Capitolul V

Teodor Ioan Trac

Operaii unitare n industria alimentar

CRISTALIZAREA

CRISTALIZAREA

1. Definiri. Randamentul cristalizrii.

Operaia de cristalizare const n separarea unui sistem omogen lichid sub form de cristale unul sau mai muli componeni. Prin cristalizare se pot separa, purifica i condiiona substane chimice. De exemplu, n industria alimentar, operaia de cristalizare se utilizeaz pentru separarea n faz solid a zaharozei sau acidului citric din soluii apoase.

n urma operaiei de cristalizare se poate obine o cantitate maxim de cristale, egal cu diferena dintre dizolvatul aflat iniial n lichid i cel rmas n soluia saturat final.

Randamentul cristalizrii [%] reprezint raportul dintre cantitatea de cristale rezultat (C) i cantitatea maxim de cristale (Cmax) care s-ar forma n aceleai condiii dac concentraia soluiei finale ar fi egal cu concentraia de saturare la temperatura final:

(1)

Cristalizarea se produce dac este soluia se afle la suprasaturaie, adic concentraia ei s fie mai mare dect solubilitatea.

Gradul de suprasaturare reprezint raportul dintre concentraia real a dizolvatului din soluie i concentraia de saturare.

2. Mecanismul cristalizrii

Condiia ca o soluie s fie suprasaturat n vederea cristalizrii, este necesar, dar nu ntotdeauna i suficient. Unele soluii suprasaturate pot rmne un timp ndelungat n aceast stare fr s cristalizeze. nceperea cristalizrii, numrul de cristale iniiale i formarea de noi cristale depind de prezena i formarea unor centre de cristalizare (nuclee, germeni). Acestea pot apare prin introducere de cristale, formare spontan de centre cnd soluia depete un anumit grad de suprasaturaie, fragmentare a cristalelor existente n urma unor aciune mecanice de lovire sau agitare, aciune indus cristalelor existente, suprasaturri locale.

Formarea centrelor de cristalizare reprezint fenomenul de nucleaie i poate fi:

- primar omogen (spontan) sau eterogen (indus de germeni externi impuriti solide, microcristale ale solvatului);

- secundar real (generarea centrelor la interfaa cristal soluie) sau de contact (generarea centrelor prin ciocniri ntre cristale).

La creterea cristalelor intervin concomitent dou fenomene:

- transferul de substan, prin difuziune i convecie, sub aciunea unei fore motoare, din soluie ctre faa cristalului.

- depunerea pe cristal.

Creterea unui cristal se produce astfel nct unghiurile dintre feele cristalului s rmn constante. n timpul creterii, cristalul nu rmne ntotdeauna geometric asemenea cu forma lui iniial; unele fee dispar i raportul dintre ariile feelor se modific. Feele care au vitez mare de cretere i sunt vecine cu fee care au viteze mici de cretere, se micoreaz i apoi dispar. n figura 1 se prezint o seciune printr-un cristal la diferite momente ale creterii. Feele A au cretere lent, iar feele B au cretere rapid. Se observ c pe msur ce cristalul crete, feele B cu vitez mare de cretere se micoreaz i dup o anumit perioad dispar.

Figura 1 Creterea cristalelor

ntr-o cristalizare industrial, formarea centrelor de cristalizare i creterea cristalelor se produce simultan. Pe tot parcursul cristalizrii, apar noi centre de cristalizare care devin cristale. n figura 2 se prezint diagrama vitezei de cretere a cristalelor (curba a cretere liniar) i a vitezei de formare a centrelor de cristalizare (curba b numrul de noi centre de cristalizare formate n unitatea de timp pentru fiecare cristal existent iniial) funcie de gradul de suprasaturaie al soluiei. Din diagram se constat:

- la suprasaturaii mici, este predominant creterea cristalelor, chiar dac cu vitez mic;

- la suprasaturaii mari, i mai ales dup punctul A unde ncepe creterea rapid a pantei curbei b, devine predominant formarea centrelor de cristalizare;

- formarea cristalelor mari este condiionat de un grad mic de suprasaturare, evitndu-se formarea unui numr mare de cristale;

- o vitez mare de formare a cristalelor mari, deci o bun productivitate a cristalizatorului, se obine la un grad de suprasaturare corespunztor punctului A de pe curba b, nainte ca panta curbei s creasc repede.

Figura 2 Diagrama vitezei de cretere a cristalelor i a formrii centrelor de cristalizare n funcie de gradul de suprasaturare al soluiei

Cristalele mari conin cantiti mici de soluie aderent, de aceea sunt mai pure i pot fi splate mai uor (apa de splare trece mai uor prin stratul de cristale). Astfel de cristale se obin din soluii puin suprasaturate, fr agitare.

Cristalele mai mici se obin mai uor i se dizolv mai repede. Aceste cristale se obin din soluii cu grad mare de saturare.

Cristalele independente au tendina de aglomerare, datorit existenei sau apariiei ntre cristale a unui film de lichid care dizolv o parte din substana cristalelor i care apoi se evapor i sudeaz cristalele primare, prin noi cristalizri secundare. Aglomerarea se poate evita prin uscarea cristalelor, depozitarea lor ntr-o atmosfer uscat sau n ambalaje corespunztoare, cristalizare n cristale mari i uniforme, adugare de substane insolubile (fosfat de calciu, talc) sau hidrofobe (acid stearic, stearat).

1. n ce const operaia de cristalizare?

2. Ce reprezint randamentul cristalizrii?

3. Descriei fenomenul de cretere a cristalelor!

_1113931651.unknown

_1113931748.unknown