PT1262225E - Dispositivo e processo para produzir emulsões - Google Patents

Description

1 DESCRIÇÃO "DISPOSITIVO E PROCESSO PARA PRODUZIR EMULSÕES" Área técnica de aplicação A presente invenção refere-se a um dispositivo bem como a um processo para a produção de emulsões com o emprego de um ou vários diafragmas, pelos quais uma fase dispersa de um meio líquido é finamente distribuída trazida a uma fase contínua de um outro meio líquido. Com uma emulsão, a fase dispersa está na forma de gotas finas na fase contínua distribuída adiante.

Dentro de muitas variedades técnicas, por exemplo com a produção de alimentos ou a produção de produtos farmacêuticos, é regularmente necessário combinar as substâncias lipofílicas e hidrofílicas de um produto. Como forma de produto a emulsão é escolhida a partir de uma fase aquosa e oleosa em muitos casos.

Estado da Técnica

Industrialmente, as emulsões são fabricadas frequentemente em sistemas de parte fixa do rotor. Os exemplos de sistemas de parte fixa de rotor são agitadores simples, máquinas de dispersão de engrenagem de borda e moinhos de colóide. Com tais sistemas a fase contínua e a dispersa num recipiente são trazidas em conjunto e misturadas uma com a outra pela operação do rotor na formação de uma emulsão. 2

Como sistemas adicionais para a produção de emulsões a homogeneização a alta pressão ou a admissão de um sistema de uma fase continua e dispersa com ultra-sons é bem conhecida. 0 dispêndio de energia para a operação destes dispositivos é no entanto muito alta. Durante o processo de emulsificação ocorre além disso o desenvolvimento de calor frequentemente forte, que pode aquecer a emulsão a altas temperaturas não desejadas. Como uma função do equipamento de emulsificação designado, os diâmetros das gotas de emulsão estão entre 0,1 e 100 pm, pelo que uma distribuição muito larga de tamanho de gota está normalmente presente.

Um processo adicional para a produção de emulsões utiliza uma tecnologia de diafragma para a produção de gotinhas finamente distribuídas da fase de dispersão na fase continua. A fase dispersa é pressionada aqui através dos poros de um diafragma, para que na superfície do diafragma sejam formadas gotinhas, as quais são drenadas juntamente depois de alcançarem um diâmetro de gota crítico para arrancarem e pela fase continua que flui por cima da superfície.

Numa execução bem conhecida de tal dispositivo um diafragma de tubulação é utilizado, o qual é canalizado através de nma fase contínua. A fase dispersa é pressionada do exterior através do sistema de poros do diafragma de tubulação na fase contínua que flui no interior. O fluxo da fase de dispersão solta-se devido a uma diferença transmembranar da pressão colocada. 0 processo actual de emulsificação, isto é a formação de gota, realiza-se na superfície interna do diafragma de tubulação. As gotas aumentam 3 nesta superfície até que as forças que substituem o gotejamento se tornem maiores do que as forças, as quais mantêm a gota no respectivo poro. A gota é depois substituída com o diâmetro conseguido da fase contínua, a qual se precipita por cima da superfície de diafragma, e flui ao longo da corrente. Assim, as emulsões muito homogéneas com uma distribuição de tamanho de gotinha relativamente estreita podem ser produzidas. Para alcançar um excesso de fluxo suficientemente grande da superfície do diafragma através da fase contínua, uma bomba forte que leva a um elevado consumo de energia e um aquecimento não desejado da emulsão produzida deve ser utilizada também nestes sistemas. 0 documento DE 198 23 839 AI descreve um dispositivo bem como um processo para misturar e dispersar duas fases. Aqui uma primeira fase é fornecida a um corpo de poro em forma de disco por cima de um canal de alimentação, enquanto este gira numa segunda fase. Através da rotação a primeira fase retira-se radialmente do corpo da amostra e distribui-se na segunda fase. Com ambas as fases pode-se referir a um líguido. Através deste dispositivo ele actua por cima de um simples agitador de caldeira, para a qual ele vem devido à organização de construção para a operação de fluxo indefinido na fase continua. A produção de emulsões que mostraram uma distribuição de tamanho de gotinha homogénea, por isso, não é possível com o método descrito nestes títulos ou com o dispositivo correspondente. 0 objectivo da presente invenção consiste em indicar um dispositivo e um processo para a produção de emulsões que torna possível uma distribuição de tamanho de gotinha homogénea com um pequeno consumo de energia. 4

Representação da Invenção 0 objectivo é atingido com o dispositivo e o processo de acordo com as reivindicações 1 a 3. Os planos favoráveis do dispositivo e o processo são o sujeito das sub-reivindicações. 0 dispositivo mostra um corpo com uma porta e uma porta de descarga para uma fase contínua do primeiro meio líquido, em que é dirigido ou num canal de fornecimento para uma fase dispersa do segundo meio líquido, ou um canal de fornecimento para uma fase dispersa do segundo meio líquido, e um ou vários corpos de membrana qualificados ocos nos quais estão fixados ao eixo. O canal de fornecimento é unido pelo presente dispositivo através do eixo com corpos de diafragma ocos dirigidos, para tornar o fornecimento possível da fase de dispersão pelo canal de fornecimento nos corpos de diafragma.

Com a operabilidade deste dispositivo a fase contínua é trazida ao corpo e introduzida posteriormente ou ao mesmo tempo a fase dispersa por cima do canal de fornecimento no eixo sob pressão nos corpos de diafragma ocos dirigidos. Durante o fornecimento da fase de dispersão o eixo é propulsado por cima de um motor, o qual pode estar presente separadamente do dispositivo, rotativamente, para que os corpos de diafragma na fase contínua, fixada a ele, girem em volta do eixo longitudinal do eixo. A fase dispersa é pressionada por esse meio através dos poros dos corpos de diafragma na fase contínua, pelo qual a separação das gotinhas se realiza como com a tecnologia de diafragma descrita em cima. O presente dispositivo e o processo associado apresentam vantagens especiais devido à sua estrutura e ao modo associado de operação.

Como tal não é necessário através da rotação dos corpos ocos de diafragma na fase contínua bombear esta fase adicionalmente no corpo. A intensidade necessária sobre a velocidade da fase contínua por cima da superfície de diafragma já é conseguida pela rotação dos corpos de diafragma. Por conseguinte, uma bomba dimensionada bastante basicamente de acordo com o elevado consumo de energia pode ser abdicada com o dispositivo presente e o processo presente. Mesmo se a fase contínua é bombeada em excesso adicionalmente no corpo, para ela uma bomba dimensionada substancialmente mais pequena é suficiente, uma vez que isto não tem de ser dirigido como a produção da intensidade necessária sobre as velocidades.

Através da rotação dos corpos de membrana na fase contínua as forças centrífugas que têm um efeito nos corpos de membrana em adição à pressão plana até a fase dispersa aparecem. Através disto a energia centrífuga de trabalho adicional remove uma parte maior da fase de dispersão do eixo mais distante para variedades de ligação dos corpos de diafragma na fase contínua para se retirar, no qual a intensidade sobre a velocidade da fase contínua que se comprova favorável é mais alta. Este efeito leva a uma óptima utilização da energia para o processo de emulsificação, despendido para a rotação. 0 corpo de diafragma oco fixado ao eixo é como a utilização do efeito acima mencionado como corpos ocos de diafragma em forma de disco dirigidos, através de cujo centro de simetria o eixo corre. Os discos individuais apresentam de um modo preferido por meio disso o mesmo diâmetro de disco e são paralelos um ao outro no eixo disposto a uma distância aproximadamente constante. Isto resulta numa área de rotação aproximadamente cilíndrica, a qual pode ser cercada por um corpo dirigido cilíndrico. 6

Numa forma de realização favorável o canal de fornecimento não é fixado como canal separado ao eixo. O eixo é bastante designado como cabo oco, para que ele forme o canal de fornecimento . A conexão entre o canal de fornecimento e o interior dos corpos de diafragma ocos é conseguida por meio de aberturas convenientes do cabo oco e/ou do canal de fornecimento e os corpos de diafragma nos locais de anexação apropriados dos corpos de diafragma no eixo. O presente dispositivo pode ser utilizado tanto para uma produção intermitente como para continua de emulsões. Em caso da produção intermitente a fase continua é introduzida primeiro no corpo. Posteriormente, os corpos de diafragma são deslocados por cima do eixo em movimento e a fase dispersa sob pressão é inserida nos corpos de diafragma. Depois de um intervalo de tempo dado com antecedência, o qual é suficiente para a produção da emulsão desejada, isto é tirado por cima da abertura de descarga e o processo inteiro começa novamente.

Com um modo continuo da operação a fase continua é constantemente fornecida por meio de uma porta de entrada e a emulsão por cima da abertura de descarga é constantemente tirada. Para isto, a bomba necessária deve assegurar só o transporte do meio liquido da entrada até à abertura de descarga. A intensidade necessária sobre as velocidades por cima da superfície dos corpos de diafragma é conseguida através da rotação dos corpos de diafragma.

Naturalmente o número de corpos de diafragma bem como as dimensões dos corpos de diafragma e o corpo são seieccíonados como também a pressão da fase de dispersão nos corpos de diafragma e o tempo de retenção da fase contínua no corpo apropriadamente pelo 7 especialista, para se conseguir o resultado desejado como uma função dos meios líquidos designados. 0 mesmo se aplica à escolha dos materiais dos corpos de diafragma bem como as suas extremidades separadas. Como também materiais de polímero ou outros materiais inorgânicos, tais como os metais, podem ser utilizados materiais de carvão, vidros, além de materiais cerâmicos para os corpos de diafragma. 0 fornecimento da dispersão à fase contínua pode ser melhorado através da escolha por materiais de diafragma com propriedades de superfície definidas. Pode ser vantajoso, equipar hidrofilicamente o diafragma de superfície com hidrófobo até oleodrófobo. Isto pode ser conseguido através da escolha do material de diafragma ou por revestimentos adicionais também com materiais inorgânicos. Os diafragmas podem ser dirigidos como diafragmas de nano-filtração, diafragmas de ultra-filtração ou diafragmas de micro-filtração. Para o corpo um material conveniente é seleccionado, o qual é compatível com os meios líquidos utilizados.

Breve Descrição dos Desenhos 0 presente dispositivo bem como o presente processo são novamente descritos resumidamente a seguir com base num exemplo de observação com relação aos desenhos. Aqui mostra-se:

Figura 1 esquematicamente um exemplo de uma tecnologia de diafragma de acordo com o estado da técnica; e

Figura 2 uma vista seccional de um dispositivo de acordo com um exemplo de observação da presente invenção.

Formas de execução da invenção A figura 1 mostra esquematicamente o impacto da tecnologia de diafragma para a produção de emulsões, como é permitido através do estado da técnica. Aqui um diafragma de tubulação 12 é utilizado, o qual é fluido através de uma fase continua 9. Pelo exterior do diafragma de tubulação 12 a fase dispersa 8 é pressionada pelos poros 13 do diafragma de tubulação 12, para que na superfície do diafragma interno 14, as gotinhas 15 se formem, as quais são drenadas juntamente depois de se conseguir um certo tamanho de gotinha da fase contínua 9, para que na retirada do diafragma de tubulação 12 uma emulsão 10 esteja presente.

Para a operabilidade de tal dispositivo no entanto deve ser conseguida uma intensidade suficientemente alta da velocidade da fase contínua 9 por meio da superfície de diafragma 14, a bomba com o alto consumo de energia necessário. A figura 2 mostra um exemplo de observação de um dispositivo de acordo com a presente invenção, que não apresenta um tão elevado consumo de energia para a produção da emulsão. O dispositivo consiste de um corpo 1 com uma entrada 2 para a fase contínua 9 e uma porta de descarga 3 para a emulsão pronta. As válvulas 16 são destinadas para serem capazes de interrupção à volta do influxo ou dreno da fase contínua 9 ou a emulsão 10 da porta de descarga 3 respectivamente bem como a 2. No corpo um eixo rotativo propulsor 4 é dirigido, ao qual no presente exemplo quatro corpos de diafragma em forma de disco 6 são fixados. O eixo 4 é um cabo oco, que se forma ao mesmo tempo que o canal de fornecimento 5 para a fase dispersa 8. O canal de fornecimento 5 é conectado à ligação dos discos de diafragma 6 com o cabo oco 4 com os interiores ocos dos discos do diafragma 6 designado como elementos de filtro. O cabo oco 4 corre aqui através do centro de simetria dos discos de 9 diafragma individuais 6, para que estes sejam propulsados à volta do seu eixo de simetria rotativo através do cabo oco 4. 0 corpo 1 apresenta um contorno interno 7, que se adapta ao traçado dos discos de diafragma 6 e ao cabo oco 4, para que só as pequenas fendas entre o contorno interno 7 e os corpos de diafragma 6 e/ou o cabo oco 4 se desenvolvam, como isto é mostrado pela figura. Estas fendas 11 formam a área de alimentação e/ou de emulsão, através das quais a fase continua 9 é conduzida para além das superfícies dos corpos de diafragma 6. 0 cabo oco 4 é fornecido sobre um campo apropriado 17 dentro do corpo 1.

No treinamento exemplar deste dispositivo os discos de diafragma 6 têm um diâmetro de aproximadamente 150 mm, o corpo um diâmetro bem como uma altura na ordem de magnitude de 20 cm. Os discos de diafragma são formados de um material cerâmico.

Com a operabilidade deste dispositivo a fase dispersa 8 sob pressão, a qual é aplicada por exemplo através de uma bomba ou de uma almofada de gás produzida pelo ar comprimido, é introduzida pelo canal de fornecimento 5 do cabo oco 4 nos discos de diafragma 6. A fase contínua 9 é conduzida através da válvula 16 e a porta de entrada 2 na área de emulsão 11 do corpo 1. Durante o fornecimento da fase de dispersão 8 os discos de diafragma por rotação do eixo 4 na fase contínua 9 são feitos girar. Uma intensidade sobre as superfícies de diafragma com a fase contínua 9 é causada por esta rotação, a qual é necessária para a separação das gotinhas da fase de dispersão 8 da superfície dos corpos de diafragma 6. 0 mecanismo de substituição realiza-se por meio disso do mesmo modo que com a tecnologia de diafragma habitual da figura 1.

Depois da realização da emulsão, isto é depois de se conseguir uma 10 proporção da fase de dispersão desejada, isto pode ser descarregado através da abertura da válvula 16 na abertura de descarga 3. A rotação do eixo 4 realiza-se normalmente de tal maneira que uma intensidade sobre as velocidades de 2 - 5 m/s nas variações extremas dos discos de diafragma 6 são conseguidos. Naturalmente também a produção continua da emulsão pode ser realizada com o dispositivo mostrado neste exemplo de observação, como a fase continua 9 continuamente por meio de uma porta de entrada 2 é fornecida e a emulsão 10 continuamente sobre a abertura de descarga 3 é tirada, enquanto os discos de diafragma 6 são propulsados rotativamente. A tabela seguinte indica um exemplo da produção de uma emulsão como o presente dispositivo, com o qual os discos de diafragma 6 com o diâmetro de poro diferente foram utilizados. Como fase continua 9 foi utilizada água, como fase de dispersão de MCT (cadeia média de triglicéridos) . Na fase continua através do presente dispositivo 5 foram registados 5 kg/m2h de fase de dispersão.

Diâmetro de poro Pressão trans-membranar Diâmetro de gota 2 1 * 105 Pa (1 bar) < 0,6 pm 0,1 pm 1 * 10b Pa (2 bar) < 0,5 pm 0,05 pm 4 * 10b Pa (4 bar) < 0,4 pm

Com o presente dispositivo e o presente processo associado são produziveis tanto emulsões de óleo/água como de água/óleo e liposomas. O dispositivo leva a um pequeno aquecimento até à emulsão durante o processo de fabricação, o qual é directamente com o emprego de substâncias termosensíveis de grande vantagem. Como os sistemas bem conhecidos do estado da técnica também uma forma de 11 11 produto condução estéril sem esterilização intermediária até ao final pode ser realizada com o presente dispositivo.

Lista dos símbolos de referência 1 corpo 2 porta de entrada 3 abertura de descarga 4 eixo, cabo oco 5 canal de fornecimento 6 corpos de diafragma 7 contorno interno 8 fase de dispersão 9 fase contínua 10 emulsão 11 fenda e/ou área de emulsão 12 diafragma de tubulação 13 poros 14 superfície de diafragma 15 gotinhas 16 válvula 17 campos

Lisboa, 17 de Janeiro de 2007

Claims (5)

1_ REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo para a preparação de emulsões e que compreende: um corpo (1) com uma entrada (2) e uma saída (3) para uma fase contínua (9) de um primeiro meio fluido, um cabo (4) disposto no corpo (1) para que seja capaz de ser dirigido em rotação, em ou em cujo cabo um canal de fornecimento (5) para uma fase de dispersão (8) de um segundo meio fluido é formado, e uma pluralidade de unidades de membrana (6), as quais estão na forma de discos de membrana, estão dispostas ao longo do cabo (4) em posições espaçadas aparte uma da outra e são assim fixadas ao cabo que o cabo se estende através do seu centro de simetria (4), o canal de fornecimento (5) a ser conectado às unidades de membrana (6) através do cabo (4) com a finalidade de tornar possível que a fase de dispersão a ser alimentada através do canal de fornecimento (4) nas unidades de membrana (6), caracterizado pelo facto das unidades da membrana serem designadas ocas e a fenda a qual existe entre as unidades de membrana (6) como um resultado das posições aparte espaçadas é cheia por um contorno interno combinado (7) do corpo (1), mantendo um espaçamento pequeno das unidades de membrana (6) e o cabo (4).

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto do cabo (4) ser designado como um cabo oco o qual forma o canal de fornecimento (5) para a fase de dispersão (8) . 2

3. Utilização de um dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2 para a preparação de uma emulsão, na qual uma fase continua (9) é guiada através da entrada (2) no corpo (1) e uma fase de dispersão (8) é guiada sob pressão através do canal de fornecimento (5) do cabo (4) nas unidades de membrana (6), sendo as referidas unidades de membrana (6) feitas para girar como a fase de dispersão (8) é fornecida através do cabo (4) no corpo (1) tal que a fase de dispersão (8) emerge a partir das unidades de membrana (6) e se misturam com a fase continua (9) que forma uma emulsão (10).

4. Utilização de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo facto de depois da introdução da fase continua (9), a entrada (2) e a saída (3) do corpo (1) estarem fechados, depois a fase de dispersão (8) é fornecida com as unidades de membrana (6) que giram e, depois de um intervalo de tempo definido, a emulsão (10) é retirada através da saída (3).

5. Utilização de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo facto da fase contínua (9) ser introduzida continuamente através da entrada (2) no corpo (1) e a emulsão formada (10) é retirada continuamente através da saida (3). Lisboa, 17 de Janeiro de 2007