Evaporación y cristalización

química aplicada

Evaporación y cristalización

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Diana Lizbeth Hernández Medina

- Transporte de fluidos

Operaciones unitarias de flujo de fluidos

- Filtración

- Fluidización de sólidos

- Licuefacción de gases

Operaciones unitarias de transferencia de calor

Procesos termodinámicos

Operaciones unitarias

- Refrigeración

- Evaporación

- Cristalización

Operaciones unitarias de transferencia de masa

- Secado

- Destilación

- Son la serie de pasos que se efectuan en un proceso y que implican un cambio físico o una transformación química. - Forman los principios fundamentales de la ingeniería química por lo que cada operación unitaria sigue las mismas leyes físicas y puede usarse en todas las industrias químicas relevantes. - Un proceso puede requerir muchas operaciones unitarias para obtener el producto deseado a partir de los materiales de partida o materias primas

- Extracción

- Adsorción de gases

Evaporación

• Evaporación como proceso físico es el paso de un líquido al estado gaseoso, por absorción de energía (calor).

• En este proceso se adquiere suficiente energía para vencer a la tensión superficial.

• La evaporación ocurre en la superficie del líquido y se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápida cuanto más elevada sea esta.

• No es necesario que haya ebullición para que efectué el fenómeno de evaporación

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• Microscópicamente es el promedio de las fuerzas intermoleculares para contraer una superficie

• Las fuerzas externas como la gravedad y la capilaridad deforman las gotas líquidas, por lo que el ángulo de contacto que posea la gota con la superficie dependerá de una combinación de la tensión superficial y las fuerzas externas involucradas.

• Las burbujas o gotas de diferentes líquidos tienden a formar esferas, siendo ésta la forma con la mínima energía por lo que desde el punto de vista de la termodinámica, la tensión superficial es la relación de la energía libre de una superficie respecto a un cambio de área o un exceso de energía libre cerca de la interfaz

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Tensión superficial

• El punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido iguala (o supera por poco) la presión atmosférica (o del medio que rodea al líquido)

• Cuando existe un espacio libre encima de un líquido (aire + presión atmosférica), una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrarse, la cantidad de materia gaseosa se define como la presión de vapor saturante, la cual no depende del volumen, pero varía según la naturaleza del líquido y la temperatura

Ebullición

• Si la cantidad de gas es inferior a la presión de vapor saturante, una parte de las moléculas pasan de la fase líquida a la gaseosa, eso es la evaporación.

Evaporación como operación unitaria

Es el proceso mediante el cual se remueve un líquido de una mezcla con el objetivo de separar componentes o concentrar una solución

• Aquí se suministra energía y se comienza con un producto líquido buscando al final obtener la misma materia prima más concentrada, pero bombeable, esto puede hacerse en una etapa (efecto simple) o en varias etapas (efecto múltiple)

Concentración

Viscosidad

Agua

Azúcar

Sal

Es la relación entre la cantidad de soluto y solvente existente en el producto final del proceso de evaporación.

Es la propiedad física que nos define la fluidez de un material. Cuanto más viscoso, más espeso, pero no más denso.

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Usos

La fuerza impulsora de la operación de evaporación es el gradiente o diferencial de la presión de vapor y los evaporadores no son los únicos equipos industriales que la emplean, también lo hacen algunos otros equipos como:

• Intercambiadores de calor
• Calderas
• Hervidores
• Vaporizadores
• Sistemas de refrigeración

Aplicaciones por industria

Farmaceutica y Medica

Química y ambiental

Alimenticia

• Industria lechera
• Industria de jugos y pures
• Extractos (café, té, malta, levaduras)
• Industria avícola (clara y huevo concentrados)
• Industria azucarera
• Industria vitivinícola

• Industria petroquímica
• Industria de residuos (minimización de residuos haciendo más sencillo y económico su transporte y su posterior eliminación)

• Proteina hidrolizada
• Plasma sanguíneo
• Extractos de hueso
• Síntesis de productos con disolvente orgánico que debe ser eliminado

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Cristalización

• Es el proceso físico por el cual iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red sólida a la que llamamos cristal

• Se presenta a partir de un gas, un líquido o una disolución

• La formación de cristales se basa en la solubilidad de 2 fases que se encuentran homogeneas , la evaporación y la solidificación que finalmente forma los cristales esperados

• Es empleada como método de separación o purificación, ya que el producto final posee alta pureza

cRISTALIZACIÓN COMO OPERACIÓN UNITARIA

• Industrialmente es una operación necesaria para todo compuesto químico que se presenta comercialmente en forma de polvo o o cristales dado que proporciona un método práctico para la obtención de sustancias químicas puras en condiciones adecuadas para su envasado, transporte y almacenamiento.

• Es un método sencillo y barato que requiere de poca energía (se puede realizar a temperaturas relativamente bajas) y posee un buen rendimiento (desde cuantos gramos hasta miles de toneladas diarias)

Etapas

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 que también es muy empleadoTanto industrialmente como en la naturaleza la cristalización consta de 2 etapas:

• Nucleación o formación de cristales
• Crecimiento con las características deseadas

Esto hace que se obtenga un producto final con una pureza del 99% en un solo paso, pero al mismo tiempo impide que se pueda purificar más de un componente o recuperar todo el soluto enuna única etapa

Tipos de cristales

Tamaño de Cristal

Desde el punto de vista Industrial el “hábitat del cristal” se refiere a los tamaños relativos de la cara del cristal.

• Los cristales largos se rompen muy fácilmente durante la centrifugación y secado

• Los cristales en forma hexagonal son difíciles de lavar durante su centrifugación y difíciles de secar

• Los cristales isométricos son más fáciles de manejar

Color

Métodos Industriales de obtención

Existen 4 métodos de obtención industrial de cristales:

• Enfriamiento: En este la disolución saturada se coloca en los tanques de mezcla, se eleva su temperatura y después se enfría hasta adoptar la forma de cristales. Es uno de los procesos más simples y el ejemplo más claro es el del agua con sal.

• Antidisolvente: Es uno de los métodos más utilizado en las industrias, y consiste en agregar un antidisolvente a la disolución saturada para que se formen los cristales, aunque también se puede hacer al revés agregando la disolución al antidisolvente. En esta la solubilidad es mucho menor.

Métodos Industriales de obtención

• Evaporación: Utilizado comúnmente en la fabricación de un producto químico. Consiste en aumentar la temperatura del recipiente en su superficie, para que se sobresature la solución y que así se formen los cristales.

• Precipitación: También se le conoce como el método de los reactivos, y se da cuando se crea una reacción química entre el disolvente y otra sustancia. La finalidad de esto es aumentar la sobresaturación.

Aplicaciones por industria

Farmaceutica y Medica

Química

Alimenticia

• Industria azucarera
• Industria de sal y condimentos

• Industria aceitera (winterización)
• Industria chocolatera (atemperado)

• Refinacion de aceite para separar ceras
• Purificación de productos derivados del petroleo

• Fabricación de aspirina y otros medicamentos

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