FarmacotecniA II - Modulo Operaciones Unitarias - Clase 5 - 2024 - PDF

FARMACOTECNIA II Modulo Operaciones Unitarias Clase 4 Prof. Farm. Patricio Márquez 2024 Formas Farmacéuticas Forma Farmacéutica Estado físico del Grado de esteri...

FARMACOTECNIA II Modulo Operaciones Unitarias Clase 4 Prof. Farm. Patricio Márquez 2024 Formas Farmacéuticas Forma Farmacéutica Estado físico del Grado de esterilidad medicamento Sólidas (comprimidos, Estériles cápsulas, polvos, Líquidas Semisólidas granulados) Homogéneas (presentan una sola Cremas, ungüentos, pomadas, No Estériles fase): soluciones, jarabes, elixires geles etc Heterogéneas: mas de una fase: emulsiones, suspensiones, sistemas coloidales  Operaciones Unitarias Son ejemplos de operaciones unitarias: ❖Trituración y molienda ❖Centrifugación ❖Agitación (líquidos) ❖Desecación ❖Tamización ❖Liofilización ❖Mezclado (semisólidos y sólidos) ❖Esterilización ❖Disolución y extracción ❖Evaporación ❖Filtración ❖Destilación Molienda Definiciones Operación unitaria que consiste en la disminución o reducción de tamaño de sólidos, esto quiere decir, la producción de unidades de menor masa a partir de trozos mayores; para ello hay que provocar la fractura, corte o quebrantamiento de los mismos, mediante la aplicación de presiones que ejercen los equipos. Trituración: se aplica a la conminución de material de 100 cm o más hasta partículas de aproximadamente 10 cm, es decir se aplica para otro tipo de industrias, por ej la minera. Molienda: se refiere a la conminución de tamaños pequeños: desde 1 cm a 1 mm o unidades inferiores. A su vez la molienda se divide en 3 subgrupos: molienda grosera, fina y ultrafina. Molienda Conceptos Durante el proceso de molienda se suceden 3 etapas dependientes del esfuerzo aplicado sobre las partículas: Deformación elástica: la partícula recupera su forma original si cede la fuerza. Deformación plástica: las partículas no recuperan su forma original luego de ceder la fuerza. Ruptura o fractura: Las partículas recibieron una determina energía o esfuerzo y se produce la ruptura produciendo partículas de tamaño mas reducido. Molienda Definiciones. Coeficiente de reducción. Es la relación existente entre el diámetro medio de la alimentación y del producto para un respectivo paso de molienda. Es útil para comparar en términos significativos el grado de molienda en distintos equipos. 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑡í𝑐𝑢𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 Coeficiente de reducción: 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑡í𝑐𝑢𝑙𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 Cr: se refiere a cuantas veces se reduce el tamaño para un polvo determinado al ser sometido a un proceso de molienda.  Molienda Objetivos La producción de cuerpos sólidos con una determinada amplitud de tamaño granular o con superficies específicas preestablecidas. La separación por fractura, de minerales o cristales de compuestos químicos que se hallan íntimamente asociados en el estado sólido. Para incrementar el área de superficie disponible para la reacción química, entre dos productos, aumentando además la velocidad de reacción. Aumentar la posibilidad de dispersión del solido en un liquido. Aumentar la velocidad de disolución de un solido en un liquido. Facilitar un proceso extractivo. Mejorar la biodisponibilidad del producto. Mejorar la capacidad de cobertura en el caso de emplear el sólido en una suspensión para hacer recubrimientos. Para la obtención de preparados galénicos, como son los polvos simples y los polvos compuestos. Para aglomerados húmedos favorece la uniformidad de tamaño de partícula y favorece el posterior proceso de secado.  Molienda Clasificación Molienda en seco o vía seca: menos del 2% de agua en el producto. Molienda semihúmeda: 2 a 20% de agua en el producto. Molienda en fase líquida o húmeda: 30 a 300% de agua en el producto. Circuitos: C. Cerrado: El material de rechazo (tamaño grueso) es devuelto al desintegrador. Sucede en equipos de molienda que incorporan una malla de clasificación integrada en el equipo. C. abierto: El material pasa libremente hacia la salida del equipo de molienda, no se devuelve para su reprocesamiento. Molienda Características a considerar del material a dividir: Características físicas: Punto de fusión Estructura de la partícula Sistema cristalino Dureza y friabilidad o capacidad de erosión del producto Contenido acuoso del sólido Características químicas Abrasividad Corrosividad Inflamabilidad Explosividad Oxidabilidad Higroscopicidad Características toxicológicas Molienda Características a considerar del material a dividir: forma cristalina y dureza. Molienda Variables operativas y de diseño VO: Velocidad de molienda Molienda seca/húmeda Elemento moliente intercambiable (por ejemplo martillo/cuchillas) Tiempo (para procesos discontinuos) Temperatura (opcional para ciertos equipos) Tipo y número de malla clasificadora (intercambiable) Carga del equipo VD: Dimensiones del equipo Elemento moliente fijo (por ejemplo molino de cuchillas) Material de equipamiento y elemento moliente Posición/inclinación del elemento moliente Tipo y número de malla clasificadora (fija) Molienda Mecanismos de molienda Impacto Compresión Rodadura Flexión Fricción o rozamiento/atrición Corte Molienda Mecanismos de molienda Impacto: Aplicación de fuerzas perpendiculares a la superficie de la partícula. Se da a nivel de colisiones partícula-partícula o partícula-elemento moliente/pared del recipiente. Compresión: Se aplican fuerzas perpendiculares a la superficie de la partícula mediante 1 o 2 superficies. La diferencia con el mecanismo de impacto es el mayor tiempo de contacto. Fricción o rozamiento/atrición: Se aplican fuerzas en dirección tangenial o paralela a la superficie de las partículas. Corte: Se aplican fuerzas de corte sobre las partículas.  Molienda Material de equipamiento Acero: aleación de hierro y carbono apta para ser deformadas en frío y en caliente. Generalmente el porcentaje de carbono no excede el 1,76%. Los Aceros Inoxidables son una gama de aleaciones que contienen un mínimo de 11% de Cromo. El Cromo forma en la superficie del acero una película pasivante, extremadamente delgada, continua y estable. Esta película deja la superficie inerte a las reacciones químicas. Esta es la característica principal de resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables. La selección de los aceros inoxidables debe realizarse de acuerdo con sus características y aplicaciones: Resistencia a la corrosión y a la oxidación a temperaturas elevadas. Propiedades mecánicas Características de los procesos de transformación a que será sometido. Costo total (reposición y mantenimiento) Disponibilidad  Molienda Material de equipamiento El acero utilizado para operaciones industriales farmacéuticas corresponde al acero austenítico. Son los más utilizados por su amplia variedad de propiedades. Se obtienen agregando Níquel a la aleación, generando una estructura cristalina de austenita. El contenido de Cromo varia de 16 a 28%, el de Níquel de 3.5 a 22%y el de Molibdeno 1.5 a 6%. Los tipos más comunes son AISI 304,304L, 316, 316L, 310 y 317. Las propiedades básicas son: Excelente resistencia a la corrosión, excelente factor de higiene-limpieza, fáciles de transformar, excelente soldabilidad, no se endurecen por tratamiento térmico, se pueden utilizar tanto a temperaturas criogénicas como a elevadas temperaturas. Principales aplicaciones: Equipos de Industrias de alimentos y farmacéutica. Utensilios domésticos. Usos arquitectónicos y decorativos. Molienda Equipos Clasificación: Trituradores o quebrantadores Molinos para molienda grosera/intermedia/fina/ultrafina Criterios de elección del equipo: Propiedades físicas del material: dureza, friabilidad, humedad, carga electrostática, etc Tamaño inicial y final del material Cantidad de material a procesar Molienda Equipos Molino de martillos Consiste en elementos molientes llamados martillos que poseen diferente forma y diseño dispuestos sobre un eje horizontal o vertical. Cuando ingresan las partículas al equipo adquieren una fuerza centrífuga accionada por el movimiento del eje central. El equipo puede contener una malla clasificadora en la parte inferior, de esta forma el material que sale del equipo posee la suficiente reducción de tamaño requerida. Las mallas utilizadas poseen una determinada forma de orificio, espesor, luz de malla y material. Régimen continuo o discontinuo. Aplicable a escala desarrollo e industrial  Molienda Equipos Molino de martillos Mecanismo de reducción de tamaño (depende de las características de los martillos): Impacto Corte (cuchillas) Atrición Presencia de deflectores o no en las paredes del equipo Molino a martillos Disposición horizontal Molino de martillos tipo “tornado” Disposición vertical Molienda Equipos Molino de martillos VO: Tiempo, elemento moliente (intercambiable) y características, velocidad de alimentación, velocidad del equipo, malla clasificadora (forma de orificio, espesor y luz de malla). VD: elemento moliente y características (no intercambiable), dimensiones y características del equipo, entre otras. Modalidad cuchillas Molienda Equipos Molino Tubulares  Molienda Equipos Molino de bolas Mecanismo de ruptura: impacto y atrición. Modalidad: generalmente discontinuo pero también hay equipos continuos. Grado de molienda: intermedia/fina. Puede micronizar Molienda seca. Material no fibroso, frágil.  Molienda Equipos Molino de bolas VO: Tiempo (discontinuo), tipo de material y diámetro de bolas, carga del equipo. No es la velocidad. Vel= 54.12/(R-r)1/2 VD: Dimensión y material del equipo, velocidad, entre otras. Molienda Equipos Molino de barras Mecanismo de ruptura: impacto y atrición.  Molienda Equipos. Molino cónico Es el mas utilizado para procesos farmacéuticos. El material ingresa por la parte superior desde la tolva hasta la cámara de molienda, donde impacta con el impeller y las partículas son lanzadas hacia la periferia donde se sitúa la malla. Cuando se reduce el tamaño suficiente de las partículas, abandonan la cámara de molienda al pasar a través de la malla clasificadora. Constituído por: Tolva de alimentación: VO velocidad de alimentación. Impeller: VO tipo de impeller; distancia impeller-malla. Malla clasificadora: VO forma y tamaño orificios. Cámara de molienda Descarga del polvo: gravedad o succión por vacío. Mecanismo de ruptura: impacto, fricción, Compresión/corte acorde al impeller.  Molienda Equipos. Molino cónico Disposición: Underdriven: el motor acciona el impeller desde el plano inferior. Overdrive: el motor acciona el impeller desde el plano superior. Régimen: generalmente continuo. Overdriven Underdriven Impeller: Impeller redondo: mecanismo principal: compresión. Impeller cuadrado: mecanismo principal: corte. Mallas: Forma de orificio: mallas cuadradas (molienda húmeda) y mallas redondas (molienda seca). Luz de malla: mayor luz de malla (mol. Húmeda) y menor luz de malla (mol. Seca).  Molienda Equipos. Molino cónico VO: Luz y tipo de malla Velocidad del impeller. Al aumentar la velocidad, el impacto entre las partículas y la malla se produce mas energéticamente y aumenta la reducción de tamaño. Tipo de impeller Distancia entre la malla y el impeller: a distancias menores, hay menor tiempo de residencia, menor efecto corte/atrición y menor producción de finos, por ende optimiza la distribución de tamaños. Con mayor distancia malla-impeller todo lo contrario. Nivel de carga: la suficiente para no provocar un excesivo tiempo de residencia dentro de la cámara, porque como resultado provoca una mayor generación de polvo fino y distribución amplia de tamaño de partículas. Una de las principales ventajas es la reproducibilidad del tamaño de partícula lote a lote generando una distribución acotada de tamaño de partícula. Aplicable para molienda intermedia-fina. No es un molino micronizador.  Molienda Equipos. Molino coloidal Utilizado para homogenizar el tamaño de partícula de suspensiones, ungüentos, pastas y emulsiones promoviendo su estabilización. Homogenización de tamaño de partícula de suspensiones de pigmentos para optimizar el recubrimiento de comprimidos. Se fundamenta en el movimiento rotacional de un rotor teniendo como eje de movimiento a un estator. Mecanismo de ruptura: compresión y fricción. Circuito abierto o cerrado (el fluído recircula por la tubuladura lateral e ingresa de nuevo a la cámara principal para ser sometido a otro ciclo de molienda. VO: velocidad de alimentación, distancia rotor-estator, velocidad de rotación, uso de la recirculación  Molienda Equipos Molino de energía fluída/fluído a presión/micronizador El material a ser molido ingresa por la tolva de alimentación y es succionado hacia la cámara de molienda mediante una sección generada por el inyector. Puede haber uno o varios inyectores a lo largo de la cámara. (variable de diseño). El equipo posee una entrada de aire hacia la cámara de molienda, en la cual el mismo atraviesa una placa cribada a gran velocidad provocando la fluidificación de las partículas y éstas colisionan entre ellas y con las paredes del recipiente, produciendo su reducción de tamaño por los mecanismos de impacto y fricción. Las partículas mas finas, son direccionadas hacia el centro del equipo donde son retiradas del mismo por un efecto de ciclón. Mecanismo de ruptura: impacto y fricción. Molienda Equipos. Molino de energía fluída Este molino suele ser utilizado para micronizar polvo (APIs, excipientes, etc). No se generan elevaciones importantes de temperatura en la cámara de molienda debido a la gran expansión del gas, produciendo un efecto de enfriamiento. Esto constituye una gran ventaja para mezclas de polvos o APIs termosensibles. Adaptable a procesos continuos. Aplicable a molienda en seco. Alto costo y consumo de energía. VO: Gas: velocidad de ingreso y tipo de gas (aire calidad farmacéutico o nitrógeno). Jet mill Nivel de carga y velocidad. Molienda Equipos Molino de energía fluída/fluído a presión/micronizador  Tamización Definiciones OU que consiste en la separación de la mezcla de partículas de diferentes tamaños en dos o más fracciones. Cada fracción estará compuesta por partículas más uniformes que la mezcla original. La operación del tamizado se realiza haciendo pasar al producto sobre una superficie provista de orificios del tamaño deseado para dicho producto. Esta superficie, con estas características, recibe el nombre de tamiz. El aparato puede estar formado por barras fijas o en movimiento, por placas metálicas o perforadas, o por tejidos de hilos metálicos. Una fuerza impulsora, por lo general vibración o tambaleo, fuerza a las partículas de menor tamaño que la abertura del tamiz, a pasar a través de este, siendo así separadas del resto de la mezcla. A diferencia de la molienda, no reduce el tamaño de partícula, pero si produce una desaglomeración del material. Las materias primas sólidas utilizadas en procesos farmacéuticos deben ser sometidas a un paso previo de tamización para eliminar impurezas mayores o aglomerados y optimizar las posteriores etapas del proceso. Tamización Conceptos Luz de Malla: Es la distancia o separación de las aberturas u orificios del material que conforman un tamiz, pueden ser de alambres, varillas, etc. Número de malla (n): Es el número de aberturas del tamiz por unidad de longitud o de superficie. Este parámetro no permite conocer exactamente la abertura del orificio y puede, por tanto, inducir a confusión, ya que su valor dependerá del espesor del hilo utilizado. Diámetro de una fracción tamizada: es el diámetro medio de una fracción que pasa por un tamiz pero es retenida por el siguiente más pequeño de la serie Tamización Conceptos Tamizado en seco: se aplica a materiales que contienen poca humedad natural o que fueron desecadas previamente. Suelen utilizarse mallas redondas y de menor luz de malla. Tamizado en húmedo: se efectúa por adición de agua al material en tratamiento con el fin de que el líquido de arrastre lleve consigo a través de las partículas más fina. Suelen utilizarse mallas cuadradas y de mayor luz de malla. Tamización Conceptos Tamización Conceptos Tamización Tipos de tamices Telas metálicas Telas de seda o plástico Planchas metálicas perforadas Tamización Tipos de tamices Barras metálicas Alambres de acero inoxidable Tamización Modalidad Tamización en cascada: disposición vertical/horizontal Tamización Modalidad Tamización en serie Tamización Normalización de tamices Para la obtención de la distribución de tamaños de partícula en una mezcla heterogénea de sólidos se utilizan las series de tamices normalizados. Los tamices tienen una relación constante entre los tamaños de las aberturas de los diferentes tamices de cada serie. Cada tamiz se caracteriza por el número de mallas por pulgada de longitud de hilo. La relación entre la abertura del tamiz (también denominada luz) y el número de mallas es función del diámetro del hilo y por lo tanto puede ser diferente de una serie a otra de tamices normalizados. El tamiz final que no posee aberturas se denomina ciego. Existen tamices normalizados como TYLER y ASTM en EE:UU, el AFNOR en Europa, el más usado en el mundo es el Tyler. Tamización Normalización de tamices Tamización Normalización de tamices. Introducción al análisis granulométrico  Tamización Análisis granulométrico: Caracterización de Del Análisis Granulométrico puede obtenerse: polvos y granulados Distribución del tamaño de partículas de una muestra dada. Tamaño medio de partícula de dicha muestra: Las partículas que se retienen en cada tamiz tienen un tamaño (D) inferior al tamaño de la malla del tamiz inmediatamente superior pero superior al tamaño de la malla de ese tamiz. Por ello, en cada tamiz existe una gama de tamaños, que dependen de la diferencia entre la abertura de malla de ese tamiz y la del tamiz superior. Para tener una mayor precisión, el tamaño de las partículas retenidas en cada tamiz se calcula como el promedio de los tamaños mínimo y máximo de dicho tamiz. Así, para el tamiz “n” se tiene que: 𝑫𝒏=Diámetro o tamaño de las partículas retenidas en el tamiz “n” 𝒕𝒏𝒎𝒊𝒏=Apertura o luz de malla del tamiz “n” 𝑡𝑛𝑚𝑎𝑥= Apertura o luz de malla del tamiz “n-1”  Tamización Análisis granulométrico: Caracterización de polvos y granulados Parámetros a considerar: D90 : Tamaño de partícula que incluye al 90% de la población d las partículas en estudio. D50 : Tamaño de partícula que incluye al 50% de la población. D10 : Tamaño de partícula que incluye al 10% de la población. 𝑫𝟗𝟎−𝑫𝟏𝟎 Índice SPAN: 𝑫𝟓𝟎  Tamización Eje Y: rechazo (%) o rechazo acumulado (%) Análisis granulométrico: Frecuencia Relativa Frecuencia Absoluta Caracterización de polvos y granulados Parámetros a considerar: D90 : Tamaño de partícula que incluye al 90% de la población d las partículas en estudio. D50 : Tamaño de partícula que incluye al 50% de la población. D10 : Tamaño de partícula que incluye al 10% de la población. 𝑫𝟗𝟎−𝑫𝟏𝟎 Índice SPAN: Eje X: Tamaño de partícula, luz de malla o número de malla 𝑫𝟓𝟎 Tamización Análisis granulométrico El análisis granulométrico se puede representar de distintas maneras: Cantidad retenida o rechazo (%) en función de la luz del tamiz (mm/um). Cantidad retenida acumulada o rechazo acumulado (%) en función de la luz del tamiz (mm/um). Cantidad retenida acumulada o rechazo acumulado (%) en función del número de malla. Los porcentajes de cada fracción corresponden a la cantidad de polvo total procesado. Se puede apreciar: Distribución de tamaño de partícula del polvo analizado entre las diferentes estaciones de la serie de tamices. Homogeneidad o heterogeneidad en la distribución de tamaño de partícula. Si se realiza el A.G. luego de una molienda, se realizan se grafican las dos distribuciones y se puede calcular el coeficiente de reducción. Tamización Equipos Fijos Móviles: Vibratorios Oscilantes Rotativos Régimen: o Continuo o Discontinuo Operados por gravedad o al vacío Tamización Equipos Fijos Móviles: Vibratorios Oscilantes Rotativos VO: Número de tamices, número de malla Régimen: de c/u y forma de orificio. Velocidad de alimentación o Continuo Intensidad de vibración o Discontinuo Tiempo Tamización Equipos Fijos Móviles: Vibratorios Oscilantes Rotativos Régimen: o Continuo o Discontinuo