trabalho cristalizacao

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Introdução
Este trabalho tem como objetivo aumentar o conhecimento na matéria de operações unitárias, tendo como tema principal o fenômeno de cristalização, veremos a seguir em quais situações esta reação química é utilizada e em quais ambientes e rotinas podemos presencia-la.
Cristalização
O fenômeno de cristalização já é utilizado no nosso dia a dia a muito tempo, uma das primeiras operações que se tem noticia é a extração do cloreto de sódio da água do mar. Nos dias de hoje a cristalização é usada em muitos setores de inúmeros ramos industriais, que vão desde a fabricação de carbonato de cálcio para as industrias de pasta e papel, cerâmica, compostos para a fabricação de plásticos e inseticidas, além de combustíveis utilizados para gerar energia e ate na produção de alimentos e remédios.
A cristalização é importante como um processo industrial em virtude do número de substâncias que são, ou que podem ser, comercializadas na forma de cristais. O seu uso generalizado se deve provavelmente à forma pura e atrativa de uma substância química sólida que pode ser obtida, a partir de soluções relativamente impuras, numa única etapa de processo. Em termos de exigências energéticas a cristalização requer muito menos energia para a separação que a destilação ou outros métodos de purificação comumente usados. Além disto, pode ser efetuada em temperaturas relativamente baixas, numa escala que varia de alguns gramas a milhares de toneladas por dia.
A cristalização é a separação de um solido a partir de uma mistura liquida, este solido recebe o nome de cristal e sai desta mistura completamente puro, na cristalização criam-se as condições termodinâmicas que levam as moléculas a se aproximarem e a se agruparem em estruturas altamente organizadas, desta maneira se solidificam e formam os cristais.Uma fase líquida deve ser supersaturada para que os cristais sejam formados ou os cristais que já existem crescerem
Em algumas situações uma terceira substância é adicionada, conhecida como um agente de deslocamento. O agente reduz a solubilidade da substância dissolvida e assim conduz a supersaturação. Neste modo, as solubilidades de muitas soluções aquosas de sais inorgânicos podem ser reduzidas somando solventes orgânicos como acetonae metanol.
 
Para saber qual tipo de cristalização usar tem q se analisar o produto e às suas soluções. Saber qual a natureza da substância a ser cristalizada, se ela forma um cristal saber se o cristal é hidratado ou anidro se é soluvel em água ou em outros solventes, e como ela se modifica com a temperatura. Quais as relações de solubilidade que existem entre o cristal e as impurezas possíveis na solução. Como o hábito ou a forma do cristal e como as suas velocidades de crescimento e de nucleação se modificam com o teor de impurezas presentes, entre outras analises a serem feitas.
Tipos de cristalizacao
Cristalização de Resfriamento
O processo de cristalização de resfriamento pode ser usado quando a solubilidade da substância a ser cristalizada decresce grandemente com temperatura. Exemplos típicos disto são as soluções aquosas de potássio, sódio e nitrato de amônio como também sulfato de cobre. A solução subsaturada é alimentada no cristalizador e/ou é esfriada por uma jaqueta externa ou um refrigerador dentro do cristalizador. A operação contínua deste aparato aponta a obter uma supersaturação ótima, rendendo a altas taxas de crescimento enquanto possível, mantendo a taxa de nucleação bastante baixa para a formação de um produto de cristal grosso. Em plantas de produção pequena, são operados normalmente cristalizadores em modo de grupo. Um método operacional simples consiste em resfriar a solução a uma taxa de resfriamento constante. Porém, isto não está ótimo desde que o começo de não esfriar nenhuma superfície de semente ou, depois de semeando, somente uma pequena superfície de semente é avaliada, criando supersaturações muito altas seguindo por extensa nucleação. Ao término do processo de resfriamento, o produto cristalino pode ter uma superfície grande, mas ainda cresce muito lentamente devido a baixas supersaturações. Então, é benéfico fixar a taxa de resfriamento de forma que a supersaturação permanece quase constante durante o período de resfriamento. Quando os conteúdos dos cristalizadores estão bem misturados e o calor está uniformemente retirado com respeito ao espaço, aproximadamente o mesmo, ótima supersaturação e distribuição de tamanho cristalina existe ao longo do cristalizador.
1.2.2 Cristalização de Evaporação
Cristalização de Evaporação é útil quando a solubilidade só aumenta ligeiramente, permanece quase constante, ou até mesmo com as diminuições com temperatura. Sistemas típicos são soluções aquosas de cloreto de sódio, sulfato de amônio e sulfato de potássio como também soluções de metanol. A solução de subsaturada é alimentada no cristalizador e é aquecida ao ponto de ebulição da solução de forma que o solvente evapora. Como o ponto de ebulição da solução é uma função da pressão, fervendo libera-se à superfície do líquido, o qual pode conduzir a alta supersaturação. Em cristalizadores contínuos, a supersaturação que surge no meio depende da taxa de evaporação. Em cristalizadores de grupo, o mesmo se aplica como em cristalização de resfriamento. A uma taxa constante de evaporação, a supersaturação no começo da operação é desfavoravelmente alta e para o fim é economicamente baixa. Neste caso é também benéfico para a taxa de evaporação em relação ao tempo que supersaturação torna-se constante e temos um valor de distribuição granulométrica ótimo.
1.2.3 Cristalização a vácuo
Em cristalização a vácuo, é evaporada a solução e é esfriada simultaneamente diminuindo a pressão e a temperatura. O vácuo é criado freqüentemente e é mantido através de compressores de jato de vapor de até seis passos. Como a entalpia de vaporização está retirada da solução, isto a torna subresfriada. Como resultado, é freqüentemente possível dispensar o uso de superfícies de resfriamento que envolvem o risco de incrustação. Não obstante, o vapor que deixa a superfície do líquido ao longo da alta supersaturação, as gotículas são burrificadas nas paredes onde eles reevaporam, conduzindo isto para uma nucleação heterogênea, e finalmente, incrustação. Para contrariar este problema, é recomendável enxaguar as paredes do aparato com solvente ou solução subsaturada. Além disso, o gotículas são levadas junto para uma extensão limitada quando um fator F conhecido de colunas gás-líquidas não é excedido por:
Como algumas soluções requerem uma pressão de só alguns 100 Pa, devem ser projetados o flange do cristalizador adequadamente (com um entalhe e fonte ou um O-anel).
1.2.4 "Drowning-out", Pressão e Cristalização de Reação
Cristalização de "Drowning-out" de sais inorgânicos de soluções aquosas com a ajuda de substâncias orgânicas oferece a vantagem possivelmente em cima de outros processos de reduzir consumo de energia, como a entalpia de vaporização de agentes "drowning-out" é consideravelmente menor que a da água. Porém, a cristalização de "drowning-out" compete então contra cristalização de evaporação de múltiplo estágios ou métodos que envolvem termo-compressão ou uma combinação de outros processos que são capazes de economizar energia durante a cristalização. Cristalização de "drowning-out" de sulfato de sódio e aluminato de potássio de soluções aquosas por metanol e aluminato de amônio e cloreto de potássio com a ajuda do etanol já foi examinado cientificamente.
1.2.5 Cristalização Fracionada
Quando dois ou mais solutos estão dissolvidos num solvente, é muitas vezes possível (1) separá-los nos componentes puros ou (2) separar um e deixar o outro em solução. O êxito ou o fracasso da operação depende da solubilidade e das relações de fases do sistema particular. Normalmente o processo (2) só tem êxito quando um dos componentes apresenta uma modificação muito mais intensa na solubilidade com a temperatura que outro. Um exemplo típico, praticado em grande escala, éo do KCl e do NaCl em solução aquosa. Na figura 2 aparece o diagrama de fase deste sistema. Neste caso, a solubilidade do KCl está plotada no eixo dos X. As isotermas mostram acentuada diminuição da solubilidade de cada componente quando o teor do outro aumenta. O comportamento é típico na maior parte dos sais inorgânicos. Conforme se explicou antes, a curva dos sais misturados é CE, e para fazer a separação dos solutos nos componentes puros é preciso estar de um, ou do outro lado desta curva. Normalmente é possível uma aproximação entre 95 e 98% desta curva. Quando a evaporação ocorre durante um resfriamento ou processos de concentração, o processo pode ser representado por um deslocamento sobre a reta sobre a reta que passa pela origem, no sentido do afastamento em relação a esta origem. A diluição pela água é representada por um movimento em direção oposta.
Uma separação típica pode ser representada da seguinte forma: começando-se com E, com uma salmoura saturada a 100 ºC, adiciona-se uma pequena quantidade de água para dissolver quaisquer traços de sólidos presentes e assegurar-se que o sólido precipitado em primeiro lugar é o KCl. O resfriamento evaporativo ao longo da curva HG resulta na precipitação do KCl. Durante este resfriamento evaporativo, parte da água evaporada deve ser retornada à solução para impedir a co-precipitação do NaCl. A composição final em G pode ser calculada entre as razões entre NaCl, KCl e água e a quantidade conhecida de NaCl na solução inicial. A solução no ponto Gpode ser concentrada por evaporação a 100 ºC. Durante este processo, a solução ficará mais concentrada relativamente aos dois componentes até atingir o ponto I. Então o NaCl precipitará e a solução ficará mais concentrada em KCl, conforme está indicado na reta IE, até que o ponto inicial E é atingido. Quando a concentração for além do ponto E, haverá precipitação de uma mistura de KCl e NaCl.
Apesar de os números que aparecem acima serem de um processo escalonado que começa com 1000 lb de água, é óbvio que as mesmas técnicas aplicar-se-ão a um sistema contínuo em que se introduz, numa etapa apropriada do ciclo, e de forma contínua, uma solução contendo KCl e NaCl; por exemplo, entre os pontos G e I, no caso de a alimentação ser diluída.
Outro método de cristalização fracionada, que às vezes é usado, aproveita as diferentes velocidades de cristalização . Assim, uma solução saturada com bórax e cloreto de potássio, na ausência de sementes de cristalização do bórax, precipitará apenas o cloreto de potássio, num resfriamento rápido. O bórax permanece na solução supersaturada, e os cristais de cloreto de potássio podem ser removidos antes que principie a cristalização lenta do bórax.
Conclusão
 Podemos concluir após a realização deste trabalho que finalidade da cristalização é obter a separação de uma mistura líquida para obter cristais de um dos seus componentes da mistura, com alto nível de pureza.Em nosso cotidiano utilizamos dois produtos vindos do processo da cristalização, o sal e o açúcar.
Referencias bibliográficas
http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=42&Itemid=159
http://fisicoquimicaovar.blogspot.com.br/p/equipamento-e-tipos-de-cristalizacao.html
https://pt.wikipedia.org/wiki/Estrutura cristalina