Operaciones Básicas de Producción de comestibles …

Operaciones Básicas de Producción de comestibles ...

CAPÍTULO 9
PROCESOS contacto en equilibrio – APLICACIONES
(Continuación)

CRISTALIZACIÓN


Solubilidad y Saturación

La solubilidad se define como el peso máximo de soluto anhidro que se disolverá en 100 g de disolvente. En la industria alimentaria, el disolvente es generalmente agua.

La solubilidad es función de la temperatura. Para la mayoría de los materiales alimenticios aumento de la temperatura aumenta la solubilidad del soluto, como se muestra para la sacarosa en Higo. 9.8. Presión tiene muy poco efecto sobre la solubilidad.

Figura 9.8 solubilidad y curvas de saturación para la sacarosa en agua

Ejemplo 9.8. La cristalización del cloruro de sodio
Si la solución de cloruro de sodio, a una temperatura de 40°C, tiene una concentración de 50% cuando la solubilidad del cloruro de sodio a esta temperatura es 36,6 g / 100 g de agua, calcular la cantidad de cristales de cloruro de sodio que formarán una vez se ha iniciado la cristalización.

Peso de la sal en solución = 50 g / 100 g de solución de
= 100 g / 100 g de agua.
concentración de saturación = 36,6 g / 100 g de agua

Peso cristalizado = (100-36,6) g / 100 g de agua
= 63,4 g / 100 g de agua

Cuando una solución se enfría para producir una solución sobresaturada y por lo tanto para provocar la cristalización, el calor que debe ser eliminado es la suma del calor sensible necesario enfriar la solución y el calor de cristalización. Cuando se usa la evaporación para conseguir la sobresaturación, el calor de vaporización también debe tenerse en cuenta. Debido a que algunos calores de cristalización están disponibles, es habitual para tomar el calor de cristalización como igual al calor de la solución para formar una solución saturada. Teóricamente, es igual al calor de la solución más el calor de dilución, pero este último es pequeña y puede ser ignorada. Para la mayoría de los materiales alimenticios, el calor de cristalización es positivo, es decir, el calor se da hacia fuera durante la cristalización. Tenga en cuenta que el calor de cristalización es lo contrario de calor de solución. Si un material tiene en calor, es decir, tiene un calor de solución negativo, entonces el calor de cristalización es positivo. balances de calor se puede calcular para la cristalización.

Ejemplo 9.9. La eliminación de calor de refrigeración cristalización de la lactosa
jarabe de lactosa se concentra a 8 g de lactosa por 10 g de agua y luego se ejecuta en una cuba de cristalización que contiene 2.500 kg de jarabe. En esta cuba, que contiene 2.500 kg de jarabe, que se enfría desde 57°C a 10°C. Lactosa cristaliza con una molécula de agua de cristalización. El calor específico de la solución de lactosa es 3470 J kg -1 °C -1. El calor de solución de lactosa monohidrato es -15,500 kJ mol-1. El peso molecular de monohidrato de lactosa es 360 y la solubilidad de la lactosa en 10°C es de 1,5 g / 10 g de agua. Supongamos que el 1% del agua se evapora y que la pérdida de calor a través de las paredes de la tina es de 4 x 4 10 kJ. Calcular el calor que se elimina en el proceso de enfriamiento.

Pérdida de calor en la solución = calor sensible + calor de cristalización

eliminado en el enfriamiento de calor = 37,7 x 10 4 kJ

donde Dw es el aumento de peso de los cristales en el tiempo dt. UN es el área de superficie de los cristales, do es la concentración de soluto de la solución a granel, doyo es la concentración de soluto en la interfase del cristal / solución, dos es la concentración de la solución saturada, Kre es el coeficiente de transferencia de masa a la interfase y Ks es la constante de velocidad para la reacción de superficie.

Estas ecuaciones no son fáciles de aplicar en la práctica ya que los parámetros de las ecuaciones no pueden ser determinados y por lo que las ecuaciones se combinan por lo general para dar:

y dL /ret es la tasa de crecimiento del lado del cristal y r s es la densidad del cristal.

Se ha demostrado que a bajas temperaturas difusión a través de la solución a la superficie del cristal requiere sólo una pequeña parte de la energía total necesaria para el crecimiento de cristales y, por lo tanto, que la difusión a estas temperaturas tiene relativamente poco efecto sobre la tasa de crecimiento. A temperaturas más altas, las energías de difusión son del mismo orden que las energías de crecimiento, por lo que la difusión se vuelve mucho más importante. Los resultados experimentales han demostrado que para la sacarosa la temperatura límite es de aproximadamente 45°C, por encima del cual la difusión se convierte en el factor de control.

Las impurezas en el retardar el crecimiento de cristal de solución; Si la concentración de impurezas es lo suficientemente alta, los cristales no crecen.

Cuando los primeros cristales se han separado, la solución madre puede tener su temperatura y concentración de cambiar para establecer un nuevo equilibrio y por lo que una nueva cosecha de cristales. El límite de cristalizaciones sucesivas es la acumulación de impurezas en el licor madre que hace que tanto la cristalización y la separación de cristal lento y difícil. Esta es también la razón por la cual se usan múltiples cristalizaciones, con los cristales más puros y mejores procedentes de las primeras etapas.

Calcular el rendimiento de azúcar en cada evaporador y la concentración de sacarosa en el licor madre que sale del evaporador final.

Concentraciones de azúcar (g / 100 g de agua)

Azúcar total – Azúcar cristalizado 2975 kg. Licor de efecto 275 kg

Rendimiento en primer efecto
506 kg h -1 = 506/3250 15,6%
Rendimiento en segundo efecto
1018 kg h -1 = 1018/3250 31,3%
Rendimiento en tercer efecto
912 kg h -1 = 912/3250 28.1%
Rendimiento en cuarto efecto
539 kg h -1 = 539/3250 16,6%
Perdido en licor
275 kg h -1 = 275/3250 8,4%

El rendimiento total 91,6%

Cantidad de sacarosa en la final de jarabe de 275 kg / h -1

Concentración de la final de jarabe de 73,5% de sacarosa

Cristalizadores se pueden dividir en dos tipos: cristalizadores y evaporadores. Un cristalizador puede ser un tanque abierto simple o cuba en la que la solución pierde calor a su entorno. La solución se enfría lentamente, de modo que los cristales grandes se producen generalmente. Para aumentar la velocidad de enfriamiento, se introducen de agitación y refrigeración bobinas o chaquetas y estos cristalizadores se pueden realizar continua. El más simple es un canal horizontal abierto con una rasqueta espiral. La cubeta está con camisa de agua de manera que su temperatura puede ser controlada.

Un cristalizador en el que un considerable control puede ejercerse es el cristalizador Krystal u Oslo. En esto, una solución saturada se pasa en un ciclo continuo a través de un lecho de cristales. se puede obtener Cerrar el control de tamaño de cristal.

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