Cristalización, tipos de cristales, curva de solubilidad; proceso, partes y requerimientos para la cristalización, balance de materia y energía, equipos para la cristalización: clasificación, tipos y variaciones.

1. CRISTALIZACIÓN

2. Sólido
cristalino
Aquél que tiene una estructura
periódica y ordenada, como
consecuencia tienen una forma que no
cambia, salvo por la acción de fuerzas
externas.

3. Cristales iónicos
Punto de fusión
elevado, duros y
muy frágiles,
conductividad
eléctrica baja y
presentan cierta
elasticidad. Ej:
NaCl (sal común)
Cristales covalentes
Gran dureza y elevada
temperatura de fusión.
Transparentes
quebradizos y malos
conductores de la
electricidad. No sufren
deformación plástica (es
decir, al intentar
deformarlos se
fracturan).
Ej: Diamante
Cristales metálicos
Opacos y buenos
conductores térmicos y
eléctricos. No son tan
duros como los
anteriores, aunque si
maleables y dúctiles.
Hierro, estaño, cobre,...
Según el tipo de enlace atómico, los cristales pueden ser:

4. Según la posición de los átomos en los vértices de la celda unitaria de la red cristalina
existen:
Redes cúbicas
sencillas:
Redes cúbicas
centradas en el cuerpo
(BCC):
Redes cúbicas
centradas en las caras
(FCC)
Redes hexagonales
compactas (HC) :
Los átomos ocupan sólo los vértices de la celda
unidad.
Los átomos, además de ocupar los vértices,
ocupan el centro de la celda. En este caso
cristalizan el hierro y el cromo.
Los átomos, además de ocupar los vértices, ocupan el
centro de cada cara de la celda. Cristalizan en este tipo de
redes el oro, cobre, aluminio, plata.
La celda unitaria es un prisma hexagonal con átomos en los
vértices y cuyas bases tiene un átomo en el centro. En el
centro de la celda hay tres átomos más. En este caso
cristalizan metales como cinc, titanio y magnesio.

7. Cristalización
• La operación de cristalización es una técnica de purificación,es
un proceso por el cual a partir de un gas, un líquido o una
disolución en la que los iones, átomos o moléculas establecen
enlaces hasta formar una red cristalina.
• La operación de cristalización es el proceso cual se separa un
componente de una solución líquida transfiriendolo a la fase
sólida en forma de cristales que precipitan.
• Esto se da teniendo una disolución concentrada a altas
temperaturas y después se enfría formando así una solución
sobresaturada, que es aquella que de momento tiene más soluto
disuelto que el admisible por la disolución a esa temperatura.

9. Curva de Solubilidad
Puede ser
ascendente o
descendente
Representa la
influencia de la
temperatura en la
solubilidad de un
soluto.
Ejemplo

10. Imposible
Imposible
espontáneamente
La cristalización es…
Probable pero
inevitable
espontáneamente

11. Balance de materia
y energía

12. Balance de materia y energía
Ley de la
conservación de la
masa…
«La materia no se
crea ni se destruye»
Un balance de materia es la
contabilización de material.
Forma de analizar – claridad
Especificación del sistema para
el cual se hará el balance.
Proceso Serie de acciones,
operaciones o tratamientos que
produce un resultado (producto).

13. Porción arbitraria o la
totalidad de un
proceso establecida
específicamente.
Sistema
abierto
Sistema
cerrado
Se transfiere
material por la
frontera del
sistema , es decir
entra y sale o
ambas.
No tiene lugar
una transferencia
semejante
durante un
intervalo de
tiempo de interés.
SISTEMA

14. Cristalización
(Sistema)
entra agua
entra aire
sale agua
sale aire
Diagrama de flujo
Entrada de
masa/moles por
las fronteras del
sistema
=
Salida de
masa/moles
por las
fronteras del
sistema
«Lo que entra debe de salir»
Proceso para un balance de masa sencillo.

15. 1. Leer el problema y aclare lo que se desea lograr.
2. Hacer un diagrama de flujo.
3. Colocar un símbolo para cada variable.
4. Indicar valores conocidos.
5. Escoger una base de cálculo.
6. Hacer una lista de símbolos.
7. Escribir las ecuaciones independientes.
8. Cuenta el número, determinar si el número de variables cuyos valores
desconocen es igual al número de ecuaciones independientes.
9. Resolver las ecuaciones.
10.Verificar las respuestas.
Estrategia para analizar los problemas de balances de
materia

16. Balance de
materia
• En la mayoría de los procesos lo
solución y cristales están en
contacto todo el tiempo.
• El licor madre está saturado a la
temperatura final del proceso y
concentración final del soluto.
• Los cálculos son similares
para enfriamiento y para
evaporación.

17. • Al disolverse un compuesto
cuya solubilidad aumenta al
elevarse la temperatura, se
absorbe calor (calor de
disolución).
• Si la solubilidad disminuye al
aumentar la temperatura
acompañada de un
desprendimiento.
• Si el calor de dilución saturada
hasta la infinita es pequeña, se
usa como calor de cristalización.
• En el equivalente de
concentración es igual al
negativo del calor de disolución
a la misma concentración que la
solución.
Balance de
energía
Método de solución. Uso de gráficas
de entalpía concentración de
soluciones con las diversas fases
sólidas del sistema.

18. Ejemplo1.1 Balance de masa total
Cristalizador
100 kg 70 kg
Agua= ?
Solución
Base de cálculo: 100 kg
El sistema es el cristalizador (un sistema abierto). No hay acumulación, generación ni
consumo.
El balance de masa total es
Por tanto, salen 30 kg de agua.
𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎
100 𝑘𝑔
=
𝑆𝑎𝑙𝑒
70 𝑘𝑔+𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎

19. Equipos para la
cristalización

20. Clasificación
1. Por enfriamiento 2. Por evaporación
3. Por combinación de ambos
Según el contacto de los cristales y el líquido
sobresaturado
Según el método
1. De líquido circulante
2. De magma circulante
No hay contacto
Hay contacto

21. Variaciones en los cristalizadores
Control de tamaño:
Clasificación y retención Mezcla global Segregación
Agitación:
Tubos de aspiración Placas deflectorasBombas externas
-Mejorar velocidad de crecimiento de cristales
-Prevenir segregación de la disolución
-Mantener los cristales en la zona de cristalización
-Tamaño uniforme y único -Distribución uniforme -Reducir número de
núcleos para asegurar el
buen crecimiento de los
otros

22. Control de la nucleación:
Agitación
Uso de superficies lisas
Alta densidad de solución
Segregación

23. Tipos:
-De tanque:
Alimentación con
solución caliente
Enfriamiento en
contacto con el aire
Drenado de aguas
madres
Recolección manual
de los cristales
días
después
Uso de enfriadores Agitadores lentos

24. -De evaporación:
Circulación por
calentadores
Sobresaturación por
evaporización
Condensación del
vapor
Fluidización y
agitación
Realimentación y recirculación
Clasificación por
sedimentación
obstaculizada
Alimentación
Recolección de cristales
causando

25. -De vacío:
Enfriamiento espontáneo
por evaporación adiabática
Circulación al vacío
Alimentación con
solución caliente
Condensador Bomba de vacío
Recolección de cristales

26. -De tubo de aspiración-deflector (DTB):
Recolección de cristales
Alimentación Circulación al vacío
Enfriamiento espontáneo
por evaporación
adiabática
Agitador de turbina
Sistemas adicionales de
calentadores
ElutriaciónSedimentación con placas
Tubo de aspiración
Recirculación
Calentador/Evaporador
Disolución de pequeñas
partículas
actúa como placa
deflectora
Separación de
las partículas
ligeras de las
pesadas por
medio de una
corriente

27. Recopilando…
• Utilización de la curva de equilibrio para la cristalización.
• Nucleación y crecimiento de cristales.
• Balance de materia y energía en cristalizadores por
enfriamiento y por evaporación.
• Rendimiento de la operación de cristalización.
Fundamento, aplicación e importancia
Equipo utilizado para la cristalización.
Criterio para la selección.