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¿Qué produce la cristalización en solución y donde se encuentran los principales campos de aplicación?
Produce partículas de alta pureza y de un tamaño aproximadamente uniforme. Los principales campos de aplicación se encuentran en las industrias química, farmacéutica y alimentaria.
¿Qué función tiene la sobresaturación como parámetro principal y como se controla el nivel de sobresaturación?
Tiene la función de determinar la tasa de crecimiento y nucleación de cristales y se controla mediante la liberación de sobresaturación que está determinada principalmente por la tasa de crecimiento del cristal y el área de superficie de cristal disponible.
¿Qué métodos se pueden usar para lograr el control de la morfología de los cristales?
Mediante la elección de un sistema de solvente apropiado o agregando un químico a la solución. Puede proporcionar resultados fiables, pero requiere una cantidad excesiva de trabajo y una amplia experiencia para ser utilizado en la prueba de diversos disolventes y aditivos.
Mediante modelado molecular computarizado se puede buscar disolventes y aditivos adecuados sin embargo el modelado molecular no es muy útil ni sencillo para abordar los problemas de selección de solventes, pero puede proporcionar algunas ideas, aunque todavía es bastante difícil y requiere mucho tiempo comprender todo el problema de la interfaz entre el disolvente y el cristal.
¿Cómo se selecciona un cristalizador y qué tipos de cristalizadores industriales existen?
Los criterios para la selección de un cristalizador evaporativo o de enfriamiento dependen de la pendiente de la curva de solubilidad. Si la pendiente de la curva de solubilidad de una sustancia es bastante soluble es preferible la cristalización por evaporación baja, pero para una pendiente de alta solubilidad, como la de las sales hidratadas, la cristalización por enfriamiento es una mejor alternativa.
Los cristalizadores industriales que existen son:
Cristalización por lotes: la cristalización por lotes se usa cuando se requiere una capacidad de producción relativamente baja, por ejemplo, por debajo de 50 t de producto por día. CSD puede ser más estrecho en la cristalización por lotes que en la cristalización continua.
Cristalización continua: operan en condiciones de vacío para reducir la temperatura de evaporación, y la energía térmica es proporcionada por un intercambiador de calor. Es un evaporador que se utiliza como cristalizador.
¿A qué se le denomina solubilidad?
A la cantidad de soluto necesaria para obtener una solución saturada en determinadas condiciones.
¿Dónde se produce principalmente el crecimiento de cristales y cuál es su importancia en la industria?
El crecimiento de cristales se produce principalmente en la zona metaestable y es de gran importancia en la industria debido a la gran cantidad de productos que se venden en el mercado en forma de cristales.
¿De qué depende la pureza e impureza en la cristalización?
Para la purificación por cristalización, cuanto más lenta sea la tasa de crecimiento del cristal, más puro será el cristal.
Mientras más alta sea la pureza de los licores madres, menor cantidad de impurezas entran en el cristal.
La separación de los cristales de los licores madres deberá ser tan completa como sea posible, así mismo el lavado deberá ser efectivo.
La mayor pureza puede obtenerse por un crecimiento cristalino ordenando con una velocidad de desarrollo lenta a expensas de una baja sobresaturación.
Un producto impuro generalmente es causado por trazas de licor madre adheridas a la superficie del cristal en la torta de cristal, para eliminar estas impurezas es necesario un lavado con disolvente o con una solución fría casi sobresaturada de la substancia pura en el disolvente.
¿Por qué es importante la selección del medio filtrante de suspensiones de cristal?
Es importante para obtener una capacidad de filtración suficiente y un volumen de licor madre lo más bajo posible en la torta de cristal. Si el producto contiene muchos cristales diminutos, la filtración se vuelve más difícil debido al aumento de la superficie específica de la torta de cristal.
¿Cuál es la base para el diseño de un proceso de cristalización?
La variación de la solubilidad de acuerdo con la temperatura, el nivel de pH, la presión y la presencia de otros químicos.
¿En qué zonas se divide la zona metaestable?
Nucleación primaria: tiene lugar cuando la solución no contiene cristales. Se puede dividir en nucleación homogénea, en ausencia de otras sustancias, y nucleación heterogénea, en presencia de otras sustancias.
Nucleación secundaria: se define como la generación de núcleos con presencia de cristales. Luego, los núcleos son fragmentos de cristales o cristales semilla agregados, que crecen en condiciones sobresaturadas.
¿De qué depende la formación de polimorfismos, como se forma un poliforme estable y que nombre reciben las transformaciones de un polimorfismo?
La formación de polimorfos depende de las condiciones de crecimiento del cristal, que se ven afectadas principalmente por la temperatura, la presión, el contenido de impurezas y la tasa de crecimiento.
Durante el proceso de cristalización, el polimorfo que se forma primero a menudo se cristaliza en condiciones metaestables. Este polimorfo metaestable a menudo se transforma en una forma polimórfica estable, que se conoce como transición polimórfica. Algunos materiales pueden cambiar a una forma polimórfica en forma de polvo seco.
La transformación reversible de un polimorfo a otro se llama enantiotropía, mientras que la transformación irreversible se conoce como monotropía.
¿De qué depende la velocidad de secado de cristales?
La velocidad de secado depende del área de la superficie de los cristales húmedos y del aire utilizado en el secado. Esto significa que los cristales pequeños se secan rápidamente en el flujo de aire, como el producido por un secador neumático. En cambio, el secado de un lecho sólido de los cristales tiende a ser menos satisfactorios debido al largo tiempo de secado requerido y debido a la aglomeración causada por el contacto de los cristales húmedos. El secado puede eliminar el agua cristalina, lo que genera problemas de calidad en el producto.
¿Qué proporciona un diagrama de fases?
Proporciona datos útiles para diseñar el proceso de cristalización de un sistema multicomponente.
¿Por qué es importante el tamaño y la distribución de partícula de los cristales y como se calcula el diámetro de un cristal?
Es importante para la deshidratación y secado, cuanto menor sea el tamaño de los cristales, más difícil será la deshidratación y el secado. El diámetro de un cristal se calcula mediante un balance de masa.
¿Con que técnicas se controla la distribución del tamaño y la forma del cristal y en que consiste cada una?
Siembra: se usa comúnmente como técnica de control, especialmente en procesos de cristalización por lotes. La tasa de nucleación depende del área de superficie total de los cristales.
Precipitación: es una operación conocida por producir pequeños cristales que son difíciles de filtrar y secar. La precipitación discontinua se lleva a cabo habitualmente en forma de un proceso semicontinuo, es decir, se añaden continuamente al reactor uno o dos reactivos.
Procesos continuos: se utilizan para la separación de grandes cantidades de fertilizantes, sales y azúcares.
Simulación de cristalizadores: es necesario tener un programa de simulación por computadora. La parte más simple de dicho cálculo es elaborar los balances de energía y masa del sistema. El método consiste en resolver la ecuación de balance de población y tener en cuenta la expresión empírica de la tasa de nucleación que se modifica de tal manera que la expresión incluye la velocidad de la punta del impulsor elevada a una potencia experimental. Además, el valor experimental, pertinente a cada sustancia química, se requiere para el poder de la tasa de crecimiento de cristales en la tasa de nucleación.
Dinámica de fluidos computacional (CFD) en la investigación de cristalización: muchos fenómenos de cristalización están relacionados con la dinámica de fluidos del cristalizador y pueden estudiarse con el uso de CFD. La velocidad de nucleación se consideró directamente proporcional a la energía de la partícula en movimiento, cuyo movimiento se puede obtener a partir de CFD. El estudio de nucleación con CFD aún se encuentra en una etapa inicial. Otro objetivo en el estudio de la aplicación de CFD en cristalización es simular la distribución del tamaño de partícula en cristalización. Con este método, es posible estudiar el efecto de la geometría del cristalizador, la intensidad de la mezcla y la ubicación de la eliminación del producto en un proceso de cristalización continuo. La distribución del tamaño de partícula en el producto se puede obtener utilizando modelos cinéticos que se pueden obtener a partir de experimentos o utilizando tecnología de simulación.
¿Cómo se define la sobresaturación y cuáles son las formas en las que puede producirse la sobresaturación?
Se define como la diferencia entre el real y el equilibrio, y es expresado de la siguiente manera:
DELTAC=c-c*
Las formas en las que puede producirse la sobresaturación son:
Por evaporación del solvente.
De un cambio en la temperatura de la solución.
Por una reacción química.
Mediante la adición de un anti disolvente que disminuya la solubilidad del soluto.
Con el uso de alta presión hasta 8000 bares.
¿Cuáles son los principales parámetros cinéticos que determinan la distribución del tamaño de los cristales?
La aglomeración, el desgaste, las tasas de nucleación y crecimiento determinan la distribución del tamaño. Estos parámetros, que se requieren en el diseño y la simulación de cristalizadores, se pueden determinar sobre la base de las ecuaciones de balance de población.
¿Cuáles son los procesos continuos y en qué consisten?
Operación avanzada de licor claro: es aquella en la que el líquido de desbordamiento se elimina continuamente del tanque. Este método es una forma sencilla de controlar la CSD (distribución de tamaño de cristal).
Destrucción de finos con reciclaje de solutos: El número de cristales en el cristalizador disminuye como resultado de la eliminación de las partículas de pequeño tamaño. Esta operación es muy útil para aumentar el tamaño de los cristales en un sistema que tiene una alta tasa de nucleación.
Eliminación de productos clasificados: se utilizan principalmente para separar el sólido de la solución. Evita que los pequeños cristales entren en la siguiente etapa de separación.
Eliminación de productos clasificados con destrucción de multas: Cuando este método se complementa con la eliminación de productos clasificados, se controla el tamaño de los cristales en el producto y se evita un aumento no deseado en la cantidad de pequeños cristales. Con este método es posible obtener cristales de tamaño uniforme y grande.
Intensidad de la mezcla en la cristalización en suspensión continua: La cristalización industrial se realiza normalmente en un tanque de mezcla. Muchos parámetros se ven afectados por las condiciones de mezcla durante la cristalización. En primer lugar, la mezcla afecta a la distribución de temperatura o concentración en el tanque de mezcla de tal manera que la fuerza impulsora de la cristalización está relacionada con el grado de mezcla en el tanque. La velocidad de nucleación secundaria se ve fuertemente afectada por la intensidad de la mezcla debido a las colisiones de los cristales con el impulsor, entre los cristales y de los cristales contra la pared.