CRISTALIZAÇÃO.

Apresentação em tema: "CRISTALIZAÇÃO."— Transcrição da apresentação:

1 CRISTALIZAÇÃO

2 CRISTALIZAÇÃO 70% dos produtos comercializados para uso nas indústrias de processo e farmacêuticas são sólidos. Aumenta a cada dia as exigências de perfeição estrutural, homogeneidade e controle de defeito de cristais. Grande importância do processo de cristalização como método de purificação (cristais de pureza excepcional e sólidos uniformes facilita os passos de filtração e secagem). É importante como processo industrial, em virtude do número de substâncias que são, ou podem ser, comercializadas na forma de cristais; O seu uso generalizado se deve provavelmente à forma pura e atrativa que uma substância química sólida pode ser obtida, a partir de soluções relativamente impuras

3 OBJETIVOS DA CRISTALIZAÇÃO APLICAÇÕES DA CRISTALIZAÇÃO
Separar uma fase sólida da solução-mãe. (Ultra) purificar um composto. 3. Produzir um sólido com requisitos pré-especificados. APLICAÇÕES DA CRISTALIZAÇÃO Na recuperação de produtos (purificação e polimento) Na cristalografia (estudo e caracterização de substâncias)

4 VANTAGENS DA CRISTALIZAÇÃO
A pureza do produto pode chegar a 99,9%; É um processo considerado ao mesmo tempo de purificação e de polimento; Pode ser efetuada em temperaturas relativamente baixas.  baixo risco de dano ao produto

5 DESVANTAGENS DA CRISTALIZAÇÃO
Normalmente não se consegue purificar mais de um componente em um único estágio; O procedimento de cristalização de uma fase não permite que todo o soluto seja recuperado em um único estágio  assim, é necessário que se utilize um equipamento adicional para remover completamente o soluto ou que se repita o processo.

6 PROCESSO DE CRISTALIZAÇÃO
Surgimento e crescimento de partículas sólidas no meio, provocadas por uma instabilidade na solução. Esta instabilidade pode ser provocada por modificações nas propriedades físicas da solução tais como concentração e temperatura. CRISTAL Estrutura altamente organizada, caracterizada por uma formação tridimensional ordenada em forma de grade espacial;

7 Cristais de penicilina.

8 PROCESSO DE CRISTALIZAÇÃO
Surgimento e crescimento de partículas sólidas no meio, provocadas por uma instabilidade na solução. Esta instabilidade pode ser provocada por modificações nas propriedades físicas da solução tais como concentração e temperatura. CRISTAL Estrutura altamente organizada, caracterizada por uma formação tridimensional ordenada em forma de grade espacial; - esta grade é formada por partículas tais como átomos, íons ou moléculas, que se separam da solução em função de características termodinâmicas no sistema.

9 Especificações de um produto cristalino
PROCESSO DE CRISTALIZAÇÃO Distribuição do tamanho dos cristais Formato dos cristais Inclusões de água-mãe nos cristais Incorporação de impurezas na rede cristalina Grau de aglomeração Rugosidade superficial dos cristais. Especificações de um produto cristalino

10 Distribuição do tamanho dos cristais
PROCESSO DE CRISTALIZAÇÃO Distribuição do tamanho dos cristais É importante para a qualidade do produto e tem influência: no desempenho do processo na separação sólido/líquido na secagem, armazenamento e manuseio Formato dos cristais Correspondem a poliedros O tamanho das faces pode variar consideravelmente Os ângulos das faces são característicos das substâncias São 7 tipos de simetrias: cúbica, tetragonal, orto-rômbica, monoclínica, triclínica, rômbica e hexagonal

11 Distribuição de tamanho dos cristais.

12 Tipos de cristais hexagonais: (a) tabular; (b) prismático; (c) acicular.

13 PROCESSO DE CRISTALIZAÇÃO
Solução  É uma mistura homogênea de duas ou mais substâncias (o processo de cristalização ocorre numa faixa de temperatura). Material Fundido  É um líquido em temperatura próxima (acima) da temperatura de congelamento. (O processo ocorre na temperatura de solidificação.) Cristalização Nucleação e crescimento de uma enorme quantidade de pequenos cristais (100 a 1000 μm)

14 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.

15 COMO OCORRE A CRISTALIZAÇÃO?
Uma solução supersaturada é aquela que contém um teor de soluto acima da concentração de equilíbrio numa determinada Temperatura. A formação de núcleos determina o tamanho dos cristais, sua pureza e suas propriedades físicas Cristalização: Alta solubilidade, partículas de tamanho e forma bem definidos, cristais grandes. Precipitação: Produz sólidos amorfos de forma e tamanhos mal definidos. Tanto a cristalização como a pre-cipitação são um método de se-paração, em que a fase sólida é criada a partir da fase líquida. C: Supersaturação G: Taxa de crescimento cristalino NN: Taxa de nucleação LM: Tamanho médio dos cristais.

16 A + A ⇄ A2 (minúsculos grupos de partículas: Clusters) A2 + A ⇄ A3
COMO OCORRE A CRISTALIZAÇÃO? PRIMÁRIA * Homogênea (líquido isento de partículas, processo espontâneo) * Heterogênea (presença de partículas, induzido por partículas) SECUNDÁRIA *Induzida por cristais do soluto (30 μm) MECANISMOS DA NUCLEAÇÃO Um núcleo pode resultar de uma colisão simultânea de um número requerido de moléculas, embora isto possa ser um evento extremamente raro. A A ⇄ A2 (minúsculos grupos de partículas: Clusters) A2 + A ⇄ A3 An A ⇄ An (cluster crítico) Posteriores adições moleculares ao cluster crítico resultam nucleação e subsequente crescimento do cristal.

17 ESCOLHA DO MÉTODO DE CRISTALIZAÇÃO
 = C/c* menor que 0,01 cristais grandes, nucleação secundária E: A-S:  = C/c* menor que 1 cristais médios, nucleação primária ou secundária P:  = C/c* muito maior que 1 cristais pequenos, nucleação primária Onde  é a supersaturação relativa C = supersaturação c* = concentração de saturação Curvas típicas de solubilidade

18 O processo de cristalização pode ser
DESCONTÍNUO CONTÍNUO

19 T Ciclo de operação: Carga Saturação Cristalização Descarga Limpeza
CRISTALIZAÇÃO DESCONTINUA T Ciclo de operação: Carga Saturação Cristalização Descarga Limpeza Teq 1 2 3 4 5 t

20 Semeadura Qual a massa de sementes? ms = (Ls3 /Lf3 – Ls3) Δm
CRISTALIZAÇÃO DESCONTINUA Semeadura Qual a massa de sementes? ms = (Ls3 /Lf3 – Ls3) Δm Onde ms: massa de sementes; Ls: tamanho da semente; Lf: tamanho esperado dos cristais; Δm: massa a ser cristalizada Tamanho das sementes  Faixa estreita de tamanho (0,5-1% do tamanho dos cristais que se pretende formar). Momento de introdução das sementes  Após o cristalizador ter atingido a supersaturação desejada.

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22 TIPOS DE CRISTALIZADORES INDUSTRIAIS
Cristalizadores não agitados Cristalizadores mecânicos 3. Cristalizadores com classificação 4. Cristalizadores agitados (mais usados) - com classificação de produto - com circulação interna - com circulação externa - Cristais maiores podem ser obtidos no primeiro tipo, decrescendo para os tipos que o seguem.

23 MODELOS DE CRISTALIZADORES
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. As incrustações de sólidos nas superfícies de refrigeração são limitadas. Vantagens: A operação é simples, nenhum equipamento à vácuo é necessário. Desvantagens: Deve-se tomar cuidado no controle da temperatura na região de resfriamento para que a operação se processe com segurança. Cristalização com resfriamento indireto

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25 MODELOS DE CRISTALIZADORES
Características operacionais: A alimentação é feita a uma temperatura mais alta que a mantida no cristalizador. A temperatura de cristali-zação 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. Cristalização evaporativa com resfriamento

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27 MODELOS DE CRISTALIZADORES Cristalização por anti-solvente
Características operacionais: A temperatura do cristalizador é controlada por vácuo e por adição de anti-solvente 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. Cristalização por anti-solvente

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29 Cristalizador evaporativo de circulação forçada por magma.

30 Cristalizador “draft-tube” com circulação de magma.

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