MÍSENÍ MÍSENÍ JE REVERZIBILNÍ PROCES. Mísení a segregace sypkých hmot INŽENÝRSTVÍ FARMACEUTICKÝCH

Transkript

1 Mísení a segregace sypkých hmot INŽENÝRSTVÍ FARMACEUTICKÝCH VÝROB MÍSENÍ Definice Operace při které se na dvě nebo více oddělených složek působí tak, aby se dostaly do stavu, kdy každá částice jedné složky je co možná nejblíže nějaké částici všech ostatních složek Cíle Dosáhnout uniformity směsi uniformita výrobků z této směsi Maximalizovat styčnou plochu složek podpora fyzikálních a chemických procesů MÍSENÍ JE REVERZIBILNÍ PROCES míchání, mísení (mixing, blending) rozdružování, segregace (demixing, segregation) 1

2 SPONTÁNNOST MÍSENÍ Pozitivní samovolné, probíhá bez vnějších sil např. difuzní promíchání plynů v nádobě Negativní samovolně probíhá segregace, bez vnějšího působení dojde k oddělení složek např. usazování suspenzí Neutrální bez vnějšího působení nedochází k míchání ani segregaci např. směs prášků USPOŘÁDÁNÍ SMĚSÍ dokonale oddělená směs dokonale smísená (uspořádaná) směs náhodná směs pravděpodobnost, že v libovolném bodě směsi nalezneme částici nějaké složky je rovná zastoupení dané složky ve směsi REÁLNÉ SMĚSI Náhodné volně tekoucí látky Uspořádané kohezní látky interakce mezi různými složkami 2

3 MĚŘÍTKO HOMOGENITY Homogenní směs = odebrané vzorky mají shodné vlastnosti Homogenita závisí na velikosti vzorku při dostatečné velikosti vzorku jsou všechny směsi homogenní Měřítko homogenity nejmenší velikost vzorku pro kterou je rozptyl vzorků pod zvolenou kritickou hodnotou PRAXE HOMOGENITY VE FARMACII Charakter směsi pravděpodobnost získání uspořádané směsi je malá většina směsí je náhodná (zvláště u prášků) statistický charakter homogenity Multikomponentní směsi důležitá je homogenita API pseudobinární pohled na směs API + excipienty Měřítko homogenity odpovídá velikosti konečné lékové formy STATISTICKÉ OKÉNKO Výběrová směrodatná odchylka měřítko variability výsledků náhodných pokusů variabilita obsahu API v odebraných vzorcích s x N i 1 N 1 X X i Relativní (výběrová) směrodatná odchylka RSD % měřítko variability vztažené ke střední hodnotě např. porovnatelné pro obsahy API 2 mg a 4 mg N Xi X sx 1 i 1 RSD 100% 100% X X N 1 3

4 HODNOCENÍ HOMOGENITY Relativní výběrová směrodatná odchylka z odebraných vzorků jednoduchá často používaná paradoxně nemá rozsah % Index mísení řada různých vzorců rozsah MIN M 2 2 σ MAX zcela segregovaný stav MAX MIN σ MIN minimální dosažitelná nehomogenita (analýzy) 2 w 1 w MAX API API VZORKOVÁNÍ MÍSENÍ SYPKÝCH LÁTEK Mechanismy mísení konvekce relativní pohyb skupin částic vůči jiným skupinám tzv. makroskopické mísení, disperze pohyb jednotlivých částic vůči toku částic tzv. mikromísení, střih pohyb jednotlivých vrstev částic důležitý k rozrušení shluků v kohezních směsích 4

5 MÍSENÍ SYPKÝCH LÁTEK Mechanismy mísení konvekce a) disperze střih b) c) KONVEKTIVNÍ A DISPERZNÍ MÍSENÍ MÍSENÍ SYPKÝCH LÁTEK Rotační mísiče rotující nádoby s vestavbami převládá střih a difúze frekvence otáčení 5 30 s -1 5

6 MÍSENÍ SYPKÝCH LÁTEK Konvekční mísiče vertikální míchadlo horizontální míchadlo orbitální míchadlo statická nádoba s dopravníkem převládá konvekce, střih vhodné pro aglomerující směsi obtížné čištění 6

7 MÍSENÍ SYPKÝCH LÁTEK Fluidní mísiče s tryskající vrstvou s proudem vzduchu velmi rychlé míchání možnost kombinovaného zařízení s jiným procesem sušení, granulace vhodné pro tekoucí a mírně kohezní prášky VOLBA MÍSIČE PRO SYPKÉ LÁTKY Ideální mísíč trojrozměrný pohyb částic (nikoliv shluků) eliminace mrtvých zón Reálný mísič kompromis kvality mísení a kompatibility s procesem Postup výběru eliminovat nevhodné typy vybrat optimální mísič z hlediska kvality mísení, výkonu, ceny VYBRANÉ FAKTORY S VLIVEM NA VÝBĚR Procesní požadavky Změna velikosti částic během mísení Možnost zachování čistoty Kontinuální / vsádkový provoz Poměr mezi mícháním a segregací Lepší u konvekčního mechanismu, horší u difuze a střihu Vliv tokovosti částic 7

8 Stupeň zaplnění, % PROCESNÍ PARAMETRY BUBNOVÝCH MÍSIČŮ Hlavní parametry frekvence otáčení f [s -1 ] stupeň zaplnění φ [%] velikost zařízení Kritická rychlost (frekvence) otáčení rychlost, při které dochází k odstředivému pohybu částic 1 f c 2π g R POHYB PRÁŠKŮ V MÍSÍČI a. b. c. d. e. f. Druhy pohybu prášků v mísiči a. klouzavý b. sesuvný (0 3 % f c ) c. rolovací (3 30 % f c ) d. kaskádový (3 30 % f c ) e. spádový ( % f c ) f. odstředivý pohyb b. d. c. a. e. f. Frekvence otáčení, ot.min -1 POHYB PRÁŠKŮ V MÍSÍČI Rolovací a spádový pohyb Aktivní oblast Aktivní oblast Statická oblast Statická oblast Rolovací pohyb Kaskádový pohyb Závisí na stupni zaplnění Mísení probíhá pouze v aktivní oblasti 8

9 RSD, % API, mg API, mg STUPEŇ ZAPLNĚNÍ Zaplnění větší než 50 % může dojít ke vzniku nepromíchávaného jádra KINETIKA A ROVNOVÁHA MÍSENÍ Kinetika jak dlouho to trvá? Rovnováha jak dobře to lze zamíchat? ,5 7, ,5 2, Time Time Kinetika Kinetika PROCESY PŘI MÍSENÍ PRÁŠKŮ Mísení Segregace Mísení je vratný proces 0 Čas, min 9

10 RSD, % KINETIKA MÍSENÍ Počáteční stupeň homogenity, a+c Konvekce Střih Difúze Nejvyšší stupeň homogenity, c čas, min Optimální doba mísení drsd RSD a.e bt c kmrsd ks RSD 0 RSD dt PŘÍČINY SEGREGACE Rozdíly ve velikosti částic Rozdíly v morfologii Rozdíly v hustotě Poměr složek Kohezní interakce vlhkost statický náboj MECHANISMY SEGREGACE Dráhová Perkolační Fluidační 10

11 MECHANISMY SEGREGACE Prosévání Fluidizace SEGREGACE U STĚNY ZAŘÍZENÍ Tok částicové směsi poblíž stěny Adhezní síly závisejí na typu částice Některé částice mají vyšší afinitu ke stěně SEGREGACE Segregace v různých typech mísičů 11

12 PŘÍKLADY SEGREGACE Větší částice jsou hmotnější, mají větší setrvačnost a dokutálí se dále Materiály mají různý sypný úhel PŘÍKLADY SEGREGACE Větší částice jsou hmotnější a propadnou do kráteru Klasické prosévání velké částice nemohou prostupovat malými, ale naopak ano PŘÍKLADY SEGREGACE Velké částice jsou méně stabilně ukotveny a mohou strhnout lavinu Dráhová segregace v prostředí s aerodynamickým odporem 12

13 PŘÍKLADY SEGREGACE Fluidační segregace při plnění sila Výtok segregované směsi nálevkovým tokem m/watch?feature=play er_embedded&v=hyq n3gvux-8 m/watch?v=sqzkfwg U7U0 m/watch?nr=1&v=78i FMWg446s 13