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Tema 8 - Mezcla
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- 1MezcladoOperación básica unitaria en la que se tratan dos o más componentes que se encuentran inicialmente separados o parcialmente mezclados, de tal foma que al final del proceso están en contacto unos con otros.
Si se alcanza el objetivo de la mezcla de acuerdo con esta definición se obtendría una mezcla perfecta. Sin embargo, esto es difícil de conseguir y a veces no es el objetivo.
Ejemplo de productos que utilizan el proceso de mezclado:
* Comprimidos, cápsulas, polvos para inhalación
* Mezcla de un sólido en un líquido (suspensiones)
* Emulsiones y cremas (mezcla de líquidos inmiscibles)
No siempre queremos preparar una mezcla perfecta, sino que a veces tenemos otros objetivos:
* Mezcla de principio activo y excipientes para preparar un comprimido: se busca una mezcla perecta
*Adición de lubrificante, con el objetivo de que el agente lubrificante recubra cada una de las partículas del producto: no se busca una mezcla perfecta. - 2Tipos de mezcla* Positivas: mezcla espontánea por difusión. No necesitan energía si el tiempo es ilimitado (el tiempo se puede acortar mediante agitación). En general los productos obtenidos no presentan problemas. Ej: disolución
* Negativas: los componentes tienden a separarse. Se necesita energía para mantener el sistema o bien los componentes tienden a separarse con el tiempo. Son difíciles de mantener. Ej: suspensión o emulsión
Neutras: los componentes no tienen tendencia a mezclarse espontáneamente o segregarse espontáneamente una vez se ha llevado a cabo el proceso para mezclaralas (ej: mezcla de polvos, pastas, ungüentos). Si se modifican las características de los componentes se puede cambiar el tipo de mezcla. - 3Concepto de mezclaSuponemos que tenemos dos productos de igual tamaño, forma y densidad de partícula, de manera que no tengan tendencia a separarse. El proceso de mezclado depende de la proporción en que tengamos cada uno de los componentes de la mezcla.
- 4Tipos de mezcla en función del mecanismo de mezclado* Mezclas difusivas (transferencia de partículas individuales):
- Difusión
- Convección
* Mezclas convectivas (transferencia de grupos de partículas)
- Cizalla - 5Fuerzas que intervienen en el proceso de mezclado* Compresión: fuerzas que harán que las partículas tiendan a unirse
* Tensión: fuerzas que harán que las partículas tiendan a separarse
* Cizalla: fuerzas que hacen que las partículas se separen de manera diagonal - 6Tipos de mezcla en función del grado de interposición* Mezcla perfecta o ideal:
Mismas cantidades de dos compontentes A y B. Cada partícula del compuesto A se encuentra de forma intercalada con partículas del comopuesto B y viceversa.
* Mezcla aleatoria o randomizada: mezcla en la que la probabilidad de seleccionar un tipo de partícula es la misma en todas las posiciones de la mezcla y es igual a la proporción de partículas en la mezcla total.
Esta probabilidad depende del número de partículas de la muestra, aumenta según aumente el número de partículas.
- La probabilidad de tomar dos partículas A sería del 25 %
- La probabilidad de tomar dos partículas B sería del 25 %
- La probabilidad de tomar una partícula A y otra B sería del 50 %
Dentro de la mezcla aleatoria, encontramos un ejemplo extremo, que sería una mezcla randomizada con un componente minoritario, que son mezclas muy difíciles de conseguir.
Además encontramos el concepto de mezcla homogénea.
* Muestra ordenada - 7Escala de escrutinioObjetivo: obtención de unidades de dosificación (habrá que asegurar que la alícuota de la mezcla es homogénea). El peso o volumen de la unidad de dosificación será el tamaño de muestra a ensayar. Se cogen muestras a distintos tiempos y de distintas zonas. Hay que coger varias muestras.
Si tuviéramos 500 g de excipiente y 500 g de p.a. en una mezcla 50/50, para fabricar comprimidos de 1 g, ¿qué cantidad de muestra necesito coger para determinar si la mezcla es homogénea o no?
Sería necesario coger 1 g de la mezcla. Este es el concepto denominado escala de escrutino (=1 g en este caso)
El número de partículas aumentará con el peso de la muestra y a medida que disminuya el tamaño de partícula y la densidad--> se consigue una probabilidad mayorde tener una mezcla homogénea (concepto ligado con la mezcla randomizada) - 8Factores que afectan a la eficacia de la mezcla de sólidos: Características de las partículasA) Características de las partículas
i) Estructura física de los sólidos
- Estructura (amorfa/cristalina)
-Forma de las partículas: lo ideal es esférica
- Granulometría
- Friabilidad y dureza de las partículas: si las partículas son friables, hay finos con los que no se contaba
- Volumen (relacionado con la densidad aparente, importante para el llenado volumétrico)
-Compartimento reológico: fluidez, electricidad estática (hace que se aglomeren las partículas)
ii) Factores de estabilidad:
-Frente a la humedad: si es higroscópico, aumenta de peso y la muestra varía
- Reacciones de oxidación (luz): puede degradar el p.a.
Reacciones químicas varias
iii) Dispersión granulométrica:
- Dispersiones isométricas (tamaños similares)--> interesa en la mezcla randomizada
- Dispersiones anisométricas (heterogéneas)--> interesa en la mezcla ordenada
iv) Proporción de componentes
- Semejante (45:55)
- No semejante (0,1:99,9)
(...otra tarj.) - 9Proporción no semejanteEn estos casos, se usa un recurso tecnológico conocido como DILUCIÓN GEOMÉTRICA (especial para mezclas randomizadas con un componente minoritario). Consiste en poner el p.a., que es el componente minoritario, en contacto con la misma cantidad de excipiente, de manera que se consigue una mezcla homogénea (50:50). Ahora tenemos una mezcla con un p.a. al 50%. A continuación, añadimos la misma cantidad de excipiente que de mezcla, por lo que ahora el principio activo está al 25%. Así, volveríamos a añadir la misma cantidad de excipiente, obteniendo una mezcla con una proporción de principio activo del 12,5%. Continuaríamos así de manera sucesiva, hasta que conseguir la proporción de excipiente deseada.
- 10Factores que afectan a la eficacia de la mezcla de sólidos: caraccterídsticas de mezclador y conciciones de mazcladoB) Características de mezclador
i) Dimensiones
ii) Geometría
iii) Tipo de agitación
iv) Velocidad de giro
C) Condiciones de mezclado
- V ocupado en el mezclado (1/3 aprox.): si se llena mucho, no hay espacio para que las partículas interaccionen bien
- Método y v de incorporación de componentes
- t de mezclado - 11Proccesos de segregación o desmezclaSupone la separación de los componentes de la mezcla y va a depender del tipo de mezclado del que se trate. En función de la espontaneidad con la que se produce el mezclado, pueden tener lugar tres supuestos distintos:
1) Mezclado espontáneo (mezclas positivas): no requiere aporte de E. Ocurre en líquidos solubles, gases y sólidos solubles en líquidos (disoluciones). Cuando no se aporta E, se realiza el proceso más rápido. Tienen una tendencia nula a la segregación espontánea, no tienden a separarse a no ser que se cambien las condiciones (p. ej. si se cambia la Tª del p.a. puede precipitar).
2) Mezclado forzado (mezclas negativas): necesitan aporte de E, tras el cual se crean sistemas fluidos - 12Casos de mayor segregación en sólidos1) Si se trata de una mezcla ordenada se puede dar un desplazamiento de las partículas adsorbidas por otras que tengan mayor afinidad (proceso de segregación)
2) Si los materiales son poco cohesivos (baja interacción entre las partículas), tienden a separarse
3) Si se trabaja con materiales de granulometría heterogénea (diferencias de tamaño y densidad aparente), tienden a separarse
Esto último es muy importante al elaborar una FF en un laboratorio, pues hay tolvas de gran tamaño con tiempos de elaboración largos. Si tenemos una tolva que tiene que estar en movimiento, si no se tiene cuidado con las características iniciales de las partículas, las de mayor densidad aparente van a separarse de las otras depositándose en la parte inferior de la tolva, con lo que se va a dar una sobredosificación o infradosificación en el lote. - 13Recursos tecnológicos para evitar la segregación1) Selección fracciones para fcos. y excipientes con tamaño semejante
2) Reducción del tamaño de partícula, ya que en tamaños de partícula pequeños se evita la agregación, aunque si se hacen muy pequeñas se puede facilitar la agregación. Por tanto, hay que reducir el tamaño de partícula hasta un punto determinado en el cual no se produzca agregación.
3) Cristalización controlada de fcos. y excipientes para obtener componentes de forma cristalina o un intervalo determinado.
4) Selección de excipientes con una densidad aparente semejante.
5) Granulación de la mezcla de polvos (aumento del tamaño y forma esférica) de forma que exista un gran número de partículas distintas distribuidas de forma homogénea en cada gránulo. El granulado lleva implícito una forma esférica que tiene distintos componentes.
6) Reducción de la vibración o movimientos después de realizar el mezclado.
7) Uso de tolvas diseñadas para que el tiempo de residencia de la mezcla sea mínimo.
8) Uso de equipos en los que puedan realizarse distintas operaciones sin necesidad de transferir la mezcla ("todo en uno") - 14Homogeneidad de una mezcla: índices de mezclaMuestras se toman al azar a partir de una mezcla y todas las partículas son del mismo tamaño, forma y densidad (para impedir segregación).
Para determinar que la mezcla es homogénea se cogen muestras de varias zonas en intervalos de tiempo. Hay que determinar los tiempos y de dónde se coge la muestra. La zona cercana a las paletas tendrá una mayor probabilidad de ser homogénea que la zona cercana a las paredes. Para tomar una muestra se definen distintos puntos de muestreo.
Se determina el % de p.a. en cada una de las zonas en los distintos tiempos. Se hacen 3 medidas a cada tiempo de las distintas zonas, para tener una muestra representativa y calcular la media y desviación estándar. A medida que transcurre el tiempo, nos iremos acercando a Xn. Puede llegar un momento donde aumentar demasiado el tiempo favorezca la segregación. Por tanto, en cada tiempo, vamos a tener una media, una desviación estándar y un coeficiente de variación (desviación estándar expresada en porcentaje). - 15Media, desviación estándar y coeficiente de variaciónMedia = sumatorio xi / n
Desviación estándar = Raíz de ((sumatorio de (xi - media)^2 ) / (n-1))
Coeficiente de variación = (desviación estándar / media) * 100 - 16Continuación de índices de mezclaTendremos una campana de Gauss representativa d enuestra población, que en este caso sería el porcentaje de p.a. en la muestra. La curva de Gauss da la media + 1, 2 o 3 desviaciones estándar.
1 desviación=68,26 %; 2d=95,46%; 3d=99,73%
Una vez determinados estos parámetros, veremos que al principio la desviación estándar será muy grande, ya que inicialmente los componentes serán segregados, y a medida que avanza el proceso, el valor de la desviación estándar será menor, ya que se acercará más al valor teórico.
La desviación estándar va a ir disminuyendo con el tiempo, y a partir de un momento dado, compienza un proceso de mezclado-segregación. - 17Tiempo eficaz de mezlcaEs el tiempo al cual la desviación estándar es mínima. En cada caso sería necesario determinar cuál es la desviación máxima y cuál es la desviación mínima.
La desviación máxima sería aquella en la que los componentes están completamente segregados y la mínima tenderá a aproximarse a 0, aunque no suele llegar a ser 0.
También se habla de este concepto en la represntación gráfica en la tarjeta de índices de mezcla!! - 18Expresiones de Lacey para las desviaciones máxima y mínimaDesviación estándar máxima = raíz de media * (1-media)
Desviación estándar mínima = raíz de (media * (1-media)) / N
N es el tamaño de muestra (número de partículas, peso, volumen, etc.) - 19Índices de mezclaM es el índice de mezcla, y tiene distintas expresiones. Sa aproximaría a 1, siendo 1 la mezcla perfecta.
Si lo representamos en una gráfica exponencial, el índice de mezcla se iría aproximando a 1 con el avance del tiempo, hasta llegar a una asíntota. El momento en el que llega a la asíntota (t-->infintio), sería el tiempo eficaz de mezcla. --> Ec. de Lacey
Pero esta gráfica solo se daría en condiciones teórias de mezcla perfecta, en la realidad los valores suelen distar mucho de éstos planteados teóricamente:
El índice de mezcla puede disminuir si se sigue aumentando el tiempo una vez alcanzado el tiempo eficaz de mezclado, debido a procesos de segregación. Puede suceder (mezcla de arena y NaCl) que a medida que aumenta el tiempo, M toma un valor máximo, cae y luego vuelve a subir otra vez. Hay que determinar el tiempo eficaz de ese proceso; que dependerá de los componentes de la mezcla, del aparato que se utilice y de las condiciones (a mayor o menor velocidad en el aparato, la capacidad del mezclador, etc.) - 20Ec. de LaceyM = A * (1-e^-Kt)
- 21Artesa móvilMezcladora discontinua de sólidos.
1) Con rotación sin agitación.
El dispositivo se encuentra unido a una plataforma, y una vez que se produce el llenado, comenzaría el movimiento de la mezcladora. Reciben su nombre según el tipo de tambor.
* Mezclador cilíndrico o de tambor rotatorio
* tipo cubo
* en V o Y
* de doble cono
* cilíndrico-cónico
2) Con rotación y con agitación
Son iguales que las que no tienen agitación, pero incorporan en su interior un dispositivo que permite esa agitación de los componentes de la mezcla mientras rota el recipiente. - 22Mezcladoras con agitación internaMezcladoras discontinuas de sólidos.
Artesa fija.
a) Mezcladores de cintas o barras helicoidales
Poseen cintas o barras en el interior del recipiente, que darán lugar al movimiento de los sólidos.
b) Mezclador de cuchillas en sigma
c) Mezclador planetario
Se usa mucho para productos húmedos y en la elaboración de productos semisólidos. Posee un disco en la parte superior, que permite el giro de la paleta, a la cual está unida por un eje. Hay una elevación, una especie de bulto, en el fondo del recipiente, lo cual va a evitar la retención de sólidos y permitir que la paleta desplace todos los componentes, aumentando la eficacia. La paleta gira por el recipiente y arrastra los componentes de la mezcla, además de rotar sobre sí misma.
d) Mezclador cónico (Nautamixer)
Es un sistema de tornillo sin fin, que se desplaza unido a un eje por todo el dispositivo. El movimiento es giroscópico (gira en círculo y sobre sí mismo). La forma evita la existencia de huecos o espacios muertos, que impediríai la homogeneidad de la muestra. Es un sistema troncocónico - 23Mezcladoras de alta velocidadMezcladoras discontinuas de sólidos.
Artesa fija.
El movimiento se realiza en el interior del dispositivo.
a) Mezclador Diosna TM. Consta de una serie de paletas que presentan una cuchilla de alta cizalla (rompe los aglomerados), de manera que las paletas girarían y la cuchilla con ellas, de manera que se favorece la interposición de los componentes de la mezcla por la creación de turbulencias, ya que da lugar a un elevado número de movimientos aleatorios, mucho más eficientes que si no estuviera la cuchilla.
b) Mezclador Lödige TM - 24Mezcladoras de lecho fluidoMezcladoras discontinuas de sólidos.
Artesa fija.
Los componentes de la mezcla se introducirían por la puerta y el mezclado se realizaría por la existencia de unas paletas que se mueven y permite realizar el proceso de mezclado. - 25Ventajas de las mezcladoras discontinuasArtesa móvil:
* Facilidad de limpieza
* Elevadas eficacias de mezclado
* Gran versatilidad, ya que cabe la posibilidad de incorporar agitación interna
Artesa fija:
* Facilidad de carga y descarga
* Mayor posibilidad de amasado con productos húmedos
* Posibilidad de llenado de hasta 2/3 del volumen de la artesa
* Menor espacio
* Menor gasto energético - 26Desventajas de las mezcladoras discontinuasArtesa móvil:
* Mayor posibilidad de desmezclado (si se hace más tiempo del debido)
* Mayor gasto energético, ya que se debe mover toda la masa al mezclar
* Instalación más costosa, ya que ocupa un mayor espacio
* La lentitud de la mezcla, debido a que las velocidades de giro elevadas no son eficaces, ya que la fuerza centrífuga dificultaría la mezcla
* Llenado máximo de 1/2 del volumen de la artesa, ya que es necesario dejar espacio para la caída.
Artesa fija:
* Dificultad de limpieza debido a la presencia de agitadores internos - 27Mezcladoras continuasMezcla de sólidos.
La ventaja es que pueden entrar, mezclarse y salir los componentes de manera continua sin abrir y cerrar el dispositivo.
* Mezclador continuo tipo barril
* Mezclador de zig zag
* Mezcladoras continuas de flujo turbulento - 28Clasificación de mezcla de líquidos* Mezcla simple: a partir de líquidos miscibles, que dará lugar a un sistema homogéneo.
* Mezcla dispersiva:
- A partir de líquidos inmiscibles (emulsiones)
- A partir de dos estados: sistemas sólido-líquido (suspensiones) - 29Recipientes, elementos y zona eficaz de mezclaSe realiza en recipientes denominados REACTORES, que son sistemas que tienen una cubeta, en la que se realiza el proceso de mezclado, y donde se introducen los componentes. Tienen un sistema de agitación, que va a dar lugar al movimiento del líquido. Tenemos la ZONA EFICAZ DE MEZCLA, ya que se crea un movimiento turbulento del líquido, que causa un mezclado óptimo. El objetivo es que toda la masa a mezclar pase por esta zona eficaz de mezcla, ya que en el resto de zonas no habrá esa interposición de los componentes.
- 30Modelos de flujo o de circulaciónNos interesa que el modelo de flujo sea tal que todos los componentes pasen por la zona de mezcla.
Flujo laminar: hay corrientes de fluido paralelas al flujo, con escasa transferencia de masa entre láminas adyacentes. Lo presentan generalmente líquidos con elevada viscosidad. Al tener láminas adyacentes, no dará lugar a una buena interposición de partículas.
Flujo turbulento: se produce por movimientos irregulares de fluidos al azar, que propician el proceso de mezclado. Existe transferencia de masa entre láminas. Se crean turbulencias y remolinos, que hacen que haya trayectorias diferentes y aleatorias, que promueven la interposición de los componentes. Lo presentan los líquidos con viscosidad baja o moderada. Se puede trabajar con líquidos de entre 10 y 100 poises de viscosidad.
Evolución de una mezcla de líquidos miscibles: HCl + NaOH (midiendo tiempo necesario hasta viraje indicador ácido base) - 31Número de ReynoldsPara determinar el flujo de nuestro dispositivo y componentes, podemos calcular el número de Reynolds para agitadores rotatorios. La mezcla de líquidos va a estar caracterizada por la densidad y la viscosidad. También tenemos que tener en cuenta el diámetro del recipiente y la velocidad de agitación (rpm). Así, la expresión para el cálculo del número de Reynolds es:
Re = D^2 * n (rpm) * p (densidad) / eta (viscosidad)
Si Re < 10 --> Flujo laminar
Si 10 < Re < 10000 --> Flujo de transición
Si Re > 10000 --> Flujo turbulento - 32Equipos industriales de mezclado de líquidos (partes y tipos de agitación)Los rodetes tendrán distintas formas en función del flujo que queramos conseguir. Las placas deflectoras van a generar un choque del líquido con las placas. Los tanques tienen un encamisado termostatizador, en algunos casos se requiere una temperatura diferente a la ambiente para una mejor mezcla. Se llena por la parte superior y se vacía por la parte inferior. También incluye una trampilla de acceso multiuso que nos permite evaluar el proceso en cualquier momento del mismo. El equipo consta de una vaina multiuso, que permite la introducción de una sonda de temperatura, la toma de muestras, etc.
El tipo de movimiento del sistema de agitación va a depender mucho del rodete que se use: por un lado, tenemos un sistema de agitación axial con hélices, donde al llegar a las placas deflectoras, se registraría un cambio en el movimiento del fluido. Por otro lado, tenemos un sistema de agitación radial con rodetes o turbinas, donde el movimiento se divide en dos, uno por encima de la turbina y otro por debajo. En función de las características de nuestro producto elegiremos uno u otro. - 33Equipos industriales de mezclado de líquidos (funcionamiento)Hay que evitar el vórtice, porque si no, no se da la interposición entre los componentes de la mezcla. Tampoco queremos que todo sea ene el mismo sentido, queremos una mezcla turbulenta.
El problema principal a la hora de realizar el mezclado es que no se cree esa interposición entre los elementos de la mezcla. A veces lo que ocurre es que se forma un vórtice, lo que nos indica que no se crea un movimiento turbulento que permita la interposición de los elementos. Si se observa el vórtice hay que intentar reducirlo o prevenir su formación, ya que el líquido estaría moviéndose siempre de la misma forma y no habría interposición de elementos.
Las placas deflectoras van a evitar la formación de un vórtice, ya que el líquido, al chocar contra ellas, cambia de sentido de movimiento, lo cual favorece la interposición de las partículas. Por otra parte, las turbinas también evitan la creación de un vórtice, ya que generan el movimiento
Informationen
- Beschreibung
- Tercero Tecnología Farmacéutica Karteikarten am Tema 8 - Mezcla, erstellt von Ricardo TS am 17/12/2021.
- Erstellt von
- Ricardo TS · Dez 2021
- Aktualisiert
- 21 Dez 2021
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