AULA 5 Físico-Química Industrial. Operações Unitárias Na Indústria Farmacêutica

Transcrição

1 AULA 5 Físico-Química Industrial Operações Unitárias Na Indústria Farmacêutica Prof a Janaina Barros 2010 CENTRIFUGAÇÃO 1

2 Se a matéria for constituída por mais de um tipo de molécula teremos uma MISTURA Estas misturas podem ser HOMOGÊNEAS ou HETEROGÊNEAS As misturas que possuem apenas um único aspecto, isto é, as mesmas propriedades químicas em toda a sua extensão são denominadas de HOMOGÊNEA Se a mistura apresentar mais de um aspecto, isto é, tem propriedades distintas em sua extensão, será HETEROGÊNEA 2

3 CENTRIFUGAÇÃO: método utilizado para acelerar a decantação. Para isso coloca-se a mistura num aparelho chamado centrífuga, que gira em alta velocidade, depositando as partículas sólidas, que são mais densas. 3

4 Princípios da Centrifugação Na sedimentação as partículas são separadas de um fluído por ação de forças gravitacionais. A separação gravitacional pode ser muito lenta devido à proximidade entre as densidades das partículas e do fluido, ou por causa de forças associativas que mantém componentes ligados, como em emulsões. O uso de centrífugas aumenta muitas vezes a força que atua sobre o centro de gravidade das partículas, facilitando e a separação e diminuindo o tempo de residência. Equipamentos - Centrifuga de Tambor Utilizada apenas na clarificação de líquidos, como por exemplo óleo isento de água. O tambor é dotado de 2 a 8 elementos cilíndricos internos, uma série de câmaras anelares unidas consecutivamente. O produto a ser clarificado entra no tambor pelo centro, escoando consecutivamente por cada câmara anelar a partir da câmara mais interna. Em cada câmara o diâmetro é maior e aumenta a força centrífuga, fazendo o produto escoar por zonas centrífugas cada vez maiores, até o final do processo. 4

5 2. Centrífugas de disco Usada em separações líquido-líquido, algumas podem separa partículas finas de sólidos A mistura é alimentada pelo fundo da centrífuga e escoa para cima passando através de buracos espaçados nos discos. Os buracos dividem a seção vertical em uma seção interna, onde fica o líquido leve, e uma seção externa, onde fica o líquido pesado. PROCESSOS DE CENTRIFUGAÇÃO A centrifugação é um processo de separação física de materiais onde a força centrífuga transmitida pela rotação de um tambor, cilindro ou outro recipiente em torno de um eixo simula a gravidade, porém em sentido contrário, ou seja, enquanto a gravidade atrai a matéria para o centro do eixo, a força centrífuga empurra a matéria no sentido contrário. É fácil imaginar a ação de uma centrífuga, pois temos em nossas casas um equipamento com função centrífuga: a lavadora de roupas!!! 5

6 Suspensões de sólidos em líquidos tendem a separar devido à ação da gravidade, devido à diferença de densidade entre os componentes da mistura. Tome como exemplo um suco de laranja. Se você preparar um suco de laranja e depositá-lo em um copo, permanecendo na mesma posição sem que seja misturado ou deslocado, após uma hora você verá que haverá decantação, ou seja, pode-se distinguir fases com diferentes teores de sólidos em suspensão. Quanto maior o tempo, maior será a separação. Pensando nessa propriedade, por que não dar uma ajudinha à mãe natureza?!!! Quanto maior a velocidade do eixo, maior será a força centrífuga aplicada sobre os materiais, conseqüentemente, temos simulação de gravidade amplificada, dessa forma, misturas heterogêneas são separadas pela ação da centrífuga, a qual, comparativamente, acelera a ação da gravidade, diminuindo o tempo para que ocorra a separação. Como visto acima, para que ocorra a separação por centrifugação, é necessário que haja diferença de densidade entre os elementos presentes numa mistura. Mas não é só isso. A centrífuga também deve fornecer ao sistema força suficiente para promover a movimentação das partículas pelo meio líquido. Como assim??????? 6

7 Lembrando o que foi visto nos primeiros capítulos, temos líquidos com viscosidades diferentes, e, quanto maior for a viscosidade de um líquido, mais difícil será a movimentação de partículas por esse líquido. Tome como exemplo um copo com água e um copo com mel. Se jogarmos um clip metálico na água este irá rapidamente para o fundo. Se for feito o mesmo no mel, o clip levará mais tempo para chegar ao fundo, se chegar!!! Isso nos leva a pensar: se o líquido for mais viscoso, a centrífuga deverá fornecer mais energia ao sistema, ou seja, deverá ser mais rápida para promover a separação. Também podemos pensar o seguinte: quanto maior for a velocidade ou o RPM, rotações por minuto, da centrífuga, mais energia esta fornece ao sistema, portanto menor será o tempo de separação. Mas cuidado!!! Não é bem assim, pois os materiais que compõe uma mistura líquida podem ser sensíveis à ação mecânica e sofrer ruptura. Veja o exemplo de glóbulos vermelhos no sangue. Sendo células, são como pequenas cápsulas com líquidos em seu interior. Se essas cápsulas receberem muita energia, poderão se romper, e, apesar de ocorrer a sedimentação dos glóbulos vermelhos, a ruptura desses poderá resultar em falsos resultados, indicando, por exemplo, uma quantidade excessiva de glóbulos vermelhos mortos. Sim, estarão mortos, porém pela ação indevida nos procedimentos da análise, o que poderá levar a um diagnóstico equivocado. 7

8 As centrífugas também podem ser utilizadas na separação de líquidos imiscíveis, por exemplo, emulsões. Quando agitamos dois líquidos imiscíveis, como água e óleo de soja, as duas fases tendem a formar gotículas, o que é denominado emulsão. Ao parar a agitação, as gotículas de cada material tendem a se unir, coalescer, promovendo a separação das fases. Para aumentar a estabilidade de uma emulsão é utilizado um componente denominado emulsificante, o qual age como uma ponte entre os líquidos imiscíveis, no nosso exemplo, óleo e água. O emulsificante, para aumentar a estabilidade da emulsão deve evitar que ocorra encontro entre as gotículas do mesmo líquido. Para tal, ele empresta sua polaridade. As gotículas do óleo, que é um líquido apolar, passam a apresentar polaridade em sua superfície. Como gotículas de polaridade igual se repelem, a emulsão passa a apresentar maior estabilidade. Para promover a separação dessa mistura, a centrífuga deve, devido à viscosidade, fornecer força suficiente para que as gotículas possam se encontrar. Além dessa força, deve também fornecer força maior que a força de repulsão entre as gotículas, de forma a promover a coalescência entre as gotículas, separando as fases. Portanto, não é só acelerar até o fundo!!! Antes de realizar a centrifugação, devemos conhecer o que será separado e seus componentes. 8

9 PROCESSOS DE CENTRIFUGAÇÃO As centrífugas são de dois tipos básicos: de refugo e de sedimentação Nas centrífugas de refugo existe um retículo que impede a passagem dos sólidos, porém não dos líquidos, os quais podem sair da centrífuga em movimento. Esse é o caso da função centrífuga das lavadoras de roupas. Nas centrífugas de sedimentação não há retículo que permita a passagem dos líquidos. Toda mistura permanece dentro do cesto da centrífuga, ocorrendo a separação por sedimentação. Quanto ao tipo de construção do equipamento, podemos agrupar as centrífugas em: Separadores líquido-líquido São centrífugas de câmara tubular e de câmera e disco. Centrífugas câmera e disco, ver figura 01, são utilizadas no beneficiamento do leite na separação do creme de leite, refino de óleos vegetais e animais, assim como na clarificação de sucos de frutas. Figura 01 Centrífuga de câmara e disco 9

10 Figura 02 Centrífuga tubular As de câmara tubular, ver acima, figura 02, também denominadas Sharples, tem aplicação na separação de gorduras animais e de óleos vegetais, ou na clarificação de sucos de frutas. Clarificadoras centrífugas e para lodos São empregadas na clarificação de líquidos com pequena concentração de sólidos em suspensão. Ver figura 03. São utilizadas na separação de gorduras animais e de óleos vegetais, ou na clarificação de sucos de frutas e cervejas, separação da água e amido de milho, trigo e arroz. Figura 03 centrífuga clarificadora 10

11 Equipamentos - Centrifuga de Tambor Utilizada apenas na clarificação de líquidos, como por exemplo óleo isento de água. O tambor é dotado de 2 a 8 elementos cilíndricos internos, uma série de câmaras anelares unidas consecutivamente. O produto a ser clarificado entra no tambor pelo centro, escoando consecutivamente por cada câmara anelar a partir da câmara mais interna. Em cada câmara o diâmetro é maior e aumenta a força centrífuga, fazendo o produto escoar por zonas centrífugas cada vez maiores, até o final do processo. Centrífugas de cesto filtrante Esse tipo de centrífuga apresenta o cesto com um elemento filtrante (ver figura 05), ou seja, age como um filtro. São utilizados na separação de partículas sólidas relativamente grandes, como o bagaço de frutas nos sucos industrializados, separação da gordura e do soro de queijos, impurezas de óleos vegetais etc. A lavadora de roupas apresenta cesto filtrante adequado para separar a solução ou emulsão aquosa da roupa. Esse tipo de centrifugação é denominado hidroextração, o qual é um processo que visa a retirada do excesso de água do elemento principal sólido. Figura 05 Cestos filtrantes para centrífugas 11

12 Separação de líquidos em uma centrífuga. A separação de suspensões líquido-líquido compostas de líquidos imiscíveis que estão finamente dispersos como uma emulsão são um problema comum na indústria alimentícia. Um exemplo é a emulsão de leite que é separada em dois produtos: leite desnatado e creme ou nata, usando centrífugas. Nessas separações, a posição da barreira de transbordamento na saída da centrífuga é muito importante, não só para o controle do volume na centrífuga, mas também na realização da separação desejada. Exercícios 1. Cite um tipo de análise laboratorial para nossos fluidos corporais onde são utilizadas centrífugas. Por quê em nossas casas a lavadora de roupas apresenta a função centrifugação? 2. Qual tipo de centrífuga deve ser utilizada para a análise de sangue? Por quê são utilizadas centrífugas de cesto filtrante para a produção de sucos integral de frutas? 12