mistura liquidos - accácia júlia guimarães pereira messano - 2010
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FACULDADE DE FARMÁCIA DA UFMG
DEPARTAMENTO DE ALIMENTOS
ALM 602- Operações Unitárias da Indústria Farmacêutica
MISTURA DE LÍQUIDOS
Accácia Júlia Guimarães Pereira Messano2010
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 processo2- as propriedades do escoamento dos fluidos do
processoPara 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 misturaI - 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 édeterminada 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 estásendo 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
MECANISMOS DE MISTURA DE LÍQUIDOS:
• c- MISTURA LAMINAR
• 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 . dCdt 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 contínuosou 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
• 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
Misturadores em função da viscosidade
Tanque cilíndrico
Tanque vertical
Tanque cilíndrico
FORMAS DE FLUXO GERADA PELOS AGITADORES EM UM TANQUE
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:
- descentralizar o agitador; - inclinar o agitador de 15°em relação ao
centro do tanque; - colocar o agitador na horizontal; - usar defletores.
Vórtice e defletores
Vórtice e defletores defletores
Posição correta e eficiência de misturaHélices – 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 hélicesHÉLICE
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
PÁ: agitador relativamente largo e achatado (placa plana) preso a uma haste mais longa
Em geral são colocadas no centro do tanque
Produzem mistura suaveVelocidades: 10 – 150 rpm
MISTURADOR DE PAS
Pás - uso
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 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 pás30 a 50% do diâmetro do tanqueVelocidades: 30 – 500rpm
Misturadores de turbina Misturadores de turbina
TIPOS DE TURBINAS Tanque agitado por turbina
TURBINA TURBINA
Comparação Hélice/Turbina
HÉLICES
• Autolimpantes• Uso em larga gama de
velocidades• Efeito de corte a altas
velocidades• Não danificam partículas
dispersas a altas velocidades
• Pouco consumo de energia
TURBINAS
• 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
Misturador de líquidos de viscosidade pequena a média
Seleção de misturadores
Seleção de misturadores
Mistura de líquidos imiscíveisBalanço de população para
líquidos imiscíveis
Dispersão óleo-águauso 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
Saída
Entrada
Misturadores helicoidais
Misturador- transportador para produtos viscosos Misturadores planetarios
Misturadores planetáriosMisturadores planetários
http://www.youtube.com/watch?v=9m8kXzgK95o
Misturadores planetários Misturadores planetários
Misturador industrial
Detalhe de misturador industrial
Misturador industrial
Tanque de mistura com agitador raspador para produtos viscosos
Misturador de hélice em Z - MasseiraMASSEIRA
Misturador pomadas e cremesMisturador 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