FACULDADE DE FARMÁCIA DA UFMG DEPARTAMENTO DE ALIMENTOS ALM 602- Operações Unitárias da Indústria Farmacêutica MISTURA DE LÍQUIDOS Accácia Júlia Guimarães Pereira Messano 2010 MISTURA- Conceituação A operação de mistura é amplamente utilizada na indústria farmacêutica com a finalidade de obter produtos uniformes, tanto na forma líquida como sólida Mistura: operação que promove uma distribuição mais uniforme de 2 ou mais componentes por meio de uma movimentação dos componentes produzido por equipamentos mecânicos. A mistura é uma operação durante a qual se efetua a combinação uniforme de varios componentes de uma formulação Mistura: distribuição aleatória de duas ou mais fases, inicialmente separadas, umas nas outras e cuja finalidade é promover a homogeneização do sistema. Agitação e mistura: reorientação de partículas em relação umas as outras, de modo a se obter uniformidade em um sistema FINALIDADES DA MISTURA E AGITAÇÃO Promover o contato íntimo entre as substâncias melhor controle de reações químicas, transferência de massa mais eficiente nos processos de extração destilação, cristalização, secagem, etc) Preparar materiais com propriedades não necessariamente presentes nos ingredientes emulsões Mistura de dois líquidos miscíveis preparo de soluções Dissolução de sólidos em líquidos preparo de soluções Dispersar um gás em um líquido como finas bolhas, como oxigênio do ar em uma suspensão de microrganismos para fermentação ou para o processo de lodo ativado no tratamento de efluentes. Suspensão de finas partículas sólidas em um líquido preparo de suspensões. Agitação do fluido para aumentar a transferência de calor entre o fluido e uma superfície Fatores que influenciam a escolha de um equipamento de mistura 1- exigências do processo 2- as propriedades do escoamento dos fluidos do processo Para líquidos: Viscosidade, densidade, relação entre as densidades, miscibilidade Para sólidos: granulometria, densidade, relação entre densidades, forma, aderência, molhabilidade 3- os custos do equipamento e sua manutenção, tempo requerido e energia necessária para a mistura 4- os materiais de construção necessários: aço inoxidável acabamento espelhado Seleção de misturadores Equipamentos de mistura I - Misturadores para Líquidos de viscosidade pequena ou moderada Agitadores de hélice, pás, turbinas II - Misturadores para Fluidos de grande viscosidade (pastas, massas e cremes) e sólidos plásticos misturadores de bandeja estacionária, bandeja giratória, fita helicoidal, cônico misturador amassador de braço duplo (masseira) III - Misturadores para Sólidos secos misturadores que giram o conteúdo (cone duplo, cone oblíquo, cone em V, cone em Y, cilindro horizontal) misturador de cubeta horizontal Misturadores de fitas e/ou de rosca helicoidal IV - Misturadores gás-líquido Agitador com armação de arame, agitador de jato de ar
Intensidade de segregação Medida da variação da composição entre os vários pontos do sistema Quando a mistura é completa, a intensidade de segregação é zero o sistema apresenta composição uniforme Mecanismo de Mistura X Tempo -tempo inicial: turbulência. -estágios finais do processo: difusão molecular. MISTURA DE LÍQUIDOS MISTURA DE LÍQUIDOS A seleção do tipo de equipamento é determinada pelos fatores: viscosidade medida da resistência ao escoamento Miscibilidade: mistura de líquidos miscíveis e mistura de líquidos imiscíveis emulsificação Densidade, relação entre as densidades, MECANISMOS DE MISTURA DE LÍQUIDOS: a- MISTURA POR CONVECÇÃO movimento de porções relativamente grandes do material que está sendo misturado de um local para outro no sistema. Predomina em misturadores que movem porções adjacentes de fluido em diferentes direções dispersando o sistema nas três dimensões. b- MISTURA TURBULENTA flutuações aleatórias da velocidade no fluido em qualquer ponto do sistema é um mecanismo efetivo de mistura porque diferenças de velocidade produzem uma distribuição aleatória das partículas do fluido Conjunto de turbilhões (remoinhos) de tamanhos variados escala de turbulência distribuição de tamanhos dos redemoinhos c- MISTURA LAMINAR MECANISMOS DE MISTURA DE LÍQUIDOS: Ocorre: Quando fluidos altamente viscosos são misturados Quando a agitação é suave Em camadas de líquidos adjacentes às superfícies dos equipamentos. requer um tempo muito longo para a completa homogeneização do sistema. d- DIFUSÃO MOLECULAR É descrito pela Lei de Fick: a taxa de transporte de massa (dm/dt) através da área interfacial A é proporcional ao gradiente de concentração (dc/dx). dm = D. A. dc dt dx D é o coeficiente de difusão: depende do tamanho das moléculas que se difundem e também da viscosidade do meio. A mistura por difusão pode ser bastante demorada pois com o tempo o gradiente de concentração vai se reduzindo EQUIPAMENTOS PARA MISTURA DE LÍQUIDOS O equipamento é selecionado considerando a viscosidade dos produtos que serão misturados A energia para a propulsão necessária para o processo é obtida basicamente através dos seguintes dispositivos: impulsores (agitadores) ; correntes de ar; jatos de líquidos.
EQUIPAMENTOS PARA MISTURA DE LÍQUIDOS Os equipamentos podem ser contínuos ou descontínuos usualmente a indústria farmacêutica opera em batelada. Os equipamentos descontínuos são constituídos basicamente por : Um tanque ou recipiente adequado para conter o material a ser misturado Uma fonte de energia cinética para fornecer energia ao sistema para que mistura ocorra rapidamente Mistura de líquidos de viscosidade pequena a moderada Hélice, pás, turbinas IMPULSORES (agitadores) para mistura de líquidos de viscosidade pequena e moderada: Hélice, pás, turbinas Misturadores em função da viscosidade Hélice: Elemento impulsor de folhas curtas (<1/4 diâmetro do tanque) girando a alta velocidade (500 a 10.000 rpm) Uma ou mais hélices fixas a um eixo giratório que cria correntes no líquido Tanque cilíndrico FORMAS DE FLUXO GERADA PELOS AGITADORES EM UM TANQUE Tanque vertical Tanque cilíndrico
Vórtice Um vórtex ou vórtice é um escoamento giratório onde as linhas de corrente apresentam um padrão circular ou espiral. São movimentos espirais ao redor de um centro de rotação. FORMAÇÃO DO VÓRTICE: - Produzido pela ação da força centrífuga que age no líquido em rotação, devido à componente tangencial da velocidade do fluido. - Geralmente ocorre em líquidos de baixa viscosidade (com agitação central). Vórtice Maneiras de evitar o vórtice: Vórtice e defletores - descentralizar o agitador; - inclinar o agitador de 15 em relação ao centro do tanque; - colocar o agitador na horizontal; - usar defletores. Vórtice e defletores defletores
Posição correta e eficiência de mistura Hélices Características Auto limpantes - Limpam se a si próprias durante o funcionamento Podem ser usadas em larga gama de velocidades Proporcionam excelente efeito de corte a altas velocidades Não danificam partículas dispersas a velocidades reduzidas Consomem pouca energia HÉLICES Hélices padrões de fluxo
Formas de fluxo originadas por hélices Formas de fluxo originadas por hélices Misturador de hélices HÉLICE Tanque agitado por hélice Posição do agitador em relação ao eixo do tanque
Posição do agitador influencia a eficiência de mistura Tanque de mistura- agitador colocado na lateral Tanque de mistura- agitador colocado fora do centro Tanque de mistura com canais soldados para aquecimento/resfriamento Misturadores de pás MISTURADOR DE PAS PÁ: agitador relativamente largo e achatado (placa plana) preso a uma haste mais longa Em geral são colocadas no centro do tanque Produzem mistura suave Velocidades: 10 150 rpm
Pás - uso Misturador de pás Manipulação de substâncias cristalinas frágeis Misturas de líquidos miscíveis Preparo de soluções de produtos sólidos Para melhorar o fluxo do produto são colocados anteparos ( defletores, chicanas ) Misturador de pás Misturador tipo âncora PÁS ÂNCORA MISTURADORES DE TURBINA Impulsor com mais de quatro folhas montadas sobre o mesmo elemento e fixas a um eixo rotatório Menores que as pás 30 a 50% do diâmetro do tanque Velocidades: 30 500rpm
Misturadores de turbina Misturadores de turbina TIPOS DE TURBINAS Tanque agitado por turbina TURBINA TURBINA
Comparação Hélice/Turbina HÉLICES TURBINAS Misturador de líquidos de viscosidade pequena a média Autolimpantes Uso em larga gama de velocidades Efeito de corte a altas velocidades Não danificam partículas dispersas a altas velocidades Pouco consumo de energia Excelentes para produzir circulação Limitadas por estreita gama de velocidades Geralmente montadas em eixo vertical Eficientes para fluidos de alta viscosidade São facilmente entupidas por partículas sólidas São de fabrico dispendioso Seleção de misturadores Seleção de misturadores
Mistura de líquidos imiscíveis Balanço de população para líquidos imiscíveis Dispersão óleo-água uso de 2 impulsores Dispersão de gases em líquidos Dispersão de gases em líquidos Misturadores para pastas de grande viscosidade
Misturadores para pastas de grande viscosidade Misturador em Espiral Misturadores Nauta e de fita Misturador de fitas ou cintas (ribbon blender) Misturador de fitas Misturador de fitas
Misturador de fitas Misturador de hélices duplas Agitador-transportador para produtos viscosos Misturadores helicoidais Entrada Saída Misturador- transportador para produtos viscosos Misturadores planetarios
Misturadores planetários Misturadores planetários http://www.youtube.com/watch?v=9m8kxzgk95o Misturadores planetários Misturadores planetários Misturador industrial Detalhe de misturador industrial
Tanque de mistura com agitador raspador para produtos viscosos Misturador industrial Misturador de hélice em Z - Masseira MASSEIRA Misturador pomadas e cremes Misturador de fita helicoidal vertical
Tanque de mistura e corte cremes e pastas MISTURADOR de alta velocidade para mistura de água e princípios ativos Mistura asséptica Tanque asséptico de mistura
Misturador-triturador Mistura de cremes e líquidos viscosos Moinho coloidal