¿Puede un reactor mezclador combinar mezclado, secado y reacción en un único paso?
Sí. Los reactores mezcladores modernos pueden combinar los procesos de mezclado, de secado y de reacción en un único aparato cerrado («one-pot processing»), siempre que la mecánica, la técnica térmica y la técnica de vacío estén dimensionadas en consecuencia.
Base técnica
Un reactor mezclador multifuncional necesita:
- Órganos mezcladores (herramientas de rejas de arado, de paletas o helicoidales) que recirculen el producto de forma intensa y lleven continuamente partículas frescas a las superficies de transmisión de calor.
- Sistemas térmicos (doble camisa, paredes y herramientas calefactadas) para calentar y refrigerar de forma selectiva, con el fin de controlar el calor de reacción y aportar la entalpía de vaporización para el secado.
- Una construcción apta para el vacío y de ejecución estanca, para poder reducir los puntos de ebullición, extraer los vapores de disolvente y secar con suavidad los productos sensibles a la temperatura.
Pasos de proceso integrados
De forma típica, en un reactor mezclador se pueden realizar de manera sucesiva o solapada:
- Mezclar y homogeneizar componentes sólidos, líquidos y pastosos.
- Conducir la reacción mediante una atmósfera de temperatura, presión y gas controlada así como mediante la dosificación selectiva de reactivos y catalizadores.
- Secar y separar agua o disolventes, con frecuencia bajo vacío con extracción y condensación de los vapores.
La herramienta de mezclado debe transmitir para ello pares elevados, desde los líquidos de baja viscosidad hasta la fase plástica y sólida, minimizar las incrustaciones y asegurar un movimiento homogéneo.
Ventajas y límites
El tratamiento en un solo recipiente ofrece:
- menos aparatos y menos periferia,
- tiempos de proceso más cortos y menos transferencias de producto,
- menores pérdidas de producto y menores riesgos de contaminación,
- mayor rendimiento, mejor reproducibilidad y una mayor eficiencia de superficie y de energía.
No todas las formulaciones son adecuadas para ello. Hay que comprobar de forma crítica la evolución de la viscosidad, la adherencia, la necesidad de calor, la protección contra explosiones y magnitudes objetivo como la distribución granulométrica, la humedad residual y la pureza. Por eso los ensayos en el centro de ensayos son centrales para valorar con seguridad el funcionamiento combinado.
Así combina amixon® el mezclado, el secado y la reacción en un solo aparato
Allí donde los procesos químicos exigen precisión, amixon® combina los procesos de mezclado, de secado y de reacción en un solo aparato. Los secadores-mezcladores de vacío y los reactores de síntesis están concebidos para ello como sistemas multifuncionales, estancos a la presión y al vacío.
Reactores mezcladores multifuncionales VMT y AMT
Dos formas constructivas cubren procedimientos complejos:
- Secador-mezclador/reactor vertical VMT con fondo plano
- Reactor secador-mezclador cónico AMT con cámara de mezclado cónica
Ambos aparatos resisten el vacío y la presión (típicamente vacío fino hasta aprox. 5 mbar, presión del sistema hasta unos 30 bar) y son completamente termorregulables: la cámara de mezclado, el órgano mezclador helicoidal, los brazos del órgano mezclador y los rotores de corte se pueden calentar o refrigerar con agua, vapor o aceite térmico. Así se pueden combinar en un solo aparato el mezclado, la reacción, la suspensión, la cristalización, la precipitación química, el lavado, la desaglomeración, el recubrimiento, el acondicionamiento y el secado por contacto al vacío.
Grandes superficies de transmisión de calor y tiempos de proceso cortos
La herramienta helicoidal SinConcave®/SinConvex®, en ejecución lisa o MultiPlane®, es completamente termorregulable y trabaja con una cámara de mezclado de doble pared, igualmente termorregulada. Así se obtiene una superficie específica de transmisión de calor especialmente grande, que permite:
- una entrada y una evacuación rápidas de calor,
- una elevada velocidad de secado con temperaturas de producto bajas y
- tiempos de proceso muy cortos.
Los rotores de corte termorregulables facilitan el paso por las fases viscoplásticas, acortan el tiempo de proceso y desaglomeran de forma acompañante. Un filtro de vapores calefactable devuelve el polvo fino al producto y permite la condensación o la recuperación de los disolventes.
Diseño higiénico, materiales y tamaños
La cámara de mezclado y el órgano mezclador están soldados sin juntas y rectificados, y el órgano mezclador solo está apoyado en la parte superior; las válvulas de descarga son sin espacios muertos y resisten el vacío y la presión. Están disponibles el dimensionado para la zona ATEX 20, la inertización y variantes de reactor estéril conformes a la FDA según los estándares EHEDG y 3-A.
Según la tarea se emplean materiales de elevada resistencia a la corrosión como el Alloy 59, el Hastelloy-C22 o el níquel. Los tamaños habituales van de unos 100 a 50.000 l, y los grados de llenado seguros para el proceso comienzan ya en torno al 15 % del volumen.
Dimensionado basado en ensayos y cualificación
El dimensionado de los grandes reactores mezcladores de vacío se realiza mediante ensayos en el centro de ensayos con productos originales, en el rango previsto de temperatura y presión (hasta aprox. 350 °C, desde el vacío fino hasta presiones de dos cifras en bar). Las tareas de escalado difíciles (factor 100 y más) se aseguran mediante cálculos termodinámicos y referencias de grandes instalaciones industriales.
Para los entornos regulados, amixon® suministra piezas únicas cualificables según las URS, incluido el apoyo en la DQ, la IQ y la OQ. La documentación y la ejecución siguen, a petición, EU-GMP y FDA 21 CFR Part 11; si se desea, los aparatos cumplen estándares adicionales como EHEDG, 3-A, USDA, GMP y ATEX y se integran por completo en el concepto de validación del explotador.