SECAGEM. Saída do ar úmido. Alimentação. Saída de produto seco. grade. Entrada de ar quente

Transcrição

1 SECAGEM Leito fluidizado (ou leito fluido) é gerado pela passagem de um gás através de uma camada contendo um determinado produto a secar. Esse produto, geralmente granulado, é mantido em suspensão ( flutuando no ar ) pela velocidade do gás, sendo intensamente misturado. Verifica-se que é um método muito parecido com o spray drying, diferindo quanto ao material a secar, o qual deve ser uma suspensão, e quanto à velocidade do fluxo gasoso, onde no caso do spray driyng a velocidade é inferior ao leito fluidizado. Nesse processo não são obtidas partículas tão pequenas quanto pelo spray driyng, sendo que seu produto final é virtualmente isento de pó. É um equipamento de grande produtividade, de alimentação contínua. Ao lado vocês podem ver uma imagem representando o esquema básico de um secador de leito fluidizado. É um equipamento simples, que, segundo alguns profissionais da área, trata-se de um grande secador de cabelos, ou uma pipoqueira de ar quente. Eles não deixam de estar certos, pois o equipamento apresenta a mesma configuração básica. Alimentação Entrada de ar quente grade Saída do ar úmido Saída de produto seco Utilizando canos de PVC, telas de arame e um secador de cabelos para fornecer o ar quente, é possível montar um equipamento desses em casa para a secagem de ervas aromáticas ou condimentos. Como nesse caso a intenção não é alta produção, recomenda-se montar um equipamento descontínuo, onde a entrada de alimentação e a saída do produto seco não são

2 necessárias. Sugere-se também instalar outra grade na parte superior, na saída de ar úmido para evitar a perda do produto. LIOFILIZAÇÃO É um método de secagem realizado em temperaturas abaixo de 0 ºC, o qual utiliza o fenômeno da sublimação da água, ou seja, após congelamento do material úmido, por processo físico-químico a água neste contida na forma de gelo evapora sem antes derreter, não passa pelo estado líquido. Mas para entender como isso ocorre com a água, vamos antes conhecer um gráfico denominado DIAGRAMA DE FASES DA ÁGUA. Este gráfico permite verificar o estado físico da água em qualquer condição de temperatura e pressão. Observando o gráfico, podemos verificar facilmente que na pressão atmosférica ao nível do mar, 1 atm ou 760 mmhg, a água congela a 0 ºC e ferve a 100 ºC. A liofilização se divide em três etapas: congelamento do material; sublimação da água sob pressão reduzida; remoção da água incongelável por dessorsão, ou seja, secagem sob pressão reduzida. O primeiro passo é realizar o congelamento do material. Deve-se observar que para alguns materiais, pouco importa a forma de congelamento, porém para materiais vegetais ou animais que contenham células ou mesmo para outros tipos de materiais que possam conter bolsas, vesículas ou qualquer outro tipo de capsula, é importantíssimo realizar o congelamento de forma extremamente rápida para evitar o rompimento desses elementos. O liofilizador trata-se de um compartimento, caixa, com isolamento térmico, dotado de sistema de refrigeração que deve atingir pelo menos a temperatura de 40 ºC. Sua estrutura é robusta para que possa resistir à ação de uma bomba de vácuo. Com o material a liofilizar dentro da cabine de liofilização e a porta deste equipamento devidamente fechada, é acionado o motor da bomba de vácuo, que deverá permanecer ligada até que a pressão do ambiente interno do liofilizador. O material deve ser mantido no estado sólido durante todo o processo, tudo deve permanecer abaixo das temperaturas eutéticas e de colapso (fornecidas em literatura ou por meio experimental). A câmara de secagem deve permanecer sob pressão reduzida durante todo o processo. Mas por quê realizar esse processo difícil, lento e caro? Como visto anteriormente, é realizada a secagem para a retirada da água presente em alimentos ou medicamentos, total ou parcialmente, para evitar o crescimento microbilológico ou reações químicas. Se esse processo for realizado em materiais termo-resistentes, não há problemas em utilizar um dos processos anteriormente comentados. Porém, se for utilizada uma

3 estufa na temperatura de 60 ºC para a secagem, por exemplo de carnes, frutos ou verduras, ocorrerá degradação desses alimentos e haverá alteração no gosto, sabor, textura, etc. Se esse tipo de secagem for realizada em certos medicamentos denominados termolábeis, ou seja, sensíveis à ação do calor, estes serão facilmente alterados, perdendo sua eficácia. Em razão da liofilização ser um processo de secagem com temperaturas inferiores a 0 ºC, não ocorrerá esse tipo de perda. Entre os processos de secagem industrial, a liofilização é o processo que mais conserva as propriedades dos alimentos e medicamentos. Não se pode dizer que não possam ocorrer perdas pela liofilização, pois outros líquidos voláteis, como certos óleos essenciais, podem também evaporar durante o processo. É cada vez mais comum encontrar produtos liofilizados, como frutos fatiados crocantes em saquinhos vendidos nos mercados, misturas para sopas, preparados em pó para suco, antibióticos, vacinas etc. DESTILAÇÃO A destilação é um processo que utiliza a propriedade de alguns materiais de evaporar e condensar sem alterar sua composição química. São materiais que evaporam sem degradar. Exemplos desse comportamento são a água, álcool, gasolina, óleos essenciais etc. Mas devemos enfatizar que, embora não degradem, no caso de contato com fogo, alguns deles podem reagir com o oxigênio e queimar, portanto não podemos aplicar fogo diretamente ao material. A destilação trata-se de um conjunto de operações cuja finalidade é separar as substâncias voláteis das não voláteis, ou separar os constituintes de uma mistura líquida com mais de um componente volátil, cujos componentes tenham pontos de ebulição diferentes. Temos quatro tipos de destilação: Destilação simples Ao aquecer uma mistura líquida, o vapor originado pela ebulição dessa mistura é conduzido por um condensador onde é condensado e conduzido a um novo recipiente. A separação mediante esse processo não é completa, a não ser que os componentes tenham pontos de ebulição muito afastados ou um deles não seja volátil. Apesar disso, esse método é muito utilizado, tanto em laboratórios como na indústria, sempre que não seja necessária uma separação absoluta dos constituintes da mistura a destilar ou quando se

4 pretende separar um líquido dos produtos não voláteis nele dissolvidos. É muito utilizado na destilação de água e bebidas alcoólicas. São vários os tipos de aparelhos para fazer uma destilação simples. São compostos essencialmente de um recipiente onde é promovida a vaporização do líquido mais volátil, que é conduzido até o condensador. A figura ao lado mostra um exemplo de aparelho de destilação simples utilizado para obtenção de água destilada. Mistura a destilar Entrada de água de resfriamento Saída da água de resfriamento condensador Material destilado Destilação fracionada Quando temos mais de um componente volátil em uma mistura, onde a temperatura de ebulição destes não é tão distante, a destilação simples não apresenta eficiência. Uma forma de aumentar a eficiência foi pela alteração do coletor dos vapores, onde este é denominado coluna de destilação. Com esse tipo de destilação é possível separar diversos tipos de componentes em um único processo, onde os diversos componentes ou frações com diferentes composições ou concentrações podem ser coletados e conduzidos diretamente da coluna de fracionamento até o recipiente de armazenamento. Para esse tipo de destilação é utilizado um balão de destilação (também denominado alambique ou refervedor), uma coluna de destilação, um condensador e um receptor. A mistura a ser purificada é colocada no efervedor para aquecimento. O vapor quente gerado é conduzido pela coluna, onde resfria ao longo desta e acaba por condensar-se. O líquido condensado escorre para baixo pela coluna, em direção à fonte de calor. Mais vapor sobe continuamente pela coluna,encontrando-se com o líquido, perdendo energia para o líquido. Parte desse líquido que recebe o calor do vapor ascendente torna a vaporizar-se. A certa altura, um pouco acima da condensação anterior, o vapor torna a condensar-se e escorrer para baixo. Este ciclo de vaporização e condensação ocorre repetidas vezes ao longo de toda a altura da coluna.

5 Vários obstáculos são colocados dentro da coluna de destilação como ilustrado na figura ao lado, de modo a retirar energia dos vapores ascendentes. Em razão desta perda de energia, os vapores mais energéticos, que estão mais próximos de sua temperatura de ebulição, sobem mais alto pela coluna. Esse tipo de processo é muito comum na destilação de petróleo. DESTILAÇÃO PRESSÃO REDUZIDA E ARRASTE A VAPOR Destilação sob pressão reduzida (à vácuo) Por vezes, temos misturas onde a temperatura de ebulição de dois componentes é igual ou muito próxima na pressão ambiente. Quando isso ocorre, mesmo a destilação fracionada apresenta baixa eficiência. Nesse caso pode-se utilizar a pressão reduzida, que nada mais é que acoplar uma bomba de vácuo ao equipamento de destilação, reduzindo a pressão do sistema de destilação. A redução da pressão acelera ou mesmo viabiliza separações desses tipos de mistura por destilação. Mas como a redução de pressão do destilador pode acelerar o processo? Lembrando do diagrama de fases da água visto na aula de liofilização, aproveitamos para informar que todas as substâncias apresentam seu próprio diagrama de fases. Vamos utilizar o diagrama de fases da água com sobreposição de um diagrama de fases de outro material B no mesmo gráfico, assim temos que na pressão ao nível do mar, 760 mmhg, os dois componentes fervem a 100 ºC e congelam a 0 ºC.

6 Pressão (mmhg) água B Temperatura (ºC)

7 P 1 < 760 T 1 < 100 ºC T 2 < T 1 < 100 ºC Ao ligar a bomba de vácuo e reduzir a pressão para P 1 menor que 760 mmhg, ocorre alteração na temperatura de ebulição dos componentes, onde a temperatura de ebulição da água passa a ser T 1 menor que 100 ºC, e a temperatura de ebulição do componente B passa a ser T 2 menor que T 1. Verificase então que a temperatura de ebulição da água e do componente B não são mais iguais. Devido a essa propriedade agora é possível separar por destilação a mistura apresentada. O mesmo ocorre em casos onde a temperatura de ebulição é muito próxima, sendo uma importante ferramenta. Também pode ser utilizado esse sistema em casos onde uma ou mais substâncias de uma mistura a destilar sofre degradação térmica em temperaturas acima de, por exemplo, 60 ºC, o que limita a temperatura de processo a valores abaixo deste, geralmente 5 ºC abaixo do limite de degradação, e, destilação realizada nessa temperatura na pressão atmosférica igual ou próxima à pressão ao nível do mar é muito lenta. Com a redução da pressão na destilação pode-se acelerar esse processo de destilação. Destilação por arraste de vapor Trata-se de uma destilação de mistura de substâncias imiscíveis, composta por compostos orgânicos e água. A destilação por arraste a vapor pode ser utilizada nos seguintes casos:

8 Quando o intuito é separar ou purificar uma substância que apresente ponto de ebulição alto e/ou risco de decomposição; Na separação ou purificação de substâncias contaminadas com impurezas resinosas; Para retirar solventes com elevado ponto de ebulição, quando em solução existe uma substância não volátil; Para separar substâncias pouco miscíveis em água cuja pressão de vapor seja próxima a da água a 100 C, o que é muito importante para as substâncias que se decompõem nestas temperaturas. Nesse tipo de destilação, a água é aquecida num recipiente e o vapor produzido é direcionado para um outro recipiente, onde se encontra o material vegetal que contem o componente que se quer obter. O calor do vapor faz com que as paredes celulares que retém esse componente volátil se abram, liberando-o. Ao receber o calor proveniente do vapor de água, o componente aquece e atinge energia suficiente para evaporar, acompanhando o vapor de água em direção ao condensador. Após a condensação, os condensados formados, de água e do outro componente, são conduzidos a um recipiente. Se o componente não for miscível em água, inicialmente a mistura apresenta-se leitosa, pois é uma emulsão instável, porém, com o tempo, a água se separa do outro componente, apresentando duas fases bem definidas, sendo agora possível separar os dois com facilidade. Um exemplo de uso desse tipo de destilação é a extração de óleo essencial de cravo da índia. Como curiosidade, esse óleo além de aromático apresenta propriedades bactericidas, fungicidas e também é um anestésico, que ainda é utilizado por dentistas, mesmo com todo o avanço de novas tecnologias de produção de anestésicos. AERAÇÃO Aeração é um processo que visa incorporar ar, ou melhor, gás a um meio líquido ou sólido. Mas por que aerar? Com a aeração podemos: Promover aumento de volume de um sistema, o que promove redução da densidade desse sistema Alterar textura dos materiais Promover troca de calor aquecimento ou resfriamento

9 Promover, participar e/ou acelerar reações químicas Causar espalhamento de líquidos ou sólidos Promover controle microbiológico Essas são algumas das funções da aeração. Além dessas, a aeração pode ser utilizada para diversas outras funções, para isso, basta unir conhecimento com criatividade. É assim que a tecnologia evolui. CONTROLE AMBIENTAL Na nossa área, o controle ambiental trata-se do controle dos fatores físicos, químicos e biológicos do ambiente de trabalho, seja um laboratório de análises, de desenvolvimento, de controle de qualidade, ou em ambientes produtivos. Ou seja, é o controle do ambiente de trabalho, interno, não o meio externo. É claro que não podemos nos preocupar apenas com o controle interno e despejar lixo no ambiente externo, mas isso é assunto para outra matéria. Os principais fatores que devemos controlar em uma ambiente são: Temperatura Temperaturas altas podem causar degradação térmica em alguns materiais. Além da degradação térmica, a temperatura inadequada pode favorecer o crescimento de microorganismos tanto no ambiente quanto nos materiais. Um bom exemplo é a carne. Quando congelada, o crescimento de microorganismos é extremamente lento, aumentando nos casos de carnes resfriadas e crescendo vertiginosamente em carnes expostas a temperaturas ambientes acima de 18 ºC. Podemos comparar os prazos de validade são maiores para os congelados (podendo ser de meses), pequeno para os resfriados (sendo geralmente de uma semana, podendo aumentar de acordo com a presença de aditivos ou tratamentos de desinfecção) e extremamente pequena quando expostos a temperaturas acima de 18 ºC, podendo degradar em menos de um dia. Umidade Da mesma forma que a temperatura, a umidade excessiva pode facilitar o crescimento microbiológico ou mesmo facilitar reações químicas que podem levar à degradação dos materiais. Como exemplo caseiro, é comum encontrar bolor nos cantos do teto em banheiros, principalmente durante o inverno, quando devido ao frio, tendemos a fechar a janela e programar a temperatura do chuveiro para a maior possível, de modo que o banheiro fique parecendo uma sauna, cheio de vapor, o qual condensa-se nas paredes, podendo até escorrer pela parede de acordo com a quantidade de água condensada. Essa

10 água permanece muito tempo no local, favorecendo a atividade microbiológica. O mesmo se aplica sobre alimentos ou medicamentos, onde, ao invés de alimentar ou curar, poderão causar graves intoxicações, que podem evoluir a quadros de septicemia seguida de morte. Pressão do ar A pressão do ar interno do ambiente deve ser determinada de modo que não haja perigo de contaminação do ambiente interno pelo ar externo, o qual pode carregar partículas contaminantes, insetos e microorganismos. Nesse caso a pressão deve ser positiva, ou seja, maior que a pressão atmosférica externa. Desse modo, em caso de falhas de vedação ou abertura de portas, o ar necessariamente irá sair do ambiente, evitando a entrada de contaminação. Em alguns casos, a pressão deve ser negativa, ou seja, menor que do ambiente externo. Isso se faz necessário quando o que está no ambiente interno pode ser contagioso ou extremamente tóxico, devendo permanecer retido no interior do ambiente. É o caso de laboratórios de estudo de microorganismos patogênicos considerados de alta virulência ou ambientes hospitalares reservados para pacientes com, por exemplo, tubeculose. Velocidade do ar Esses ambientes são extremamente controlados para evitar a presença de partículas em suspensão, porém é impossível a ausência completa dessas partículas. Desse modo, deve-se evitar que as partículas presentes fiquem em suspensão. É o caso de ambientes com regime laminar de fluxo de ar, onde além de evitar que as partículas fiquem em suspensão, as que estiverem são direcionadas para o sistema de tratamento de ar onde serão retidas por sistemas de filtração. Composição do ar Realiza-se o controle da composição do ar de modo a garantir que o ar presente não seja prejudicial aos operadores dos equipamentos, aos equipamentos ou ao material manipulado. Partículas e microorganismos Para nós, as partículas que ficam em suspensão no ar são muito pequenas, porém, para uma bactéria, podem ser equivalentes a uma ilha paradisíaca ou a um planeta. Desse modo, o ar que entra ou sai do ambiente deve ser devidamente controlado para evitar que ocorra contaminação química pelas partículas ou microbiológica pelos microorganismos presentes nas partículas. Iluminação A iluminação adequada é necessária para que as pessoas presentes nesses ambientes possam realizar suas tarefas com precisão e com redução de riscos de acidentes, porém, quando necessário, a iluminação deve ser adequada ao material processado no ambiente. É o caso de medicamentos sensíveis à luz, geralmente ao ultravioleta. Nesses casos a

11 lâmpada ou o protetor da lâmpada deve ter em sua superfície filtros de luz adequados à necessidade. Som e vibrações O som é necessário para a comunicação, porém, quando excessivo, pode interferir diretamente nos equipamentos, por exemplo em balanças analíticas, ou com as pessoas presentes no ambiente. O som excessivo pode interferir na comunicação levando a erros pela má interpretação da comunicação ou causando estresse ao trabalhadores, o que também pode induzir ao erro. O mesmo se aplica para a vibração de equipamentos que podem interferir em outros presentes no mesmo ambiente, ou mesmo vibração proveniente de outros ambientes externos. Além desses fatores temos outros aos quais devemos nos atentar. Para cada tipo de ambiente devem ser observadas as variáveis físicas, químicas e biológicas presentes, assim como o que pode ser controlado. Apenas para complemento, devemos saber que o controle dos ambientes mencionados é realizado na maior parte desses pelo sistema central de condicionamento de ar. Dentre os fatores indicados, não são controlados por esse sistema a iluminação, o som e vibrações, embora devamos lembrar que esse equipamento pode causar tais fatores.