O documento descreve o processo de cristalização, incluindo suas aplicações industriais. A cristalização é uma operação unitária antiga de separação de sólido-líquido baseada na variação da solubilidade com a temperatura ou quantidade de solvente. Descreve os principais tipos de cristalização como arrefecimento, evaporação e drowning-out e seus equipamentos associados. Apresenta exemplos industriais como produção de sal, açúcar, fármacos e metais.

1. CRISTALIZAÇÃO
Acadêmicos: Angélica Benedetti
Bruna Favassa Chiot
Thalyta Basso
Karina Babinski
Docente: Marcos Flávio Pinto Moreira
Disciplina: Operações Unitárias II

2. 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.

3. Força Motriz: Supersaturação
 Gradiente de temperatura;
 Remoção do solvente;
 Adição anti-solvente;
 Reação química.

4. Nucleação
 É a formação de núcleos cristalinos a partir
de uma solução supersaturada;
 Ocorre de forma ocasional pela associação
aleatória do soluto.

5. Nucleação
Mecanismos de Nucleação

6. Agitação
 Cristais menores e mais uniformes;
 Tempo menor de operação e maior pureza.
Acetato de Sódio

7. Semeadura

8. Crescimento dos Cristais
 Depende 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

9. Poliformismo
 Cristais que possuem diferentes estruturas
cristalinas.
Formas Polifórmicas do Ritonavir

10. Poliformismo
 Agente antineoplásico.
 Agente antiretroviral.
AZT- azidotimidina
Exemplo: AZT (Zidovudina)

11. Tipos de Cristalização

12. 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.

13. 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

14. Cristalizador por Arrefecimento
 Cristalizador 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

15. 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.

16. Cristalização por Evaporação
 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.

17. Cristalização por Evaporação
 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.

18. Cristalização por Evaporação
 Somente cristais
grandes podem
sedimentar;
 Os cristais menores
retornam ao
evaporador;
 Classificação.
• Evaporador Cristalizador

19. Cristalização por Evaporação
 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.

20. Cristalização por Evaporação
Cristalizador Krystal
Cristalizador-evaporador de
circulação forçada, três andares

21. Cristalização por Evaporação
 A evaporação é obtida
pelo “flash” da solução
quente num vaso a
pressão baixa.
 Pode ser operada
continuamente ou
descontinuamente.
• Cristalizador a Vácuo

22. Cristalização por Evaporação
• Cristalizador a Vácuo

23. 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.

24. 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.

25. Cristalização Fracionada
 Este 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.

26. 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

28. Equipamentos de Cristalização
 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.

29. Equipamentos de Cristalização
 Opera com soluções
concentradas e
materiais de
solubilidade normal.
 Equipamentos simples
e barato.
• Tanque

30. Equipamentos de Cristalização
 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

31. Equipamentos de Cristalização
 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;

32. Aspectos Econômicos

33. 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.

34. Aspectos Econômicos
 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.

35. Aplicações Industriais

36. 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).

37. NaCl
Cidade Rio Maior-Portugal
Província de Algarve- Portugal

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

39. Processamento de Açúcar

40. Cristalização de Proteínas
 Uso na indústria farmacêutica durante o processo
de desenvolvimento de novos medicamentos.
Lisozima Proteína da clara de ovo

41. Cristais do Citocromo c3 da
bactéria Desulfovibrio gigas
Cristais de proteínas
Cristais de Lisofosfolipase

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

43. Processos de produção do alumínio metálico.

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

45. Curiosidade

46. 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.

47. 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
ENGINEERING, 5th Ed., McGraw-Hill, 1993.
 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-
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