cristalização

CRISTALIZAÇÃO

Acadêmicos: Angélica Benedetti Bruna Favassa Chiot

Thalyta Basso Karina Babinski

Docente: Marcos Flávio Pinto Moreira

Disciplina: Operações Unitárias II

Cristalização

Operação unitária antiga de separação de sólido-líquido;

Baseada na variação da solubilidade de sólidos em líquidos com a temperatura ou com a quantidade de solvente;

Transferência de Massa e de Calor.

Força Motriz: Supersaturação

Gradiente de temperatura;

Remoção do solvente;

Adição anti-solvente;

Reação química.

Nucleação É a formação de núcleos cristalinos a

partir de uma solução supersaturada;

Ocorre de forma ocasional pela associação aleatória do soluto.

Nucleação

Mecanismos de Nucleação

Agitação Cristais menores e mais uniformes;Tempo menor de operação e maior pureza.

Acetato de Sódio

Semeadura

Crescimento dos CristaisDepende das condições de fluxo do fluido, a

natureza das superfícies dos cristais, a presença ou ausência de impurezas na solução;

Produto final: sólidos de estrutura integrada de unidades regulares que se repetem para constituir uma rede tridimensional.

Nitrato de PotássioSulfato de Amônio

PoliformismoCristais que possuem diferentes

estruturas cristalinas.

Formas Polifórmicas do Ritonavir

Poliformismo

Agente antineoplásico.

Agente antiretroviral.

AZT- azidotimidina

Exemplo: AZT (Zidovudina)

Tipos de Cristalização

Cristalização por Arrefecimento

É a forma mais eficaz para produzir a supersaturação, nos casos em que a solubilidade aumenta muito com a temperatura;

Os cristalizadores de arrefecimento podem ser contínuos ou descontínuos.

Cristalização por Arrefecimento

Indicados para processamento de pequeno porte;

Vantagens: ◦ Baixo custo de instalação;◦ Operação simples.

Desvantagens: ◦ Solubilidade mínima nas

superfícies das serpentinas;◦ São dispendiosos em relação

a mão-de-obra;◦ Levam a produto muito

irregular.

• Cristalizador Descontínuo

Cristalizador por ArrefecimentoCristalizador

Contínuo

Swenson-Walker

Projetado em 1920;

Grande calha semicilíndrica;

Superfície raspada;

Agitador helicoidal;

Líquido mãe retorna ao processo e os cristais úmidos são centrifugados.

Cristalizador Swenson-Walker

Cristalização por Evaporação

Operação responsável por concentrar a solução através da vaporização do solvente por ebulição;

A evaporação juntamente com a cristalização é uma operação na qual ocorrem diversos processos de transferência de calor e massa.


Na indústria, o equipamento de evaporação é construído para operar continuamente, com uma grande superfície de troca térmica, ebulição muito violenta, levando a uma rápida evolução de líquido para vapor;

É comum encontrar os seguintes problemas: espumejamento, formação de incrustações, sensibilidade ao calor, corrosão e limitações no espaço.


Incrustações

◦ Partículas sólidas provenientes da evaporação da solução são depositadas na parede do equipamento.

◦ “Solubilidade invertida” : quando a solubilidade decresce com o aumento da temperatura.


Somente cristais grandes podem sedimentar;

Os cristais menores retornam ao evaporador;

Classificação.

• Evaporador Cristalizador


Cristalizador Oslo

Efetua o controle da distribuição granulométrica dos cristais (DGC), necessário para que o produto final seja de qualidade, sendo essa uma das grandes preocupações dos projetistas dos cristalizadores.

O aquecedor externo também pode ser usado como resfriador.


Cristalizador KrystalCristalizador-evaporador de

circulação forçada, três andares


A evaporação é obtida pelo “flash” da solução quente num vaso a pressão baixa.

Pode ser operada continuamente ou descontinuamente.

• Cristalizador a Vácuo


• Cristalizador a Vácuo

Cristalização Drowning-Out

Também conhecido por salting-out;

A cristalização se dá pela adição de um não-solvente, composto que reduz a solubilidade do soluto;

Vantagem: reduz o consumo de energia.

Cristalização Fracionada

Processo de separação de misturas;

Os solutos são sólidos e estão dissolvidos num solvente;

Ocorre a evaporação do solvente, provocando a cristalização das substâncias separadamente.

Cristalização FracionadaEste processo é utilizado nas salinas, por

exemplo, para obtenção de sais da água do mar, onde a água evapora e os diferentes tipos de sais cristalizam-se separadamente.

Equipamentos de Cristalização

• MSMPR - Mixed Suspension Mixed Product Removal Crystallizers

• Este tipo de equipamento, método de magma circulante, é um dos mais utilizados atualmente. Em equipamentos deste tipo, há uniformidade da suspenção de produtos sólidos.

COMPLETAR


Tanque

Funcionamento consiste em bombear a solução quente de alimentação para um tanque não agitado;

O arrefecimento ocorre normalmente por convecção natural e radiação, ou pelo resfriamento através de serpentinas no tanque ou camisa de circulação na parte externa.


Opera com soluções concentradas e materiais de solubilidade normal.

Equipamentos simples e barato.

• Tanque


Há troca direta de calor entre a suspensão e uma camisa de circulação, ou uma parede dupla, que contém um fluido de resfriamento.

A superfície de troca de calor é raspada ou agitada, para não acumular depósitos;

Indicado para produção em pequena escala;

É eficaz e barato.

• Superfície Raspada


Votador

Consiste em um trocador de calor de duplo tubo com agitadores internos contendo dispositivos para limpeza da parede dos tubos internos;

Pode ser operado continuamente ou em batelada com recirculação.

• O líquido refrigerante passa através dos tubos permitindo alta velocidade no lado do casco;

Aspectos Econômicos


Como os cristalizadores são compostos por uma variedade de configurações, materiais de construção e design, os custos destes equipamentos podem variar muito de acordo com o tipo de equipamento e a substância que se quer cristalizar.


Por exemplo, para um Cristalizador Batch Atmosférico de aproximadamente 1.500 litros, de aço carbono, o preço estimado é de US$ 45.800. Já para um cristalizador a vácuo com as mesmas características anteriores, o preço sobe para US$ 68.400. Se utilizarmos um Cristalizador Batch Atmosférico com capacidade para 1.500 litros, porém feito de aço inoxidável, o custo estimado é cerca de US$ 80.000.

Aplicações Industriais

Aplicações Industriais Alimentício (sal de cozinha e açúcar);

Farmacêutico (ácido bórico);

Químico (sulfato de sódio e amônia para produção de fertilizantes; compostos para inseticidas; carbonato de cálcio para as indústrias de papel, cerâmica e plástico);

Mineral (óxido de alumínio retirado da bauxita);

Metalúrgico (níquel; alumínio).

NaCl

Cidade Rio Maior-PortugalProvíncia de Algarve- Portugal

Fluxograma do processo de produção de sal de cozinha (marca Cisne).

Processamento de Açúcar

Cristalização de Proteínas

Uso na indústria farmacêutica durante o processo de desenvolvimento de novos medicamentos.

Lisozima Proteína da clara de ovo

Cristais do Citocromo c3 da bactéria Desulfovibrio gigas

Cristais de proteínas

Cristais de Lisofosfolipase

Fluxograma da produção de sulfato de níquel, carbonato de níquel e níquel metálico.

Processos de produção do alumínio metálico.

Fluxograma das etapas de preparo de compostos de cério pelas técnicas de precipitação fracionada e troca iônica.

Curiosidade

Esquema do cristalizador usado para produção de KDP

(1) Tanque de crescimento;

(2) Condução de ar;

(3) Agitador;

(4) Aquecedor;

(5) Controlador termico;

(6) Banho de água;

(7) Plataforma com a semente

(8) Solução de alimentação;

(9) Recipiente selado de água.

Referências Bibliográficas Foust, A. S., Wenzel, L. A., Clump, C. W., Maus, L., Andersen, L. B.,

PRINCÍPIOS DAS OPERAÇÕES UNITÁRIAS, 2ª Ed. Editora LTC, Rio De Janeiro,

1982.

McCabe, W., Smith, J., Harriott, P., UNIT OPERATIONS OF CHEMICAL

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Mersmann, A. CRYSTALLIZATION TECHNOLOGY HANDBOOK, Second

Edition, LLC, Germany, 2001.

Mendonça, R. A. G., CRISTALIZAÇÃO DO CLORATO DE SÓDIO-Dissertação

para o grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica na

Universidade Nova de Lisboa. Lisboa, 2008.

Ulrich, J. and Jones, M.J. , HEAT AND MASS TRANSFER OPERATIONS-

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cristalização

Technology