Cristalização

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Cristalização: Aspectos físicos e químicos, aplicações, mecanismo.

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Cristalização

  1. 1. CRISTALIZAÇÃOAcadêmicos: Angélica BenedettiBruna Favassa ChiotThalyta BassoKarina BabinskiDocente: Marcos Flávio Pinto MoreiraDisciplina: Operações Unitárias II
  2. 2. Cristalização Operação unitária antiga de separação desólido-líquido; Baseada na variação da solubilidade desólidos em líquidos com a temperatura oucom a quantidade de solvente; Transferência de Massa e de Calor.
  3. 3. Força Motriz: Supersaturação Gradiente de temperatura; Remoção do solvente; Adição anti-solvente; Reação química.
  4. 4. Nucleação É a formação de núcleos cristalinos a partirde uma solução supersaturada; Ocorre de forma ocasional pela associaçãoaleatória do soluto.
  5. 5. NucleaçãoMecanismos de Nucleação
  6. 6. Agitação Cristais menores e mais uniformes; Tempo menor de operação e maior pureza.Acetato de Sódio
  7. 7. Semeadura
  8. 8. Crescimento dos Cristais Depende das condições de fluxo do fluido, anatureza das superfícies dos cristais, a presença ouausência de impurezas na solução; Produto final: sólidos de estrutura integrada deunidades regulares que se repetem para constituiruma rede tridimensional.Nitrato de PotássioSulfato de Amônio
  9. 9. Poliformismo Cristais que possuem diferentes estruturascristalinas.Formas Polifórmicas do Ritonavir
  10. 10. Poliformismo Agente antineoplásico. Agente antiretroviral.AZT- azidotimidinaExemplo: AZT (Zidovudina)
  11. 11. Tipos de Cristalização
  12. 12. Cristalização por Arrefecimento É a forma mais eficaz para produzir asupersaturação, nos casos em que asolubilidade aumenta muito com atemperatura; Os cristalizadores de arrefecimento podemser contínuos ou descontínuos.
  13. 13. Cristalização por Arrefecimento Indicados para processamentode pequeno porte; Vantagens:◦ Baixo custo de instalação;◦ Operação simples. Desvantagens:◦ Solubilidade mínima nassuperfícies das serpentinas;◦ São dispendiosos em relação amão-de-obra;◦ Levam a produto muitoirregular.• Cristalizador Descontínuo
  14. 14. Cristalizador por Arrefecimento Cristalizador Contínuo Swenson-Walker Projetado em 1920; Grande calha semicilíndrica; Superfície raspada; Agitador helicoidal; Líquido mãe retorna ao processo eos cristais úmidos sãocentrifugados. Cristalizador Swenson-Walker
  15. 15. Cristalização por Evaporação Operação responsável por concentrar a soluçãoatravés da vaporização do solvente por ebulição; A evaporação juntamente com a cristalização éuma operação na qual ocorrem diversos processosde transferência de calor e massa.
  16. 16. Cristalização por Evaporação Na indústria, o equipamento de evaporação éconstruído para operar continuamente, com umagrande superfície de troca térmica, ebulição muitoviolenta, levando a uma rápida evolução de líquidopara vapor; É comum encontrar os seguintes problemas:espumejamento, formação deincrustações, sensibilidade ao calor, corrosão elimitações no espaço.
  17. 17. Cristalização por Evaporação Incrustações◦ Partículas sólidas provenientes da evaporaçãoda solução são depositadas na parede doequipamento.◦ “Solubilidade invertida” : quando a solubilidadedecresce com o aumento da temperatura.
  18. 18. Cristalização por Evaporação Somente cristaisgrandes podemsedimentar; Os cristais menoresretornam aoevaporador; Classificação.• Evaporador Cristalizador
  19. 19. Cristalização por Evaporação Cristalizador Oslo Efetua o controle dadistribuição granulométricados cristais (DGC), necessáriopara que o produto final sejade qualidade, sendo essauma das grandespreocupações dos projetistasdos cristalizadores. O aquecedor externo tambémpode ser usado comoresfriador.
  20. 20. Cristalização por EvaporaçãoCristalizador KrystalCristalizador-evaporador decirculação forçada, três andares
  21. 21. Cristalização por Evaporação A evaporação é obtidapelo “flash” da soluçãoquente num vaso apressão baixa. Pode ser operadacontinuamente oudescontinuamente.• Cristalizador a Vácuo
  22. 22. Cristalização por Evaporação• Cristalizador a Vácuo
  23. 23. Cristalização Drowning-Out Também conhecido por salting-out; A cristalização se dá pela adição de um não-solvente, composto que reduz a solubilidade dosoluto; Vantagem: reduz o consumo de energia.
  24. 24. Cristalização Fracionada Processo de separação de misturas; Os solutos são sólidos e estão dissolvidos numsolvente; Ocorre a evaporação do solvente, provocando acristalização das substâncias separadamente.
  25. 25. Cristalização Fracionada Este processo é utilizado nas salinas, porexemplo, para obtenção de sais da água domar, onde a água evapora e os diferentes tipos desais cristalizam-se separadamente.
  26. 26. Equipamentos de Cristalização• MSMPR - Mixed Suspension Mixed ProductRemoval Crystallizers• Este tipo de equipamento, método de magma circulante, é umdos mais utilizados atualmente. Em equipamentos deste tipo, háuniformidade da suspenção de produtos sólidos.COMPLETAR
  27. 27. Equipamentos de Cristalização Tanque Funcionamento consiste em bombear a soluçãoquente de alimentação para um tanque nãoagitado; O arrefecimento ocorre normalmente porconvecção natural e radiação, ou pelo resfriamentoatravés de serpentinas no tanque ou camisa decirculação na parte externa.
  28. 28. Equipamentos de Cristalização Opera com soluçõesconcentradas emateriais desolubilidade normal. Equipamentos simplese barato.• Tanque
  29. 29. Equipamentos de Cristalização Há troca direta de calor entre asuspensão e uma camisa decirculação, ou uma parede dupla,que contém um fluido deresfriamento. A superfície de troca de calor éraspada ou agitada, para nãoacumular depósitos; Indicado para produção empequena escala; É eficaz e barato.• Superfície Raspada
  30. 30. Equipamentos de Cristalização Votador Consiste em um trocador decalor de duplo tubo comagitadores internos contendodispositivos para limpeza daparede dos tubos internos; Pode ser operadocontinuamente ou em bateladacom recirculação.• O líquido refrigerante passaatravés dos tubospermitindo alta velocidadeno lado do casco;
  31. 31. Aspectos Econômicos
  32. 32. Aspectos Econômicos Como os cristalizadores são compostos por uma variedadede configurações, materiais de construção e design, oscustos destes equipamentos podem variar muito de acordocom o tipo de equipamento e a substância que se quercristalizar.
  33. 33. Aspectos Econômicos Por exemplo, para um Cristalizador Batch Atmosférico deaproximadamente 1.500 litros, de aço carbono, o preçoestimado é de US$ 45.800. Já para um cristalizador a vácuocom as mesmas características anteriores, o preço sobe paraUS$ 68.400. Se utilizarmos um Cristalizador BatchAtmosférico com capacidade para 1.500 litros, porém feito deaço inoxidável, o custo estimado é cerca de US$ 80.000.
  34. 34. Aplicações Industriais
  35. 35. Aplicações Industriais Alimentício (sal de cozinha e açúcar); Farmacêutico (ácido bórico); Químico (sulfato de sódio e amônia para produção defertilizantes; compostos para inseticidas; carbonato decálcio para as indústrias de papel, cerâmica e plástico); Mineral (óxido de alumínio retirado da bauxita); Metalúrgico (níquel; alumínio).
  36. 36. NaClCidade Rio Maior-PortugalProvíncia de Algarve- Portugal
  37. 37. Fluxograma do processo de produção de sal de cozinha (marca Cisne).
  38. 38. Processamento de Açúcar
  39. 39. Cristalização de Proteínas Uso na indústria farmacêutica durante o processode desenvolvimento de novos medicamentos.Lisozima Proteína da clara de ovo
  40. 40. Cristais do Citocromo c3 dabactéria Desulfovibrio gigasCristais de proteínasCristais de Lisofosfolipase
  41. 41. Fluxograma da produção de sulfato de níquel, carbonato de níquel e níquel metálico.
  42. 42. Processos de produção do alumínio metálico.
  43. 43. Fluxograma das etapas de preparo de compostos de cério pelas técnicas deprecipitação fracionada e troca iônica.
  44. 44. Curiosidade
  45. 45. 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 deágua.
  46. 46. Referências Bibliográficas Foust, A. S., Wenzel, L. A., Clump, C. W., Maus, L., Andersen, L. B., PRINCÍPIOSDAS OPERAÇÕES UNITÁRIAS, 2ª Ed. Editora LTC, Rio De Janeiro, 1982. McCabe, W., Smith, J., Harriott, P., UNIT OPERATIONS OF CHEMICALENGINEERING, 5th Ed., McGraw-Hill, 1993. Mersmann, A. CRYSTALLIZATION TECHNOLOGY HANDBOOK, Second Edition,LLC, Germany, 2001. Mendonça, R. A. G., CRISTALIZAÇÃO DO CLORATO DE SÓDIO-Dissertaçãopara o grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica na UniversidadeNova de Lisboa. Lisboa, 2008. Ulrich, J. and Jones, M.J. , HEAT AND MASS TRANSFER OPERATIONS-Crystallization. University Martin-Luther; Halley- Wittenberg, Germany, 2006. http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=42&Itemid=159

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