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Producción de plaguicidas y el papel de los mezcladores industriales amixon® (Parte 1)

La fabricación de productos fitosanitarios requiere instalaciones de proceso modernas. Y es que estas sustancias de alta eficacia son muy valiosas. Por un lado, debido a los elevados costes de desarrollo; por otro, a lo complejo de su fabricación.

Al final de la última etapa de síntesis se obtiene una sustancia química en forma líquida o en polvo. Debido a su alta concentración, solo puede manipularse en sistemas cerrados (herméticos a la presión y al vacío). Antes de salir al mercado, se diluye o se diluye con un vehículo y se formula minuciosamente. De este modo, se tiene en cuenta la protección de la salud del usuario. Por motivos de mayor durabilidad y menor volumen de transporte, cada vez se prefiere más la forma en polvo.

amixon® ha desarrollado secadores-mezcladores al vacío que secan de forma especialmente rápida y cuidadosa. El polvo suele ser fluido, cristalino y con bajo contenido en polvo.

Este artículo, dividido en dos partes, describe las características de diseño típicas de amixon® para una mayor eficiencia:

  • temperatura de secado muy baja
  • aporte de calor acelerado
  • secado más rápido
  • menor esfuerzo de cizallamiento sobre el producto
  • conservación de la estructura de las partículas
  • mejor vaciado residual
  • Recuperación de disolventes
  1. Pregunta: ¿Qué función desempeña el secado al vacío en la cadena de síntesis? Respuesta breve: En los secadores-mezcladores al vacío amixon®, esta etapa culmina el proceso de síntesis y proporciona un producto intermedio en forma de polvo que sirve como reactivo para las etapas de síntesis posteriores. Pregunta detallada: ¿Por qué es tan importante el secado-mezclado al vacío para los modernos principios activos fitosanitarios? Respuesta breve: Porque con cada etapa de síntesis el principio activo se vuelve más valioso y sensible, y el secado al vacío minimiza de forma específica el estrés térmico y mecánico. Pregunta detallada: ¿Qué materiales se utilizan en una línea de síntesis? Respuesta breve: La respuesta general es: en todos los lugares donde los productos estén húmedos o mojados, los materiales deben ser de una calidad especialmente alta. amixon® utiliza de serie aleaciones a base de níquel, como la Alloy 59 (2.4605) o la Hastelloy C22 (2.4602). Una vez que el producto de síntesis se ha secado y enfriado suficientemente en el secador al vacío, para el posterior tratamiento de los sólidos suelen bastar aceros inoxidables como el 1.4571 o el 1.4404.
  2. Pregunta: ¿Qué equipos suministra amixon® para una línea de síntesis clásica polivalente? Respuesta breve: Reactores de síntesis, mezcladores para el lavado de las partículas sintetizadas, tolvas de pasta, secadores de contacto al vacío, mezcladores de enfriamiento y envasado, así como mezcladores de formulación para productos fitosanitarios en polvo.
  3. Pregunta: ¿Cómo se desarrolla la primera etapa de síntesis de los principios activos fitosanitarios en polvo? Respuesta breve: Los reactivos se disuelven o se suspenden en un disolvente. A continuación, reaccionan en fase líquida. Posteriormente, se inicia una precipitación química o una cristalización. Las partículas de principio activo obtenidas se lavan, se deshumidifican mecánicamente y se secan. Mediante el secado por mezcla al vacío en el aparato amixon® se obtiene un polvo homogéneo y fluido con una estructura de partículas definida. En este proceso se recuperan en gran medida los disolventes.
  4. Pregunta: ¿Por qué es tan laborioso el desarrollo de nuevos productos fitosanitarios? Respuesta breve: Dura unos diez años, genera costes de desarrollo que alcanzan los cientos de millones y requiere numerosos estudios.
  5. Pregunta: ¿Por qué aumentan los requisitos que deben cumplir los reactores de síntesis en la producción de productos fitosanitarios? Respuesta breve: Porque los procesos de síntesis son cada vez más complejos, los productos son más sensibles a la temperatura, los disolventes son más agresivos y, al mismo tiempo, se aplican requisitos más estrictos en cuanto a presión, temperatura e higiene. Pregunta detallada: ¿Por qué amixon® apuesta por materiales a base de níquel, como el Hastelloy C22 y el Alloy 59, para sus reactores y secadores? Respuesta breve: Ofrecen una resistencia muy elevada a la corrosión y al desgaste en condiciones variables de presión y temperatura, lo que garantiza una larga vida útil de los equipos. Pregunta detallada: ¿En qué se distingue una buena construcción de equipos de proceso? Respuesta breve: Respuesta breve: 1) por la cualificación en técnicas de soldadura, 2) por la formación continua, 3) por el uso de robots de soldadura y esmerilado, 4) por una documentación completa de los materiales y la fabricación, integrada en el sistema de control de calidad, 5) por un diseño inteligente y cálculos de resistencia realizados con esmero, 6) por ensayos de corrosión sometidos a una estricta supervisión. Los equipos de amixon suelen tener una larga vida útil. A menudo supera los 40 años.

1) El secado al vacío en el secador amixon® culmina la etapa de síntesis correspondiente.

 

El secado al vacío proporciona un producto de síntesis en forma de polvo. Este sirve como materia prima para una etapa de síntesis posterior. Los productos químicos en polvo modernos y altamente eficaces suelen ser el resultado de varias etapas de síntesis, que casi siempre concluyen con un secado y mezcla al vacío. Con cada etapa de síntesis, el principio activo se vuelve más valioso y, a menudo, también más sensible. Por ello, durante el secado es importante evitar el estrés térmico y mecánico.

Si el producto de síntesis está lo suficientemente seco y frío como para ser extraído del secador al vacío, por lo general bastan de nuevo materiales sencillos de acero inoxidable como el 1.4571 o el 1.4404.

Una parte importante del desarrollo de los principios activos se refiere a la formulación final del producto: una de ellas es, por ejemplo, la micronización de principios activos en polvo y su posterior aglomeración. Los productos aglomerados mantienen un estado de mezcla fijo, generan poco polvo y se suspenden o disuelven bien en agua. Por el contrario, las partículas individuales pequeñas flotarían permanentemente en el agua sin sedimentarse. Solo una suspensión o solución homogénea y sin grumos puede ser aplicada de manera uniforme por el agricultor.

Otro aspecto relacionado con la calidad es la estabilidad a largo plazo. Independientemente de la zona climática del mundo en la que se utilice el producto fitosanitario, este no debe descomponerse y debe ser fácilmente soluble y dispersable.

En el centro técnico de amixon® se pueden demostrar las etapas de procesamiento: síntesis, secado por contacto al vacío, homogeneización y granulación de estructura. amixon cuenta con décadas de experiencia en el diseño de máquinas de proceso que son entre 10 y 50 veces más grandes que las máquinas de ensayo.

2) Ejemplo de línea de síntesis

Ejemplo de una planta de síntesis polivalente clásica. amixon® fabrica los siguientes aparatos: Reactores de síntesis, depósitos de pasta, secadores de contacto al vacío, mezcladores de refrigeración y llenado.

3) Proceso de producción en varias etapas con requisitos exigentes

 

Las etapas de síntesis para la fabricación de productos fitosanitarios varían en función del principio activo y la forma de aplicación. Sin embargo, la lógica básica del proceso es similar en el caso de los productos en polvo. En primer lugar, se introduce un disolvente en el reactor. A continuación, se añaden los reactivos en polvo, que se disuelven por completo o se suspenden finamente. En esta fase líquida tiene lugar la primera reacción de síntesis. Mediante agitación y bombas de recirculación se puede favorecer de forma selectiva la cinética de la reacción. Una vez finalizada la reacción, el nuevo principio activo se encuentra en la fase líquida. Mediante la adición de aditivos adecuados y una reducción definida de la temperatura, se inicia la precipitación o cristalización del producto intermedio. En esta fase es necesario un efecto de mezcla especialmente suave. Aquí se forma la estructura de partículas cristalinas. Por regla general, la suspensión sigue siendo bombeable.

En el siguiente paso, los cristales del principio activo se someten a un lavado en varias etapas. En este proceso, el agua o los disolventes eliminan los restos de los reactivos. La separación mecánica entre sólido y líquido se lleva a cabo, por lo general, con centrifugadoras. Como alternativa, pueden utilizarse filtros de vacío o prensas de filtro de cámara. Se utilizan preferentemente sistemas cerrados y estancos al gas para evitar emisiones.

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La etapa final es el secado térmico en el secador-mezclador al vacío amixon®. Aquí se seca con cuidado el polvo húmedo del principio activo. El objetivo es conservar la estructura de las partículas en la medida de lo posible. Los principios activos no deben someterse a un sobrecalentamiento térmico. Al mismo tiempo, se busca una recuperación máxima de los disolventes utilizados. El resultado es un producto intermedio seco y fluido para las siguientes etapas de síntesis.

4) El desarrollo de nuevos productos fitosanitarios es un proceso largo y costoso

amixon® secador mezclador de vacío/reactor de síntesis VMT 100. En la planta piloto amixon® hay disponibles plantas piloto de 50 litros, 100 litros, 200 litros o 400 litros.

 

El desarrollo de nuevos productos fitosanitarios es un proceso largo y costoso. Por lo general, transcurren unos diez años hasta su autorización y comercialización. En el laboratorio se descubren continuamente nuevas sustancias y se someten a ensayos piloto. Por cada nueva sustancia activa, el fabricante suele invertir una cantidad de tres cifras en millones. Se llevan a cabo numerosos estudios y se registran multitud de parámetros de proceso y de eficacia. La salud y la seguridad laboral son prioritarias en este proceso.

Cada sustancia de ensayo se formula de manera que pueda aplicarse con seguridad en la agricultura. Los excipientes, como las harinas de roca o los disolventes orgánicos, sirven como sustancias auxiliares. Los emulsionantes tensioactivos actúan como agentes humectantes o adhesivos. Estas sustancias auxiliares hacen que la sustancia activa sea técnicamente segura de manejar. Al mismo tiempo, deben ser respetuosas con el medio ambiente y potenciar la eficacia del producto fitosanitario.

5) Reactores de síntesis de larga duración gracias a materiales adecuados

 

En todo el mundo aumentan los requisitos que deben cumplir los aparatos de síntesis. Los procesos químicos son cada vez más complejos. Las sustancias producidas son cada vez más sensibles a la temperatura. Al mismo tiempo, aumenta la agresividad y la corrosividad de los disolventes utilizados. A ello se suman unos requisitos higiénicos más estrictos, así como un aumento de las presiones y temperaturas de funcionamiento admisibles.

Por ello, los aceros inoxidables austeníticos convencionales solo se utilizan de forma limitada, sobre todo en el ámbito menos crítico de los polvos. En este ámbito se recurre cada vez más a los aceros inoxidables austenítico-ferríticos (aceros dúplex y superdúplex). En el caso de los reactores de síntesis y los secadores, la tendencia se inclina claramente hacia los materiales de alta aleación a base de níquel, como el Hastelloy C22 y el Alloy 59, que ofrecen una resistencia notablemente mayor frente a los medios corrosivos. Los equipos se deterioran, sobre todo, debido a los rápidos cambios entre el vacío y la sobrepresión, así como entre el funcionamiento en caliente y en frío. Estos cambios de carga pueden favorecer la corrosión por fisuración bajo tensión. Sin embargo, una elección adecuada del material reduce este riesgo de forma significativa.

amixon® cuenta con una dilatada experiencia en el diseño y la fabricación de equipos a presión conforme a la normativa internacional. La vida útil media de los equipos supera los 30 años. Esto se basa en tres aspectos técnicos fundamentales: un diseño maduro que garantiza la estanqueidad duradera tanto a presión como al vacío, una excelente protección contra la corrosión y una elevada resistencia al desgaste.

La soldadura de materiales de alta aleación a base de níquel plantea requisitos especiales. Son imprescindibles secuencias de soldadura estrictamente definidas y la máxima limpieza. Las pruebas realizadas durante la fabricación y los ensayos de corrosión, por ejemplo, según la norma ASTM G48 o el método Cabot, pueden dar lugar a la suspensión de la producción si la calidad no es la adecuada. En consecuencia, los requisitos en materia de seguridad de los procesos y conocimientos técnicos de fabricación son muy elevados.

Cultivos alimentarios

Más de 7.800 millones de personas vivirán en la Tierra a finales de 2020. En 2050, habrá unos 9.700 millones de personas, según la proyección demográfica actual de la ONU de 2019. Para producir alimentos suficientes para la creciente población mundial, la agricultura mundial no puede prescindir de los plaguicidas. Sin los productos fitosanitarios, los rendimientos agrícolas que hoy damos por sentados en todo el mundo no serían ni de lejos alcanzables.

El término plaguicidas es un término colectivo e incluye sustancias activas con distinto espectro de acción: para controlar ácaros (arcricidas), patógenos microbianos (bactericidas), hongos o sus esporas (fungicidas), malas hierbas multivoras (herbicidas), enjambres de insectos (insecticidas), nematodos (nematicidas) y roedores dañinos (rodenticidas).

Productos fitosanitarios y sus diversas funciones protectoras

Volumen de negocios y ventas en el mercado alemán de productos fitosanitarios,

Volumen de negocios y ventas en el mercado alemán de productos fitosanitarios.

utilizados para maximizar el rendimiento frente a organismos indeseables en la agricultura. Por desgracia, su uso a gran escala también conlleva riesgos residuales para el medio ambiente, pero no hay alternativa debido a su gran beneficio para la producción agrícola. Su efecto es tan grande que algunos productos fitosanitarios también pueden utilizarse en la agricultura ecológica. Éste es el caso cuando fracasan otras medidas. - Un método que se practica con frecuencia es el establecimiento de rotaciones de cultivos inteligentes para evitar la reproducción masiva de plagas -. Los productos fitosanitarios que pueden utilizarse en la agricultura ecológica, por ejemplo, están regulados en la Ordenanza de Agricultura Ecológica. "En caso de que se identifique una amenaza para los cultivos, sólo podrán utilizarse productos fitosanitarios autorizados para su uso en la producción ecológica de conformidad con el artículo 16" (artículo 12 del Reglamento 834/2007).

Los productos fitosanitarios constituyen un mercado mundial de miles de millones de euros

El mercado mundial de productos fitosanitarios es amplio. Los herbicidas representan, con diferencia, el mayor volumen de producción, seguidos de los insecticidas y los fungicidas. En 2018, las ventas mundiales de productos fitosanitarios ascendieron a algo menos de 48.000 millones de euros, lo que supone un aumento del 0,5% en comparación con el año anterior. En 2021, la facturación mundial se estancó. Asia es, con diferencia, el mayor mercado, por delante de América Latina y Europa.

En Alemania, la facturación en el mismo periodo fue de 1.300 millones de euros. La cantidad de productos fitosanitarios vendidos en Alemania fue de unas 48.000 toneladas en 2016, duplicándose en diez años (2006: unas 32.000 toneladas). De ellos, alrededor del 40% son herbicidas (para eliminar las malas hierbas), alrededor del 25% son fungicidas (contra los hongos y sus esporas) y alrededor del 30% son insecticidas (para matar, ahuyentar o inhibir a los insectos y sus fases de desarrollo). El uso de productos fitosanitarios en Alemania disminuyó de forma constante de 1.600 millones de euros a 1.150 millones de euros en el periodo de 2014 a 2020. En 2021, el consumo aumentó a 1.200 millones de euros. En Alemania, en 2016 se registraron alrededor de 270 sustancias activas en un total de 753 productos fitosanitarios diferentes. Investigadores de todo el mundo trabajan a toda velocidad para desarrollar nuevas sustancias activas sostenibles que se descompongan sin dejar residuos una vez hayan hecho efecto.

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