Cristalização-Conceitos Usos e Solubilidade

CRISTALIZAÇÃO Coloque em modo exibição para ouvir a gravação CRISTALIZAÇÃO Introdução A cristalização industrial a partir de soluções de fundidos ou por precipitação é muito empregada como método de separação e purificação bem como para a síntese de produtos particulados pós nas indústrias química farmacêutica de alimentos de hidrometalurgia e outras httpswwwiptbrsolucoes187cristalizacaoindustrialprecipitacaoecaracterizacaodeprodutoscristalinoshtmtextA20cristalizaC3A7C3A3o20industrial20a20partiralimentos2C20de20hidrometalurgia20e20outras CRISTALIZAÇÃO Usos Separação de componentes de uma mistura Produtos de fermentação antibióticos enzimas Orgânicos Pxyleno Caprolactama Parafina Hidrometalurgia Cu Co Mn Tratamento Efluentes metais fósforo Reuso de água NaCl CaCO3 httpsedisciplinasuspbrpluginfilephp7445164modresourcecontent5pqi203402200520cristalizacao2020termo20metodos20balancos20202022pdf CRISTALIZAÇÃO Usos Síntese de produto particulado 70 de todos os produtos da indústria química são sólidos Sais e derivados NaOH Alimentos adoçantes sucos Química fina pigmentos Fármacos antibióticos enzimas insulina httpsedisciplinasuspbrpluginfilephp7445164modresourcecontent5pqi203402200520cristalizacao2020termo20metodos20balancos20202022pdf CRISTALIZAÇÃO Solubilidade e Saturação Quando um sólido começa a se dissolver em um solvente a concentração do soluto em solução aumenta Este processo é conhecido como dissolução o seu processo inverso é denominado cristalização Dependendo da quantidade de soluto em relação à quantidade de solvente coeficiente de solubilidade as soluções podem ser Saturadas insaturadas e supersaturadas CRISTALIZAÇÃO Insaturada Uma solução é denominada insaturada quando a quantidade de soluto dissolvido na solução é menor que o limite de solubilidade Ela pode dissolver quantidades de soluto colocada a mais Exemplo Solução aquosa de cloreto de sódio a 090 solução fisiológica CRISTALIZAÇÃO Solução saturada são aquelas que atingiram o coeficiente de solubilidade Está no limite da saturação Contém a máxima quantidade de soluto dissolvido está em equilíbrio com o soluto não dissolvido em determinada temperatura Exemplo 357g de cloreto de sódio dissolvidos em 1L de água a 0C CRISTALIZAÇÃO Solução supersaturada São soluções instáveis contendo uma quantidade de soluto superior à necessária para a saturação Exemplo 358g de cloreto de sódio dissolvidos em 1L de água a 0C CRISTALIZAÇÃO Temperatura Como a solubilidade é função da temperatura de maneira geral à saturação correspondem diferentes concentrações a depender da temperatura em que a solução se encontra É muito comum encontrar gráficos que relacionem essas grandezas Exemplo bebidas carbonadas ficam insípidas ao serem aquecidas Isto acontece pois os gases se tornam menos solúveis à medida que a temperatura aumenta CRISTALIZAÇÃO Quando temos um ponto situado na própria reta ou parábola sabemos que temos uma solução saturada caso o ponto esteja posicionado abaixo há uma solução insaturada se o ponto estiver acima da reta ou parábola teremos uma solução supersaturada Solução saturada Solução Insaturada Solução Supersaturada CRISTALIZAÇÃO TÉCNICAS DE CRISTALIZAÇÃO Há várias técnicas de cristalização identificadas de acordo com o método pelo qual a supersaturação é alcançada por resfriamento evaporação vácuo adição de antissolvente drowning out salting out ou reação química Em geral a técnica usada é a que fornece um rendimento maior com um consumo menor de energia CRISTALIZAÇÃO Quando a solubilidade do material diminui muito com a diminuição da temperatura substância A o resfriamento é a maneira mais utilizada para alcançar a supersaturação A evaporação é a segunda maneira mais utilizada e é indicada quando a solubilidade não é tão dependente da temperatura como para a substância B CRISTALIZAÇÃO Uma terceira técnica utiliza o fato de que se um sistema é posto sob vácuo a uma dada temperatura o solvente evapora e a solução resfria Essa técnica é chamada de resfriamento adiabático e é recomendada para solutos com solubilidade não tão dependente da temperatura e que são termossensíveis a adição de calor para evaporação do solvente poderia levar a uma degradação da substância de interesse CRISTALIZAÇÃO A adição de um antissolvente à solução resulta em uma grande mudança da solubilidade do soluto em solução sendo uma quarta técnica utilizada para gerar a supersaturação drowning out A técnica de cristalização antissolvente consiste na utilização de um solvente em que o soluto seja solúvel e um antissolvente em que o soluto seja insolúvel A principal característica do método é que solvente e antisolvente devem ser miscíveis Ao adicionar o antissolvente em uma solução com o soluto dissolvido muda a solubilidade e ocorre a precipitação do soluto O efeito do antissolvente basicamente é a diminuição da solubilidade do soluto na solução É uma técnica simples rápida e com possibilidades de permitir modificações para aumentar as quantidades de soluto produzido httpsrepositorioufscbrbitstreamhandle123456789169586336844pdfsequence1isAllowedy CRISTALIZAÇÃO Por fim a precipitação ou também chamada cristalização reativa é uma reação química que leva à criação de um produto de baixa solubilidade a partir de soluções concentradas Como a solubilidade do produto é rapidamente excedida a solução se torna supersaturada e o material cristaliza A escolha do tipo de cristalizador para cristalizar um determinado produto a partir de uma solução depende fundamentalmente da técnica de cristalização a ser empregada e do método de operação batelada ou contínuo CRISTALIZAÇÃO PROCESSO DE CRISTALIZAÇÃO As condições de supersaturação e resfriamento não são suficientes para um sistema começar a cristalizar Antes dos cristais se desenvolverem deve existir na solução um número de corpos sólidos pequenos núcleos ou sementes que atuam como centros de cristalização A nucleação pode ocorrer espontaneamente ou pode precisar ser induzida artificialmente Formas de induzir a nucleação agitação choque mecânico fricção e pressões extremas dentro das soluções httpssistemaseeluspbrdocentesarquivos10176120510cristalizacao2018ppt CRISTALIZAÇÃO Características operacionais A alimentação é feita a uma temperatura mais alta que a mantida no cristalizador e há o resfriamento em tubos para remoção do calor sensível e do calor de cristalização Vantagens A operação é simples nenhum equipamento à vácuo é necessário Desvantagens Devese tomar cuidado no controle da temperatura na região de resfriamento para que a operação se processe com segurança httpssistemaseeluspbrdocentesarquivos10176120510cristalizacao2018ppt CRISTALIZAÇÃO COM RESFRIAMENTO INDIRETO CRISTALIZAÇÃO Características operacionais A alimentação é feita a uma temperatura mais alta que a mantida no cristalizador A temperatura de cristalização e de recuperação de produto são reguladas por controle do vácuo O calor de cristalização e o calor sensível de alimentação são controlados pela evaporação e pela condensação do solvente Vantagens Não há necessidade de aquecimento e o condensado é utilizado para controlar a formação de incrustações httpssistemaseeluspbrdocentesarquivos10176120510cristalizacao2018ppt CRISTALIZAÇÃO EVAPORATIVA COM RESFRIAMENTO CRISTALIZAÇÃO Características operacionais A temperatura do cristalizador é controlada por vácuo e por adição de antisolvente na alimentação Vantagens O sistema de operação é seguro não há muitos problemas de incrustações nas regiões de resfriamento Desvantagens O componente adicional anti solvente deve ser completamente separado do líquido httpssistemaseeluspbrdocentesarquivos10176120510cristalizacao2018ppt CRISTALIZAÇÃO POR ANTISOLVENTE CRISTALIZAÇÃO BMG F S L B F S L BE Q F S L Recuperação BALANÇO DE MASSA PARA CRISTALIZAÇÃO CRISTALIZAÇÃO Exemplo 1 Um processo de evaporaçãocristalização do tipo mostrado abaixo é usado para se obter sulfato de potássio sólido de uma solução aquosa deste sal A alimentação fresca do processo contém 196 em massa de A torta úmida de filtro consiste em cristais de sólido e de uma solução 40 em massa de em uma proporção de 10 kg de cristais kg de solução O filtrado também uma solução 40 em massa é reciclado para se juntar a alimentação fresca Da água que alimentou o evaporador 45 são evaporados O evaporador tem uma capacidade máxima de evaporar 175 kg de aguas Calcule todas as vazões envolvidas no processo httpswwwyoutubecomwatchvqlk2G2xd7Zg 45 de agua de A 100 W 175 kg 45 em A x 100 em A x 38889 kg geral global F w C S F 175 105 S F 175 115 53065 175 115 S 4116 kg Por componente pK2SO4 0186 F 1 C 045 0186 F 105 045 C 105 F 5306 x 416 F 22073 kg C 105 C 104 16 C 4160 kg No Ponto de Mistura F 22073 A H2O 38889 0196 kg SO4 0804 lt H2O R 04 K SO4 06 H2O BM por componente Cluzo 0804 22073 06 R 38889 R 3