Beneficios de las batidoras y secadoras

30 de mayo de 2019

Los polvos mezclados se pueden incorporar en una variedad de productos que incluyen tabletas farmacéuticas, vitaminas, suplementos, mezclas de minerales e incluso varios alimentos como barras energéticas. Las aplicaciones también incluyen plásticos, polvos metálicos, productos químicos, pigmentos, cosméticos, alimentos, pirotecnia y otros.

Muchas de estas formulaciones implican la mezcla fina de hasta 40 a 50 componentes, incluidos polvos e ingredientes traza (<1%) que son muy diferentes en tamaño y densidad. En algunos casos, esto requiere múltiples “combinaciones de claves” y pruebas frecuentes en un proceso costoso y que requiere mucho tiempo.

Para resolver esto, los fabricantes requieren una mezcla precisa de formulaciones en grandes volúmenes en equipos que proporcionen una consistencia excepcional entre lotes y resultados repetibles.

Entre las opciones disponibles se encuentra el equipo de mezcla por rotación que puede diseñarse para cumplir con los requisitos de la aplicación para producir rápidamente una mezcla más precisa y homogénea que contenga todos los componentes y oligoelementos necesarios en las cantidades especificadas.

Para examinar los beneficios de las batidoras y secadoras, analizamos las ventajas y beneficios de este enfoque con Gregg Muench, vicepresidente de desarrollo comercial de GEMCO. La empresa, que comenzó a producir mezcladores de tambor para mezclar pólvora para el esfuerzo de guerra desde su fundación en 1916, todavía fabrica equipos de mezclado y secado al vacío en la actualidad.

P: Los equipos de licuado por rotación se han utilizado para mezclar ingredientes en polvo durante más de un siglo. ¿Por qué este enfoque sigue siendo tan popular hoy en día?

R: La mezcla en tambor es una técnica de procesamiento de muy bajo impacto para manipular sólidos abrasivos o sensibles. Esto permite un patrón suave y repetible que no sólo mantiene un diseño de mezcla superior, sino que también preserva las características físicas del producto.

Aunque existen diferentes tipos de formas de recipiente, incluyendo el doble cono y la forma de V, la mezcla se logra girando el recipiente y permitiendo que el lecho de material se separe de las paredes del recipiente.

Las batidoras de tambor están diseñadas para crear un patrón repetible en el que todo el material a granel se mueve para formar una mezcla homogénea. El mezclador se mueve a una velocidad precisa, con la pared del recipiente en un ángulo preciso, de modo que el material cae en cascada sobre sí mismo. No hay fuerza adicional proveniente de paletas, arados o cintas en espiral, solo gravedad.

Mientras esto ocurre, la micromezcla (si es necesario) se realiza simultáneamente a través de paletas agitadoras ubicadas en el centro de la zona de mezcla del recipiente, donde se produce el procesamiento fino del material. En conjunto, la macro y la micromezcla exponen uniformemente cada partícula a una mezcla seis veces más activa por revolución que los mezcladores tradicionales.

En ese punto, todo se convierte en una cuestión de escala. Las licuadoras de vaso pueden variar en capacidad desde ½ hasta más de 400 pies cúbicos para modelos de producción más grandes.

P: ¿Cómo se compara la mezcla por rotación con los equipos de mezcla tradicionales que utilizan cuchillas o paletas?

R: Los equipos tradicionales, como los mezcladores de arado, cinta y paletas, utilizan cuchillas o paletas para empujar el material y, por lo tanto, se limitan a mover el material dentro de los límites de su área activa. La mecánica fuerza el lecho de material hacia afuera, dejando puntos muertos dentro del recipiente donde el material se mueve más lentamente o permanece estacionario.

Además, debido a que estas unidades son estacionarias, tienen un puerto estacionario en la parte inferior de la máquina. Este puerto tiene un cuello largo, que aísla el material de cualquier fuerza de procesamiento durante la mezcla. Los operadores a menudo necesitan vaciar el área de descarga y reintroducirla manualmente en la parte superior del mezclador. Esto significa que algunas porciones de la mezcla recibirán más aditivo que otras. De hecho, tales mezcladores no pueden acomodar mezclas con 7% o menos de cualquier ingrediente.

Otra cuestión reside en el posicionamiento de las barras intensificadoras o zonas de fluidización. Lo ideal es que estas barras intensificadoras estén ubicadas en la zona de mezcla, por donde pasa cada partícula. Sin embargo, muchas veces las batidoras tradicionales tienen sus barras intensificadoras en zonas muertas. Cuando esto sucede, el material no se fluidizará adecuadamente y los ingredientes activos no se incorporarán en todo el lote.

Los mezcladores tradicionales también tienden a desperdiciar aditivos costosos. Debido a que los aditivos que se agregan al recipiente inicialmente entran en contacto solo con una porción muy pequeña del material, se absorben rápidamente en el lecho de material. La respuesta típica es agregar más aditivos para lograr la concentración de mezcla deseada, lo que aumenta el costo.

P: Uno de los desafíos de la industria es mezclar minuciosamente pequeñas cantidades de ingredientes sólidos o líquidos en un lote más grande. ¿Cómo se logra esto con las batidoras?

R: Es más difícil crear mezclas precisas con ingredientes traza (<1%) que son diferentes en tamaño y densidad.

Sin embargo, mezclar correctamente los ingredientes traza puede ser fundamental para los fabricantes farmacéuticos, por ejemplo, para que puedan cumplir con los requisitos reglamentarios de la Farmacopea de los Estados Unidos (USP), el Formulario Nacional (NF) o la FDA.

Para hacer esto, deben lograr resultados dentro de los requisitos de uniformidad de la mezcla para cada lote, ya sea que la fórmula contenga predominantemente ingredientes activos y varios ingredientes excipientes, o predominantemente ingredientes excipientes con cantidades muy pequeñas de ingrediente activo.

Aunque los nutracéuticos y los suplementos no están estrictamente regulados como los productos farmacéuticos, este tipo de productos aún deben fundamentar cualquier afirmación en la etiqueta, como cantidades específicas de RDA o FDA, porcentajes de vitaminas o componentes activos.

Cuando el equipo de mezcla por rotación está diseñado para cumplir con los requisitos de la aplicación, el equipo puede producir rápidamente una mezcla más precisa y homogénea que contenga todos los componentes y oligoelementos necesarios en las cantidades especificadas.

Esta combinación no sólo puede eliminar la necesidad de combinaciones clave, sino que también puede producir una mejor distribución de los ingredientes activos.

En un ejemplo, un gran fabricante de nutracéuticos en Nevada estaba mezclando aproximadamente 40 componentes en lotes de 1000 kilos en un proceso de 6 a 7 pasos con múltiples mezclas clave. Mediante un análisis in situ del proceso del fabricante, incluido el examen de las características físicas de los polvos utilizados, se determinó que todos los componentes se podían mezclar en un solo paso mediante macro y micromezcla.

Al eliminar la necesidad de mezclas clave y todas las pruebas intermedias, el cliente estimó que el nuevo equipo le ahorró alrededor de $875 000 al año.

P: ¿Se pueden utilizar batidoras también para secar?

R: Las batidoras de tambor pueden incluir secado al vacío, si es necesario.

El movimiento del polvo es un elemento crítico necesario para eliminar tanto el sobrecalentamiento como la quema de partículas. El movimiento constante y la trayectoria del flujo permiten que el polvo alcance una temperatura de secado constante durante todo el lote. Esto ayuda a eliminar los puntos fríos y el polvo húmedo. La suave caída permite que el polvo permanezca en las superficies calentadas solo el tiempo suficiente para permitir la transferencia de calor a las partículas, lo que impulsa la eficiencia energética. El movimiento suave del producto también detiene la degradación de las partículas.

Las secadoras al vacío permiten un control preciso sobre el proceso de secado y puntos finales repetibles de baja humedad. El secado dinámico al vacío seca el polvo farmacéutico enérgicamente mientras gira dentro del recipiente. Esto seca el polvo más rápido, de manera más uniforme, con menos mano de obra y es particularmente útil para reducir los solventes orgánicos residuales. Aun así, la acción de volteo es la más suave de todas las secadoras.

Tradicionalmente, los fabricantes utilizan secadores de bandejas, donde el material húmedo se coloca en capas finas sobre múltiples rejillas de bandejas calentadas. Sin embargo, esto puede provocar un secado desigual cuando se aplica calor. Además, el material volátil puede quedar atrapado en las partículas de la capa inferior a medida que se forma una costra en la capa superior del material. Como los materiales internos están aislados del proceso de secado atmosférico inerte, permanecen inestables.

También se puede usar secadora para mezclar un ingrediente activo con un vehículo, como alcohol, que se rocía sobre las partículas. A medida que el polvo gira en la licuadora, el polvo frío sale a las paredes calientes de la licuadora. El calor vaporiza el alcohol mientras se seca.

P: ¿Con qué precisión se puede controlar el secado en secadora?

R: El nivel de control de las secadoras al vacío está directamente relacionado con la cantidad de sensores utilizados para monitorear la temperatura, presión, humedad, presiones de vapor, presiones de vapor, etc.

Para mantener el equipo en funcionamiento, también se utilizan sensores para determinar cuándo los filtros están obstruidos para iniciar un retroceso para eliminar la obstrucción y mantener el equipo en funcionamiento sin intervención. En modelos más avanzados, toda esta información también se comparte en tiempo real con el usuario final.

La sofisticación de los controles permite una determinación inteligente del punto final del proceso de secado. La mayoría de los equipos de secado están diseñados para funcionar durante un tiempo determinado y específico que puede no tener relación con el logro de los niveles de secado requeridos. Se pueden utilizar sensores para controlar cuándo el material está seco. Esto elimina de la ecuación el potencial de error de los humanos involucrados en el proceso. También puede acelerar el tiempo de procesamiento si el material se seca antes de lo esperado.

GEMCO ha instalado miles de unidades de secado y mezcla de polvo en 37 países de todo el mundo. Para obtener más información, llame al 800-654-3626 o visite okgemco.com.

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