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A cristalização é a transformação de uma substância do estado gasoso, líquido ou sólido amorfo para o estado sólido cristalino. Na maioria dos casos, ocorre a partir da precipitação de um soluto dissolvido em solução líquida. Um cristal é caracterizado por sua organização tridimensional regular de átomos, íons ou moléculas, diferindo dos sólidos amorfos, que não apresentam ordenação espacial.

Existem sete sistemas cristalinos: cúbico, tetragonal, ortorrômbico, hexagonal, monoclínico, triclínico e trigonal, definidos pela relação entre eixos e ângulos. A caracterização dos cristais pode ser feita por métodos como a difração de raios X.

A cristalização tem grande relevância prática. No Brasil, maior produtor mundial de açúcar, este é obtido pela cristalização do caldo concentrado da cana. O sal de cozinha (NaCl) é produzido pela evaporação da água do mar. Outros exemplos incluem o ácido tereftálico e o ácido adípico (intermediários da indústria têxtil), a ureia (fertilizante), o ácido acetilsalicílico (fármaco) e a penicilina (antibiótico). O controle do tamanho dos cristais é crucial, especialmente em agroquímicos e farmacêuticos.

O processo de cristalização depende da supersaturação, que é o estado em que a solução contém mais soluto dissolvido do que o permitido em equilíbrio. Essa condição é instável e a cristalização atua como força motriz para o retorno ao equilíbrio. Assim, distinguem-se soluções insaturadas (com menos soluto que o ponto de saturação), saturadas (máxima quantidade de soluto dissolvido em equilíbrio) e supersaturadas (acima do equilíbrio, tendendo a cristalizar).

Referências:

COSTA, C. B. B.; GIULIETTI, M. Cristalização. In: BARROS NETO, E. L.; FREIRE, J. T.; SILVA, M. A. P. (org.). Operações unitárias na indústria de processos químicos. São Paulo: Blucher, 2012.

ISENMANN, W. Cristalização: princípios e aplicações. Springer, 2018.

FOUST, A. S. et al. Princípios das Operações Unitárias. Rio de Janeiro: LTC, 1982.

GEANKOPLIS, C. J.; HERSEL, A. A.; LEPEK, D. H. Transport Processes and Separation Process Principles. 5. ed. New Jersey: Pearson, 2018.

UNITED STATES OF AMERICA. Foreign Agricultural Service. Sugar: World Markets and Trade. Washington, 2018.

LOPES, A. C. Química Geral. São Paulo: Saraiva, 2011.

KILIKIAN, B. V.; PESSOA JR., A. Engenharia Bioquímica: fundamentos e aplicações. São Paulo: Blucher, 2020.

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Definição: Ocorre quando uma solução saturada é resfriada, o que reduz a solubilidade do soluto, levando à supersaturação e à subsequente formação de cristais.

Características Principais:

Depende fortemente da relação solubilidade × temperatura do soluto.

Exige controle da taxa de resfriamento para evitar nucleação excessiva, mantendo a solução na zona metaestável para favorecer o crescimento do cristal em detrimento da nucleação.

A alta pureza é alcançada pelo mecanismo de exclusão de impurezas na superfície do cristal em crescimento.

Pode ser combinada com agitação para otimizar a distribuição do tamanho de cristais.

Aplicações Industriais:

Alimentos: cristalização de sacarose (açúcar), lactose e outros açúcares.

Farmacêutica: purificação de fármacos sensíveis à decomposição térmica.

Química fina: obtenção de compostos orgânicos de alta pureza.

Vantagens: Processo relativamente simples e alta pureza dos cristais.

Limitações: Consumo energético em processos de resfriamento artificial; limitação para compostos cuja solubilidade varia pouco com a temperatura. A alta viscosidade da solução a baixas temperaturas pode dificultar a agitação e a transferência de calor e massa, comprometendo a cinética.

Referências:

Tadini, C. C. et al. (2016). Operações Unitárias na Indústria de Alimentos – Vol. 2. Minha Biblioteca, Grupo GEN.

Mullin, J. W. (2001). Crystallization (4th ed.). Butterworth-Heinemann.

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Definição: A solução quente é injetada em um vaso sob vácuo (pressão reduzida). A queda brusca de pressão faz com que o solvente evapore rapidamente (o solvente "ferve" à baixa temperatura), utilizando o calor latente de evaporação para resfriar a solução restante e induzir a cristalização.

Características Principais:

Resfriamento Adiabático: O resfriamento ocorre devido à remoção de calor latente do próprio solvente, sendo um processo adiabático (sem adição ou remoção de calor através de paredes).

Evaporação e Resfriamento Simultâneos: Gera supersaturação pela combinação de resfriamento e remoção de solvente, sendo uma técnica mista.

Equipamento: Requer um sistema de vácuo robusto (ejetores ou bombas) e uma câmara que suporte a expansão do vapor.

Ausência de incustração: Por não possuir superfícies de troca de calor para o resfriamento, o risco de incrustação é minimizado.

Aplicações Industriais:

Concentração e cristalização de sucos de frutas e extratos, pois opera em temperaturas mais baixas.

Sistemas de resfriamento de água industrial (resfriadores de água a vácuo).

Vantagens: Minimiza ou elimina o incrustação; alto controle da temperatura pelo ajuste da pressão de vácuo; processo rápido e eficiente.

Limitações: Requer um sistema de vácuo caro e intensivo em energia; o solvente evaporado precisa ser condensado, aumentando os requisitos de equipamentos auxiliares; o processo muito rápido pode levar à nucleação excessiva e à formação de cristais finos.

Referências:

Mullin, J. W. (2001). Crystallization (4th ed.). Butterworth-Heinemann.

Myerson, A. S. (2002). Handbook of Industrial Crystallization (2nd ed.). Butterworth-Heinemann.

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Definição: O calor é removido da solução saturada através de uma superfície de troca de calor (como uma jaqueta ou um trocador de calor externo), sendo o líquido refrigerante mantido fisicamente separado do licor.

Características Principais:

Método Convencional: É a forma mais comum e robusta de cristalização por resfriamento.

Controle: A taxa de resfriamento é controlada pela temperatura do fluido refrigerante e pela área de troca de calor.

Design: Exige um design de cristalizador (agitadores) que otimize a transferência de calor e mantenha a suspensão homogênea (Silva).

Risco de incrustação: Sujeito à formação de camada cristalina na superfície fria (incrustação), o que reduz a eficiência da troca de calor ao longo do tempo.

Aplicações Industriais:

Produção de sacarose (cristalizadores a batelada ou contínuos com jaqueta).

Cristalização de sulfato de sódio, citratos e muitos produtos químicos finos.

Processos onde a contaminação zero é crucial, como na indústria farmacêutica e de alimentos.

Vantagens: Não há risco de contaminação do produto pelo refrigerante; alta confiabilidade e fácil controle do processo em batelada ou contínuo.

Limitações: Sujeito à incrustação , exigindo limpeza periódica ou mecanismos de raspagem; a taxa de resfriamento é limitada pela eficiência da superfície de troca de calor e pela viscosidade do licor.

Referências:

Tadini, C. C. et al. (2016). Operações Unitárias na Indústria de Alimentos – Vol. 2. Minha Biblioteca, Grupo GEN.

Silva, N. L. D. et al. (2021). Operações Unitárias de Transferência de Calor e Massa. Minha Biblioteca, Grupo A.

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Cristalização por Resfriamento Direto (DCC)

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Cristalização por Resfriamento Direto (DCC)

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Definição: O resfriamento é alcançado pela adição de um fluido refrigerante imiscível (ou que o soluto tenha solubilidade muito baixa), que entra em contato direto com a solução a ser cristalizada, absorvendo o calor e se separando por decantação ou por diferença de densidade.

Características Principais:

Ausência de Superfícies de Troca: Elimina completamente o risco de incrustação nas paredes do cristalizador.

Alta Eficiência Térmica: A transferência de calor é extremamente eficiente devido ao contato íntimo entre o fluido refrigerante e a solução.

Controle: O controle da temperatura é rápido e preciso, permitindo um excelente controle da taxa de supersaturação.

Requisito de Solvente: O refrigerante deve ser inerte e de fácil separação (baixa miscibilidade) da solução cristalina.

Aplicações Industriais:

Processos que exigem resfriamento muito rápido ou em que a incrustação seria um problema grave.

Cristalização de sais inorgânicos em grande volume onde a contaminação do refrigerante não é crítica.

Remoção de calor de reações exotérmicas acopladas à cristalização.

Vantagens: Elimina o fouling; alta taxa e eficiência de troca de calor; simplifica a manutenção do equipamento.

Limitações: Necessidade de um refrigerante imiscível e recuperável; risco potencial de contaminação do produto pelo refrigerante (mesmo que em traços); custo operacional adicional com a separação e reciclagem do refrigerante.

Referências:

Mullin, J. W. (2001). Crystallization (4th ed.). Butterworth-Heinemann.

Tadini, C. C. et al. (2016). Operações Unitárias na Indústria de Alimentos – Vol. 2. Minha Biblioteca, Grupo GEN.

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Definição: É a geração de um composto pouco solúvel (o soluto) por meio de uma reação química controlada em solução (precipitação reativa), elevando a concentração do soluto instantaneamente acima do limite de solubilidade e induzindo a supersaturação.

Características Principais:

O processo acopla cinética de reação e cinética de cristalização, sendo a taxa da reação o fator controlante da taxa de geração de supersaturação.

A operação é frequentemente realizada em um reator-cristalizador, onde o controle do tempo de residência é crucial para modular o crescimento dos cristais.

A transferência de massa dos íons/moléculas reagentes é essencial, mas pode ser dificultada por reações muito rápidas que criam alta supersaturação localizada.

Requer controle rigoroso de parâmetros químicos, como pH e concentração de reagentes, para maximizar o rendimento e evitar a precipitação amorfa.

Aplicações Industriais:

Tratamento de águas: remoção de poluentes por precipitação.

Indústria de pigmentos e materiais inorgânicos.

Vantagens: Viabiliza a produção de compostos que são difíceis de obter por meios físicos; eficaz na remoção de impurezas solúveis.

Limitações: Maior risco de coprecipitação ou oclusão de impurezas (subprodutos e excesso de reagente) no interior da rede cristalina, o que compromete a pureza. Necessidade de etapas adicionais de lavagem e purificação pós-cristalização.

Referências:

Tadini, C. C. et al. (2016). Operações Unitárias na Indústria de Alimentos – Vol. 2. Minha Biblioteca, Grupo GEN.

Silva, N. L. D. et al. (2021). Operações Unitárias de Transferência de Calor e Massa. Minha Biblioteca, Grupo A.

Myerson, A. S. (2002). Handbook of Industrial Crystallization (2nd ed.). Butterworth-Heinemann.

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Definição: Ocorre pela remoção parcial do solvente através da evaporação/ebulição, o que aumenta a concentração do soluto até o ponto de supersaturação e subsequente cristalização.

Características Principais:

Essencialmente utilizada para compostos cuja solubilidade é pouco sensível à variação de temperatura.

Envolve troca de calor (aquecimento) e transferência de massa (evaporação).

Requer controle da densidade da pasta (massa de cristais suspensos) como parâmetro operacional vital para otimizar o crescimento e a eficiência da separação.

A operação é frequentemente realizada a vácuo para diminuir a temperatura de ebulição, economizando energia e evitando a degradação do soluto.

Equipamentos típicos incluem cristalizadores de circulação forçada (CF) e cristalizadores DTB (Cristalizador do tipo Tubo de Tiragem com Defletor).

Aplicações Industriais:

Produção de cloreto de sódio (sal de cozinha) e outros sais inorgânicos.

Indústria de fertilizantes (ex.: sulfato de amônio).

Concentração de efluentes e recuperação de solutos valiosos.

Vantagens: Adequado para compostos com pouca variação de solubilidade por resfriamento; permite alta recuperação do soluto.

Limitações: Alto consumo energético (vapor); potencial para incrustação nas superfícies de troca de calor, o que reduz drasticamente a eficiência térmica e exige paradas para limpeza.

Referências:

Tadini, C. C. et al. (2016). Operações Unitárias na Indústria de Alimentos – Vol. 2. Minha Biblioteca, Grupo GEN.

Myerson, A. S. (2002). Handbook of Industrial Crystallization (2nd ed.). Butterworth-Heinemann.

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Fonte: Adaptada de Geankoplis , Hersel e Lepek

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Nos evaporadores-cristalizadores, a supersaturação é obtida pela evaporação do solvente. Um exemplo é o evaporador-cristalizador de líquido circulante, em que a solução é bombeada para um tubo de aquecimento e, ao entrar no espaço de vapor, ocorre a evaporação instantânea, gerando supersaturação. O vapor formado é condensado, enquanto o líquido supersaturado passa pelo leito de cristais fluidizados e agitados, promovendo o crescimento cristalino. O líquido saturado retorna em reciclo para o aquecedor, misturando-se à alimentação. Já os cristais maiores sedimentam no fundo e são retirados como produto final.

Referência:

GEANKOPLIS, C. J.; HERSEL, A. A.; LEPEK, D. H. Transport Processes and Separation Process Principles. 5. ed. New Jersey: Pearson, 2018.

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Os cristalizadores podem operar de forma contínua ou descontínua (batelada), sendo a capacidade de produção o principal critério de escolha.

Batelada (até 1 t/dia):

Vantagens: menor risco de defeitos mecânicos, maior flexibilidade na quantidade processada, melhor controle de incrustações e possibilidade de limpeza completa entre ciclos (importante na indústria farmacêutica).

Desvantagem: maior custo por quantidade produzida e menor eficiência produtiva.

Contínuo (acima de 1 t/dia):

Vantagens: menores custos operacionais, menor necessidade de espaço físico e mão de obra, cristais mais uniformes, maior eficiência na filtração e lavagem.

Desvantagens: risco de incrustação nas superfícies de troca térmica devido à alta supersaturação, exigindo bom controle de agitação e gradiente de temperatura, além de maior complexidade na retirada da lama concentrada.

Referência:
COSTA, C. B. B.; GIULIETTI, M. Cristalização. In: BARROS NETO, E. L.; FREIRE, J. T.; SILVA, M. A. P. (org.). Operações unitárias na indústria de processos químicos. São Paulo: Blucher, 2012.

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O cristalizador em tanque é considerado o primeiro tipo de cristalizador

e o mais simples. Em geral, o resfriamento ocorre por encamisamento ou por bobina, com o auxílio de um agitador para melhorar a taxa de transferência de calor. Esse cristalizador opera por batelada, em que, após o período de cristalização, a solução é drenada, e os cristais são removidos. A nucleação e o tamanho dos cristais apresentam maior dificuldade de serem controlados nesse tipo de configuração. O cristalizador em tanque é mais utilizado para produtos químicos finos e farmacêuticos.

Referência: GEANKOPLIS, C. J.; HERSEL, A. A.; LEPEK, D. H. Transport Processes and Separation Process Principles. 5. ed. New Jersey: Pearson, 2018.

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O cristalizador Swenson-Walker é um equipamento contínuo, em formato de calha semicilíndrica (≈ 60 cm de largura por 3 m de comprimento), com camisa de resfriamento e misturador de fitas operando a 7 rpm. A solução concentrada entra em uma extremidade e escoa lentamente até a outra, sendo resfriada durante o processo. O agitador raspa os cristais das paredes frias e promove sua dispersão na solução, favorecendo a nucleação secundária (crescimento sobre cristais existentes) em vez da nucleação primária. Os cristais obtidos apresentam, em geral, ampla distribuição de tamanho.

Referências

FOUST, A. S. et al. Princípios das Operações Unitárias. Rio de Janeiro: LTC, 1982.

GEANKOPLIS, C. J.; HERSEL, A. A.; LEPEK, D. H. Transport Processes and Separation Process Principles. 5. ed. New Jersey: Pearson, 2018.

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Fonte: Adaptada de Geankoplis , Hersel e Lepek

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Cristalizador a vácuo de magma circulante

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Cristalizador a vácuo de magma circulante

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O cristalizador a vácuo de magma circulante é um equipamento contínuo, muito utilizado em processos industriais de grande escala (como açúcar e fertilizantes). Ele combina cristalização por evaporação e por resfriamento sob vácuo.

Funcionamento

O magma (suspensão de cristais em solução saturada) é bombeado para fora do corpo principal por um tubo de circulação.

Esse magma é levemente aquecido (2–6 °C) em um aquecedor tubular.

Ao retornar ao corpo principal sob vácuo, ocorre a evaporação instantânea (flashing), provocando supersaturação.

A ebulição acontece na superfície do líquido, gerando turbilhonamento.

Os cristais em suspensão crescem por nucleação secundária (depósito sobre cristais existentes).

Os cristais maiores sedimentam no fundo e são retirados como produto.

O líquido saturado retorna em recirculação, misturando-se à nova alimentação.

O vácuo é mantido por ejetores a jato de vapor, e o vapor gerado é condensado em um sistema auxiliar.

Vantagens

Operação em temperaturas mais baixas (devido ao vácuo).

Boa eficiência energética.

Adequado para produção em grande escala.

Desafios

Controle de incrustações nas superfícies aquecidas e de circulação.

Necessidade de equipamentos auxiliares (sistema de vácuo e condensação).

Maior complexidade construtiva em relação a cristalizadores mais simples.

Referências

GEANKOPLIS, C. J.; HERSEL, A. A.; LEPEK, D. H. Transport Processes and Separation Process Principles. 5. ed. New Jersey: Pearson, 2018.

Materiais didáticos de Engenharia Química – Crystallization Equipment (Sathyabama University, 2020).

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O cristalizador de superfície raspada (ou scraped surface crystallizer) é um tipo de cristalizador em que a troca de calor ocorre em superfícies resfriadas (paredes ou tubos) que são continuamente raspadas por lâminas mecânicas. Essa raspagem evita a formação de incrustações de cristais sobre as paredes frias e promove a mistura intensa entre o líquido e os cristais.

Funcionamento

A solução ou suspensão de interesse passa pelo equipamento em contato com superfícies resfriadas.

As lâminas raspadoras removem continuamente os cristais formados na parede, devolvendo-os para a suspensão.

Isso reduz zonas de supersaturação localizada e promove o crescimento dos cristais de forma mais uniforme.

O processo pode operar em batelada ou contínuo, dependendo da escala.

Características

Mantém a eficiência de troca térmica ao evitar incrustações.

Favorece nucleação secundária (crescimento de cristais já presentes) em vez de nucleação primária descontrolada.

Permite controlar melhor a distribuição de tamanho dos cristais, reduzindo a variabilidade.

Aplicações

Indústria alimentícia: cristalização de gorduras, margarinas, sorvetes, manteiga de cacau. Para a produção de margarina, faz-se necessário o processo de cristalização, que ocorre na etapa final da plastificação da margarina.

Para isso, é utilizado um cristalizador de superfície raspada de tubo duplo, em que a água de resfriamento passa pelo espaço encamisado anular. Um agitador interno é equipado com raspadores de mola, que limpam a parede e fornecem bons coeficientes de transferência de calor.

Fármacos e químicos finos: produtos em que a qualidade e pureza do cristal são mais importantes que a escala.

Produtos sensíveis ao calor: operação a temperaturas controladas, sem longos tempos de residência.

Vantagens

Evita incrustações nas superfícies frias.

Boa homogeneização do sistema.

Adequado para produtos viscosos ou que formam cristais de difícil controle.

Desvantagens

Maior custo de manutenção, devido às partes móveis (raspadores).

Limitação de escala quando comparado a cristalizadores evaporativos ou de magma circulante.

Referências:

GEANKOPLIS, C. J.; HERSEL, A. A.; LEPEK, D. H. Transport Processes and Separation Process Principles. 5. ed. New Jersey: Pearson, 2018.

COSTA, C. B. B.; GIULIETTI, M. Cristalização. In: BARROS NETO, E. L.; FREIRE, J. T.; SILVA, M. A. P. (org.). Operações unitárias na indústria de processos químicos. São Paulo: Blucher, 2012.

HARTEL, R. W. Crystallization in Foods. Gaithersburg: Aspen Publishers, 2001.

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Definição: Ocorre pela adição de um segundo líquido, denominado antissolvente, que é miscível com o solvente original, mas no qual o soluto tem baixa ou nenhuma solubilidade. Essa adição reduz drasticamente a solubilidade do soluto, levando à supersaturação.

Características Principais:

Método essencialmente não térmico, ideal para solutos termicamente lábeis ou com baixa variação de solubilidade com a temperatura.

O controle do processo é guiado pelo Diagrama Ternário de Fases, essencial para determinar a fronteira de solubilidade e a proporção ideal de mistura dos componentes.

A eficiência depende criticamente da transferência de massa e da micromistura entre o solvente e o antissolvente, que controla a taxa local de supersaturação e a nucleação.

Requer sistemas eficientes de separação e reciclagem de solventes para viabilidade econômica.

Aplicações Industriais:

Indústria farmacêutica: purificação de Princípios Ativos Farmacêuticos (APIs).

Química fina: obtenção de intermediários orgânicos complexos.

Nanotecnologia: produção de nanocristais com controle estrito do tamanho de partícula.

Vantagens: Versatilidade, controle preciso da supersaturação pela taxa de adição, e economia de energia térmica.

Limitações: O custo do antissolvente e sua recuperação; risco de inclusão de resíduos de solvente no produto final; necessidade de evitar a formação de precipitados amorfos devido à supersaturação excessivamente rápida.

Referências:

Tadini, C. C. et al. (2016). Operações Unitárias na Indústria de Alimentos – Vol. 2. Minha Biblioteca, Grupo GEN.

Silva, N. L. D. et al. (2021). Operações Unitárias de Transferência de Calor e Massa. Minha Biblioteca, Grupo A.

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A produção de sal de cozinha no Brasil por meio de lagoas de evaporação solar é uma prática tradicional e eficiente, especialmente em regiões litorâneas com clima tropical. Esse método é conhecido como método de evaporação solar ou salinas solares, e é amplamente utilizado em países com condições climáticas semelhantes.

Processos envolvidos na produção de sal por evaporação solar

1. Evaporação inicial: A água do mar é bombeada para grandes lagoas rasas, com profundidade média de 20 cm, onde ocorre a evaporação da água devido à radiação solar intensa. Esse processo concentra os sais presentes na água, formando uma solução salina chamada salmoura.

2. Cristalização do cálcio e magnésio: À medida que a salmoura se concentra, compostos como o cloreto de cálcio (CaCl₂) e o cloreto de magnésio (MgCl₂) começam a cristalizar-se primeiro, devido à sua maior solubilidade e menor necessidade de supersaturação em comparação com o cloreto de sódio (NaCl).

3. Transferência para lagoas de cristalização: Após a cristalização dos compostos de cálcio e magnésio, a salmoura é transferida para lagoas de cristalização, que geralmente possuem profundidade de cerca de 2 cm. Nessas lagoas, o NaCl cristaliza-se devido à evaporação contínua da água restante.

4. Colheita do sal: Os cristais de NaCl formados são então coletados manualmente ou mecanicamente, secos e processados para consumo.

Eficiência e sustentabilidade

Esse método é considerado sustentável devido ao seu baixo consumo de energia externa, aproveitando-se da energia solar abundante em regiões tropicais. Além disso, o uso de lagoas rasas facilita a evaporação rápida e a cristalização eficiente dos sais.

Considerações finais

Embora a produção de sal por evaporação solar seja eficiente e sustentável, ela representa uma pequena fração da produção mundial de sal, que é dominada por métodos industriais como a mineração de sal e a evaporação em grandes instalações industriais. No entanto, a produção artesanal e local de sal por meio de lagoas de evaporação continua sendo uma prática importante em várias regiões do mundo.

Referências:

SILVA, Nivea de Lima da; DALBERTO, Bianca T.; SANTOS, Luana Santana dos; et al. Operações Unitárias de Transferência de Calor e Massa. Porto Alegre: SAGAH, 2021. E-book. p.197. ISBN 9786556902371.

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Um leito fluidizado é um sistema em que partículas sólidas finas são suspensas por um fluxo ascendente de gás ou líquido, de forma que o leito sólido se comporta como um fluido. Isso promove uma mistura intensa e uniforme.

Princípios de Funcionamento:

O fluido (ar, vapor ou líquido) passa por um leito de partículas sólidas.

Quando a velocidade do fluido é suficiente para superar o peso das partículas, elas se “fluidizam”, movimentando-se livremente.

Essa movimentação gera:

Alta transferência de calor e massa

Mistura homogênea das partículas

Evita “zonas mortas” (partes onde não há contato efetivo com o fluido)

Principais Aplicações Industriais:

Secagem de sólidos

Revestimento e granulação de partículas

Reações químicas heterogêneas

Aquecimento e resfriamento de sólidos

Aplicação na Cristalização

Na cristalização, o leito fluidizado é útil para:

1. Crescimento controlado de cristais:

A mistura contínua evita aglomeração e promove cristais uniformes.

2. Transferência eficiente de massa e calor:

Facilita a remoção do solvente ou introdução de reagentes.

3. Controle de tamanho e forma do cristal:

Ajustando temperatura, fluxo do fluido e tempo de residência, é possível obter cristais com propriedades específicas.

Vantagem principal:
O leito fluidizado combina controle preciso e homogeneidade, permitindo cristalizações mais rápidas, eficientes e com qualidade consistente.

Referências:

NUCLEO DO CONHECIMENTO. Estudo de leito fluidizado. Disponível em: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/wp-content/uploads/2019/07/leito-fluidizado.pdf.

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A produção industrial de sacarose constitui o exemplo clássico de um processo que integra, de forma sequencial e otimizada, os métodos de cristalização por evaporação e resfriamento indireto. Essa combinação é indispensável para gerenciar o imenso volume de xarope a ser processado e, simultaneamente, maximizar a recuperação do soluto, alcançando a pureza e a granulometria exigidas pelo mercado.

O processo se inicia no tacho de cozimento, que atua como o principal equipamento para a geração de supersaturação por evaporação. Neste vaso, o calor (geralmente via vapor em calandras) remove a água do xarope, elevando drasticamente a concentração de sacarose. Após atingir a zona metaestável de supersaturação, é realizada a semeadura controlada (adição de finos cristais de sacarose) para iniciar o crescimento do cristal. O controle rigoroso dessa fase é vital: a taxa de evaporação deve ser balanceada para garantir que o soluto se deposite apenas nos cristais existentes (crescimento), evitando a nucleação espontânea (falso grão). Tachos modernos utilizam o princípio da Circulação Forçada, onde bombas mantêm a suspensão em movimento constante através das superfícies de troca de calor. Isso é crucial para vencer a alta viscosidade da solução concentrada, maximizando a transferência de calor e massa e minimizando o risco de incrustação. O conceito de MSMPR (Mistura Contínua com Remoção de Produto Múltiplo) é aplicado em Tachos Contínuos (CCT), que operam em estágios para uniformizar o crescimento e a granulometria do produto.

Após o crescimento principal no tacho, a massa cristalina é transferida para o cristalizador de eesfriamento. Nesta fase, o método é o resfriamento Indireto, que visa à recuperação máxima do rendimento. O equipamento é geralmente um tanque horizontal com agitação lenta, projetado para manter a suspensão homogênea. O resfriamento é lento e gradual (indireto, por água em jaquetas ou bobinas) para induzir uma supersaturação residual, forçando a deposição da sacarose remanescente da fase líquida sobre os cristais já formados. Este processo final de crescimento, que pode durar várias horas, é fundamental para otimizar o tamanho final do cristal e garantir o máximo aproveitamento do soluto antes da centrifugação. Assim, a produção de sacarose é uma operação em cascata, onde a Evaporação garante a eficiência da concentração e o Resfriamento garante a otimização da recuperação e da qualidade final do cristal.

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A escolha do tipo de cristalizador em processos industriais é fundamental para otimizar a produção e garantir a qualidade do produto final. Diversos fatores devem ser considerados para selecionar o cristalizador mais adequado à aplicação específica.

Fatores Determinantes na Escolha do Cristalizador

1. Tamanho e Forma dos Cristais: A necessidade de cristais grandes ou pequenos influencia diretamente na escolha do tipo de cristalizador. Cristalizadores não agitados tendem a produzir cristais maiores, enquanto modelos agitados com classificação de produto permitem um controle mais preciso do tamanho dos cristais.

2. Pureza do Produto: Para obter cristais de alta pureza, é essencial controlar a nucleação e o crescimento cristalino. Cristalizadores agitados com classificação de produto são eficazes nesse controle, evitando a formação de impurezas.

3. Taxa de Produção: A eficiência na produção é influenciada pelo tipo de cristalizador. Cristalizadores como o Swenson-Walker e o DTB são conhecidos por suas altas taxas de produção, adequados para processos que exigem grande volume de produto.

4. Controle de Supersaturação: Manter níveis adequados de supersaturação é crucial para a formação controlada dos cristais. Cristalizadores com sistemas de agitação e circulação, facilitam esse controle.

5. Custo de Investimento e Operação: O orçamento disponível pode limitar a escolha do cristalizador. Modelos não agitados e mecânicos apresentam custos iniciais mais baixos, mas podem ter eficiência inferior em termos de controle de qualidade e taxa de produção.

6. Viscosidade da Solução: Soluções com alta viscosidade exigem cristalizadores projetados para lidar com essas condições, como os com agitação mecânica robusta ou sistemas de circulação forçada.

7. Tipo de Operação: A operação pode ser contínua ou em batelada, e a escolha do cristalizador deve alinhar-se com o método de operação para garantir eficiência e qualidade.

8. Características do Produto Final: Aspectos como a forma do cristal, distribuição de tamanho e pureza desejada devem ser considerados para selecionar o cristalizador que melhor atenda às especificações do produto final.

Referências:

Costa, Caliane B. B.; Giulietti, Marco. Introdução à cristalização: princípios e aplicações. São Carlos: EdUFSCar, 2010. 91 p. (Coleção UAB-UFSCar). ISBN 978-85-7600-196-6.

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As vantagens do arranjo em série são: DTC do produto mais estreita, melhor controle dos gradientes de temperatura e uso mais eficiente do calor. Não é muito vantajoso para sistemas nos quais a viscosidade depende muito da temperatura. O arranjo paralelo é mais seguro (a parada de um tanque leva apenas à diminuição da produção, não interferindo na linha global de produção) e permite introduzir uma grande área de troca de calor em diversos tanques menores. É bastante adequado para sistemas nos quais a etapa de cristalização produz uma suspensão altamente concentrada.

O arranjo em contracorrente possibilita o uso econômico do frio em cristalizadores de resfriamento e a alimentação econômica da solução fria. É bastante adequado para sistemas em que a viscosidade depende muito da concentração.

O arranjo misto combina as vantagens do arranjo em série e em paralelo e é bastante adequado para sistemas que tendem a formar muita incrustação.

Referências:

COSTA, Caliane B. B.; GIULIETTI, Marco. Introdução à cristalização: princípios e aplicações. São Carlos: EdUFSCar, 2010. 91 p. (Coleção UAB−UFSCar). ISBN 978-85-7600-196-6.

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O chocolate é, em sua essência, uma mistura complexa onde partículas sólidas de cacau, açúcar e, por vezes, leite, estão suspensas em uma fase contínua de gordura, que é a manteiga de cacau. A forma como essa gordura se solidifica é o ponto central da necessidade de temperagem.

Tipos de Chocolate e a Importância da Gordura

A gordura é o componente que define muitas das características do chocolate, e existem diferentes tipos de produtos no mercado baseados nela:

• Chocolate Puro: Utiliza a manteiga de cacau como sua gordura principal. No Brasil, a Anvisa exige que um produto tenha no mínimo 25% de derivados de cacau para ser chamado de "chocolate".

• Chocolate Fracionado: Substitui parte da manteiga de cacau por outras gorduras vegetais, como o óleo de palma. Essas gorduras são processadas através de "fracionamento", um método que separa, por meio da temperatura, as partes do óleo que mais se assemelham à manteiga de cacau. Isso é feito tanto para reduzir custos quanto para facilitar o manuseio do produto em coberturas.

• Chocolate Hidrogenado: A gordura utilizada passa por um processo químico de hidrogenação para quebrar duplas ligações em suas moléculas. Isso torna o chocolate mais resistente ao derretimento, mas pode gerar gorduras trans, que são prejudiciais à saúde, além de resultar em um sabor inferior, descrito como "gosto de guarda-chuva". É considerado o tipo de pior qualidade.

A principal razão pela qual o chocolate precisa ser temperado está na estrutura molecular da manteiga de cacau. A gordura do cacau, composta por moléculas chamadas triglicerídeos, pode se organizar de diferentes maneiras ao se solidificar, formando até seis tipos de estruturas cristalinas distintas, conhecidas como polimorfos.

Esses cristais (classificados como Alfa, Beta, Beta-linha, etc.) possuem diferentes estabilidades e pontos de fusão. O objetivo da temperagem é forçar a manteiga de cacau a se cristalizar predominantemente na forma mais estável e desejável: o cristal Beta. Esta é a estrutura que confere ao chocolate suas características mais apreciadas:

• Brilho intenso.

• Textura lisa e homogênea.

• Quebra firme e nítida (o "snap").

O processo de temperagem pode ser entendido como uma "plantação" de sementes de cristais corretos:

1. Derretimento: O chocolate é aquecido a uma temperatura de cerca de 50°C para derreter completamente todos os cristais existentes.

2. Resfriamento: Em seguida, é resfriado para uma temperatura mais baixa (cerca de 27°C), o que estimula a formação de "sementes" de vários tipos de cristais, incluindo os estáveis cristais Beta.

3. Reaquecimento: Por fim, o chocolate é levemente reaquecido para uma temperatura de trabalho (em torno de 30-32°C). Este calor é suficiente para derreter os cristais instáveis (como Alfa), mas preserva os cristais Beta, que têm um ponto de fusão mais alto.

Os cristais Beta que permanecem servem como um "molde", orientando todo o restante da manteiga de cacau a se solidificar na mesma estrutura estável e organizada.

Se o chocolate é simplesmente derretido e deixado para endurecer sem a temperage,, ele formará uma mistura aleatória de cristais, a maioria deles instáveis. Com o tempo, esses cristais instáveis naturalmente tentarão se reorganizar para a forma Beta, mais estável. Essa transformação libera uma pequena quantidade de calor, um fenômeno chamado "calor latente de cristalização".

Esse calor provoca um microderretimento dentro da estrutura do chocolate, permitindo que a gordura líquida migre lentamente através de pequenos poros até a superfície. Ao chegar à superfície, essa gordura recristaliza, formando as manchas ou camadas brancas acinzentadas conhecidas como fat bloom. A estrutura lisa e compacta formada pelos cristais Beta em um chocolate bem temperado previne essa migração de gordura.

Referência:

TADINI, Carmen C.; TELIS, Vânia Regina N.; MEIRELLES, Antonio José de A.; et al. Operações Unitárias na Indústria de Alimentos - Vol. 2. Rio de Janeiro: LTC, 2016. E-book. p.329. ISBN 9788521632689. Disponível em: https://app.minhabiblioteca.com.br/reader/books/9788521632689/. Acesso em: 02 out. 2025.

SANTOS, Gabriel. Por que temperar o chocolate?? Entenda a Química do processo! YouTube, 2025. Disponível em: https://youtu.be/GIrbXyHCxhk. Acesso em: 2 out. 2025.

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Por que temperar o chocolate?? Entenda a Química do processo!