Pulverización y separación de partículas sólidos

Pulverización y separación de partículas sólidas

Isabella Gómez Pablo Jaramillo Jhonier Guzmán Nicolás Guzmán

Índice

1.

2.

Pulverización partículas sólidas

Separación de partículas según su tamaño

1.1.

2.1.

Objetivos

Introducción

1.2.

Introducción

2.2.

Eficacia del proceso

1.3.

2.3.

Modalidades de pulverización

Métodos de separación

1.4.

2.4.

Aspectos teóricos

Selección del método de separación

1.5.

Mecanismos de pulverización

1.6.

Aspectos cinéticos

1.7.

Equipos de pulverización

1.8.

Micronizadores

1.9.

Criterios de selección del equipo de pulverización

Pulverización de partículas sólidas

1.1. Objetivos

Presentar las características de los equipos de pulverización y de separación de partículas en función de las propiedades de las partículas de los sólidos.

Dar a conocer los fundamentos teóricos de las operaciones de pulverización y de separación de partículas en función de su tamaño.

Presentar los criterios para la selección de equipos de pulverización y separación de partículas en función de las propiedades de las partículas sólidas,

Dar a conocer las posibilidades que ofrece la ingeniería de partículas para la obtención de partículas de tamaño nanométrico.

1.2. Introducción

Pulverización

Proceso de reducción del tamaño de partículas

Mediante procesos mecánicos

Para alcanzar objetivos como:

• ↑ Velocidad de disolución de farmacos poco solubles
• Mejorar la uniformidad del contenido en dosis del fármaco
• Aproximar a forma esférica las partículas del solido
• Facilitar operación de otras operaciones básicas
• Controlar procesos de sedimentación en suspensiones

Riesgos de la pulverización

Tabla 1. Riesgos de la pulverización y posibles causas.

Procedimiento de pulverización de acuerdo al tamaño final de partícula

Tabla 2. Clasificación de la pulverización según el tamaño final de partícula obtenida

1.3. Modalidades de la pulverización

En la práctica se presenta dos modalidades de pulverización: "seca" y "humeda"

Pulverización seca

Se procesa el sólido pulverulento y se reduce la humedad procurando mantener el contenido de humedad debajo del 5%. El exceso de humedad sucede frecuentemente en productos higroscópicos y en hidratos que cuando se pulverizan pierden parcial o totalmente el agua de cristalización.

Pulverización húmeda

Modalidad que requiere la preparación inicial de productos con consistencia pastosa o líquida. Es la modalidad más ventajosa de usar. Se requieren en reducciones muy profundas de partícula del sólido y en la reducción del efecto abrasivo de materiales de dureza elevada.

1.4. Aspectos teóricos de la pulverización

Materiales plasticos

Materiales elásticos

Estructuras cristalinas

Propiedades del material

Experimentan un cierto grado de deformación plástica y un comportamiento similar a los sólidos elásticos que se conocen como materiales quebradizos

Presiones reducidas se comportan como materiales elásticos. En cambio si se supera el límite elástico pasa a ser permanente y pierde la proporcionalidad presión-deformación.

Experimentan una deformación proporcional a la presión aplicada (según la ley de Hooke) y una medida de facilidad a la deformación.

Cuando se someten materiales a la acción de una fuerza o presión se genera una deformación plástica o elástica.

Info

Info

Materiales fibrosos, polimericos

Sólidos amorfos o microcristalinos

Tienen un comportamiento como el de los materiales plásticos, son más difíciles de fragmentar porque admiten deformaciones de mayor magnitud

Experimentan deformaciones sin fragmentarse. Por ello se tiene en cuenta diferentes propiedades y caracteríticas

Materiales Fibrosos

Materiales cristalinos

Se pulverizan adecuadamente en equipos de compresión o impacto

1.5. Mecanimos de pulverización

Se usan en los equipos con mecanismo de corte.

Hay cuatro mecanismos básicos: compresión, impacto, roce o fricción y corte. Como ejemplo de cada uno: cascanueces, martillo, lima y tijeras. Su eficacia depende del material a pulverizar.

Pulverizacion por impacto

Pulverizacion por roce

Genera partículas con formas próximas a las esféricas

Origina partículas angulosas

1.6. Aspectos cinéticos de la pulverización

La ruptura de una particula, da origen a un conjunto de fragmentos cuyo tamaño depende de :

• La naturaleza del material
• El mecanismo de pulverización
• La intensidad de la fuerza aplicada para provocar la ruptura

Aspectos importantes:

• Durante el proceso de pulverizacion no solo se observa una reducción progresiva del tamaño medio de partícula del producto, sino cambios importantes en la distribucion de tamaños
• La aplicacion de un proceso de pulverizacion concreto sobre un determinado material no permite alcanzar un tamaño de particula inferior a un tamaño limite, aunque se intensifiquen las condiciones y la duracion del proceso de pulverizacion

1.7. Equipos de pulverización

Criterios para clasificación de equipos de pulverización:

1. Mecanismo de pulverización
2. Tamaño de partícula
3. Régimen de funcionamiento
4. Modalidad de pulverización

Actualmente, existen diversos equipos de pulverización en donde pueden distinguirse tres elementos básicos:

1. Sistema de alimentación del material.
2. Cámara de pulverización: se reduce el tamaño de partículas.
3. Dispositivo de descarga: regula la salida del material pulverizado de la cámara de pulverización.

1.7. Equipos de pulverización por impacto

Nombre: Molino de martillos BTM Descripción física: Formados por una cámara cilíndrica con un rotor situado en su centro, que gira a velocidad elevada (hasta 10.000 rpm), adicional a esto, lleva incorporados 4-10 martillos que golpean las partículas de sólido. Una vez las partículas alcanzan un tamaño suficientemente reducido, abandonan la cámara a través del tamiz que está en la parte inferior. Función: Equipo utilizado en la molienda de productos diversos, tales como forrajes, harinas descascarilladores; extracción de aceites, productos de fragilidad media, relativamente secos. Marca: L.B Bohle Tamaño de partícula: >20 Producción: 1500 kg/h Velocidad: 600-6000 rpm

Ventajas

1.7. Equipos de pulverización por compresión

Nombre: Molino de rodillos PGS 165 A Descripción física: Formado por dos rodillos (de superficie lisa o acanalada) que giran en sentido opuesto, atrapando el producto y fragmentando sus partículas por compresión entre los cilindros. El diámetro de estos determina el tamaño máximo de partícula que permiten atrapar. Función: Adecuado para materiales quebradizos de dureza no excesiva en procesos de pulverización grosera, ya que difícilmente permiten alcanzar las 100 micras en el tamaño de las partículas pulverizadas. Marca: Alexanderwer Producción: 1000 kg/h Altura del cilindro de trabajo: 105 mm Diámetro del cilindro de trabajo: 165 mm Tamaño de partícula: <100 um

Agujeros cilindro de rallado: 1,0 - 6,0 mm Agujeros cilindro de trituración: 2,2 - 12,0 mm

Enim senectus tempor vivamus elementum gravida aptent quisque malesuada.

1.7. Equipos de pulverización de corte

Nombre: Molino de cuchillas Descripción física: constan de una cámara cilíndrica, en su interior se sitúan cuchillas fijas, y un rotor central, que también lleva incorporadas cuchillas y al girar, hace coincidir cuchillas fijas y móviles y produce su efecto cortante. En la parte inferior de la cámara se sitúa un tamiz que permite la salida del producto cuando ha alcanzado el tamaño de partícula adecuado. Función: Adecuado para pulverización de materiales plásticos y fibrosos, en procesos de pulverización moderadamente fina-fina, ya que normalmente no permiten obtener productos con tamaño de partícula inferior a 100 micras. Velocidad: 1700 rpm (literatura 200-900 rpm) Producción: 50 - 100 kg/h Tamaño de partícula: >100 um

Enim senectus tempor vivamus elementum gravida aptent quisque malesuada.

1.7. Equipos de pulverización combinado (Impacto-fricción)

Nombre: Molino de bolas Descripción física: formado por recipientes cilíndricos rotatorios (metálicos o cerámico) que contienen en su interior una colección de bolas (acero inoxidable) que se desplazan en el interior del cilindro por su efecto de su rotación. Función: Adecuado para materiales quebradizos, de elevada dureza o carácter abrasivo, en procesos de pulverización fina-ultrafina, ya que permiten alcanzar en el producto final tamaños de partícula de hasta 10 micras. Para homogeneizar emulsiones o pastas. El micromolino vibratorio PULVERISETTE 0 está recomendado para la preparación de muestras para pruebas RoHS (sustancias peligrosas). Marca: Fritsh Velocidad: 3000-3600 rpm Tamaño de partícula: 10 um

Enim senectus tempor vivamus elementum gravida aptent quisque malesuada.

Ventajas

1.7. Equipos de pulverización combinado (Impacto-fricción)

Nombre: Molino de vibración Descripción física: Una transmisión subresonante de doble masa y un sistema de resortes almacena y libera de manera alterna el polvo triturado. Una vez en movimiento, la energía solo se necesita para mover el medio de trituración como una masa de fluido y superar las pérdidas por fricción. Función: Variante de los molinos de bolas. En lugar de impactar las bolas sobre las partículas del producto por gravedad, lo hacen con el sometimiento de la cámara a una vibración de alta frecuencia y pequeña amplitud. Es mayor el impacto en el molino de bolas y permite reducciones del tamaño de partículas más profundas.

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1.8. Micronizadores

Nombre: Micronizadores. Tamaño de particula: Entre 0,5 y 20 micras. Descripción física: Estan constituidos por dos cámaras, habitualmente elípticas, a las que se hacen llegar dos corrientes de aire a presión. Tambien cuenta con un sistema de vacio que permite retirar las particulas reducidas. Función: Este equipo es adecuado para productos quebradizos en operaciones de pulverización ultrafina. Limitaciones: El tamaño de particula no debe der ser superior a 50 micras.

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Criterios de selección del equipo de pulverización

Tamaño de particula y grado de homogeneidad

Versatilidad

Forma de la particulas pulverizadas

Coste y duración del proceso

Facilidad de limpieza del equipo

Característica del material

Separación de partículas según su tamaño

2.1. Introducción

Problemas comunes en la tecnología farmacéutica:

• heterogeneidad en tamaños de sólidos pulverulentos.
• Presencia de particulas de tamaño inadecuado.

Ejemplos de los objetivos de la separación:

• En granulados: Exceso de partículas finas afecta flujo y compactación. Necesidad de separación.
• Medicamentos pulmonares: Partículas >5 micras o <1 micra no son adecuadas, deben evitarse.

2.2. Eficacia del proceso

Grado de éxito alcanzado mediante el proceso de separación.

Análisis granulométrico del producto y cuantificación de presencia de partículas mal clasificadas.

Proceso de separacion ideal (B) (eficacia 100%) Particulas de tamaño superior al de corte en fraccion de menor tamaño. Particulas de tamaño inferior al de corte en la fraccion de mayor tamaño. Proceso de separacion real (C) Particulas de tamaño superior al de corte en la fraccion de menor tamaño. Particulas de tamaño inferior al de corte en la fraccion de mayor tamaño.

Proceso de separación pierde eficacia cuando

Causas

2.3. Métodos de separación

Dentro de los métodos de separación se encuentran:

1. Tamización
2. Sedimentación
3. Elutriación
4. Separadores ciclónicos

Aplicación de procedimientos de análisis granulométrico por tamización y diferenciación de las operaciones de separación a escala industrial:

1. Cantidad de producto
2. Tamices de mayor superficie y resistencia
3. Disposición de tamices en cascada

Disposición de tamices en cascada y en serie

2.3. Métodos de separación

Nombre: Tamiz rotativo Descripción física: La pequeña inclinación que poseen, promueve la progresión del producto en su interior y el movimiento rotatorio intensifica el contacto de las partículas con la superficie de tamización. Función: se introduce agua por gravedad y se distribuye en un tambor rotativo con perfiles en "V". Los sólidos más grandes quedan atrapados en la superficie del tambor y son raspados por un rascador que se apoya en el tambor. El agua filtrada pasa hacia abajo a través de los perfiles libres de sólidos. La malla del tambor se mantiene limpia mediante un sistema de lavado con boquillas de pulverización. Esto permite la separación eficiente de sólidos del agua, con una limpieza continua del tambor.

Empleados en la industria

Tamices rotatorios

Ventajas

2.3. Métodos de separación

Nombre: Tamiz vibratorio Descripción física: superficie de malla o perforada que vibra, generalmente impulsada por un motor vibratorio. Función: separa partículas por tamaño mediante vibración controlada de una malla, dejando que las pequeñas pasen y reteniendo las grandes. Es usado en diversas industrias para clasificar materiales según su tamaño. Requiere de un sistema de “rebosado” que les permite funcionar en régimen continuo. Evitando acumulación excesiva de producto sobre los tamices.

2.4. Selección del método de separación

El procedimiento más adecuado para cada caso concreto depende del tamaño de las partículas a separar y la solubilidad del sólido:

• Tamización: (5 - 10.000 micras)
• Sedimentación (0,1 - 1.000 micras)
• Elutriación (1-500 micras)
• Ciclones (3 - 200 micras)

En cuanto al tamaño de partículas a separar el aspecto crítico para cada uno es:

En relación con la solubilidad del sólido, los procedimientos que utilizan suspensiones acuosas no son adecuados para la separación de partículas hidrosolubles. Los equipos de tamización y los separadores ciclónicos son los más adecuados. No obstante, se dispone de algunos equipos de elutriación adaptados para la separación en el seno de corrientes de aire o gas.

Referencias

Bibliografía

Martínez Pacheco, Ramón (2016). Tratado de tecnología farmacéutica. Volumen II: Operaciones básicas. Madrid. Editorial Síntesis S.A.

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