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