Escalamiento

Escalamiento del proceso de mezclado de emulsiones O/W concentradas
Concentrated O/W emulsions mixing process sacle-up M. I. Briceño* y S. Cobos Laboratorio FIRP**, Universidad de Los Andes, Mérida, 5101 * mabel@ula.ve; ** firp@ula.ve Resumen En este trabajo se presenta el procedimiento seguido para escalar el mezclado de emulsiones o/w concentradas en tanque agitado. El objetivo delescalamiento era preparar emulsiones de concentración creciente (50 a 80% de aceite), en condiciones de mezclado que fueran similares para todas las concentraciones evaluadas, de modo que fuera posible determinar el efecto de otras variables físico-químicas, en igualdad de condiciones hidrodinámicas. Esto reviste una gran dificultad ya que la viscosidad de una emulsión concentrada varía de forma exponencialcon el contenido de fase interna; esta fuerte variación de viscosidad es acompañada por un incremento de la complejidad del comportamiento reológico. Como primer paso se evaluó el comportamiento reológico de las emulsiones en cuestión, para varios tamaños de gota. Esto permitió determinar correlaciones empíricas para la predicción de la viscosidad en función de la concentración a un tamaño dado degota. Luego, siguiendo un método de escalamiento convencional, aunado a la caracterización reológica, se determinó el volumen de mezclado necesario para cada caso, de modo que el régimen de flujo fuera de transición y que el flujo de energía por unidad de masa fuera también del mismo orden. Los resultados experimentales obtenidos señalan que el método de escalamiento usado fue adecuado. Palabrasclave: Emulsiones concentradas O/W, mezclado, escalamiento. Abstract In this work the scale-up procedure for the mixing process of concentrated o/w emulsions is presented. The goal was to prepare emulsions of increasing concentration (50 to 80 % of oil) but for similar hydrodynamic conditions in such a way that the effect of physico-chemical variables could be isolated and evaluated. This is not astraight forward procedure due to the steep increase of viscosity and rheological complexity of these emulsions as concentration increases. Within this framework of analysis, rheological behavior was first evaluated as a function of oil concentration and droplet size. From this evaluation, empirical correlations were obtained for predicting emulsion viscosity as a function of volume fraction fora given droplet size. Then, following a conventional scale-up procedure and the results of the rheological study, the mixing volume of emulsion required for every concentration of oil was calculated. This mixing volume tends to increase with oil content, but in doing so, the flow regime (transition) and specific power were of the same magnitude for all systems evaluated. The experimental resultsshow that the scale-up procedure was adequate. Key words: Concentrated o/w emulsions, mixing, scale-up.

Revista Ciencia e Ingeniería. Vol.25, Nro.3. 3004

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1 Introducción La preparación de emulsiones y dispersiones líquidolíquido es una de las operaciones unitarias más comunes en la industria. El análisis exhaustivo de este tipo de proceso es, casi sin excepción, de innegablecomplejidad. Por un lado, se tiene el fenómeno hidrodinámico, frecuentemente de tipo turbulento, donde intervienen la geometría del dispositivo de mezclado, la velocidad de flujo o del agitador, el flujo de energía y la viscosidad de las fases, por sólo mencionar algunas de las variables de mayor importancia. Por otro lado, la composición y naturaleza de las fases son también determinantes del proceso,especialmente si alguna o varias de las especies presentes poseen actividad interfacial. La situación se vuelve particularmente complicada en emulsiones concentrados, las cuales no son sólo altamente viscosas sino también viscoplásticas y viscoelásticas (Barnes, 1994). Puede entenderse entonces por qué el estado del arte del mezclado de dispersiones líquido-líquido concentradas es aún muy empírico,...