación de contacto: Desde hace tiempo se sabe que la nucleación
secundaria está influenciada por la intensidad de agitación, pero sólo recientemente se
ha aislado y estudiado experimentalmente el fenómeno de nucleación de contacto. Es
el tipo más frecuente de nucleación en los cristales industriales, ya que ocurre a bajas
sobresaturaciones y la velocidad de crecimiento de los cristales es óptima para una
buena calidad.
La mayoría de los cristalizadores operan en la región de baja sobresaturación para que
el crecimiento de cristales sea regular y el producto puro.Por tal motivo la nucleación
secundaria es la más empleada a nivel industrial.
2.Crecimiento: Es la etapa del proceso de solidificación donde los átomos del líquido se unen
al sólido formando las grandes estructuras cristalinas. Una de las fuerzas impulsoras del
crecimiento de los cristales también es la sobresaturación.
El crecimiento de un cristal es un proceso de adición capa por capa. El crecimiento
sólo puede ocurrir en la superficie del cristal y las resistencias involucradas en el crecimiento
son la difusión del soluto hasta la superficie del cristal y la resistencia a la integración del
soluto a la superficie del cristal, dado que las resistencia actúan en serie, la velocidad de
crecimiento de un cristal puede expresarse en forma empírica:
(Ecuación 2)
Donde Kcestá dada por:

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(Ecuación 3)
Donde:
Mc: Masa de un cristal [M]
t: tiempo [t]
Kc: Coeficiente global de transferencia de masa [L/t];
kL: Coeficiente de transferencia de masa en la película [L/t];
kS: Velocidad específica de integración del soluto a la superficie del cristal [L/t].
c-c*: Sobresaturación [M/L3].
A: Área del cristal [L2].
VELOCIDAD DE CRISTALIZACIÓN
La velocidad de crecimiento de un cristal es conocida como velocidad de
cristalización. El crecimiento ocurre primero con la formación del núcleo, y luego con su
crecimiento gradual. En concentraciones arriba de la sobresaturación, la nucleación es
concebida como espontánea, y rápida. En la región metaestable, la nucleación es causada por
un golpe mecánico, o por fricción y una nucleación secundaria puede resultar del rompimiento
de cristales ya formados. Ha sido observado que la velocidad de cristalización se ajusta a la
siguiente ecuación:
(Ecuación4)
En donde CN es la concentración de la Nucleación, C es la concentración final, C0 es la
concentración inicial, k es la contante de proporcionalidad yθ tiempo de resistencia
Los valores del exponente m se encuentran en el rango de 2 a 9, pero no ha sido
correlacionada como un valor cuantitativo que se pueda estimar. Esta velocidad es medida
contando el número de cristales formados en periodos determinados de tiempo.
Una de las teorías se basa en el concepto de que el crecimiento se producecapa a capa
sobre la cara cristalina, y que cada nueva capa comienza como un núcleo bidimensional
adherido a la cara. Esta teoría predice que el crecimiento no comienza hasta que no se alcanza

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un umbral apreciable de sobresaturación, y que después el crecimiento aumenta rápidamente
hasta que, para un cierto valor relativamente elevado de la sobresaturación, es lineal con
respecto a la sobresaturación. En realidad, la velocidad de crecimiento de la mayor parte de los
cristales es lineal con respecto a la sobresaturación, para todas las sobresaturaciones, aun para
valores muy bajos. Esto parece indicar que no se requiere un valor umbral.
Ley de AL del crecimiento cristalino:Si todos los cristales del magma crecen en un
campo de sobresaturación uniforme y a la misma temperatura, y si todos los cristales crecen
desde su nacimiento, resultará que todos los cristales no sólo serán invariantes sino que
crecerán con la misma velocidad, que es independiente del tamaño. Esta generalización recibe
el nombre de ley del AL. Cuando es aplicable, G = f(L), el crecimiento total de cada cristal en
el magma es la misma durante el mismo intervalo de tiempo:
(Ecuación5)
Donde G es la velocidad de crecimiento en el tiempo interno t. Se acostumbra medir G
en las unidades prácticas de milímetros por hora.
El modelo es altamente idealizado y ciertamente no realista en todos los casos. Por
tanto, cuando la resistencia a la transferencia de materia es significativa, solamente cabe
esperaruna velocidad de crecimiento constante para cristales con un tamaño comprendido
entre 50 y 500 Pm. Cuando no es aplicable, G = f(L) y elcrecimiento se dice que es
dependiente del tamaño. Posiblemente debido a la compensación de errores, la ley del AL es
suficientemente precisa para muchas situaciones, lo cual simplifica el cálculo de los procesos
industriales
CLASIFICACIÓN DE LOS CRISTALIZADORES
Los cristalizadores comerciales pueden operar de forma continua o por cargas. Excepto
para aplicaciones especiales, se prefiere la operación continua. El primer requerimiento de un
cristalizador es generar una disolución sobresaturada ya que la cristalización no puede ocurrir
sin sobresaturación. En general, lo que clasifica a un equipo cristalizador es el movimiento de
la solución dentro del equipo y la forma en que se separa después el sólido, a demás del
método de cristalización (sobresaturación) que emplee.
Existen tres métodos para producir sobresaturación, dependiendo esencialmente de la
naturaleza de la curva de solubilidad del soluto:

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 Cristalizadores de tanque: en los que la cristalización se produce por enfriamiento sin
evaporación apreciable. Se emplean cuando la solubilidad varía mucho con la temperatura.
Ejemplo: Solutos como el nitrato potásico y el sulfito sódico son mucho menos
solubles a temperaturas bajas que a temperaturas elevadas, de forma que la sobresaturación se
puede conseguir simplemente por enfriamiento.
 Cristalizadores-evaporadores: la sobresaturación se consigue por evaporación
(concentración) sin que se modifique la temperatura, es decir evaporación pero sin
enfriamiento apreciable.
Ejemplo: Cuando la solubilidad es casi independiente de la temperatura, como ocurre
en el caso de la sal común, o bien cuando disminuye al aumentar la temperatura, la
sobresaturación se genera por evaporación.
 Cristalizadores de vacío: se combina la evaporación con el enfriamiento adiabático. Se
utilizan cuando se quiere operar con rapidez, como en los anteriores, pero a baja temperatura.
Los cristalizadores más modernos corresponden a las unidades de vacío que utilizan el
enfriamiento por evaporación adiabática para generar la sobresaturación. En su forma original
y más sencilla, un cristalizador de este tipo es un recipiente cerrado en el que se mantiene el
vacío por medio de un condensador, generalmente con la ayuda de una bomba de vacío tipo
eyector de vapor.
La alimentación se introduce como una disolución saturada caliente a una temperatura
muy superior a la de ebullición para la presión existente en el cristalizador. Se mantiene un
volumen de magma controlando el nivel del líquido y del sólido que cristaliza, mientras que el
situado por encima del magma se utiliza para retirar el vapor y eliminar el arrastre. La
disolución de alimentación se enfría espontáneamente hasta la temperatura de equilibrio.
Puesto que tanto la entalpía de enfriamiento como la de cristalización aparecen como calor
latente de vaporización, se evapora una parte del disolvente. La sobresaturación generada por
enfriamiento y evaporación da lugar a nucleación y crecimiento. El magma producto se retira
del fondo del cristalizador.
Ejemplo: En los casos intermedios resulta eficaz una combinación de evaporación y
enfriamiento. Por ejemplo, el nitrato sódico puede cristalizarse satisfactoriamente enfriando
sin evaporar, evaporando sin enfriar o bien mediante una combinación de enfriamiento y
evaporación.

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Los cristalizadores comerciales pueden diferir en distintos aspectos. Una diferencia
importante reside en la forma en la que los cristales se ponen en contacto con el líquido
sobresaturado.
1. Método de líquido circulante, se hace pasar una corriente de disolución sobresaturada a
través de un lecho fluidizado de los cristales en crecimiento. El líquido saturado se
bombea después a través de una zona de enfriamiento o de evaporación, donde se
genera la sobresaturación y finalmente la disolución sobresaturada se recircula a través
de la zona de cristalización.
2. Método del magma circulante, todo el magma circula a través de ambas etapas de
cristalización y sobresaturación sin separar el líquido del sólido. Tanto la
sobresaturación como la cristalización tienen lugar en presencia de los cristales. En
ambos métodos la disolución de alimentación se añade a la corriente circulante entre
las zonas de cristalización y sobresaturación.
3. Método de circulación forzada, se utilizan agitadores internos, con frecuencia
provistos de tubos de aspiración y placas deflectoras, siendo también frecuente el
empleo de bombas externas para la circulación del líquido o el magma a través de las
zonas de sobresaturación o de cristalización.
CRISTALIZADORES MÁS COMUNES EN LA INDUSTRIA
Cristalizadores de suspensión mezclada y de retiro de productos combinados
Este tipo de equipo, llamado a veces cristalizador de magma circulante, es el más
importante de los que se utilizan en la actualidad. En la mayor parte de los equipos
comerciales de este tipo, la uniformidad de la suspensión de los sólidos del producto en el
cuerpo del cristalizador es una ventaja con respecto a otros tipos de cristalizador. Aun
cuando se incluyen ciertas características y variedades diferentes en esta clasificación, el
equipo que funciona a la capacidad más elevada es del tipo en que se produce por lo
común la vaporización de un disolvente, casi siempre agua. (Ver figura 2)
Cristalizador de enfriamiento superficial
Para algunos materiales, como el clorato de potasio, es posible utilizar un
intercambiador de tubo y coraza de circulación forzada, en combinación directa con un
cuerpo de cristalizador de tubo de extracción. Es preciso prestar una atención cuidadosa a
la diferencia de temperatura entre el medio enfriador y la lechada que circula por los tubos
del intercambiador.

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Además la trayectoria y la velocidad de flujo del magma dentro del cuerpo del
cristalizador deben ser de tal índole que el volumen contenido en el cuerpo sea activo. Esto
quiere decir que puede haber cristales suspendidos dentro del cuerpo debido a la turbulencia y
que son eficaces para aliviar la sobresaturación creada por la reducción de temperatura del
magma al pasar por el intercambiador. Evidentemente la bomba de circulación es parte del
sistema de cristalización y es preciso prestar atención cuidadosa a este tipo y sus parámetros
operacionales para evitar influencias indebidas de la nucleación. Este tipo de equipo produce
cristales en la gama de malla de 30 a 100. El diseño se basa en las velocidades admisibles de
intercambio de calor y la retención que se requiere para el crecimiento de los cristales de
producto. (Ver figura 3)
Cristalizador de evaporación de circulación forzada
El magma que sale del cuerpo se bombea a través de una tubería de circulación y por
un intercambiador de calor de coraza, donde su temperatura se eleva de 2 a 6 °C. Puesto que
este calentamiento se realiza sin vaporización, los materiales de solubilidad normal no deberán
producir sedimentación en los tubos. El licor calentado, que regresa al cuerpo mediante una
línea de recirculación, se mezcla con la lechada (magma) y eleva su temperatura localmente,
cerca del punto de entrada, lo que provoca la ebullición en la superficie del líquido.
Durante el enfriamiento subsiguiente y la vaporización para alcanzar el equilibrio entre
el líquido y el vapor, la sobresaturación que se crea provoca sedimentaciones en el cuerpo de
remolino de los cristales suspendidos, hasta que vuelven a alejarse por la tubería de
circulación. La cantidad y la velocidad de la recirculación, el tamaño del cuerpo y el tipo y la
velocidad de la bomba de circulación son conceptos críticos de diseño, para poder obtener
resultados predecibles. Si el cristalizador no es del tipo de evaporación y depende sólo del
enfriamiento adiabático de evaporación para lograr un buen rendimiento, se omitirá el
elemento calentador. La alimentación se admite a la línea de circulación, después de retirar la
lechada, en un punto situado suficientemente por debajo de la superficie libre del líquido, para
evitar la vaporización instantánea durante el proceso de mezclado.(Ver figura 4)
Cristalizador evaporador de desviador y tubo de extracción (DTB)
Puesto que la circulación mecánica influye considerablemente en el nivel de
nucleación dentro del cristalizador, se han desarrollado muchos diseños que utilizan
circuladores situados dentro del cuerpo del cristalizador, reduciendo en esta forma 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, por ende, la rapidez de nucleación.

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La suspensión de los cristales de productos se mantiene mediante una hélice grande y
de movimiento lento, rodeada por un tubo de extracción dentro del cuerpo. La hélice dirige la
lechada hacia la superficie del líquido, para evitar que lo sólidos pongan en cortocircuito la
zona de sobresaturación más intensa. La lechada enfriada regresa al fondo del recipiente y
vuelve a recircular a través de la hélice.
En esta última, la solución calentada se mezcla con la lechada de recirculación. Este
diseño consta de una característica de destrucción de partículas finas que comprende la zona
de asentamiento que rodea al cuerpo del cristalizador, la bomba de circulación y el elemento
calentador. Este último proporciona suficiente calor para satisfacer los requisitos de
evaporación y elevan la temperatura de la solución retirada del asentador, con el fin de destruir
todas las partículas cristalinas pequeñas que se retiran. Los cristales gruesos se separan de las
partículas finas en la zona de por sedimentación gravitacional. (Ver figura 5)
Cristalizador de tubo de extracción (DT)
Este cristalizador se puede emplear en sistemas en que no se desea ni se necesita la
destrucción de las partículas finas. En esos casos se omite el desviador y se determina el
tamaño del circulador interno para que tenga una influencia mínima de nucleación sobre la
suspensión. En los cristalizadores DT y DBT, la velocidad de circulación que se alcanza suele
ser mucho mayor que la que se obtiene en un cristalizador similar de circulación forzada. Por
tanto, el equipo se aplica cuando sea necesario hacer circular grandes cantidades de lechada,
para minimizar los niveles de sobresaturación dentro del equipo.
En general, método se requiere para tener ciclos operacionales prolongados con
materiales capaces de crecer en las paredes del cristalizador. Los diseños de tubo de extracción
y desviador se utilizan comúnmente para la producción de materiales granulares, como el
sulfato de amonio, cloruro de potasio y otros cristales inorgánicos y orgánicos.
Cristalizador de refrigeración de contacto directo
Para algunas aplicaciones, como la obtención de hielo a partir de agua de mar, es
necesario a llegar a temperaturas tan bajas que hagan que el enfriamiento mediante el empleo
de refrigerantes sea la única solución económica. En estos sistemas, a veces no resulta práctico
emplear equipos de enfriamiento superficial, porque la diferencia admisible de temperaturas es
tan baja (menos de 3°C), que la superficie de intercambio de calor se hace excesiva o porque
la viscosidad es tan elevada que le energía mecánica aplicada por el sistema de circulación
mayor que el que se puede obtener con diferencias razonables de temperatura. En estos
sistemas, es conveniente mezclar el refrigerante con la lechada que se enfría en el
cristalizador, de modo que el calor de vaporización del refrigerante del refrigerante sea

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relativamente inmiscible con el licor madre y capaz de sufrir separación, compresión,
condensación y un reciclaje subsiguiente en el sistema de cristalización.
Las presiones operacionales y las temperaturas escogidas tienen una influencia
importante sobre el consumo de potencia. Esta técnica resulto muy adecuada para reducir los
problemas que se asocian con la acumulación de sólidos sobre una superficie de enfriamiento.
El empleo de la refrigeración de contacto directo reduce también las necesidades generales de
energía del proceso, puesto que es un proceso de refrigeración que incluye dos fluidos se
requiere una diferencia mayor de temperaturas, sobre una base general, cuando el refrigerante
debe enfriar primeramente alguna solución intermedia, como la salmuera de cloruro de calcio,
y esa solución, a su vez, enfría al licor madre en el cristalizador. Los equipos de este tipo han
funcionado adecuadamente a temperaturas tan bajas como -59°C (-75°F). (Ver figura 6)
PASOS A CONSIDERAR EN LA ELECCIÓN DE UN CRISTALIZADOR
Se debe elegir un medio de generación de sobresaturación en base a las características
de las curvas de solubilidad-temperatura de la sustancia a cristalizar. Esto se debe a la
solubilidad poco sensible a la temperatura, la solubilidad invertida, la formación de hidratos o
sales anhidras.
Decidir si la cristalización será batch o continua. El diseño Batch es el más simple pero
requiere más control de variables. El diseño continuo genera grandes producciones. También
se deben considerar el tipo y tamaño de cristales a producir, las características físicas de la
alimentación y la resistencia a la corrosión.
Entre otros datos se tienen:
a. Poder del solvente: Debe ser capaz de disolver fácilmente el soluto y permitir después la
obtención de cristales deseados.
b. Pureza: No debe introducir impurezas que afecten la apariencia y propiedades del cristal.
c. Reactividad química: Debe ser estable.
d. Manejo y procesamiento: De preferencia poco viscosa y con temperatura de fusión abajo
de 5ºC. De baja inflamabilidad y toxicidad.

17. 17
IMPORTANCIA DE LA CRISTALIZACIÓN EN LA INDUSTRIA
En muchos casos, el producto que sale para la venta de una planta, tiene que estar bajo
la forma de cristales. Los cristales se han producido mediante diversos métodos de
cristalización que van desde los más sencillos que consisten en dejar reposar recipientes que se
llenan originalmente con soluciones calientes y concentradas, hasta procesos continuos
rigurosamente controlados y otros con muchos pasos o etapas diseñados para proporcionar un
producto que tenga uniformidad en la forma, tamaño de la partícula, contenido de humedad y
pureza.
Las demandas cada vez más crecientes de los clientes hacen que los cristalizadores
sencillos por lotes se estén retirando del uso, ya que las especificaciones de los productos son
cada vez más rígidas.
La cristalización es importante como proceso industrial por los diferentes materiales
que son y pueden ser comercializados en forma de cristales. Su empleo tan difundido se debe
probablemente a la gran pureza y la forma atractiva del producto químico sólido, que se puede
obtener a partir de soluciones relativamente impuras en un solo paso de procesamiento. En
términos de los requerimientos de energía, la cristalización requiere mucho menos para la
separación que lo que requiere la destilación y otros métodos de purificación utilizados
comúnmente. Además se puede realizar a temperaturas relativamente bajas y a una escala que
varía desde unos cuantos gramos hasta miles de toneladas diarias. La cristalización se puede
realizar a partir de un vapor, una fusión o una solución. La mayor parte de las aplicaciones
industriales de la operación incluyen la cristalización a partir de soluciones. Sin embargo, la
solidificación cristalina de los metales es básicamente un proceso de cristalización y se ha
desarrollado gran cantidad de teoría en relación con la cristalización de los metales.
La cristalización consiste en la formación de partículas sólidas en el seno de una fase
homogénea. Las partículas se pueden formar en una fase gaseosa como en el caso de la nueve,
mediante solidificación a partir de un líquido como en la congelación de agua para formar
hielo o en la manufactura de monocristales, o bien por cristalización de soluciones líquidas.
La industria alimentaria utiliza la cristalización para obtener muchos productos, tres de
ellos muy comunes son:
a. Azúcar Granulada

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El azúcar refinado es el producto cristalizado constituido esencialmente por cristales
sueltos de sacarosa obtenidos a partir de la fundición de azúcares crudo o blanco y mediante
los procedimientos industriales apropiados. Debe tener color blanco, olor y sabor
característicos y no debe presentar impurezas que indiquen una manipulación inadecuada del
producto.
b. Sal Industrial
La sal marina refinada seca “Disal” es un producto de gran pureza. Su cristalización
tiene lugar bajo los efectos del Sol y del viento, en espacios únicos y preservados en el
corazón de la Naturaleza.
c. Sal de Grano Industrial
El producto se presenta en forma granular regular de tamaño grande de color blanco
cristalino. Este se obtiene de la evaporación solar del agua de mar en áreas de cristalización
selectas. Posteriormente es lavado, secado, cribado y envasado.
d. Elaboración de Helados
En este caso en particular se trata básicamente de la formación de cristales de hielo
para dar forma y consistencia al producto, para obtener un helado de mayor calidad las
temperaturas son controladas de manera tal que los cristales formados son de un tamaño muy
pequeño y por lo tanto esto le confiere al producto una consistencia cremosa y un mejor
aspecto.
Destaca sobre otros procesos de separación por su potencial para combinar purificación
y producción de partículas en un solo proceso. Comparado con otras operaciones de
separación la cristalización en disolución presenta:
Ventajas:
• El factor de separación es elevado (producto casi sin impurezas). En bastantes ocasiones se
puede recuperar un producto con una pureza mayor del 99% en una única etapa de
cristalización, separación y lavado.
• Controlando las condiciones del proceso se obtiene un producto sólido constituido por
partículas discretas de tamaño y forma adecuados para ser directamente empaquetado y
vendido (el mercado actual reclama productos con propiedades específicas).

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• Precisa menos energía para la separación que la destilación u otros métodos empleados
habitualmente y puede realizarse a temperaturas relativamente bajas.
•..Evita riesgo de descomposición por trabajar a temperaturas bajas.
Desventajas:
• En general, ni se puede purificar más de un componente ni recuperar todo el soluto en una
única etapa. Es necesario equipo adicional para retirar el soluto restante de las aguas madres.
• La operación implica el manejo de sólidos, con los inconvenientes tecnológicos que esto
conlleva. En la práctica supone una secuencia de procesado de sólidos, que incluye equipos de
cristalización junto con otros de separación sólido-líquido y de secado (ver esquema general).
EFECTO DE IMPUREZAS
La presencia de bajas concentraciones de sustancias ajenas a los cristales e impurezas
juega un importante papel en la optimización de los sistemas de cristalización, tales como:
a. Todos los materiales son impuros o contienen trazas de impurezas añadidas durante su
procesamiento.
b. Es posible influenciar la salida y el control del sistema de cristalización.
c. Cambiar las propiedades de los cristales mediante la adición de pequeñas cantidades de
aditivos cuidadosamente elegidos.
d. Agregando ciertos tipos y cantidades de aditivos es posible controlar el tamaño de los
cristales, la distribución de tamaño del cristal, el hábito del cristal y su pureza.

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CONCLUSIONES
La cristalización es el proceso por el cual se forma un sólido cristalino, ya sea a partir
de un gas, un líquido o una disolución, además es un proceso que se emplea en la industria
química con bastante frecuencia para purificar una sustancia sólida.
Las soluciones saturadas contienen más soluto del que puede existir en equilibrio a una
temperatura y presión dadas, la sobre-saturación es la fuerza impulsora de la cristalización y se
puede producir por diferentes métodos según la solubilidad, de ahí provienen los diferentes
tipos de cristalizadores.
Las etapas de la cristalización son la nucleación que es la formación de los primeros
iones y el crecimiento que es el proceso de solidificación donde se forman las estructuras
cristalinas
La velocidad de cristalización no es más que la velocidad de crecimiento del cristal,
esta comienza con la formación del núcleo y finaliza cuando ya se obtiene el cristal. La
velocidad de crecimiento de los cristales se incremental al sembrar en el cristalizador una
porción de cristal.
Para poder elegir un cristalizador se deben considerar muchos factores tanto físicos
como químicos, para así obtener el mejor producto.
Si la solución a cristalizar posee impurezas esto produciría un impacto negativo en el
producto.

21. 21
BIBLIOGRAFIA
MCCABE, W.; SMITH, J.; HARRIOT, P. “Operaciones Unitarias de Ingeniería Química.”
McGraw – Hill. Sexta Edición. 2001. Estados Unidos.
PERRY, R.H.“Manual del Ingeniero Química”. Mc Graw Hill. Sexta Edición.2001.Mexico
Textos Científicos. “Crecimiento y Propiedades de los Cristales”. 2006.
https://www.textoscientificos.com/quimica/cristales/crecimiento-cristales
Procesos Bio. “Cristalización”.http://procesosbio.wikispaces.com/Cristalizaci%C3%B3n
Planta Piloto de Fermentaciones Departamento de Biotecnología. “Cristalización”
http://sgpwe.izt.uam.mx/files/users/uami/sho/Cristalizacion.pdf

22. 22
ANEXOS

23. 23
Figura 1. Curva de Saturación.
Figura 2.Cristalizadores de suspensión mezclada y de retiro de productos combinados.

24. 24
Figura 3.Cristalizador de enfriamiento superficial
Figura 4.Cristalización de evaporación de circulación forzada

25. 25
Figura 5. Cristalizador evaporador de desviador y tubo de extracción (DTB)
Figura 6. Cristalizador de refrigeración de contacto directo