Sete parâmetros-chave a serem considerados ao transportar pós tóxicos e explosivos

Fonte: Coperion & Coperion K-Tron

Por Sharon Nowak

Design farmacêutico Coperion K-Tron e receptores de vácuo de design padrão.

As indústrias de química fina e farmacêutica processam milhares de materiais secos a granel muito caros a cada hora, todos os dias, para uma variedade de aplicações. A fim de manter os mais altos padrões de segurança, sustentabilidade e higiene, é essencial que esses pós sejam movidos de processo para processo sem nenhum perigo para os operadores, danos ou exposição do produto à atmosfera ou perda de produto valioso dentro do fluxo do processo.

Sete Parâmetros Chave

Ao mover o pó de processo para processo nessas indústrias, vários fatores cruciais devem ser considerados para garantir uma solução aceitável. O método de mover pós em um fluxo fechado de ar ou nitrogênio é comumente conhecido como transporte a vácuo e a tecnologia para essa forma de transporte evoluiu para atender às árduas demandas desses mercados.

Normalmente, existem sete objetivos principais que o usuário final, em conjunto com o fornecedor do equipamento, deve considerar ao abordar o uso do transporte a vácuo.

1) Maximizar a contenção do produto para transferência de pó tóxico: O sistema usado para transportar pós tóxicos e altamente caros deve eliminar qualquer possibilidade de vazamento do pó no ambiente de trabalho.

2) Maximize os rendimentos do produto : Todo o pó que sai de um processo deve ser transferido para o próximo processo com um mínimo absoluto de pó retido.

3) Minimizar a segregação e atrito do produto: Sistemas de fase densa e de baixa velocidade são possíveis ao usar vácuo e esse tipo de sistema minimiza a degradação do produto e também elimina a segregação do produto ao transportar produtos que passaram por um ciclo de mistura ou combinação.

4) Otimize os ciclos de limpeza em aplicações de pós sanitários: Todos os equipamentos usados ​​na transferência de pós devem poder ser completamente limpos. Uma variedade de técnicas e designs de limpeza estão disponíveis para consideração.

5) Otimização do processo geral por meio do projeto de sistemas integrados: Por razões de economia, é vantajoso se a transferência de pós puder ser integrada a um processo duplicado, como peneiramento por varredura a ar ou moagem por varredura a ar. Essa integração simplifica o manuseio do pó e ajuda a aumentar a eficiência no processo secundário.

Receptor de vácuo integrado ao manuseio de pó para maximizar a contenção.

6) Facilidade de Operação : O equipamento de transporte de pó deve ser simples de operar e facilmente integrado ao processo para facilidade de controle e, no caso de aplicações farmacêuticas, validação geral. As opções estão disponíveis para uma ampla variedade de entrega e coleta de produtos.

7) Optimização da Segurança : Gases inertes como o azoto são muito fáceis de introduzir num sistema de vácuo garantindo assim a eliminação do oxigénio e consequentemente um sistema seguro sem perigo de explosão.

Parâmetro 1: Eliminar Vazamento

O transporte a vácuo atende a muitos desses critérios devido ao fato de que a pressão negativa dentro dos vasos e tubulações impede qualquer vazamento de pó para a atmosfera. Um sistema típico de transporte a vácuo é totalmente selado com o arrastamento do pó sendo contido por meio de um recipiente selado preso ao dispositivo de processo que está sendo descarregado. No caso de pós altamente tóxicos, o uso adicional de válvulas de contenção tipo borboleta pode ser incorporado para manter níveis específicos de OEL.

Durante o processo de vácuo, o vácuo ou sucção é gerado por meio de uma bomba de vácuo. O vácuo na fonte coletora é iniciado e o material flui de sua fonte diretamente para o recipiente selado ou receptor. Depois que o recipiente é preenchido com a capacidade necessária (geralmente detectada por meio de um indicador de nível), o vácuo é interrompido. O material se acomoda dentro do receptor. A pedido de pó do processo abaixo, tal

Ciclo típico de transporte a vácuo

como na operação de enchimento do tambor mostrada, a válvula na parte inferior do receptor se abre e o produto é entregue ao processo. Logo em seguida, um pulso de ar é enviado através dos filtros alojados no receptor de coleta para limpar os filtros de qualquer material residual. Isso também ajuda a maximizar os rendimentos gerais (consulte o parâmetro 2 abaixo).

A introdução de pós que não fluem livremente para o sistema de vácuo pode ser “auxiliada” por uma variedade de auxiliares de fluxo, como vibração, fluidização ou almofadas de aeração. Esses dispositivos estão localizados em um recipiente com laterais inclinadas, que também estimula o fluxo do pó para o ponto de arraste onde o ar e o pó são misturados, garantindo uma transferência suave pela linha de transporte.

Parâmetro 2: maximizar os rendimentos do produto

A velocidade do movimento do ar em um sistema de transporte a vácuo bem projetado garante que o pó não se deposite na tubulação, garantindo assim que nenhum resíduo permaneça. Além disso, no final da operação, as válvulas de limpeza da linha podem ser usadas para garantir que qualquer material restante seja liberado no receptor antes da desmontagem da unidade para limpeza.

O design do receptor de vácuo com filtros de jato reverso e ângulos de cone de descarga íngremes, ou às vezes paredes cilíndricas retas, também incentiva o fluxo livre de pós do funil de recebimento para o próximo processo. Os pós mais difíceis de manusear são encorajados a fluir com vários auxiliares de fluxo, como vibradores e vários graus de fluidização. A filtração é crucial ao manusear pós finos.

Os materiais filtrantes modernos, como o poliéster laminado de PTFE, foram projetados para ter características de alta liberação que garantem que o filtro não permita a passagem de partículas finas e que o material residual seja removido durante o ciclo de limpeza do filtro. Funis de vácuo bem projetados têm todas as soldas retificadas e são projetadas para serem livres de rachaduras e fendas com um alto grau de polimento.

Parâmetro 3: Minimizar a Segregação do Produto

Ilustração do transporte de fase densa

Muitos pós químicos finos e misturas químicas/farmacêuticas devem ser transportados sem degradação ou desmistura do produto. Isso é essencial, por exemplo, nas indústrias farmacêuticas, onde ingredientes ativos caros representam uma porcentagem muito baixa da mistura geral. Verificou-se que, ao transportar por “slugs” de movimento lento, o material não é desmisturado. Este método de movimento de material é obtido pelo transporte a vácuo de fase densa, conforme ilustrado na figura 1. É crítico ao investigar o uso de vácuo de fase densa que a viabilidade e a uniformidade da mistura sejam confirmadas por ensaios individuais, onde o material transportado é analisados ​​pelo cliente para confirmar que os parâmetros especificados foram respeitados.

A técnica de transporte de baixa velocidade por vácuo tem sido usada para muitos produtos farmacêuticos diferentes e é utilizada principalmente para curtas distâncias “para cima e para dentro”. Aplicações típicas são o descarregamento de misturadores e carregamento de prensas de comprimidos, linhas de enchimento de cápsulas, enchimento de sachês e sistemas de armazenamento.

Parâmetro 4: otimizar os ciclos de limpeza

Em aplicações onde a limpeza e o projeto sanitário são imperativos, em muitos casos o equipamento usado para transportar pós ainda é desmontado e levado para a sala de lavagem onde é limpo antes da remontagem. Para ajudar neste método de limpeza, todos os equipamentos de transporte de boa qualidade podem ser facilmente desmontados e remontados por operadores inexperientes. Como uma opção de projeto, a maioria dos equipamentos de transporte agora pode ser projetada para ser molhada no local (WIP).

Receptor de vácuo Coperion K-Tron com cabeça de filtro oscilante

Este método envolve o uso de bicos de pulverização retráteis, que são ativados no final de um ciclo de produção. Esses bicos borrifam água dentro do vaso. O spray líquido tem o efeito de molhar quaisquer partículas de poeira residuais dentro de todo o receptor do filtro, bem como no meio filtrante. Isso ajuda na remoção do meio filtrante, tornando-o fácil de remover sem a chance de pó seco se espalhar pelo ar. Em alguns projetos de receptores especializados, a seção superior do receptor pode ser afastada e os elementos do filtro retirados e retirados para limpeza intensa. A seção restante do sistema é completamente limpa e seca antes de ser reutilizada.

O recurso de cabeçote basculante do receptor do filtro também é útil em áreas onde há um problema de headroom, já que os filtros neste caso são removidos por baixo, em vez de acima do receptor do filtro. Outras opções de design incorporam mecanismos de elevação para o conjunto completo do receptor do filtro, a fim de facilitar os procedimentos gerais de limpeza e desmontagem, encurtando e otimizando assim os tempos gerais do ciclo de limpeza.

Parâmetro 5: Otimização do Processo Global

Uma das principais vantagens de um sistema de transporte a vácuo é que é muito fácil introduzir um processo secundário no processo de transferência inicial. Por exemplo, quando as matérias-primas básicas chegam em sacolas ou sacos de papel, é essencial que sejam verificadas antes de entrar no processo de fabricação. Isso é obtido simplesmente introduzindo uma peneira na linha de transporte. O pó é transportado do saco ou caixa e, ao passar pela tela, quaisquer partículas de tamanho grande ou matéria estranha ficam presas na malha de aço inoxidável. O pó aceitável passa pela malha e segue para a próxima fase do processo. O fluxo de ar através da malha ajuda a mantê-la limpa e muitas vezes aumenta a eficiência do peneiramento em comparação com o peneiramento por gravidade, onde não há fluxo de ar adicional.

Uma técnica semelhante pode ser usada com moinhos de tela cônica que são frequentemente usados ​​para desagregar o material proveniente da fonte de pó e antes da introdução no processo. O moinho de tela cônica é colocado entre o ponto de coleta do produto e o receptor de vácuo, com o efeito do material sendo puxado pelo moinho com uma corrente de ar de fluxo rápido. A operação do moinho de tela cônica sob vácuo tem a vantagem adicional de redução do tempo de permanência total dentro do moinho, reduzindo assim também qualquer atrito adicional que possa ocorrer no processo.

Estação de despejo Coperion K-Tron Bag com porta-luvas integrado

Uma vantagem adicional do fresamento por varredura a ar é a capacidade de usar nitrogênio como gás de transporte. Isso torna o sistema seguro porque o moinho muitas vezes pode ser considerado uma fonte de ignição se o material moído for potencialmente explosivo. É importante observar que, embora a maioria das marcas de moinhos e peneiras sejam capazes de operar sob o nível razoavelmente baixo de vácuo necessário, o uso de vácuo com o moinho/peneira em questão deve ser tratado com o fabricante do equipamento para garantir que as vedações adequadas /juntas estão no lugar para garantir uma operação livre de poeira.

Parâmetro 6: Facilidade de Operação e Integração

Devido à disponibilidade de uma ampla variedade de fontes de produtos - em tambores, sacos, sacos a granel, contêineres intermediários a granel (IBCs) e contêineres flexíveis intermediários a granel (FIBCs) - é imperativo que o sistema de vácuo utilizado seja facilmente integrado ao produto método de coleta. Estações de ponta de saco completas com pontos de coleta a vácuo integrados, bem como estações de encaixe IBC com o mesmo tipo de tremonhas de coleta, estão disponíveis na maioria dos fabricantes de sistemas de transporte a vácuo orientados. Além disso, para o transporte contido, também podem ser fornecidas estações especiais de despejo/funis de coleta com porta-luvas. Os pontos de conexão típicos são por meio de arranjos de braçadeiras simples para facilitar a montagem. Além disso, para aplicações sanitárias, os dispositivos geralmente incorporam algum tipo de conjunto de bola de spray para limpeza, bem como um dreno no dispositivo coletor para drenagem.

Parâmetro 7: Otimização da Segurança do Processo

Muitos produtos químicos finos e pós farmacêuticos têm uma energia mínima de ignição (MIE) baixa. Esta é uma medida de quão facilmente a nuvem de poeira em pó pode ser inflamada por qualquer fonte de ignição. Uma medida geralmente aceita de potencial explosivo é se o pó sendo transportado tiver um MIE inferior a 10 milijoules; quando isso ocorre, um método para lidar com esse potencial explosivo deve ser projetado dentro do sistema.

As fontes de ignição podem variar de várias fontes, incluindo faíscas estáticas, impacto de metal por um item de rotação rápida, partículas quentes de secadores ou itens elétricos defeituosos. Qualquer uma dessas fontes que entrar em contato com uma nuvem de poeira potencialmente explosiva pode causar uma explosão. A gravidade da explosão é medida pelo valor KST, mas mesmo uma explosão leve deve ser evitada. Ao lidar com o transporte de pó, normalmente existem três métodos para lidar com uma possível explosão. (Deve-se observar que a supressão de explosão não está listada, pois há uma grande possibilidade de acionar o sistema de supressão e introduzir o supressor no lote, eliminando-o como uma boa escolha para muitos sistemas).

Os três métodos mais comuns de supressão de explosão são os seguintes:

1) Contenção de Explosão : Este é um método onde todo o equipamento deve ser forte o suficiente para conter a explosão quando e se ela ocorrer. Devido à força do projeto necessário, esta pode ser uma solução muito difícil e cara de implementar.

2) Explosão de ventilação : Este método constrói um disco de ruptura que se rompe em um aumento de pressão muito baixo e permite que a explosão seja ventilada através de um duto para uma parede externa. O principal problema dessa técnica é encontrar uma parede externa próxima ao equipamento, pois a distância do respiro e do duto de respiro até o ponto de ignição é crítica no projeto.

3) Inertização : Das três opções, esta é a mais fácil e menos complexa de implementar. Este método simplesmente substitui o ar por nitrogênio como gás de transporte. A eliminação do oxigênio evita que ocorra uma explosão porque a terceira perna do triângulo do fogo foi removida. É um procedimento muito simples conectar um suprimento de nitrogênio à lança de sucção em um transportador a vácuo. O consumo de nitrogênio é relativamente baixo, pois o nitrogênio flui apenas quando o sistema está operando no ciclo de transporte.

Resumo

O uso de transporte a vácuo nas indústrias de química fina e farmacêutica para transferência de pó é uma escolha viável que atende a uma ampla variedade de requisitos de processo. A gama de técnicas de transporte a vácuo está evoluindo continuamente, oferecendo novas soluções para os principais fabricantes que estão migrando cada vez mais para processos contínuos. A capacidade de mover pequenas quantidades de pó de maneira limpa e contida, bem como as vantagens inerentes do processo (segurança para o operador e o produto) e aumentos na eficiência do processo tornam o transporte a vácuo via pressão negativa a solução ideal para manuseio de materiais.

Sobre o autor : Sharon Nowak atua como gerente de desenvolvimento de negócios globais da Coperion K-Tron para as indústrias alimentícia e farmacêutica. Nowak trabalha em estreita colaboração com os departamentos de vendas, marketing, pesquisa e desenvolvimento e engenharia de sistemas da Coperion K-Tron para identificar novas aplicações e focar nas necessidades específicas dessas indústrias. Nowak oferece experiência de 30 anos na indústria de equipamentos de processo para alimentos e produtos farmacêuticos, além de graduação em engenharia química pela Rutgers University.