Cristalizador por Evaporación de Circulación Forzada

El cristalizador de circulación forzada es el más común en la industria. La cristalización se produce por evaporación de parte del disolvente, hasta sobresaturar la disolución. Generalmente trabajan a presión de vacío. Disponen de un equipo de bombeo que evita la ebullición en los tubos del intercambiador de calor o calandria, de modo que la evaporación se produce exclusivamente en el separador, donde el disolvente se evapora por ebullición y parcialmente por expansión (flashing). La capacidad de circulación se utiliza también para controlar la sobresaturación y prevenir la nucleación espontánea.

Este equipo es de uso general, para procesos de cristalización sencillos donde el tamaño del cristal no es una exigencia. El diseño del cristalizador de circulación forzada no permite controlar el tamaño de los cristales, ni tampoco obtener grandes cristales.

1. Una bomba exterior garantiza la perfecta circulación de la solución a evaporar a través de los tubos del intercambiador de calor, de abajo a arriba, aumentando la temperatura de la solución entre 2-6 ºC.
2. La corriente calentada vuelve al cuerpo del cristalizador, donde se mezcla con el resto de la solución provocando su ebullición en la superficie del líquido, lo que se traduce en una sobresaturación que provoca la sedimentación de los cristales en el cuerpo del cristalizador.
3. En la parte inferior hay un sedimentador-clasificador que separa los cristales gruesos que sedimentan de los finos, que se vuelven a bombear al cuerpo del cristalizador para que continúen creciendo.

La alimentación se introduce en la línea de recirculación, por debajo de la salida de los cristales.

Evaporador de Desviador y Tubo de Extracción (DTB)

Este cristalizador produce dos corrientes de descarga, una que contiene los cristales producto, y otra que contiene pequeños cristales o núcleos (finos) que se recircula para eliminar los núcleos indeseados. El cristalizador DTB promueve el crecimiento del cristal y permite controlar el tamaño de los cristales.

Disponen de una hélice y un tubo que generan un lecho fluidizado donde los cristales permanecen en suspensión hasta alcanzar el tamaño adecuado, momento en el que precipitan por gravedad.

Los cristales pequeños o núcleos indeseados escapan del lecho fluidizado y son recirculados gracias a un desviador de faldón, con lo que se disuelven y se reintroducen en el equipo, contribuyendo al crecimiento de los cristales en suspensión.

En estos cristalizadores se dice que el lecho fluidizado se mantiene por medios mecánicos.

Cristalizador Tipo Oslo

Este cristalizador representó a principios del siglo XX el mayor paso en la tecnología de cristalización y diseño de equipos. Toma el nombre de la ciudad donde fue inventado, siendo su principal aplicación la de obtener cristales de NaCl. Se conoce también como cristalizador de lecho fluidizado aunque, a diferencia del anterior, este lecho no está sujeto a medios mecánicos ya que los cristales se mantienen en suspensión gracias a la disolución caliente recirculada. Esta es la principal ventaja del cristalizador tipo Oslo, la capacidad de mantener un lecho fluidizado en el cual los cristales crecen hasta alcanzar el tamaño deseado, siendo el tamaño superior al obtenido con los cristalizadores anteriores. Permite recircular la corriente de finos, eliminando los núcleos y cristales pequeños indeseados, mientras que los cristales en crecimiento se mantienen en suspensión en el lecho fluidizado hasta alcanzar el tamaño requerido.

Cristalizador Wulf Bock

Este equipo está compuesto de un recipiente alargado de mucha superficie y poco fondo, como una balsa, montado sobre arcos metálicos que pueden girar sobre unos rodillos para darle un movimiento oscilante. Las aguas madres entran por un extremo, saturadas previamente por evaporación, y la evaporación superficial y el enfriamiento provocan la cristalización.

El movimiento impide que, en las paredes se depositen cristales, los cuales son arrastrados por las aguas madres y recogidos por un extremo. La circulación se consigue por inclinación de la cuna, y el funcionamiento es continuo.

La principal ventaja del sistema reside en su sencillez y poco costo, y en que las partes en contacto con las aguas madres pueden fácilmente construirse de materiales inatacables o revestirse con ellos, lo que permite tratar disoluciones de gran agresividad química.

Cristalizadores a Vacío: Evaporación y Enfriamiento

Consta de una bomba que permite circular la disolución que se introduce caliente por el fondo del cuerpo del cristalizador mediante un tubo hasta la zona de ebullición.

Al introducir la solución saturada en el interior de un cristalizador al vacío, donde la temperatura de ebullición es inferior a la temperatura de entrada de la alimentación, se produce la evaporación de parte de la disolución.

Este efecto, unido al enfriamiento provocado por la baja temperatura de evaporación debido al vacío, producirá una sobresaturación.

La sobresaturación de la disolución en la superficie de ebullición permite la formación de cristales que caen al fondo del cuerpo del cristalizador, donde se localiza la salida de los sólidos.

Los cristales finos que son arrastrados por la solución se suelen disolver antes de volver a pasar por la bomba, debido a la recirculación de la disolución por el interior del cuerpo del cristalizador a través de un tubo doble.

Este efecto puede afectar al tamaño y distribución de los cristales.

Los cristalizadores más modernos corresponden a las unidades de vacío que utilizan el enfriamiento por evaporación adiabática para generar la sobresaturación.

En su forma original y más sencilla, un cristalizador de este tipo es un recipiente cerrado en el que se mantiene el vacío por medio de un condensador, por lo general con la ayuda de una bomba de vacío tipo eyector de vapor, o acelerador, colocado entre el cristalizador y el condensador.

Cristalización Fraccionada

En la industria, la cristalización fraccionada se emplea para la purificación de sustancias.

Muchos de los compuestos sólidos, inorgánicos y orgánicos, que se utilizan en el laboratorio se purifican mediante la cristalización fraccionada.

Esta cristalización fraccionada se fundamenta en la diferente solubilidad de los sólidos con respecto a la temperatura. Por ejemplo, la solubilidad de NaNO₃ aumenta muy rápido con la temperatura, en tanto que la del NaBr casi no cambia.

Resumen

La cristalización es una operación unitaria de transferencia simultánea de materia y energía que permite la formación de sustancias sólidas cristalinas, cristales, en una solución sobresaturada.

Es por tanto, la solubilidad de la sal a precipitar el factor determinante en el proceso de cristalización, ya que para que se produzca la cristalización es necesario alcanzar un estado de sobresaturación.

La forma de alcanzar esta sobresaturación determina el tipo de cristalización:

• En la cristalización por evaporación la concentración de la sal se produce calentando la solución mediante un fluido caliente, por ejemplo, vapor.
• En la cristalización por enfriamiento se utiliza un fluido de refrigeración para reducir la temperatura y precipitar sales donde la solubilidad aumenta con la temperatura.
• Mientras que en la cristalización por vacío se produce una evaporación debido a la reducción de la presión.