E-Book Completo_Operações Unitárias_CENGAGE_V2(VERSÃO DIGITAL)

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<p>OPERAÇÕES UNITÁRIAS OPERAÇÕES</p><p>UNITÁRIAS</p><p>ORGANIZADOR FÁBIO DE PÁDUA FERREIRA</p><p>ORGANIZADOR FÁBIO DE PÁDUA FERREIRA</p><p>Operações unitárias</p><p>GRUPO SER EDUCACIONAL</p><p>Operações unitárias é um livro direcionado para estudantes dos cursos de</p><p>química, engenharia química e a�ns.</p><p>Além de abordar assuntos triviais, o livro traz conteúdo sobre as seguintes</p><p>operações unitárias: as aplicadas na indústria farmacêutica, de processa-</p><p>mento térmico, de separação, as térmicas e as esterilizantes.</p><p>Após a leitura da obra, o leitor vai veri�car o atual panorama da indústria</p><p>farmacêutica e as etapas envolvidas na projeção, delineamento, registro de</p><p>medicamentos e operações da indústria farmacêutica; descobrir a importân-</p><p>cia da água para a indústria farmacêutica, sua utilização, demanda, tratamen-</p><p>to e impacto ambiental; perceber as diferentes classes de trocadores de calor,</p><p>seu funcionamento, e as tecnologias empregadas para o aquecimento e resfri-</p><p>amento; conhecer os equipamentos e processos de evaporação, informações</p><p>importantes sobre o processo, metodologias e diferentes aplicações; carac-</p><p>terizar diferentes técnicas de separação por membranas; constatar o emprego</p><p>das membranas na indústria e nas ciências farmacêuticas; discutir operações</p><p>unitárias relacionadas à redução do tamanho de partículas; saber os processos</p><p>e o impacto dos parâmetros durante o desenvolvimento de uma planta indus-</p><p>trial, buscando a aplicação da qualidade por design; dominar os principais</p><p>aspectos dos sistemas de refrigeração industriais, principais componentes e</p><p>tecnologias empregadas e seus impactos ambientais, e muito mais.</p><p>Aproveite a leitura do livro.</p><p>Bons estudos!</p><p>gente criando futuro</p><p>I SBN 9786555582796</p><p>9 786555 582796 ></p><p>C</p><p>M</p><p>Y</p><p>CM</p><p>MY</p><p>CY</p><p>CMY</p><p>K</p><p>OPERAÇÕES</p><p>UNITÁRIAS</p><p>Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou</p><p>transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio, eletrônico ou mecânico, incluindo</p><p>fotocópia, gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de</p><p>informação, sem prévia autorização, por escrito, do Grupo Ser Educacional.</p><p>Diretor de EAD: Enzo Moreira</p><p>Gerente de design instrucional: Paulo Kazuo Kato</p><p>Coordenadora de projetos EAD: Manuela Martins Alves Gomes</p><p>Coordenadora educacional: Pamela Marques</p><p>Equipe de apoio educacional: Caroline Guglielmi, Danise Grimm, Jaqueline Morais, Laís Pessoa</p><p>Designers gráficos: Kamilla Moreira, Mário Gomes, Sérgio Ramos,Tiago da Rocha</p><p>Ilustradores: Anderson Eloy, Luiz Meneghel, Vinícius Manzi</p><p>Ferreira, Fábio de Pádua.</p><p>Operações unitárias / Fábio de Pádua Ferreira. – São Paulo: Cengage – 2020.</p><p>Bibliografia.</p><p>ISBN 9786555582796</p><p>1. Química 2. Engenharia química.</p><p>Grupo Ser Educacional</p><p>Rua Treze de Maio, 254 - Santo Amaro</p><p>CEP: 50100-160, Recife - PE</p><p>PABX: (81) 3413-4611</p><p>E-mail: sereducacional@sereducacional.com</p><p>“É através da educação que a igualdade de oportunidades surge, e, com</p><p>isso, há um maior desenvolvimento econômico e social para a nação. Há alguns</p><p>anos, o Brasil vive um período de mudanças, e, assim, a educação também</p><p>passa por tais transformações. A demanda por mão de obra qualificada, o</p><p>aumento da competitividade e a produtividade fizeram com que o Ensino</p><p>Superior ganhasse força e fosse tratado como prioridade para o Brasil.</p><p>O Programa Nacional de Acesso ao Ensino Técnico e Emprego – Pronatec,</p><p>tem como objetivo atender a essa demanda e ajudar o País a qualificar</p><p>seus cidadãos em suas formações, contribuindo para o desenvolvimento</p><p>da economia, da crescente globalização, além de garantir o exercício da</p><p>democracia com a ampliação da escolaridade.</p><p>Dessa forma, as instituições do Grupo Ser Educacional buscam ampliar</p><p>as competências básicas da educação de seus estudantes, além de oferecer-</p><p>lhes uma sólida formação técnica, sempre pensando nas ações dos alunos no</p><p>contexto da sociedade.”</p><p>Janguiê Diniz</p><p>PALAVRA DO GRUPO SER EDUCACIONAL</p><p>Autoria</p><p>Fábio de Pádua Ferreira</p><p>Licenciado em Química pela Universidade de Coimbra (UC) e pela Universidade Federal de</p><p>Uberlândia (UFU). Mestre em Química Analítica pela Universidade Federal de Uberlândia. Atuou</p><p>no desenvolvimento de genossensor eletroquímico para quantificar bactérias, e na purificação e</p><p>caracterização de proteínas envolvidas em amiloidoses.</p><p>SUMÁRIO</p><p>Prefácio .................................................................................................................................................8</p><p>UNIDADE 1 - Operações unitárias aplicadas na indústria farmacêutica ..........................................9</p><p>Introdução.............................................................................................................................................10</p><p>1 Introdução as operações unitárias ..................................................................................................... 11</p><p>2 Operações unitárias na indústria farmacêutica ................................................................................. 14</p><p>3 Regulamentação e boas práticas de fabricação na indústria farmacêutica .......................................16</p><p>4 Tecnologia da água e processos em solução aquosa .........................................................................18</p><p>5 Equipamentos e operações de secagem ............................................................................................ 20</p><p>PARA RESUMIR ..............................................................................................................................24</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................................25</p><p>UNIDADE 2 - Operações de processamento térmico .......................................................................27</p><p>Introdução.............................................................................................................................................28</p><p>1 Princípios do processamento térmico................................................................................................ 29</p><p>2 Trocadores de calor ............................................................................................................................ 31</p><p>3 Destilação ...........................................................................................................................................34</p><p>4 Equipamentos e processos de evaporação ........................................................................................ 35</p><p>5 Técnicas de irradiação ........................................................................................................................ 37</p><p>PARA RESUMIR ..............................................................................................................................42</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................................43</p><p>UNIDADE 3 - Operações unitárias de separação .............................................................................45</p><p>Introdução.............................................................................................................................................46</p><p>1 Métodos mecânicos e químicos de separação da matéria ................................................................47</p><p>2 Técnicas de separação através de membranas .................................................................................. 50</p><p>3 Filtração e equipamentos usados na filtração ................................................................................... 52</p><p>4 Centrifugação e centrifugas ............................................................................................................... 55</p><p>5 Trituração e moagem ......................................................................................................................... 58</p><p>PARA RESUMIR ..............................................................................................................................61</p><p>microrganismos não patogênicos acima de certos limites.</p><p>Até a introdução da radiação, os processos de esterilização aplicados eram baseados</p><p>unicamente no tratamento pelo calor seco, calor úmido ou óxido de etileno, conforme a natureza</p><p>do produto. Atualmente, mais de três milhões de metros cúbicos de materiais descartáveis para</p><p>uso médico são esterilizados por radiação gama. Como todos os produtos químicos, os produtos</p><p>farmacêuticos e adjuvantes podem sofrer mudanças químicas sob a influência da radiação.</p><p>Assim, cada sistema deve ser rigorosamente examinado, inicialmente, para analisar as possíveis</p><p>mudanças químicas introduzíveis e, posteriormente, para estabelecer a dose máxima tolerável.</p><p>Na sequência, devem ser realizados estudos de estabilidade a longo prazo, do produto e dos</p><p>adjuvantes, bem como demonstrar que não há perda de potência ou mudanças farmacológicas</p><p>indesejadas. Felizmente, estão disponíveis uma extensa literatura documentando os efeitos da</p><p>radiação sobre produtos farmacêuticos. A principal regra é que a irradiação deve ser aplicada no</p><p>produto seco, no estado sólido, numa atmosfera inerte para minimizar o dano (MASTRO, 1995).</p><p>5.3 Irradiação aplicada na descontaminação de drogas vegetais</p><p>As drogas vegetais, muitas vezes, podem apresentar elevada carga microbiana, quer seja</p><p>saprófita ou patogênica. Os microrganismos contaminantes, geralmente, são provenientes</p><p>do solo, da água e do ar. Contaminações secundárias podem ainda ocorrer devido às práticas</p><p>de agricultura, na colheita, armazenamento e durante o processamento destas drogas. Com o</p><p>objetivo de eliminar ou reduzir os efeitos decorrentes da biocarga presente nas drogas vegetais,</p><p>agentes descontaminantes (de natureza química e física) têm sido amplamente empregados. A</p><p>exposição ao gás óxido de etileno é conhecida como um método eficaz. Entretanto, devido ao risco</p><p>relacionado aos efeitos carcinogênicos e mutagênicos dos resíduos, seu uso tem sido restringido</p><p>41</p><p>em alguns países. Uma alternativa que tem sido intensivamente adotada é a descontaminação</p><p>com irradiação gama devido a sua aplicabilidade na ausência de água e temperatura elevada.</p><p>No entanto, é importante verificar possíveis incompatibilidades, considerando a possibilidade de</p><p>ocorrerem alterações químicas e sensoriais indesejáveis (SATOMI et al, 2005).</p><p>42</p><p>Nesta unidade, você teve a oportunidade de:</p><p>• conhecer os princípios do processamento térmico, incluindo métodos que envolvem</p><p>transferência de calor por convecção, condução e radiação;</p><p>• verificar as diferentes classes de trocadores de calor, seu funcionamento, tecnolo-</p><p>gias empregadas para o aquecimento e resfriamento;</p><p>• aprender sobre o processo de destilação e suas aplicações, com ênfase nas diferen-</p><p>tes formas de destilação e seu emprego pela indústria farmacêutica e farmoquímica;</p><p>• conhecer os equipamentos e processos de evaporação, informações importantes</p><p>sobre o processo, metodologias e diferentes aplicações;</p><p>• discutir as principais técnicas de irradiação, seu emprego como esterilizante pela</p><p>indústria farmacêutica, procedimentos adotados, diferentes fontes de radiação e</p><p>seu emprego na descontaminação.</p><p>PARA RESUMIR</p><p>ABRAHARNSSON, K.; ALY, G.; JERNQVIST, Å. Heat transformer systems for evaporation</p><p>applications in the pulp and paper industry. Nordic Pulp & Paper Research Journal, v. 7,</p><p>n. 1, p. 9-16, 1992.</p><p>HOLLANDA, L. R. Estudo do Equilíbrio de Fases para Processos de Separação: Destilação</p><p>do Etanol com Líquido Iônico. 2016. 53f. Monografia (Graduação em engenharia</p><p>química) -Universidade federal do Rio Grande do Norte, Natal.</p><p>ISENMANN, A. F. Operações unitárias na indústria química. 3 ed. Edição do autor,</p><p>Timoteo, 2018.</p><p>LAUAR, T. A. R. Modelagem matemática de condensadores tubo aletado. 2011. 98f.</p><p>Dissertação (Mestrado em engenharia mecânica) - Universidade Católica de Minas</p><p>Gerais, Belo Horizonte.</p><p>LEI, Z.; LI, C.; CHEN, B. Extractive distillation: a review. Separation & Purification Reviews,</p><p>v. 32, n. 2, p. 121-213, 2003.</p><p>LI, Q. et al. Compact heat exchangers: A review and future applications for a new</p><p>generation of high temperature solar receivers. Renewable and Sustainable Energy</p><p>Reviews, v. 15, n. 9, p. 4855-4875, 2011.</p><p>MASTRO, N. L. Tecnologia da radiação na indústria quimico-farmaceutica. Revista</p><p>Química Industrial. n. 699, p.20-22, 1996.</p><p>MCCABE, W. L.; SMITH, J. C.; HARRIOTT, P. Unit operations of chemical engineering. 7 ed.</p><p>McGraw-hill: New York, 2004.</p><p>MESQUITA, L. P. Projeto de uma Unidade de Destilação Fracionada. 2017. 100f.</p><p>Monografia (Bacharel em engenharia química) - Universidade Federal do Rio de Janeiro,</p><p>Rio de Janeiro</p><p>ORNELLAS, C. B. D. et al. Atitude do consumidor frente à irradiação de alimentos. Food</p><p>Science and Technology, v. 26, n. 1, p. 211-213, 2006.</p><p>PATEL, V. C.; MAVANI, A. Design of Wiped Film Evaporator (WFE) System With Recovery</p><p>of Working Fluid For Herbal Products. MIT. International Journal of Mechanical</p><p>Engineering, v. 2, p. 105-08, 2012.</p><p>PINO, E. S.; GIOVEDI, C. Radiação ionizante e suas aplicações na indústria. Unilus Ensino</p><p>e Pesquisa, v. 2, n. 2, p. 47-52, 2013.</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>RAGHURAMAN, R. Design and Simulation of a Multiple Effect Evaporator System.</p><p>2011.68f. Tese (Doutorado em engenharia química) - National Institute of Technology,</p><p>India.</p><p>ROÇA, R. O. Tratamento térmico. Universidade estadual paulista, Botucatuva, 2011.</p><p>Disponível em: https://www.fca.unesp.br/Home/Instituicao/Departamentos/</p><p>Gestaoetecnologia/Teses/Roca110.pdf. Acesso em: 20 maio 2020.</p><p>SATOMI, L. C.; SORIANI, R. R.; PINTO, T. J. A. Descontaminação de drogas vegetais</p><p>empregando irradiação gama e óxido de etileno: aspectos microbianos e químicos.</p><p>Revista Brasileira de ciências farmacêuticas, v. 41, n. 4, p. 445-450, 2005.</p><p>SILVA, T. C. Dimensionamento de trocadores de calor para recuperação de calor residual</p><p>em sistema ORC de uma FPSO. 2016. 142f. Dissertação (Mestrado em engenharia</p><p>mecânica) - Universidade federal de Itajubá, Itajubá.</p><p>SILVA, A. L. F.; ROZA, C. R. Uso da irradiação em alimentos: revisão. Boletim do Centro de</p><p>Pesquisa de Processamento de Alimentos, v. 28, n. 1, 2010.</p><p>WESTPHALEN, D. L. Modelagem, simulação e otimização de sistemas de evaporação.</p><p>1999. 252f. Tese (Doutorado em engenharia química) - Universidade estadual de</p><p>Campinas, Campinas.</p><p>WILCOX, R. F. Distillation in the pharmaceutical industry. In: Handbook of Downstream</p><p>Processing. Springer, Dordrecht, p. 417-455, 1997.</p><p>WU, D. et al. High-performance air-cooling condenser with liquid–vapor separation.</p><p>Heat transfer engineering, v. 31, n. 12, p. 973-980, 2010.</p><p>UNIDADE 3</p><p>Operações unitárias de separação</p><p>Introdução</p><p>Olá, você está na unidade Operações unitárias de separação. Conheça aqui os principais</p><p>métodos mecânicos e químicos de separação da matéria, incluindo informações sobre os</p><p>processos, técnicas de separação por membranas, operações unitárias de filtração e os</p><p>tipos de equipamentos usados na filtração em diferentes escalas.</p><p>Veja também operações de centrifugação e redução de tamanho de partículas,</p><p>diferentes tipos de equipamentos utilizados, os fundamentos relacionados a cada técnica</p><p>e perspectivas futuras referentes ao aprimoramento de processos, buscando torná-los</p><p>mais econômicos e eficientes.</p><p>Bons estudos!</p><p>47</p><p>1 MÉTODOS MECÂNICOS E QUÍMICOS DE</p><p>SEPARAÇÃO DA MATÉRIA</p><p>De acordo com Isenmann (2018), a maioria dos processos químicos industriais lida com</p><p>problemas referentes à separação de componentes de uma mistura. Em alguns casos, a separação</p><p>dos componentes puros pode consumir mais tempo do que a própria síntese. Produtos de reação</p><p>podem ser obtidos por várias metodologias, se tratando de misturas líquidas. Sais pouco solúveis e</p><p>complexos ácido-base podem ser obtidos via precipitação, enquanto que não metais elementares</p><p>e produtos orgânicos podem ser obtidos via cristalização, a partir de uma mistura líquida.</p><p>Em muitos casos, uma etapa posterior, após a obtenção de um produto químico</p><p>ou</p><p>farmacêutico, envolve a separação, considerando que o sólido obtido da fase líquida pode conter</p><p>solventes e impurezas. Em situações mais raras, visa-se obter a fase líquida pura enquanto o</p><p>sólido é considerado o subproduto de baixo valor, como por exemplo a secagem por meios</p><p>higroscópicos, tratamento com carvão ativado e clareamento de esgotos. Além disso, muitas</p><p>vezes, são necessários métodos mecânicos de separação, que podem ser aplicados também a</p><p>sistemas biológicos (ISENMANN, 2018). Os mais importantes processos de separação mecânica</p><p>serão abordados nos próximos subtópicos.</p><p>Utilize o QR Code para assistir ao vídeo:</p><p>1.1 Aspectos gerais</p><p>Morais (2012) enfatiza que os métodos de separação dos componentes de uma mistura são</p><p>de grande importância para diferentes setores produtivos que se baseiam no isolamento de uma</p><p>substância pura a partir de uma matéria-prima natural. Dada a importância do isolamento de</p><p>substâncias, observa-se que alguns métodos de separação sejam muito antigos, podendo ser</p><p>citados os seguintes:</p><p>48</p><p>• sedimentação,</p><p>• decantação,</p><p>• filtração,</p><p>• cristalização,</p><p>• sublimação e</p><p>• destilação.</p><p>Alguns destes métodos sofreram desenvolvimentos muito importantes, e deram origem a</p><p>métodos mais modernos.</p><p>A separação dos componentes de uma mistura ou a eliminação das impurezas que</p><p>acompanham uma substância são tarefas fundamentais e comuns em processos químicos, e</p><p>dependem das propriedades individuais dos componentes da mistura, tais como o ponto de</p><p>ebulição, a solubilidade, a densidade, carga líquida e outros. Estão disponíveis diversos processos,</p><p>que podem ser empregados em diferentes escalas para separar os componentes de uma mistura.</p><p>Processos físicos</p><p>São aqueles que não alteram a natureza dos componentes que se pretendem separar.</p><p>Processos químicos</p><p>Podem resultar na alteração estrutural dos materiais.</p><p>A escolha do processo ou metodologia para uma separação adequada deve ser feita de</p><p>acordo com o tipo de mistura, as propriedades físicas dos componentes dessa mistura, o estado</p><p>físico em que se encontram os componentes e qual a finalidade da separação. Algumas vezes, é</p><p>necessário executar mais do que um processo de separação em uma ordem pré-definida, visando</p><p>separar e recuperar os vários componentes de uma mistura (MORAIS, 2012).</p><p>Na engenharia de processos, geralmente, são diferenciados os métodos térmicos de separação,</p><p>que incluem a destilação, a retificação, a lavagem de gases e os processos de separação puramente</p><p>mecânicos, que, geralmente, são mais simples, tanto nos fundamentos teóricos como também</p><p>no equipamento utilizado. Dentro dos métodos mecânicos de separação estão a sedimentação, a</p><p>centrifugação e a filtração. Outros métodos mais sofisticados para separar misturas homogêneas</p><p>incluem a adsorção, extração e métodos envolvendo membranas (ISENMANN, 2018).</p><p>49</p><p>1.2 Cristalização</p><p>A cristalização é uma técnica química de separação sólido-líquido, na qual ocorre a</p><p>transferência de massa de um soluto da solução líquida para uma fase cristalina sólida pura. A</p><p>cristalização é, geralmente, empregada para separar com segurança os componentes de misturas</p><p>homogêneas constituídas por sólidos dissolvidos em líquidos.</p><p>De acordo com Winn e Doherty (2000), a cristalização é uma operação industrial importante</p><p>devido à sua capacidade de fornecer separações de alta pureza. Para operações eficientes a</p><p>jusante, como filtração e secagem, o controle da distribuição do tamanho do cristal pode ser</p><p>extremamente importante. Também é importante a pureza e a forma do cristal. A pureza dos</p><p>cristais é importante nas indústrias de alimentos e farmacêutica, onde os cristais são consumidos</p><p>pelos seres humanos. O tamanho e a forma do cristal afetam a taxa de dissolução, o que é</p><p>importante para os cristais que se dissolvem durante o uso final.</p><p>Segundo Braatz e Hasebe (2002), a força motriz fundamental para a cristalização a partir da</p><p>solução é a diferença entre o potencial químico da solução supersaturada e da face do cristal</p><p>sólido. É comum simplificar isso, representando a cinética da nucleação e crescimento em termos</p><p>de supersaturação, que é a diferença entre a concentração de soluto e a concentração saturada</p><p>de soluto. Em um cristalizador descontínuo a supersaturação é causada pela diminuição da</p><p>temperatura. Outro método de criação de supersaturação é a adição de um solvente para o qual</p><p>o soluto tem uma menor solubilidade. Ainda outro método comum de criação de supersaturação</p><p>é a evaporação. Os desafios no processamento de cristalização são significativos.</p><p>Na indústria farmacêutica, o impacto relativo do benefício do medicamento versus efeitos</p><p>colaterais adversos pode depender da taxa de dissolução.</p><p>• O controle do tamanho e da forma do cristal pode permitir a otimização da taxa de disso-</p><p>lução para maximizar o benefício e minimizar os efeitos colaterais.</p><p>• Um controle inadequado do tamanho e da forma do cristal pode resultar em tempos de</p><p>filtragem ou secagem inaceitavelmente longos, ou em etapas extras de processamento,</p><p>como recristalização ou moagem.</p><p>• A necessidade de um melhor controle dos processos de cristalização aumentou nos últi-</p><p>mos anos. O aumento da concorrência global voltou a concentrar esforços na otimização</p><p>de processos industriais em geral.</p><p>• Além disso, a indústria farmacêutica continua a crescer mais rapidamente do que outros</p><p>segmentos das indústrias de processo, e a maioria dos produtos farmacêuticos deve</p><p>passar por várias etapas de cristalização antes de chegar ao produto final.</p><p>Isso aumentou a importância relativa dos processos de cristalização nas indústrias de processo</p><p>(BRAATZ; HASEBE, 2002).</p><p>50</p><p>2 TÉCNICAS DE SEPARAÇÃO ATRAVÉS DE</p><p>MEMBRANAS</p><p>De acordo com Isenmann (2018), são aplicados cada vez mais métodos usando membranas</p><p>seletivas, por serem menos energéticos e mais brandos. A natureza química das membranas</p><p>seletivas é um dos campos principais da pesquisa aplicada industrial. Ao usar membranas com</p><p>poros entre 0,1 e 10 μm de diâmetro, a permeabilidade deve ser observada ao peneirar; partículas</p><p>menores podem passar pela malha, enquanto que as partículas coloidais ou em suspensão ficam</p><p>retidas na membrana. Em membranas densas, quer dizer sem porosidade, a permeabilidade se</p><p>deve à solubilidade diferenciada frente a certas substâncias de baixo peso molecular.</p><p>As tecnologias de separação de membrana comercializadas e estabelecidas no mercado</p><p>estão sendo cada vez mais incorporadas nos processos industriais, grandes ou pequenos. Novas</p><p>tecnologias de separação por membrana estão superando a barreira da comercialização. Pesquisa</p><p>e desenvolvimento em tecnologias de separação por membrana estão se expandindo rapidamente</p><p>em todo o mundo. Entre os notáveis desenvolvimentos recentes de tecnologias em membranas,</p><p>destacam-se o progresso em osmose reversa, ultrafiltração, microfiltração, eletrodiálise, diálise,</p><p>pervaporação, permeação de gás e membrana líquida (LAVEZO, 2006).</p><p>2.1 Diálise</p><p>O processo de diálise pode ser definido como um processo físico-químico, em que duas</p><p>soluções, separadas por uma membrana semipermeável, interagem entre si, influenciando as</p><p>suas composições. O fluxo molecular é baseado em fenômenos de transporte de massa gerado</p><p>por um gradiente de concentração, comumente denominado difusão (FERREIRA et al, 2016).</p><p>Segundo Ferreira et al (2016), a diálise é um método comumente usada para remover o sal</p><p>e trocar o tampão de proteínas, apesar de ser uma técnica demorada e grandes quantidades de</p><p>tampão serem requeridas. A amostra é colocada no interior de uma membrana semipermeável,</p><p>que é posicionada em um recipiente contendo tampão em excesso nas condições desejáveis.</p><p>Na técnica, apenas moléculas suficientemente pequenas podem passar os poros de membrana</p><p>semipermeável, ficando as moléculas grandes retidas no interior do compartimento limitado pela</p><p>membrana. Uma vez atingido o equilíbrio de concentração, as moléculas pequenas movem-se</p><p>igualmente para dentro e para fora desse compartimento.</p><p>A identificação de um grande número de entidades químicas biologicamente ativas durante a</p><p>triagem de alto rendimento requer a incorporação de novas estratégias para identificar compostos</p><p>com propriedades semelhantes a medicamentos logo no início do processo. Um dos principais</p><p>passos é uma avaliação da ligação do composto às proteínas plasmáticas, que podem afetar a</p><p>farmacocinética e a farmacodinâmica do composto. A diálise de equilíbrio é o método preferido</p><p>51</p><p>para determinar a fração livre do fármaco, pois é menos suscetível a artefatos experimentais</p><p>(KARIV et al, 2001).</p><p>2.2 Osmose reversa</p><p>Segundo Fritzmann et al (2007), a osmose reversa é de longe o tipo mais difundido de</p><p>processo de dessalinização por membrana. É capaz de rejeitar quase toda a matéria coloidal</p><p>ou dissolvida de uma solução aquosa, produzindo uma salmoura concentrada e um permeado</p><p>que consiste em água quase pura. Embora a osmose reversa também tenha sido usada para</p><p>concentrar substâncias orgânicas, seu uso mais frequente reside em aplicações de dessalinização</p><p>da água do mar.</p><p>A osmose reversa é baseada na propriedade de certos polímeros denominada semi-</p><p>permeabilidade. Embora sejam muito permeáveis à água, sua permeabilidade para substâncias</p><p>dissolvidas é baixa. Ao aplicar uma diferença de pressão através da membrana, a água contida na</p><p>alimentação é forçada a permear através da membrana (FRITZMANN et al, 2007).</p><p>De acordo com Belkacem et al (2008), quando os padrões de qualidade não são muito</p><p>restritivos, os tratamentos tradicionais para a água são suficientes para purificar as águas</p><p>subterrâneas para aplicações industriais. Em muitos casos, para as indústrias farmacêutica e</p><p>alimentícia, é necessário remover os micropoluentes minerais e orgânicos para obter água o mais</p><p>próximo possível da substância pura, também conhecida como água ultra pura. As tecnologias de</p><p>membranas nanofiltração e osmose reversa parecem ser a tecnologia do futuro para esse tipo de</p><p>processo de separação. Essas técnicas apresentam vantagens como:</p><p>• a redução dos custos operacionais,</p><p>• aplicáveis a pequenas dimensões; e</p><p>• possibilidade de exploração automática do processo.</p><p>Embora essa técnica tenha um desenvolvimento industrial, sua ascensão é retardada por</p><p>fenômenos intrínsecos às técnicas de membrana, tais como a polarização da concentração</p><p>e incrustações. Os resultados reportados na literatura indicam que a osmose reversa pode</p><p>ser perfeitamente adaptada para o tratamento de águas subterrâneas para emprego em</p><p>uma indústria farmacêutica. A unidade de osmose reversa limita os ciclos de regeneração do</p><p>desionizador, consequentemente, os produtos químicos usados no momento da regeneração são</p><p>menores, o que preserva o meio ambiente (BELKACEM et al, 2008).</p><p>52</p><p>3 FILTRAÇÃO E EQUIPAMENTOS USADOS NA</p><p>FILTRAÇÃO</p><p>Em geral, a filtração pode ser considerada um processo de separação de fases, em que a</p><p>mistura heterogênea passa através de um material poroso e permeável que impede a passagem</p><p>das partículas, separando-as do material dissolvido. O meio poroso é chamado de filtro, e é a</p><p>barreira que permite a passagem do fluido, mas impede a dos elementos dispersos no mesmo.</p><p>Os sólidos retidos no filtro constituem o resíduo, que forma uma massa na superfície do filtro. O</p><p>líquido a ser filtrado é chamado de efluente e o líquido que passa pelo filtro é chamado de filtrado</p><p>(JATO, 2001).</p><p>De acordo com Jato (2001), a filtração tem dois objetivos bem diferenciados:</p><p>• o isolamento de materiais em suspensão ou precipitados, amorfos ou cristalinos, para</p><p>fins preparatórios ou analíticos. Também vale mencionar os processos relacionados à</p><p>obtenção de produtos a partir de fermentação, síntese química ou processos de biotec-</p><p>nologia;</p><p>• a obtenção de líquidos. A preparação de muitas das formas farmacêuticas como xaropes,</p><p>soluções oftálmicas e injetáveis requer a obtenção de líquidos livres de precipitado amor-</p><p>fo ou cristalino, resíduos coloidais ou gotas de líquido não dissolvido.</p><p>A filtração é um procedimento simples de separar uma mistura de sólidos e líquidos. É</p><p>aplicada em muitas etapas das linhas produtivas da indústria química. Os produtos são o filtrado,</p><p>que consiste em um líquido, e a massa de filtragem, sólido contendo pouco líquido. O dispositivo</p><p>utilizado é o meio de filtragem, que retém a massa. No decorrer da filtração, a própria massa</p><p>funciona como meio de filtragem, de maneira que o dispositivo somente serve como suporte</p><p>desta massa, mas não mais exerce o papel de retenção das partículas sólidas (ISENMANN, 2018).</p><p>3.1 Aspectos gerais</p><p>Os filtros são caracterizados, principalmente, por sua taxa de fluxo, porosidade, área efetiva</p><p>de filtragem e limite de separação. Na prática, o fluxo é determinado medindo o tempo necessário</p><p>para que um determinado volume de líquido passe através do filtro. Aumenta à medida em que o</p><p>número de poros e seu diâmetro aumenta, e diminui com a espessura do filtro e a viscosidade do</p><p>líquido. Porosidade é a relação entre o volume ocupado por orifícios ou poros que o filtro possui</p><p>e o volume total do mesmo (JATO, 2001).</p><p>53</p><p>O outro objetivo da filtração é o isolamento da massa sólida que contém o produto com valor,</p><p>enquanto o filtrado é rejeitado. Exemplos são processos onde o produto se obtém por cristalização</p><p>ou por precipitação. Nestes casos, temos que separar a mistura reacional, ainda líquida, do nosso</p><p>produto sólido. A princípio, a filtração é um processo descontínuo, pois o material sólido obtido</p><p>deve ser removido periodicamente. Atualmente, têm sido desenvolvidos processos de filtragem</p><p>quase contínuos, podendo ser citados os filtros de velas de pressão, filtro de câmara e de moldura</p><p>e o filtro de tambor celular (ISENMANN, 2018).</p><p>3.2 Tipos de filtração e equipamentos empregados</p><p>Jato (2001) enfatiza que, dependendo das características do material a ser separado, é</p><p>necessário aplicar um procedimento ou modalidade de filtragem diferente. Os meios filtrantes</p><p>disponíveis hoje permitem a separação de partículas, moléculas e íons bivalentes. Tomando</p><p>como critério o tamanho dos produtos a serem separados, quatro tipos de filtragem podem ser</p><p>considerados:</p><p>• Filtragem convencional ou clarificadora</p><p>Permite reter partículas grandes. É usado principalmente para esclarecer soluções.</p><p>• Microfiltração</p><p>Para separar pequenas partículas. Retém bactérias, protozoários em injetáveis intravenosos,</p><p>alimentos e água potável.</p><p>• Ultrafiltração</p><p>Utiliza membranas que separam macromoléculas e partículas coloidais de moléculas orgânicas</p><p>dissolvidas de baixo peso molecular. Essa técnica é usada em estudos de ligação de drogas a</p><p>proteínas plasmáticas para separar o complexo proteína-medicamento, cujo peso molecular é</p><p>maior que o da fração de princípio ativo livre, não ligado à proteína.</p><p>• Nanofiltração</p><p>Processo de separação por membrana para separação de sais bivalentes requerendo emprego</p><p>de pressão. Especialmente empregado nas indústrias farmacêuticas e alimentícias.</p><p>FIQUE DE OLHO</p><p>Segundo Majekodunmi e Olorunsola (2014), a tecnologia de filtragem que utiliza meios</p><p>metálicos sinterizados oferece excelente desempenho para a separação de material</p><p>particulado. Os meios filtrantes de metal sinterizado são amplamente utilizados na</p><p>indústria química.</p><p>54</p><p>Utilize o QR Code para assistir ao vídeo:</p><p>Segundo Majekodunmi e Olorunsola (2014), diferentes formas de equipamento são</p><p>empregadas para filtração. Os fatores que devem ser considerados ao selecionar o equipamento</p><p>e as condições operacionais são:</p><p>• referentes ao material a ser filtrado, incluindo as propriedades do fluido como viscosi-</p><p>dade, natureza dos sólidos, tamanho de partícula, forma, distribuição, concentração de</p><p>sólidos em suspensão e a quantidade de material a ser manuseado.</p><p>• referentes aos equipamentos e processos relacionados, referentes a vazão e a determi-</p><p>nação do tamanho das partículas que passam pelo filtro.</p><p>Majekodunmi e Olorunsola (2014) enfatizam que diferentes tipos de materiais usados para</p><p>confecção</p><p>do filtro incluem tecidos, como feltros ou panos, geralmente, feitos de lã, algodão, seda</p><p>e fibras sintéticas. As fibras sintéticas têm maior resistência química do que a lã ou o algodão. A</p><p>escolha da fibra também depende do estado físico e da constituição química do material sólido</p><p>retido. O filtro de correia tem sido amplamente utilizado pela indústria para filtragem em grande</p><p>escala. Trata-se de uma máquina industrial usada para processos de separação de sólido e de</p><p>líquido. O processo de filtração é obtido, principalmente, pela passagem de um par de panos</p><p>e correias de filtragem por um sistema de rolos. Na operação do filtro de correia, o material a</p><p>ser filtrado é introduzido a partir de uma tremonha entre dois panos de filtro, suportados por</p><p>correias perfuradas que passam por um arranjo complicado de rolos. A eficácia da operação pode</p><p>ser aumentada criando uma diferença de pressão no pano do filtro.</p><p>Os avanços na tecnologia de filtragem incluem o desenvolvimento de processos cada vez</p><p>mais contínuos para substituir a antiga tecnologia de processo em lote. Além disso, o emprego e</p><p>o desenvolvimento de novas tecnologias de membrana semipermeável têm possibilitado avanços</p><p>significativos no desenvolvimento de filtros mais eficientes.</p><p>55</p><p>4 CENTRIFUGAÇÃO E CENTRIFUGAS</p><p>De acordo com Rickwood e Graham (2001), a centrifugação é uma das técnicas mais</p><p>importantes e amplamente aplicadas em bioquímica, biologia celular e molecular, avaliação</p><p>de suspensões e emulsões na farmácia e na medicina. A pesquisa atual e as aplicações clínicas</p><p>dependem do isolamento de células, organelas subcelulares e macromoléculas, geralmente, com</p><p>altos rendimentos. Uma centrífuga usa a força centrífuga para isolar partículas suspensas do</p><p>meio circundante em lotes ou em fluxo contínuo. Muitas partículas ou células em uma suspensão</p><p>líquida, com o tempo, acabarão se assentando no fundo de um recipiente devido à gravidade. No</p><p>entanto, o período necessário para essas separações torna-as impraticáveis. Outras partículas, de</p><p>tamanho extremamente pequeno, não se separarão em nenhuma solução, a menos que sejam</p><p>submetidas à alta força centrífuga.</p><p>Quando uma suspensão é girada a uma certa velocidade ou rotações por minuto (RPM), a</p><p>força centrífuga faz com que as partículas se afastem radialmente do eixo de rotação. A força nas</p><p>partículas é chamada de RCF (força centrífuga relativa). A centrifugação é um processo que envolve</p><p>o uso da força centrífuga para a sedimentação de misturas heterogêneas com uma centrífuga, usada</p><p>na indústria e em laboratórios. Este processo é usado para separar dois líquidos imiscíveis, em que</p><p>os componentes mais densos da mistura migram (RICKWOOD; GRAHAM, 2001).</p><p>4.1 Aspectos gerais</p><p>A taxa de sedimentação de sólidos em um líquido pode ser bastante aumentada, substituindo</p><p>a força gravitacional por uma forte força centrífuga. Essa separação é baseada na diferença de</p><p>densidade entre sólidos e líquidos ou entre dois líquidos. O líquido mais leve permanece próximo</p><p>ao centro de rotação. Os sólidos mais pesados movem-se para o fundo do recipiente (WANG et</p><p>al, 2007).</p><p>Segundo Majekodunmi (2015), a centrifugação tem sido usada pela indústria farmacêutica</p><p>para a produção de medicamentos à granel. Após a cristalização, os medicamentos são separados</p><p>do licor mãe por centrifugação. Durante a fabricação de grande maioria dos produtos biológicos</p><p>proteicos ou macromoléculas, eles permanecem como uma dispersão coloidal em água. Por</p><p>métodos normais de filtração, é difícil separar as partículas de dimensões coloidais. Nestes casos,</p><p>são utilizados métodos centrífugos.</p><p>• Insulina</p><p>É purificada a partir de outros precipitados de materiais proteicos por centrifugação.</p><p>• Enzimas bacterianas</p><p>São separadas do meio de cultura bacteriano, sedimentando as células bacterianas também</p><p>56</p><p>por centrifugação</p><p>Além dessas aplicações, a determinação do peso molecular de alguns coloides, proteínas e</p><p>polímeros pode ser realizada utilizando ultracentrifugação (MAJEKODUNMI, 2015).</p><p>4.2 Tipos de centrifugas</p><p>Rickwood e Graham (2001) enfatizam que as centrífugas, que são os equipamentos onde</p><p>ocorre a centrifugação, conseguem a separação por meio da força gravitacional acelerada</p><p>alcançada por uma rotação rápida. A aplicação mais comum é a separação de substâncias sólidas</p><p>de suspensões altamente concentradas. Segundo Majekodunmi (2015), existem dois tipos de</p><p>técnicas que empregam a centrifugação para separar partículas, a centrifugação diferencial</p><p>e centrifugação em gradiente de densidade. A centrifugação em gradiente de densidade pode</p><p>ainda ser dividida em centrifugação isotópica e taxa zonal.</p><p>A maioria das centrífugas gira graças a algum tipo de acionamento do motor. Os tipos de</p><p>centrífuga usados para sedimentação incluem componentes como:</p><p>• hidrociclone;</p><p>• cuba tubular;</p><p>• cuba da câmara;</p><p>• cesto imperfurado;</p><p>• separador de pilha de discos; e</p><p>• decantador.</p><p>As centrífugas de sedimentação foram inventadas para a separação líquido-sólido e não para</p><p>o manuseio de sólidos. Logo, ficou aparente que essas máquinas tinham aplicações mais amplas,</p><p>o que envolveria a presença de impurezas sólidas, levando ao uso para separar sólidos de líquidos</p><p>(MAJEKODUNMI, 2015). De acordo com Bastos e Afonso (2015), a centrífuga é o equipamento</p><p>que submete uma amostra a uma trajetória circular em torno de um eixo fixo. O princípio de</p><p>funcionamento é simples, um rotor, no qual ficam conectados os tubos contendo as amostras. Ele</p><p>é acoplado ao eixo central. A figura 1 apresenta uma centrifuga usada para ensaios de bancada.</p><p>57</p><p>Figura 1 - Centrifuga utilizada em escala de bancada</p><p>Fonte: OKrasyuk, Istock, 2020.</p><p>#ParaCegoVer: A imagem mostra uma centrifuga de escala de bancada. Observa-se que o</p><p>tubo na mão do operador apresenta duas porções, a parte superior, contendo um líquido claro</p><p>é chamada de sobrenadante, enquanto que a parte vermelho escuro é denominada sedimento.</p><p>Bastos e Afonso (2015) enfatizam que existem diferentes tipos de centrífugas, sendo algumas</p><p>para propósitos muito específicos. As centrífugas podem variar em tamanho e velocidade, e</p><p>o uso de cada uma depende da quantidade e dos tipos de substâncias a serem separadas. As</p><p>centrifugas podem ser divididas em centrífugas industriais e laboratoriais.</p><p>As industriais subdividem-se em filtrantes e sedimentadoras, podendo operar em batelada</p><p>ou modo continuo. Alguns tipos especiais de centrífugas de laboratório incluem centrifugas</p><p>tradicionais, usadas em testes de sedimentação e na separação de sólidos que decantam</p><p>facilmente, minicentrífugas, usadas nos processos de isolamento de células e biomoléculas como</p><p>DNA e proteínas e ultracentrífugas, usadas na separação de componentes como lipoproteínas,</p><p>proteínas, ácidos nucleicos e polímeros, compostos por partículas de diferentes massas. As</p><p>ultracentrífugas podem atingir até 100 mil RPM e uma força centrífuga equivalente a 1 milhão</p><p>de vezes a da gravidade.</p><p>58</p><p>Utilize o QR Code para assistir ao vídeo:</p><p>5 TRITURAÇÃO E MOAGEM</p><p>O termo redução de tamanho ou trituração é aplicado a todas as maneiras pelas quais</p><p>as partículas de sólidos são cortadas ou quebradas em partículas menores. Nas indústrias de</p><p>processo, os sólidos são reduzidos por diferentes métodos para diferentes fins. Por exemplo,</p><p>no caso de pós farmacêuticos, a redução do tamanho das partículas aumenta a área relativa</p><p>da superfície e eleva a solubilidade dos pós. Da mesma forma, tem um impacto significativo na</p><p>fluidez e na compressibilidade de um material (MITTAL, 2016).</p><p>Segundo Austin e Trass (1997), a operação unitária de redução de tamanho ou trituração de</p><p>sólidos por trituradores e moinhos é uma operação industrial importante, que envolve muitos</p><p>aspectos da tecnologia de pós. Estima-se que a redução mecânica do tamanho de rochas,</p><p>minérios, carvão, cimento, plásticos, grãos e outros envolva, pelo menos, um bilhão de toneladas</p><p>de material por ano apenas nos Estados Unidos. A operação varia em escala, para um único</p><p>dispositivo, de alguns quilogramas por hora para produtos especiais a centenas de toneladas por</p><p>hora para fins extrativos metalúrgicos.</p><p>5.1 Aspectos gerais</p><p>De acordo com Mittal (2016), no caso de operações unitárias envolvendo a redução de</p><p>tamanho de partícula, a energia mecânica está sendo transmitida a um material particulado</p><p>para quebrá-lo em partículas menores. Claramente, a energia mecânica está sendo usada</p><p>para criar novas superfícies. Essa criação de novas superfícies aumenta a energia da área do</p><p>material fresado, e, com isso, o material fresado terá maiores forças eletrostáticas e propensão</p><p>a se agregar. Além disso, a criação das novas superfícies é um processo exotérmico - que pode</p><p>aumentar a temperatura do material particulado. Esta elevação de temperatura pode causar</p><p>59</p><p>alguma transformação de fase localizada, criando material amorfo.</p><p>Os sólidos podem ser quebrados de várias maneiras diferentes, mas apenas quatro são</p><p>comumente usados em máquinas de redução de tamanho: a compressão, o impacto, o atrito e</p><p>o cisalhamento. Em geral, a compressão é usada para redução grosseira de sólidos duros, para</p><p>fornecer relativamente poucos finos; o impacto fornece produtos grossos, médios ou finos; o</p><p>atrito produz produtos muito finos com materiais macios e não abrasivos. E o cisalhamento</p><p>fornece um tamanho de partícula definido e, às vezes, uma forma definida, com poucos ou</p><p>nenhum fino (MCCABE et al, 2004).</p><p>5.2 Equipamentos usados para trituração</p><p>Os vários tipos de equipamentos de redução de tamanho de partícula que se enquadram nas</p><p>quatro categorias mencionadas anteriormente estão catalogados na tabela a seguir.</p><p>Figura 2 - Técnicas e equipamentos para redução do tamanho de partículas</p><p>Fonte: MITTAL, 2016 (Adaptada)</p><p>#ParaCegoVer: A imagem mostra as principais operações unitárias de redução de tamanho</p><p>de partículas, o tipo de material normalmente moído e os respectivos equipamentos usados em</p><p>cada operação.</p><p>Segundo Towler et al (2012), existem diferentes tipos de máquinas para a redução de</p><p>tamanho, como moedores e trituradores. Estão disponíveis uma grande variedade de trituradores</p><p>FIQUE DE OLHO</p><p>Segundo Ribeiro e Abrantes (2001), o objetivo de qualquer processo de moagem é a</p><p>diminuição do tamanho das partículas de um material sólido, tendo em vista o aumento</p><p>da superfície específica para melhorar a velocidade de reação de determinada matéria-</p><p>prima.</p><p>60</p><p>industriais, específicos para uma ampla variedade de tamanhos. A ação recíproca da mandíbula</p><p>móvel em um triturador de mandíbulas tensiona sólidos até o ponto de fratura, assim como</p><p>o movimento não simétrico do manto rotativo em um cone ou triturador giratório. A taxa de</p><p>redução de tamanho, definida como o maior tamanho de alimentação dividido pelo maior</p><p>tamanho de produto, é variada pela configuração da folga ajustável.</p><p>Para tornar a redução de tamanho mais eficiente em termos de energia, é necessário</p><p>combinar a máquina com as partículas que estão sendo quebradas para que a energia do moinho</p><p>seja eficientemente transferida para tensionar a partícula. Além disso, obter condições de</p><p>tensão não uniformes nas partículas é desejável, considerando que a tensão não uniforme gera</p><p>tensão local de tração para ativar falhas até o ponto em que a fratura pode iniciar. O consumo</p><p>específico de energia por unidade de área produzida pode ser usado como um guia comparativo</p><p>de eficiência, pois um valor mais alto é, certamente, um índice de maior redução de tamanho</p><p>por unidade de entrada de energia. Essa entrada de energia não será necessariamente constante</p><p>para uma determinada máquina e material, pois pode aumentar ou diminuir com um maior grau</p><p>de redução de tamanho. Por outro lado, em muitos casos, a produção de material extra fino é</p><p>indesejável e, portanto, a área de superfície específica do produto obviamente não é um bom</p><p>guia para a eficiência do moinho (TOWLER et al, 2012).</p><p>61</p><p>Nesta unidade, você teve a oportunidade de:</p><p>• conhecer e diferenciar os métodos mecânicos e químicos de separação da matéria;</p><p>• caracterizar diferentes técnicas de separação por membranas e constatar seu em-</p><p>prego na indústria e nas ciências farmacêuticas;</p><p>• conhecer diferentes equipamentos utilizados para a filtração, princípios teóricos e</p><p>avanços nas tecnologias de filtragem;</p><p>• aprender sobre o processo de centrifugação, com ênfase nos diferentes tipos de</p><p>centrífugas e sua importância para o estudo de sistemas biológicos e obtenção de</p><p>produtos farmacêuticos;</p><p>• discutir operações unitárias relacionadas à redução do tamanho de partículas, em</p><p>especial, os principais equipamentos para essa finalidade e tendências para tornar o</p><p>processo mais eficiente.</p><p>PARA RESUMIR</p><p>AUSTIN, L. G.; TRASS, O. Size reduction of solids crushing and grinding equipment. In:</p><p>Handbook of powder science & technology. Springer: Boston, p. 586-634, 1997.</p><p>BASTOS, A. R.; AFONSO, J. C. Separação sólido-líquido: centrífugas e papéis de filtro.</p><p>Química Nova, v. 38, n. 5, p. 749-756, 2015.</p><p>BELKACEM, M. et al. Water produce for pharmaceutical industry: role of reverse osmosis</p><p>stage. Desalination, v. 221, n. 1-3, p. 298-302, 2008.</p><p>BRAATZ, R. D.; HASEBE, S. Particle size and shape control in crystallization processes.</p><p>2002. In: AIChE Symposium Series. American Institute of Chemical Engineers: New York,</p><p>1998, p. 307-327.</p><p>FERREIRA, F. P.; MOCO, A. C. R.; PERES, R. Técnicas e estratégias para purificação de</p><p>proteínas. Edibrás: Uberlândia, 2016.</p><p>FRITZMANN, C. et al. State-of-the-art of reverse osmosis desalination. Desalination, v.</p><p>216, n. 1-3, p. 1-76, 2007.</p><p>ISENMANN, A. F. Operações unitárias na indústria química. 3 ed. Edição do autor,</p><p>Timóteo, 2018.</p><p>JATO, J. L. V. Aspectos fundamentales de los sistemas farmacéuticos y operaciones</p><p>básicas. Editorial síntesis SA.: Madri, 2001.</p><p>KARIV, I.; CAO, H.; OLDENBURG, K. R. Development of a high throughput equilibrium</p><p>dialysis method. Journal of pharmaceutical sciences, v. 90, n. 5, p. 580-587, 2001.</p><p>LAVEZO, A. E. Estudo de minimização do custo de um processo de separação de misturas</p><p>gasosas multicomponentes através da membrana de fibra oca. Dissertação (mestrado</p><p>em engenharia química) - Universidade estadual de Campinas, Campinas.</p><p>MAJEKODUNMI, S. O. A review on centrifugation in the pharmaceutical industry. Am. J.</p><p>Biomed. Eng, v. 5, n. 2, p. 67-78, 2015.</p><p>MAJEKODUNMI, S. O.; OLORUNSOLA, E. O. Review of some recent advances on filtration</p><p>in pharmaceutical industry. Journal of Pharmacy and Biological Sciences, v. 9, n. 4, p.</p><p>30-38, 2014.</p><p>MCCABE, W. L.; SMITH, J. C.; HARRIOTT, P. Unit operations of chemical engineering. 7 ed.</p><p>McGraw-hill: New York, 2004.</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>MITTAL, B. How to Develop Robust Solid Oral Dosage Forms: From Conception to Post-</p><p>Approval. Academic Press, 2016.</p><p>MORAIS, C. A. V. Processos Físicos de Separação dos Componentes de uma Mistura.</p><p>2012. 167f. Relatório de estagio (Mestrado em ensino de química) - Universidade da</p><p>Beira Interior, Corvilhã.</p><p>RIBEIRO, M. J. P. M.; ABRANTES, J. C. C. Moagem em moinho de bolas: Estudo de</p><p>algumas variáveis e otimização energética do processo. Cerâmica Industrial, v. 6, n. 2,</p><p>p. 7-11, 2001.</p><p>RICKWOOD, D. G. J. M. GRAHAM, J. M. Biological Centrifugation. Springer: Berlin,</p><p>Germany, 2001.</p><p>SIRKAR, K. K. Membrane separation technologies: current developments. Chemical</p><p>Engineering Communications, v. 157, n. 1, p. 145-184, 1997.</p><p>TOWLER, G.; SINNOTT, R. Chemical engineering design: principles, practice and</p><p>economics of plant and process design. 2 ed. Elsevier, Oxford, 2012.</p><p>WANG, L. K. et al. Centrifugation clarification and thickening. In: Biosolids treatment</p><p>processes. Humana Press, 2007. p. 101-134.</p><p>WINN, D; DOHERTY, M. F. Modeling crystal shapes of organic materials grown from</p><p>solution. AIChE journal, v. 46, n. 7, p. 1348-1367, 2000.</p><p>UNIDADE 4</p><p>Operações unitárias térmicas e es-</p><p>terelizantes</p><p>VOlá,</p><p>ocê está na unidade Operações unitárias térmicas e esterelizantes. Conheça aqui a</p><p>importância dos parâmetros de projeto e processo, aplicação da qualidade por design</p><p>e como selecionar tecnologias apropriadas a atividades especificas. Conheça os</p><p>equipamentos empregados em processos de tamisação e liofilização, com ênfase em suas</p><p>vantagens e desvantagens.</p><p>Veja também os equipamentos usados em sistemas de resfriação, sua importância,</p><p>elementos básicos e aplicações. Conheça ainda os processos de esterilização empregados</p><p>pela indústria para garantir materiais seguros e os fundamentos da pasteurização.</p><p>Bons estudos!</p><p>Introdução</p><p>67</p><p>1 PROCESSO UNITÁRIO E QUALIDADE POR DESIGN</p><p>De acordo com Carl et al (2008), as operações unitárias são definidas como as etapas básicas</p><p>individuais de um processo que, quando vinculadas, definem o processo unitário e resultam no</p><p>produto final. As operações típicas de unidades biofarmacêuticas podem incluir processos de</p><p>fermentação ou biorreator, separação de células por centrifugação ou microfiltração, remoção</p><p>e etapas de purificação. Obviamente, as operações unitárias dependerão do processo de</p><p>fabricação para a forma específica, mas estudos cuidadosos de pré-formulação e caracterização</p><p>permitirão um design de processo relativamente simples e facilitarão as atividades subsequentes</p><p>de expansão. A modelagem de operações unitárias para moléculas pequenas e grandes é uma</p><p>lacuna reconhecida em nossa capacidade de atingir qualidade por design.</p><p>Órgãos regulamentadores e documentos relacionados a boas práticas de fabricação definem</p><p>a validação do processo como o estabelecimento de evidências documentadas que fornecem um</p><p>alto grau de garantia de que um processo específico produzirá consistentemente um produto</p><p>que atenda aos seus atributos de qualidade predeterminados. Embora os estudos de validação,</p><p>geralmente, sejam realizados em escala completa, na maioria dos casos, modelos em escala</p><p>reduzida ou em escala de laboratório foram usados para desenvolver inicialmente o processo de</p><p>fabricação (CARL et al, 2008).</p><p>1.1 Impacto dos parâmetros de projeto e processo</p><p>Mittal (2016) enfatiza que um dos requisitos importantes para a fabricação de insumos</p><p>farmacêuticos e de medicamentos é também entender as máquinas, seu princípio de design e o</p><p>procedimento operacional. É aqui que existe uma interface entre a tecnologia de engenharia e</p><p>o desenvolvimento de produtos. Cada processo também possui vários parâmetros, cujo impacto</p><p>sobre a qualidade do produto é bastante profundo. Por exemplo, a moagem é uma operação</p><p>unitária relativamente direta e simples, empregada em vários setores, como agricultura,</p><p>cerâmica, alimentos, fertilizantes e produtos químicos de alto desempenho. Os parâmetros de</p><p>fresagem mais comuns são a velocidade, a tela e o tipo de tela. No entanto, a fresagem pode</p><p>ser realizada usando vários projetos de máquinas. Um exemplo é que existem diversos tipos de</p><p>moinhos e cada modelo de equipamento de moagem serve a um propósito específico. Portanto,</p><p>é fundamental que um formulador compreenda as diferenças nos tipos de máquinas e como o</p><p>design da máquina afeta as propriedades do produto.</p><p>As equipes de desenvolvimento são interdisciplinares, compostas por indivíduos com ampla</p><p>experiência em química, bioquímica, bioengenharia e farmacêutica, que podem fornecer ideias</p><p>sobre para o desenvolvimento bem-sucedido de produtos. Embora procedimentos gerais para</p><p>otimização das condições de processamento e purificação tenham surgido, modificações e</p><p>impurezas podem existir mesmo com alterações relativamente pequenas no processamento. Tais</p><p>68</p><p>transformações têm o potencial de alterar as propriedades farmacêuticas do composto ativo, sua</p><p>atividade e seu potencial de provocar eventos adversos (CARL et al, 2008).</p><p>1.2 Panorama da indústria farmacêutica</p><p>Segundo Parikh (2005), a indústria farmacêutica tem se consolidado como uma indústria</p><p>expressiva e relevante a cada ano. As pressões econômicas sobre a indústria têm aumentado</p><p>devido às políticas e à diminuição da oferta de novas entidades químicas. O aumento na expiração</p><p>de patentes deu oportunidades à indústria de medicamentos genéricos, como nunca antes visto,</p><p>e a tendência continuará por algum tempo. O surgimento da biotecnologia como novo recurso</p><p>para novos candidatos a medicamentos é empolgante. Para manter a participação de mercado, e</p><p>permanecer na vanguarda dos avanços tecnológicos, foram exploradas várias formas de dosagem</p><p>diferentes, utilizando diversas tecnologias.</p><p>Figura 1 - Laboratório farmacêutico</p><p>Fonte: gorodenkoff, iStock, 2020..</p><p>#ParaCegoVer: A imagem mostra um laboratório de fabricação farmacêutica estéril, onde o</p><p>cientista de macacão branco e protetor pesquisa e controla a qualidade durante o desenvolvimento</p><p>de novos medicamentos.</p><p>Os requisitos regulamentares da indústria farmacêutica criaram a necessidade de entender</p><p>a operação desta unidade em um estágio inicial de formulação do produto, seleção de métodos</p><p>e desenvolvimento de processos. Como o processo e as especificações dos lotes principais e</p><p>dos lotes de produção em grande escala devem ser equivalentes, a necessidade de controle</p><p>confiável do processo de fabricação usado para produzir o teste e os lotes clínicos não pode ser</p><p>superestimada. O conhecimento adquirido é inestimável para a seleção da tecnologia apropriada,</p><p>mantendo em mente os requisitos regulatórios e a relação custo-benefício (PARIKH, 2005).</p><p>69</p><p>De fato, o aumento de escala é provavelmente o desafio de fabricação mais difícil para</p><p>as pequenas moléculas tradicionais e produtos biofarmacêuticos. Questões como mistura</p><p>homogênea, retenção e transferência de produtos a granel e filtragem estéril podem ser</p><p>potencialmente alteradas devido ao aumento da escala. No entanto, uma abordagem qualidade</p><p>por design para o design racional de medicamentos deve permitir a ampliação e validação</p><p>simplificadas do processo. Essencialmente, a abordagem qualidade por design identifica os</p><p>atributos de qualidade do produto com base na lógica científica, em vez de tentar uma abordagem</p><p>de tentativa e erro. Essa abordagem de projeto racional vai além para identificar os fatores</p><p>limitantes de cada operação da unidade e fornece os meios para tentar correlacionar como cada</p><p>operação da unidade afeta os atributos de qualidade do produto final (CARL et al., 2008).</p><p>2 TAMISAÇÃO</p><p>De acordo com Liu (2009), a distribuição de tamanho de material particulado é muito</p><p>importante na determinação de suas propriedades físico-químicas em um grande número de</p><p>processos de várias indústrias, por exemplo, produção de alimentos em pós, produtos químicos,</p><p>corantes, tintas e produtos farmacêuticos. Os tamisadores, também conhecidos como peneiras,</p><p>são os equipamentos mais antigos e mais utilizados para a separação de partículas sólidas por</p><p>tamanho. Eles são usados industrialmente e em laboratórios para a classificação de material</p><p>particulado. Geralmente, o termo peneiramento é usado para se referir a uma operação de</p><p>dimensionamento contínuo, diferente da peneiração, o que, geralmente, significa um processo</p><p>em lote. Embora a peneiração tenha desempenhado um papel importante no estudo e</p><p>processamento de materiais particulados, ela não recebeu atenção científica suficiente.</p><p>Na realidade, o processo de peneiramento é regido por princípios multidisciplinares, que</p><p>vão da física à mecânica de fluidos aplicada. Muitos fatores foram identificados para afetar esta</p><p>operação da unidade, incluindo o tamanho e o formato das partículas em relação à abertura da</p><p>peneira, o tamanho da malha, a quantidade de material na superfície, a direção do movimento, a</p><p>taxa de movimento do material em relação à superfície da peneira e outros.</p><p>FIQUE DE OLHO</p><p>Segundo Koenig et al. (2012), as membranas atuam como barreiras seletivas e</p><p>desempenham um papel importante em processos de separação. A membrana ideal</p><p>deve ser a mais fina possível para maximizar o fluxo, robusta mecanicamente para evitar</p><p>fraturas e ter poros bem definidos para aumentar a seletividade.</p><p>70</p><p>Além disso, as interações</p><p>entre variáveis são tão complexas que ainda não foi desenvolvido</p><p>um método satisfatório de avaliar e prever o processo de tamisação. Isso levou à operação</p><p>ineficiente de equipamentos de peneiração industrial, bem como a resultados enganosos e</p><p>errôneos da análise de peneiras de laboratório (LIU, 2009).</p><p>2.1 Aspectos gerais</p><p>Sultanbawa et al (2001) enfatizam que a tamisação é, provavelmente, o método mais antigo</p><p>e mais utilizado para a separação sólido-sólido. É relativamente rápido e simples e, portanto, um</p><p>método popular. Suas interações são tão complexas que nenhum método satisfatório de avaliar</p><p>e prever o processo de peneiração ainda foi desenvolvido. Portanto, é importante compreender</p><p>melhor o processo para definir as condições ideais de operação para um tamisador.</p><p>Segundo Merkus (2009), a tamisação é um método no qual uma quantidade relativamente</p><p>grande de material é subdividida fisicamente em classes de tamanho.</p><p>• As principais vantagens da técnica são que ela permite amostras, relativamente, grandes</p><p>para análise ou separação, que os princípios são fáceis de entender e que as peneiras e</p><p>os equipamentos de peneiração são relativamente baratos.</p><p>• Uma desvantagem é que a peneiração, principalmente a úmida, exige operação manual</p><p>significativa, o que a torna laboriosa e depende das habilidades do operador. Alguma</p><p>automação é possível, mas requer equipamentos mais caros.</p><p>• Entre todos os elementos da operação de peneiração, o cegamento da peneira é conside-</p><p>rado o fator de controle mais importante e direto.</p><p>O cegamento da peneira ocorre quando as partículas se bloqueiam e se alojam na malha de</p><p>peneiração, reduzindo a área efetiva de transferência na superfície, resultando na redução das</p><p>taxas de peneiração, em um desempenho inferior e na diminuição da eficiência da peneira (LIU,</p><p>2009).</p><p>2.2 Equipamentos usados para a tamisação</p><p>De acordo com Merkus (2009), os peneiramentos industriais podem ser feitos a seco ou a</p><p>úmidos.</p><p>Peneiração a seco</p><p>É mais frequentemente usada, pois é fácil, e a massa das frações pode ser determinada</p><p>diretamente. Partículas menores do que cerca de 50 μm, se presentes em quantidades</p><p>significativas, não passam facilmente pelas aberturas igualmente pequenas, pois as forças de</p><p>gravidade dessas partículas se tornam relativamente pequenas em comparação com as forças</p><p>de atrito das paredes da abertura. Além disso, partículas muito pequenas aderem facilmente à</p><p>71</p><p>superfície de partículas maiores. O processo de passagem pode ser auxiliado por um fluxo de ar.</p><p>Peneiração úmida</p><p>É aplicada quando as medidas acima são insuficientes ou não estão disponíveis ou quando a</p><p>coesão entre as partículas é forte. Exemplos são quando a maioria das partículas é menor do que</p><p>cerca de 50 μm, fortemente aglomerada ou carregada eletricamente, ou quando o material de</p><p>partida é uma pasta ou uma suspensão.</p><p>Carrisso e Correia (2004) descrevem que os equipamentos utilizados no peneiramento podem</p><p>ser divididos em três tipos:</p><p>• crivos: constituídas por chapas metálicas planas ou curvas, perfuradas por um sistema de</p><p>furos de várias formas e dimensão determinada.</p><p>• grelhas: formadas por barras metálicas dispostas paralelamente, mantendo um espaça-</p><p>mento regular entre si.</p><p>• telas: formadas por fios metálicos trançados, geralmente, em duas direções ortogonais,</p><p>de forma a deixarem entre si aberturas de dimensões determinadas, podendo estas</p><p>serem quadradas ou retangulares.</p><p>Esses equipamentos são classificados de acordo com o movimento que executam em duas</p><p>categorias. Veja a seguir.</p><p>Fixas</p><p>A única força atuante é a força de gravidade e, por isso, esses equipamentos possuem</p><p>superfície inclinada. Como exemplos têm-se grelhas fixas.</p><p>Móveis</p><p>Grelhas rotativas, peneiras rotativas, peneiras reciprocativas e peneiras vibratórias</p><p>No peneiramento industrial, a palavra eficiência é empregada para expressar a avaliação do</p><p>desempenho da operação de peneiramento. Essa eficiência é definida como a relação entre a</p><p>quantidade de partículas mais finas que a abertura da tela de peneiramento e que passam por ela</p><p>e a quantidade delas presente na alimentação. A eficiência de peneiramento pela indústria situa-</p><p>se entre 80 e 90%, atingindo em alguns casos até 95% (CARRISSO; CORREIA, 2004).</p><p>3 REFRIGERAÇÃO</p><p>Segundo Martins et al (2016), os sistemas de refrigeração industriais encontram aplicações</p><p>nas indústrias de alimentos, química, petroquímica, farmacêutica entre outras. Em muitas</p><p>72</p><p>indústrias químicas, a refrigeração é utilizada:</p><p>• na separação e condensação de gases;</p><p>• na desumidificação do ar;</p><p>• na solidificação de substâncias;</p><p>• na estocagem de líquidos a baixa pressão; e</p><p>• remoção do calor de reação.</p><p>Um fator muito importante no projeto de sistemas de refrigeração é a escolha do fluido</p><p>refrigerante. A seleção do fluido refrigerante afeta a eficiência do sistema, as condições</p><p>operacionais, o impacto ambiental e os custos. No aspecto ambiental, o potencial de destruição</p><p>da camada de ozônio e o potencial de aquecimento global são duas características importantes</p><p>na escolha do refrigerante. Muitos refrigerantes usados nos sistemas de refrigeração contribuem</p><p>para o efeito estufa.</p><p>Nos primórdios da refrigeração, os equipamentos eram muito grandes, caros e ineficientes.</p><p>Além disso, apresentavam operacionalidade complexa, requeriam manutenção constante e</p><p>aspectos associados à toxicidade limitavam o seu uso. Nos últimos anos, a indústria da refrigeração</p><p>apresentou significativo progresso e se tornou uma importante indústria que movimenta bilhões</p><p>de dólares todos os anos ao redor do mundo. Essa rápida expansão pode ser explicada por diversos</p><p>fatores, entre eles, o desenvolvimento da mecânica de precisão, processos de fabricação mais</p><p>robustos e o surgimento de compressores com motores elétricos de baixa potência. Além disso, a</p><p>evolução dos fluidos refrigerantes possibilitou melhoras significativas no processo (LOPES, 2007).</p><p>3.1 Aspectos gerais</p><p>De acordo com Taveira (2008), a refrigeração baseia-se na manutenção de um sistema a uma</p><p>temperatura inferior à do meio ambiente. A refrigeração diminui a proliferação das bactérias</p><p>sobre os alimentos, preservando intactas as propriedades orgânicas dos alimentos e prolongando</p><p>o tempo de conservação dos mesmos. A retirada do calor do meio pode ser por circulação direita</p><p>do fluido frigorígeno que faz parte do ciclo de refrigeração ou por circulação de um líquido</p><p>frigorígeno secundário. No primeiro caso, a refrigeração é dita à expansão direta e, no segundo,</p><p>é dita à expansão indireta.</p><p>A refrigeração mecânica por meio de vapores, geralmente, é aplicada para obter o resfriamento</p><p>do ar ambiente. Esse processo consiste na produção contínua do líquido frigorífico, o qual, por</p><p>vaporização, retira o calor do meio a refrigerar. Contudo, para que a vaporização seja contínua, o</p><p>fluido vaporizado deve ser novamente condensado. Isso se consegue fazendo a vaporização em</p><p>espaço fechado, no qual a pressão é mantida no valor desejado, conduzindo o vapor formado até</p><p>73</p><p>um compressor. O vapor então comprimido, pode ceder calor ao meio ambiente, por meio de</p><p>um trocador de calor, condensando-se. O líquido obtido, por meio de uma válvula de expansão</p><p>ou tubo capilar, pode ser colocado à pressão de vaporização, compatível com a temperatura de</p><p>refrigeração desejada, voltando a ser vaporizado, caracterizando o ciclo básico de refrigeração</p><p>(TAVEIRA, 2008).</p><p>3.2 Equipamentos usados em sistemas de refrigeração</p><p>Componentes essenciais do ciclo de refrigeração incluem compressores, condensadores,</p><p>evaporadores, válvula de expansão, tubo capilar e um fluido refrigerante.</p><p>De acordo com Taveira (2008), o compressor é um equipamento concebido para aumentar</p><p>a pressão de um fluido em estado gasoso e é de fundamental importância nos sistemas de</p><p>refrigeração. São classificados, principalmente, em dois tipos, conforme seu princípio de operação,</p><p>em compressores volumétricos e compressores dinâmicos. Os compressores volumétricos são</p><p>subdivididos</p><p>em alternativos e rotativos. Um compressor eficiente é aquele que desloca maior</p><p>quantidade de ar, aquecendo o mínimo possível e com menor esforço. Em suma, é aquele que</p><p>possui melhor eficiência volumétrica e adiabática A escolha do tipo de compressor depende</p><p>essencialmente da capacidade da instalação e do fluido refrigerante usado.</p><p>A condensação ocorre quando a temperatura do vapor é reduzida a valores inferiores ao de</p><p>sua temperatura de saturação. Em equipamentos industriais o processo resulta usualmente do</p><p>contato entre o vapor e uma superfície. O condensador também consiste de uma superfície de</p><p>transmissão de calor. A função do condensador é rejeitar para o agente de condensação o calor</p><p>trocado no evaporador e o trabalho consumido no compressor, o calor do vapor refrigerante</p><p>aquecido passa através das paredes para o meio de condensação. Existem três tipos básicos,</p><p>condensadores a água, a ar ou evaporativos (LOPES, 2007).</p><p>Segundo Taveira (2008), o evaporador, assim como o condensador, é uma superfície de</p><p>troca de calor. Sua função é a de absorver calor do espaço refrigerado, enviando-o através do</p><p>compressor ao condensador, para que seja eliminado.</p><p>A válvula de expansão é usada para regular o fluxo do refrigerante, a fim de garantir que ele</p><p>evapore totalmente na serpentina, além da redução da pressão do sistema e ainda controlar o</p><p>superaquecimento constante do vapor que deixa a serpentina.</p><p>O tubo capilar é o dispositivo de expansão em um sistema de refrigeração.</p><p>O refrigerante líquido que entra no tubo capilar perde pressão à medida em que escoa por ele,</p><p>em virtude do atrito e da aceleração do fluido. O fluido refrigerante ou frigorígeno é a substância</p><p>empregada como absorvente de calor ou agente de esfriamento.</p><p>74</p><p>Utilize o QR Code para assistir ao vídeo:</p><p>4 LIOFILIZAÇÃO</p><p>Segundo Nireesha et al (2013), o principal princípio envolvido na liofilização é um fenômeno</p><p>chamado sublimação, em que a água passa diretamente do estado sólido para o estado de vapor,</p><p>sem passar pelo estado líquido. A sublimação da água pode ocorrer a pressões e temperaturas</p><p>abaixo do ponto triplo. O material a ser seco é primeiro congelado e, depois, submetido a alto</p><p>vácuo para aquecimento, que pode ser por condução ou radiação ou por ambos, de modo que o</p><p>líquido congelado sublime deixando apenas componentes sólidos e secos do líquido original. O</p><p>gradiente de concentração do vapor de água entre a frente de secagem e o condensador é a força</p><p>motriz para a remoção da água durante a liofilização.</p><p>De acordo com Wang (2000), o desenvolvimento de produtos farmacêuticos proteicos</p><p>derivados da técnica DNA recombinante provou ser muito desafiador devido à complexidade da</p><p>produção e purificação de proteínas e à limitada estabilidade física e química das proteínas. De fato,</p><p>a instabilidade proteica é uma das duas principais razões pelas quais os produtos farmacêuticos</p><p>proteicos sejam administrados tradicionalmente por injeção, em vez de administrados por via</p><p>oral, como a maioria das pequenas drogas químicas. Para superar a barreira da instabilidade, as</p><p>proteínas, geralmente, precisam ser transformadas em formas sólidas para alcançar um prazo de</p><p>validade aceitável. O método comumente usado para a preparação de produtos farmacêuticos</p><p>proteicos sólidos é a liofilização. No entanto, esse processo gera uma variedade de tensões de</p><p>congelamento e secagem, como concentração de soluto, formação de cristais de gelo, alterações</p><p>de pH e outras. Todas essas tensões podem desnaturar proteínas em vários graus. Assim, são</p><p>frequentemente necessários estabilizadores numa formulação de proteínas para proteger a</p><p>estabilidade dessas proteínas durante os processos de congelação e secagem.</p><p>75</p><p>Utilize o QR Code para assistir ao vídeo:</p><p>4.1 Aspectos gerais</p><p>Jato (2001) enfatiza que um dos problemas que sempre preocupou os pesquisadores</p><p>é a confiabilidade de produtos biológicos, químicos, alimentícios, que, quando facilmente</p><p>desnaturados, não permitem sua preservação sem que suas qualidades originais sejam alteradas.</p><p>Microrganismos, água, enzimas, oxigênio, temperatura e outros podem ser mencionados como</p><p>fatores que influenciam a alteração das referidas substâncias. O ideal seria manter um produto e</p><p>encontrá-lo absolutamente idêntico ao usá-lo. Entre as técnicas modernas, talvez seja a liofilização</p><p>que ofereça mais benefícios nesse sentido. Confira abaixo as principais vantagens da liofilização.</p><p>• A temperatura a que o produto é submetido está abaixo da temperatura em que muitas</p><p>substâncias instáveis sofrem alterações químicas.</p><p>• Devido à baixa temperatura em que opera, a perda de constituintes voláteis é mínima.</p><p>• Como o produto é mantido congelado durante todo o processo, não há formação de</p><p>espuma ou bolha, o que implicaria processos de desnaturação de proteínas.</p><p>• O soluto permanece uniformemente disperso e distribuído, sem sofrer concentração ou</p><p>tendência à coagulação.</p><p>• O produto liofilizado é apresentado como uma estrutura sólida altamente porosa e ocu-</p><p>pa, essencialmente, o mesmo espaço total da solução original. Como resultado dessas</p><p>características, sua solubilidade é extremamente rápida e completa.</p><p>• O produto final obtido possui um teor de umidade muito baixo e pode ser inferior a</p><p>0,5%.</p><p>• O desenvolvimento bacteriológico e a mudança enzimática não podem ser realizados</p><p>nem durante o processo de liofilização nem quando o produto é seco.</p><p>76</p><p>• O desenvolvimento bacteriológico e a mudança enzimática não podem ser realizados</p><p>nem durante o processo de liofilização nem quando o produto é seco.</p><p>• Como um alto vácuo é criado durante todo o processo de sublimação, que pode ser pre-</p><p>servado quando o produto é liofilizado, a quantidade de oxigênio presente é nula, para</p><p>que os componentes facilmente oxidáveis sejam protegidos.</p><p>Essas características podem ser resumidas em estabilidade ideal, solubilidade fácil, rápida</p><p>e completa, conservação, boa proteção contra influências externas prejudiciais e rápida</p><p>disponibilidade de uso. Para garantir um congelamento perfeito, é de extrema importância</p><p>conhecer o ponto eutético da solução a ser liofilizada, a fim de determinar a temperatura mínima</p><p>em que todos os seus componentes foram completamente congelados. É óbvio que a temperatura</p><p>do material congelado deve ser cuidadosamente controlada durante a sublimação (JATO, 2001).</p><p>Segundo Wang (2000), o processo de liofilização pode gerar uma variedade de estresses e</p><p>desnaturar proteínas em vários graus. Alterações estruturais nas proteínas durante a liofilização</p><p>podem ser reversíveis ou irreversíveis, dependendo da proteína, e podem ser convenientemente</p><p>monitoradas por espectroscopia no infravermelho. As proteínas sensíveis ao estresse por</p><p>congelamento ou secagem podem ser estabilizadas pela seleção de crioprotetores adequados. Os</p><p>crioprotetores comumente usados incluem polióis, solventes não aquosos, polímeros, proteínas,</p><p>surfactantes e aminoácidos. Esses estabilizadores podem proteger as proteínas por um ou mais</p><p>dos seguintes mecanismos, que incluem a interação preferencial, substituição da água, ligação de</p><p>hidrogênio e impedimento estérico.</p><p>A concepção de um ciclo de liofilização pode ter um impacto significativo na estabilidade da</p><p>proteína durante e após a liofilização. Portanto, devem ser feitos esforços para projetar um ciclo</p><p>robusto e eficiente e com efeitos adversos mínimos na estabilidade das proteínas. A formulação de</p><p>produtos farmacêuticos de proteínas sólidas pode exigir não apenas estabilizadores adequados,</p><p>mas também outros excipientes, como agentes de volume, tamponamento e antimicrobiano.</p><p>No entanto, a seleção da formulação final da proteína requer estudos de estabilidade em tempo</p><p>real. Em resumo, o desenvolvimento de um produto proteico liofilizado leva, geralmente, uma</p><p>quantidade enorme de tempo, trabalho e esforço, simplesmente porque não há um caminho</p><p>FIQUE DE OLHO</p><p>Wang (2000) descreve que a liofilização é o processo mais comum para a fabricação</p><p>de produtos</p><p>farmacêuticos proteicos sólidos. Esse processo consiste em duas etapas</p><p>principais, congelamento de uma solução de proteína e secagem do sólido congelado</p><p>sob vácuo.</p><p>77</p><p>único e curto a seguir na formulação desse produto, e muitas experiências e testes devem ser</p><p>realizados (NIREESHA et al, 2013).</p><p>4.2 Equipamento usado na liofilização</p><p>Jato (2001) descreve que um liofilizador consiste em uma câmara de vácuo que contém</p><p>prateleiras de produtos capazes de resfriar e aquecer recipientes e seu conteúdo. Uma bomba</p><p>de vácuo, uma unidade de refrigeração e os controles associados estão conectados à câmara</p><p>de vácuo. Geralmente, os produtos químicos são colocados em recipientes, como frascos de</p><p>vidro, colocados nas prateleiras dentro da câmara de vácuo. Os elementos de refrigeração nas</p><p>prateleiras congelam o produto. E, depois que o produto é congelado, a bomba de vácuo evacua</p><p>a câmara e ele é aquecido. O calor é transferido por condução térmica da prateleira, através do</p><p>frasco e, finalmente, no produto.</p><p>Nireesha et al (2013) enfatizam que que existem três categorias de liofilizadores:</p><p>• o liofilizador múltiplo;</p><p>• o liofilizador rotativo; e</p><p>• o liofilizador de bandeja.</p><p>Dois componentes são comuns a todos os tipos de liofilizadores:</p><p>• bomba de vácuo para reduzir a pressão do gás ambiente em um recipiente que contém a</p><p>substância a ser seca; e</p><p>• condensador para remover a umidade por condensação.</p><p>Os liofilizadores tipo coletor, rotativo e de bandeja diferem no método pelo qual a</p><p>substância seca é conectada com um condensador. Nos liofilizadores do tipo coletor, um tubo</p><p>curto, geralmente circular, é usado para conectar vários recipientes com o produto seco a um</p><p>condensador. Os liofilizadores rotativos e de bandeja têm um único reservatório grande para a</p><p>substância seca (NIREESHA et al, 2013).</p><p>Liofilizadores rotativos</p><p>São, geralmente, usados para secar pellets, cubos e outras substâncias derramadas. Os</p><p>secadores rotativos possuem um reservatório cilíndrico, que é girado durante a secagem para</p><p>obter uma secagem mais uniforme em toda a substância.</p><p>Liofilizadores tipo bandeja</p><p>Usualmente, têm reservatório retangular com prateleiras nas quais produtos, como soluções</p><p>78</p><p>farmacêuticas e extratos de tecido, podem ser colocados em bandejas, frascos e outros recipientes.</p><p>Liofilizadores de coletores</p><p>São, geralmente, usados em laboratório quando secam substâncias líquidas em pequenos</p><p>recipientes e quando o produto será utilizado em um curto período de tempo.</p><p>5 PASTEURIZAÇÃO E ESTERILIZAÇÃO</p><p>Jato (2001) enfatiza que a esterilização de um produto pode ser alcançada através do uso de</p><p>diferentes processos. A escolha da técnica mais adequada depende das condições de estabilidade</p><p>do produto a ser esterilizado. Conforme o agente usado, as técnicas de esterilização podem ser</p><p>classificadas em esterilização por agentes físicos e esterilização por agentes químicos. Confira, a</p><p>seguir, a classificação da esterilização por agentes físicos.</p><p>Esterilização por calor</p><p>Essa técnica depende da temperatura alcançada e do tempo de exposição. Conforme a</p><p>presença ou não de água no meio, este tipo de esterilização pode ser dividido em esterilização</p><p>por calor úmido ou calor seco.</p><p>Esterilização por radiação</p><p>Esses processos são classificados em esterilização por radiação ultravioleta e esterilização por</p><p>radiação ionizante.</p><p>Esterilização por filtração</p><p>Esse processo de esterilização, também conhecido por manipulação asséptica, é usado nos</p><p>casos em que o produto a ser tratado não pode ser exposto a processos de esterilização por calor</p><p>ou radiação.</p><p>A esterilização por agentes químicos é realizada, principalmente, usando agentes gasosos.</p><p>Entre os mais utilizados, destacam-se óxido de etileno, betapropiolactona e formaldeído, entre</p><p>outros.</p><p>79</p><p>Utilize o QR Code para assistir ao vídeo:</p><p>5.1 Aspectos gerais</p><p>Manter a esterilidade dos produtos farmacêuticos é fundamental. Os métodos para esterilizar</p><p>pequenas moléculas incluem esterilização por terminal térmico, filtração terminal acoplada</p><p>a técnicas de processamento asséptico, radiação ultravioleta (UV) e gama, irradiação por feixe</p><p>de elétrons e exposição ao óxido de etileno. Este último se aplica somente para recipientes e</p><p>embalagens. O processamento asséptico pode ser definido como as operações realizadas entre a</p><p>esterilização de um objeto ou preparação e a vedação final de sua embalagem. Essas operações</p><p>são, por definição, realizadas na completa ausência de microrganismos. Isso destaca a importância</p><p>dos controles de fabricação e do monitoramento da carga biológica durante processos assépticos.</p><p>Tecnologias mais recentes, como a tecnologia do isolador, foram desenvolvidas para reduzir a</p><p>intervenção humana, aumentando assim a garantia de esterilidade. Essas tecnologias têm o</p><p>benefício adicional de facilitar o processamento asséptico sem a construção de grandes áreas</p><p>de processamento, suítes estéreis ou áreas de roupas. Mesmo os programas de monitoramento</p><p>mais robustos não garantem a esterilidade da formulação final (AGALLOCO; AKERS, 2008).</p><p>5.2 Desinfecção térmica por pasteurização</p><p>De acordo com Stier (2003), o emprego do calor como método de desinfecção tem sido</p><p>utilizado desde os tempos remotos. As bases fundamentais da pasteurização foram estabelecidas</p><p>por Louis Pasteur, que provou que os agentes microscópicos podiam ser destruídos pelo calor,</p><p>que o tempo necessário para inativá-los ficava tanto menor quanto maior fosse a temperatura</p><p>à qual eram expostos e que, mantendo essa temperatura constante, o período de aquecimento</p><p>para obter a destruição dos microrganismos variava de acordo com a sua natureza. Atualmente, o</p><p>processo de pasteurização tem sido amplamente empregado na indústria alimentícia, bem como</p><p>na descontaminação do leite humano, visando à destruição de agentes que podem ser danosos.</p><p>O método de pasteurização é descrito como um processo de desinfecção seguro e reconhecido,</p><p>80</p><p>que está indicado como uma alternativa à desinfecção química, principalmente para artigos de</p><p>terapia respiratória e anestesia. A atual condição de tempo/temperatura para pasteurização varia</p><p>de acordo com o tipo de material a ser tratado.</p><p>A pasteurização, como método de desinfecção, tem como vantagens a ausência de resíduo</p><p>químico, a dispensa de enxágue posterior ao processo, o custo moderado da instalação necessária</p><p>para sua execução e o fato de ela ser mecanicamente simples e não tóxica. Como desvantagens,</p><p>podem ser citadas o risco de queimaduras, a necessidade de secagem e o manuseio asséptico dos</p><p>artigos após a pasteurização e antes da embalagem (STIER, 2003).</p><p>81</p><p>Nesta unidade, você teve a oportunidade de:</p><p>• conhecer os processos e o impacto dos parâmetros durante o desenvolvimento de</p><p>uma planta industrial, sempre buscando a aplicação da qualidade por design;</p><p>• aprender sobre o processo de tamisação, conhecer os aspectos teóricos, diferentes</p><p>formas de realizar a operação e quais equipamentos empregados;</p><p>• discutir os principais aspectos dos sistemas de refrigeração industriais, os</p><p>componentes e as tecnologias empregados e seus impactos ambientais;</p><p>• conhecer a importância e fundamentos do processo de liofilização, seu emprego em</p><p>diferentes campos da ciência, equipamentos, vantagens e desvantagens;</p><p>• discutir a importância do processo de esterilização, procedimentos químicos e físicos,</p><p>benefícios, cuidados e os fundamentos da pasteurização.</p><p>PARA RESUMIR</p><p>AGALLOCO, J.; AKERS, J. Sterile product manufacturing. In pharmaceutical manufacturing</p><p>handbook. John Wiley & Sons Inc. Hoboken, 2008.</p><p>CARL, S. M. et al. Biotechnology - derived drug product development. In: Pharmaceutical</p><p>manufacturing handbook. John Wiley & Sons Inc: Hoboken (EUA), 2008.</p><p>CARRISSO, R. C. C.; CORREIA, J. C. G. Classificação e peneiramento. Rio de Janeiro:</p><p>Tratamento de Minérios, Centro de Tecnologia Mineral CETEM, 4. ed. rev., v. 5, p. 195-</p><p>238, 2004.</p><p>JATO, J. L. V. Aspectos fundamentales de los sistemas farmacéuticos y operaciones</p><p>básicas.</p><p>Editorial síntesis, SA: Madrid, 2001.</p><p>KOENIG, S. P. et al. Selective molecular sieving through porous graphene. Nature</p><p>nanotechnology, v. 7, n. 11, p. 728, 2012.</p><p>LIU, K. Some factors affecting sieving performance and efficiency. Powder Technology, v.</p><p>193, n. 2, p. 208-213, 2009.</p><p>LOPES, M. A. Projeto e simulação de resfriadores de líquidos. 2007. 139f. Dissertação</p><p>(Mestrado em engenharia mecânica) - Universidade de São Paulo, São Paulo.</p><p>MARTINS, T. A. et al. Simulação do ciclo de refrigeração transcrítico. XXI Congresso</p><p>brasileiro de engenharia química, Fortaleza, 2016.</p><p>MERKUS, H. G. Sieves and Sieving. In: Particle Size Measurements. Particle Technology</p><p>Series, v. 17. Springer, Dordrecht, 2009.</p><p>MITTAL, B. How to Develop Robust Solid Oral Dosage Forms: From Conception to Post-</p><p>Approval. Academic Press, 2016.</p><p>NIREESHA, G. R. et al. Lyophilization/freeze drying-an review. International journal of</p><p>novel trends in pharmaceutical sciences, v. 3, n. 4, p. 87-98, 2013.</p><p>PARIKH, D. M. Handbook of pharmaceutical granulation technology. 2 ed. Taylor &</p><p>Francis Group: Boca Raton, 2005.</p><p>STIER, C. J. N. Desinfecção térmica por pasteurização: eficácia, economia e ecologia no</p><p>reprocessamento de artigos. Revista SOBECC, v. 8, n. 1, p. 26-30, 2003.</p><p>SULTANBAWA, F. M.; OWENS, W. G.; PANDIELLA, S. S. A new approach to the prediction</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>of particle separation by sieving in flour milling. Food and bioproducts processing, v. 79,</p><p>n. 4, p. 211-218, 2001.</p><p>TAVEIRA, S. B. Sistema de Ventilação com Resfriador de Ar Experimental. 2008. 108f.</p><p>Monografia (Bacharelado em engenharia) - Centro Universitário de Brasília, Brasília.</p><p>WANG, W. Lyophilization and development of solid protein pharmaceuticals.</p><p>International journal of pharmaceutics, v. 203, n. 1-2, p. 1-60, 2000.</p><p>Operações unitárias é um livro direcionado para estudantes dos</p><p>cursos de química, engenharia química e afins.</p><p>Além de abordar assuntos triviais, o livro traz conteúdo</p><p>sobre as seguintes operações unitárias: as aplicadas na indústria</p><p>farmacêutica, de processamento térmico, de separação, as térmicas</p><p>e as esterilizantes.</p><p>Após a leitura da obra, o leitor vai verificar o atual panorama</p><p>da indústria farmacêutica e as etapas envolvidas na projeção,</p><p>delineamento, registro de medicamentos e operações da indústria</p><p>farmacêutica; descobrir a importância da água para a indústria</p><p>farmacêutica, sua utilização, demanda, tratamento e impacto</p><p>ambiental; perceber as diferentes classes de trocadores de calor, seu</p><p>funcionamento, e as tecnologias empregadas para o aquecimento e</p><p>resfriamento; conhecer os equipamentos e processos de evaporação,</p><p>informações importantes sobre o processo, metodologias e</p><p>diferentes aplicações; caracterizar diferentes técnicas de separação</p><p>por membranas; constatar o emprego das membranas na indústria e</p><p>nas ciências farmacêuticas; discutir operações unitárias relacionadas</p><p>à redução do tamanho de partículas; saber os processos e o</p><p>impacto dos parâmetros durante o desenvolvimento de uma planta</p><p>industrial, buscando a aplicação da qualidade por design; dominar</p><p>os principais aspectos dos sistemas de refrigeração industriais,</p><p>principais componentes e tecnologias empregadas e seus impactos</p><p>ambientais, e muito mais.</p><p>Aproveite a leitura do livro.</p><p>Bons estudos!</p><p>Capa E-Book_Operações Unitárias_CENGAGE_V2</p><p>E-Book Completo_Operações Unitárias_CENGAGE_V2</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................................62</p><p>UNIDADE 4 - Operações unitárias térmicas e esterelizantes ...........................................................65</p><p>Introdução.............................................................................................................................................66</p><p>1 Processo unitário e qualidade por design .......................................................................................... 67</p><p>2 Tamisação ..........................................................................................................................................69</p><p>3 Refrigeração ....................................................................................................................................... 71</p><p>4 Liofilização ..........................................................................................................................................74</p><p>5 Pasteurização e esterilização.............................................................................................................. 78</p><p>PARA RESUMIR ..............................................................................................................................81</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................................82</p><p>Esta obra, intitulada Operações unitárias, apresenta, além de conceitos triviais da</p><p>área, o conteúdo parcialmente descrito a seguir em suas quatro unidades.</p><p>Dando início, a primeira unidade, Operações unitárias aplicadas na indústria</p><p>farmacêutica, apresenta os princípios das operações unitárias, seus aspectos gerais e</p><p>classificação, com ênfase nas operações unitárias comuns na indústria farmacêutica,</p><p>incluindo delineamento de formas farmacêuticas, regulamentação, registro e boas</p><p>práticas de fabricação de medicamentos.</p><p>A segunda unidade, Operações de processamento térmico, explica os princípios</p><p>do processamento térmico, as diferentes formas de condução do calor, os aspectos</p><p>físicos e as operações que envolvem a transferência de calor, as tecnologias aplicadas</p><p>aos condensadores e trocadores de calor, as operações unitárias observadas nas</p><p>indústrias de processamento, os equipamentos usados nesses processos, os princípios</p><p>das técnicas de irradiação, e os equipamentos utilizados e sua aplicação na indústria</p><p>químico-farmacêutica.</p><p>Na sequência, a terceira unidade, Operações unitárias de separação, enumera os</p><p>principais métodos mecânicos e químicos de separação da matéria, as informações sobre</p><p>os processos, as técnicas de separação por membranas, as operações unitárias de filtração,</p><p>os tipos de equipamentos, as operações de centrifugação e redução de tamanho de</p><p>partículas, os diferentes tipos de equipamentos utilizados, os fundamentos relacionados a</p><p>cada técnica, e as perspectivas futuras referentes ao aprimoramento de processos.</p><p>Concluindo a obra, a quarta e última unidade, Operações unitárias térmicas e</p><p>esterilizantes, aborda a importância dos parâmetros de projeto e de processo, a</p><p>aplicação da qualidade, as tecnologias apropriadas, os equipamentos usados em</p><p>sistemas de resfriação, sua importância, elementos básicos e aplicações.</p><p>Após a leitura deste livro na íntegra, o leitor vai compreender de forma efetiva as</p><p>principais diferenças entre as operações unitárias.</p><p>Agora é com você! Sorte em seus estudos!</p><p>PREFÁCIO</p><p>UNIDADE 1</p><p>Operações unitárias aplicadas na in-</p><p>dústria farmacêutica</p><p>Olá,</p><p>Você está na unidade Operações unitárias aplicadas na indústria farmacêutica. Conheça</p><p>aqui os princípios das operações unitárias, aspectos gerais e classificação, em especial,</p><p>operações unitárias comuns à indústria farmacêutica, incluindo delineamento de formas</p><p>farmacêuticas, regulamentação, registro e boas práticas de fabricação de medicamentos.</p><p>Veja também informações sobre a utilização da água pela indústria farmacêutica,</p><p>processos em solução e operações unitárias envolvendo sedimentação e secagem,</p><p>incluindo os principais equipamentos e processos relacionados a estas operações.</p><p>Bons estudos!</p><p>Introdução</p><p>11</p><p>1 INTRODUÇÃO AS OPERAÇÕES UNITÁRIAS</p><p>Todo processo químico industrial é baseado em um conjunto de operações unitárias que,</p><p>combinadas, formam o processo unitário, que tem como objetivo produzir economicamente um</p><p>produto desejado a partir de matérias-primas específicas. As matérias-primas são, geralmente,</p><p>tratadas através de etapas físicas para torná-las adequadas para a reação química. Portanto, o</p><p>conhecimento de operações unitárias se apresenta como uma etapa de grande importância para</p><p>os profissionais que trabalham na indústria (KHANAM, 2007).</p><p>Segundo Denadai (2013), as operações unitárias desempenham papeis importantes para a</p><p>execução dos processos químicos e físico-químicos industriais. Esses processos são caracterizados</p><p>por um conjunto de ações executadas em etapas sequenciais, que envolvem modificações</p><p>no material de partida visando obter os produtos finais. As diferentes etapas desse processo</p><p>apresentam princípios fundamentais independentes da substância que está sendo operada</p><p>e de outras características do sistema. O conceito de operações unitárias foi proposto pelo</p><p>engenheiro Little em 1915, que descreveu operações unitárias como sendo processos químicos,</p><p>independentes da escala, que podem ser divididos em uma série estruturada de processos</p><p>físico-químicos, tais como homogeneização, moagem, aquecimento, condensação, lixiviação,</p><p>cristalização, filtração e dissolução. Dessa forma, cada uma das etapas sequencias presentes em</p><p>uma linha de produção industrial pode ser considerada operação unitária, e a combinação destas</p><p>etapas constituem o processo unitário.</p><p>1.1 Aspectos gerais</p><p>Nas indústrias que envolvem transformações químicas, após a preparação das matérias-</p><p>primas por tratamento físico, elas passam por conversão química em um reator. Para realizar este</p><p>processo, são necessários conhecimentos básicos de</p><p>• estequiometria;</p><p>• cinética da reação;</p><p>• termodinâmica;</p><p>• equilíbrio químico;</p><p>• balanço de energia; e</p><p>• balanço de massa.</p><p>Muitas alternativas podem ser propostas para projetar um reator para um processo químico.</p><p>Um projeto pode ter um custo baixo para o reator, mas os materiais finais, que saem da unidade,</p><p>precisam de um custo de tratamento mais alto enquanto separam e purificam o produto desejado.</p><p>12</p><p>Portanto, a economia do processo geral também desempenha um papel vital na seleção de um</p><p>design alternativo adequado. As etapas físicas e químicas de um processo são definidas por meio</p><p>da experiência combinada de engenheiros, tecnólogos e especialistas em custos (KHANAM, 2007).</p><p>Figura 1 - Operação unitária de transporte de comprimidos em uma indústria farmacêutica</p><p>Fonte: TRMK, Shutterstock, 2020.</p><p>#ParaCegoVer: A imagem mostra um operador, utilizando vestuário de proteção estéril,</p><p>trabalhando na produção automatizada de comprimidos em uma indústria farmacêutica.</p><p>A fabricação de produtos pela indústria deve considerar a facilidade com que uma formulação</p><p>se presta ao processamento e controle. A produção exige a compreensão dos vários princípios</p><p>de engenharia, que incluem fenômenos de transporte e cinética de reação, além de variáveis</p><p>relacionadas às máquinas que contribuem para o processamento do material de entrada.</p><p>Também requer uma análise dos riscos associados ao controle do processo, confiabilidade e</p><p>reprodutibilidade. Na maioria dos processos - sólidos e fluidos - devem ser transportados, o calor</p><p>ou outras formas de energia devem ser transferidos de uma substância para outra, tarefas como</p><p>secagem, redução de tamanho e evaporação podem ser executadas. O conceito fundamental de</p><p>operação unitária determina que, estudando sistematicamente essas operações, o tratamento de</p><p>todos os processos é unificado e simplificado (MITTAL, 2016).</p><p>1.2 Classificação</p><p>Segundo Isenmann (2018), as operações unitárias são</p><p>baseadas em um conjunto de</p><p>princípios e fundamentos teóricos e empíricos, que envolvem a transferência de massa e calor,</p><p>mudança de quantidade de movimento, aspectos termodinâmicos, cinéticos, biotecnológicos e</p><p>outros. Quando estudados de forma unificada, verifica-se que as operações unitárias sempre têm</p><p>o mesmo objetivo, independente da natureza química dos componentes envolvidos. Pode ser</p><p>citado como exemplo o processo de transferência de calor, operação que pode ser observada na</p><p>indústria petroquímica e de alimentos.</p><p>13</p><p>Cabe ao projetista de processos propor procedimentos, considerando a eficiência do método,</p><p>os equipamentos a serem utilizados, a segurança em relação ao processo, os produtos químicos</p><p>brutos, os produtos acabados e o efeito de longo prazo no ambiente, além da viabilidade</p><p>financeira dos produtos, conforme exigido pelo comprador (KHANAM, 2007).</p><p>De acordo com Isenmann (2018), as operações unitárias podem ser divididas em pelo menos</p><p>cinco classes. Confira abaixo.</p><p>• Processos de escoamento de fluidos</p><p>Englobam transporte de fluidos, fluidização e filtração.</p><p>• Processos de transferência de calor</p><p>Incluem a refrigeração e o aquecimento.</p><p>• Processos de transferência de massa</p><p>Transporte em tubos, destilação, extração, adsorção, secagem.</p><p>• Processos termodinâmicos</p><p>Evaporação, liquefação gasosa, condensação.</p><p>• Processos mecânicos</p><p>Englobam o transporte de sólidos, trituração, tamisação, sedimentação e centrifugação.</p><p>Segundo Pereira (2015), as operações unitárias no processamento envolvem uma combinação</p><p>de procedimento para atingir as modificações desejadas nas matérias-primas. Cada operação</p><p>possui um efeito específico, identificável e previsível. A combinação e a sequência das operações</p><p>determinam a natureza final do produto elaborado. São exemplos de operações unitárias no</p><p>processamento a obtenção das matérias primas, transporte, recepção e armazenamento de</p><p>matérias-primas, preparação de matérias-primas, operação de redução de tamanho, operação</p><p>de mistura, operação de separação, operação de aplicação de calor, operação de resfriamento,</p><p>operação de radiações eletromagnéticas, operação de extração, operação de transporte de</p><p>produtos, operação de embalagem e armazenagem e operação de transporte.</p><p>FIQUE DE OLHO</p><p>Segundo Silva et al (2015), a extrusão é uma etapa do processamento industrial de</p><p>matérias-primas sólidas, a qual junta várias operações e processos num único equipamento.</p><p>A extrusão apresenta várias vantagens na indústria alimentar e farmacêutica.</p><p>14</p><p>2 OPERAÇÕES UNITÁRIAS NA INDÚSTRIA</p><p>FARMACÊUTICA</p><p>Mittal (2016) enfatiza que a maioria das operações das unidades farmacêuticas pode ser</p><p>entendida aplicando os primeiros princípios físicos de conservação de massa, momento e energia.</p><p>Se aplicado efetivamente, qualquer processo em qualquer escala pode ser projetado, ampliado e</p><p>solucionado. Certamente, haverá desafios, mas é mais provável que o formulador que entende os</p><p>primeiros princípios seja bem-sucedido no desenvolvimento de um processo eficiente e robusto.</p><p>Existem alguns elementos gerais que precisam ser esclarecidos para obter uma apreciação mais</p><p>profunda da complexidade dessas operações unitárias aparentemente simples:</p><p>• compreensão dos fenômenos físicos por trás de uma dada operação unitária;</p><p>• avaliação de como as máquinas e seus parâmetros de processo afetam a qualidade do</p><p>material produzido;</p><p>• determinação do ponto final do processo;</p><p>• antecipação do estado desejado do material de saída e caracterizá-lo.</p><p>De acordo com Alencar e Souza (2008), dados da agência reguladora de drogas e alimentos</p><p>norte americana FDA, cerca de 10% dos medicamentos comercializados no mundo são falsificados</p><p>ou estão fora dos padrões exigidos pela terapêutica. Esse cenário está associado à forma como</p><p>a indústria farmacêutica tem desempenhado sua atividade. Quando os processos são pouco</p><p>compreendidos, caros, lentos, manualizados, com pouca reprodutibilidade, espera-se que a</p><p>atividade seja ineficiente. O novo modelo de boas práticas de fabricação proposto para indústria</p><p>farmacêutica recentemente instituída pelo FDA possibilitou incorporar tecnologias analíticas ao</p><p>processo de produção na indústria farmacêutica, possibilitando uma melhor compreensão e</p><p>controle dos processos de fabricação, assegurando a qualidade do produto final.</p><p>15</p><p>Utilize o QR Code para assistir ao vídeo:</p><p>Este conjunto de tecnologias aplicadas e sugeridas à indústria farmacêutica, teve como</p><p>objetivo minimizar problemas relacionados à qualidade dos produtos e melhorar a eficiência</p><p>dos processos de produção. Atualmente, estão disponíveis uma vasta gama de ferramentas de</p><p>automação, muitas delas, já testadas e bem sucedidas em diversos outros segmentos industriais.</p><p>Dentre as contribuições da implementação de tecnologias na produção de medicamentos estão</p><p>as técnicas de modelagem e simulação, ferramentas de análise, monitoramento e aquisição</p><p>de dados multivariáveis, controle de processo em tempo real e muitas outras, que podem ser</p><p>utilizadas de forma isolada ou conjunta, aplicáveis a operações unitárias isoladas, ou no processo</p><p>unitário (ALENCAR; SOUZA, 2008).</p><p>2.1 Panorama atual da indústria farmacêutica</p><p>Jørgensen (2004) enfatiza que há uma demanda crescente por novas abordagens para</p><p>entender os fenômenos químicos e físicos que ocorrem durante as operações das unidades</p><p>farmacêuticas. A obtenção de informações em tempo real dos processos abre novas perspectivas</p><p>para uma fabricação mais segura de produtos farmacêuticos. Durante a fabricação, pode ser</p><p>difícil para um operador determinar o estado do processo se várias medidas forem apresentadas</p><p>como linhas de tendência. Portanto, são necessárias ferramentas de redução de dimensão.</p><p>A indústria farmacêutica brasileira tem utilizado, predominantemente, processos em batelada,</p><p>ou seja, produção por lotes, em que a qualidade dos insumos e dos produtos finais é aferida,</p><p>muitas vezes, por meio de testes e análises de laboratório - que não ocorrem em tempo real. Um</p><p>dos maiores desafios destes modos de produção têm sido a grande variedade de condições de</p><p>operação durante o ciclo de produção, o que requer um rigoroso monitoramento da performance</p><p>do processo. A falta de instrumentação específica para o monitoramento de variáveis críticas do</p><p>processo e do produto também constituem uma problemática do setor. Informações em tempo</p><p>real constituem uma poderosa ferramenta para o controle e para a validação do processo, e estão</p><p>16</p><p>recomendadas pelas boas práticas de fabricação (ALENCAR; SOUZA, 2008).</p><p>2.2 Projeção e delineamento de formas farmacêuticas</p><p>Segundo Aulton e Taylor (2016), uma forma farmacêutica é o estado final que as substâncias</p><p>ativas apresentam depois de serem submetidas às operações farmacêuticas. Cada tipo de</p><p>forma farmacêutica requer um estudo atencioso a respeito das propriedades físicas e químicas</p><p>do fármaco, visando obter um produto estável e de elevada qualidade. Propriedades como</p><p>solubilidade, formas polimórficas, estabilidade do estado sólido e interações entre fármacos e</p><p>adjuvantes podem afetar consideravelmente a disponibilidade fisiológica e a estabilidade física e</p><p>química do fármaco. Por meio de estudos farmacológicos e bioquímicos, podem ser selecionados</p><p>a forma mais adequada e os aditivos para elaborar determinada forma de fármaco.</p><p>Quando uma forma farmacêutica apresentar mais do que um componente, será necessária</p><p>uma etapa de mistura no processo de produção. Esse procedimento tem como finalidade garantir</p><p>uma distribuição mais homogênea dos componentes ativos. A operação unitária da mistura,</p><p>em sua grande maioria, está sempre presente em algum estágio da produção de quase todas</p><p>as preparações farmacêuticas. O controle desse processo é essencial para garantir a qualidade</p><p>dos produtos finais. Na produção de comprimidos, uma variedade de operações unitárias é</p><p>normalmente usada, incluindo a mistura e a granulação dos ingredientes ativos e dos adjuvantes</p><p>(AULTON; TAYLOR, 2016).</p><p>3 REGULAMENTAÇÃO</p><p>E BOAS PRÁTICAS DE</p><p>FABRICAÇÃO NA INDÚSTRIA FARMACÊUTICA</p><p>Segundo Lee et al (2015), as agências regulamentadoras de produtos farmacêuticos</p><p>têm estabelecido um conjunto de normas que visam garantir o fornecimento contínuo de</p><p>medicamentos de alta qualidade. Ao regular o setor de manufatura farmacêutica, os órgãos</p><p>regulamentadores buscam promover um setor eficiente, ágil e flexível, que produza medicamentos</p><p>de alta qualidade com confiabilidade, sem a necessidade de supervisão regulatória extensiva. O</p><p>setor de manufatura farmacêutica está em transição, melhoras significativas foram observadas</p><p>nas últimas décadas.</p><p>17</p><p>No Brasil, os medicamentos são registrados na Anvisa (agência nacional de vigilância sanitária),</p><p>uma autarquia que atua sob regime especial, criada pela Lei n. 9.782, de 26 de janeiro de 1999. A</p><p>Anvisa é uma agência reguladora caracterizada por sua reconhecida competência, independência</p><p>administrativa e estabilidade de seus dirigentes (CONDESSA, 2005).</p><p>A falta de agilidade, flexibilidade e robustez no setor de fabricação de produtos farmacêuticos</p><p>representa uma ameaça potencial à saúde pública, pois falhas nas instalações de fabricação que</p><p>resultam em baixa qualidade do produto podem levar à escassez de medicamentos. A manufatura</p><p>contínua é uma dessas inovações que têm um grande potencial para melhorar a agilidade,</p><p>flexibilidade e robustez na fabricação de produtos farmacêuticos (LEE et al, 2015).</p><p>3.1 Panorama brasileiro</p><p>De acordo com Condessa (2005), a política vigente de regulação de medicamentos no Brasil</p><p>tem evoluído e contribuído para o controle adequado do processo de produção e registro de</p><p>medicamentos junto à Anvisa. Neste sentido, os instrumentos de controle que se destacam na</p><p>área de medicamentos são a concessão do registro, a inspeção sanitária para o cumprimento das</p><p>boas práticas de fabricação e as análises laboratoriais. O registro dos medicamentos é um marco</p><p>para a indústria farmacêutica, caracterizado como instrumento de controle sanitário e regulação;</p><p>possibilita ao órgão regulador conhecer quais medicamentos estão sendo produzidos e vendidos,</p><p>garantindo que eles só chegarão ao comércio com aprovação de sua eficácia e segurança. A</p><p>eficiência desses instrumentos normativos desempenha papel determinante sobre a qualidade e</p><p>eficácia dos medicamentos produzidos no Brasil.</p><p>3.2 Boas práticas de fabricação de medicamentos</p><p>A RDC (resolução da diretoria colegiada) n. 301, de 21 de agosto de 2019, teve como objetivo</p><p>especificar e atualizar as diretrizes gerais de boas práticas de fabricação de medicamentos a serem</p><p>adotadas pela indústria farmacêutica, como requisitos mínimos a serem seguidos na fabricação.</p><p>Essa resolução se aplica às empresas que realizam as operações envolvidas na fabricação de</p><p>medicamentos, incluindo os fármacos experimentais. A empresa deve fornecer um documento</p><p>que define responsabilidades, atribuições, direitos e deveres entre contratante e contratado em</p><p>relação às atividades terceirizadas. Para o registro, a empresa deve submeter o arquivo mestre</p><p>da planta, documento que descreve as atividades relacionadas às boas práticas de fabricação</p><p>FIQUE DE OLHO</p><p>Segundo Ribeiro (2014), a iniciativa PAT, da sigla em inglês para Process Analytical Technology,</p><p>é definida como um sistema para planejamento, análise e controle dos processos químicos</p><p>e farmacêuticos por meio de medições em tempo real de atributos críticos da qualidade e</p><p>desempenho dos materiais de partida e em processamento.</p><p>18</p><p>do fabricante, juntamente com o conjunto de operações que estabelece, sob condições</p><p>especificadas, a relação entre os valores indicados por um instrumento ou sistema de medição, ou</p><p>valores representados por uma medida materializada, e os valores correspondentes conhecidos</p><p>de um padrão de referência. Além disso, a empresa deve apresentar um certificado de análise,</p><p>documento que fornece um resumo dos resultados dos testes em amostras de produtos ou de</p><p>materiais juntamente com a avaliação de sua conformidade com a especificação declarada.</p><p>O documento para registro deve descrever, em detalhes, os requisitos com os quais produtos</p><p>ou materiais usados ou obtidos durante a fabricação devem atender, todas as operações</p><p>envolvidas no preparo de determinado medicamento, incluindo a aquisição de materiais,</p><p>produção, controle de qualidade, liberação, armazenamento, expedição de produtos acabados e</p><p>os controles relacionados. Além disso, fórmulas, instruções e documentos que fornecem detalhes</p><p>de todas as matérias-primas, equipamentos e sistemas computadorizados a serem utilizados e</p><p>especificando todas as instruções dos processos.</p><p>4 TECNOLOGIA DA ÁGUA E PROCESSOS EM</p><p>SOLUÇÃO AQUOSA</p><p>De acordo com Gadipelly et al (2014), a água é uma matéria-prima crítica nas operações</p><p>de fabricação farmacêutica e química. Suprimentos de água consistentes e de alta qualidade</p><p>são necessários para uma série de operações, incluindo produção, processamento de material</p><p>e resfriamento. As várias categorias de água que precisam de tratamento como parte do</p><p>gerenciamento são água potável, água de processo, água de alimentação para serviços públicos,</p><p>reciclagem de água, águas residuais, água proveniente de tratamento de subproduto, água usada</p><p>para tratamento de odores, água de dessalinização e água para irrigação.</p><p>Segundo Larsson et al (2007), a demanda global por água de qualidade, seja para fins de</p><p>bebida, saneamento, irrigação e uso industrial, tem aumentado continuamente e tem havido</p><p>uma preocupação esmagadora nos últimos anos sobre o tratamento e a reutilização da água,</p><p>exigindo os padrões cada vez mais rígidos. A indústria farmacêutica é cercada por plantas de</p><p>multiprodutos de alto valor e baixo volume, por um lado, que são principalmente operações em</p><p>lotes, nas quais o efluente é misturado e tratado.</p><p>4.1 Utilização da água na indústria farmacêutica</p><p>Gadipelly et al. (2014) descrevem que a água ultrapura tem sido amplamente usada no setor</p><p>farmacêutico para dar várias lavagens de sólidos, para usar como extrator ou como solvente</p><p>propriamente dito. Esta água não é reutilizada devido a regulamentos estritos, geralmente,</p><p>aprovados pelas autoridades regulamentadoras. A presença, resultado e toxicidade de resíduos</p><p>19</p><p>farmacêuticos no ambiente aquático representam uma nova problemática ambiental.</p><p>Utilize o QR Code para assistir ao vídeo:</p><p>Na indústria farmacêutica, a água é amplamente usada como matéria-prima, ingrediente e</p><p>solvente no processamento, ingrediente de formulação e fabricação de produtos farmacêuticos,</p><p>insumos farmacêuticos ativos (APIs) e intermediários, artigos de compêndios e reagentes analíticos.</p><p>• O gerenciamento da qualidade da água de processo é de grande importância na fabrica-</p><p>ção de produtos farmacêuticos e também é um requisito obrigatório para a esterilização</p><p>de recipientes ou dispositivos médicos em outras aplicações de assistência médica, in-</p><p>cluindo água para injeção.</p><p>• Águas residuais de processo são um termo usado para definir águas residuais em qual-</p><p>quer setor proveniente dos processos que ocorrem no setor.</p><p>Assim, as águas residuais do processo cobrem toda a água que, no momento da fabricação ou</p><p>processamento, entra em contato com as matérias-primas, produtos, produtos intermediários,</p><p>subprodutos ou resíduos, que são tratados em diferentes operações ou processos da unidade</p><p>(GADIPELLY et al, 2014).</p><p>4.2 Sedimentação</p><p>Reddy et al (2014) enfatizam que no processo de sedimentação são observados fenômenos</p><p>físicos relacionados ao assentamento de sólidos por gravidade. Normalmente, isso consiste em</p><p>simplesmente reter a água por um curto período de tempo em um tanque em condições de</p><p>repouso ou fluxo controlado, permitindo que os sólidos mais pesados assentem. As águas que</p><p>saem da bacia de floculação podem entrar na bacia de sedimentação, também chamada de bacia</p><p>de decantação. É um tanque grande com baixas velocidades de água, permitindo que o floco</p><p>assente no fundo. As bacias de sedimentação podem ser retangulares,</p><p>propiciando que a água</p><p>flua de ponta a ponta, ou circulares, nas quais o fluxo é do centro para fora.</p><p>20</p><p>Segundo Isenmann (2018), a sedimentação é caracterizada pela separação do componente</p><p>sólido a partir de uma suspensão, perante a força gravitacional terrestre. A mistura heterogênea</p><p>deve ser constituída de uma suspensão sólida suficientemente grande, na ordem de alguns</p><p>micrômetros. Isso implica que partículas menores, na ordem de nanômetros, também conhecidos</p><p>como coloides, não podem ser separadas, de maneira satisfatória, por este método. De forma</p><p>geral, ocorre quando o sólido apresenta uma densidade maior do que o líquido, daí observamos</p><p>que o sólido se decanta, e o líquido clareado fica sobrenadante.</p><p>Vanoni (2006) descreve que o transporte e a subsequente deposição de um sedimento</p><p>dependem de características do fluxo envolvido e das especificidades do próprio sedimento. A</p><p>propriedade mais importante da partícula é o seu tamanho.</p><p>5 EQUIPAMENTOS E OPERAÇÕES DE SECAGEM</p><p>Segundo Mittal (2016), em geral, secar um sólido significa a remoção de quantidades</p><p>relativamente pequenas de água ou outro líquido do material sólido para reduzir o conteúdo de</p><p>líquido residual para um valor aceitável baixo. No contexto da fabricação farmacêutica, a secagem</p><p>é, normalmente, alcançada por vaporização térmica e geralmente, é uma etapa intermediária -</p><p>que é realizada após a granulação úmida ou é conduzida, simultaneamente, durante a granulação</p><p>úmida, processo denominado granulação úmida em leito fluidizado. A secagem de sólidos</p><p>farmacêuticos pode ser realizada por vários meios. A principal diferença entre todos os métodos</p><p>de secagem é a maneira como os sólidos são movidos através da zona de secagem e a maneira</p><p>como o calor é transferido.</p><p>De acordo com Mittal (2016), alguns secadores são contínuos e outros operam em lotes;</p><p>alguns agitam os sólidos e outros são essencialmente desagitados. O material que está sendo</p><p>seco pode ser exposto ao calor de três maneiras diferentes. Veja a seguir.</p><p>• Secadores nos quais os sólidos são diretamente expostos a um gás quente, geralmente ar.</p><p>• Secadores nos quais o calor é transferido para o sólido a partir de um meio externo,</p><p>como vapor de condensação, geralmente, através de uma superfície metálica com a qual</p><p>o sólido está em contato.</p><p>• Secadores que são aquecidos por energia dielétrica, radiante ou de micro-ondas.</p><p>A maioria dos secadores utilizados na indústria farmacêutica pertence à primeira categoria,</p><p>na qual expõe-se os sólidos diretamente ao ar quente. Esses tipos de secadores são conhecidos</p><p>como secadores adiabáticos ou diretos. Os vários tipos de secadores adiabáticos comumente</p><p>usados na indústria farmacêutica são secadores de bandeja, fornos a vácuo e secadores de leito</p><p>fluidizado (MITTAL, 2016).</p><p>21</p><p>5.1 Operações e diferentes tipos de secagem</p><p>Segundo Isenmann (2018), existem secadores descontínuos e contínuos.</p><p>Secador descontínuo</p><p>Para quantidades menores, se oferecem mais os equipamentos descontínuos. Na secagem</p><p>descontínua, o material é estendido e espalhado em cima de tabuleiros e submetido a um vento</p><p>seco e morno. Este tipo de secagem leva, geralmente, algumas horas até chegar ao resultado</p><p>exigido. Um exemplo é o secador de câmara.</p><p>Secador contínuo</p><p>Quando há grande quantidade de material sólido a ser secado, é melhor usar secadores</p><p>automáticos ou contínuos. Estes aparelhos são mais caros, mas podem ser operados a custos</p><p>menores, além de ser mais rápidos do que os equipamentos descontínuos. São exemplos os</p><p>secadores de esteira e de tambor rotativo. Caso o material a ser secado aguente calor, podem ser</p><p>usados diretamente os gases de escapamento da combustão completa, em vez de ar.</p><p>De acordo com Lewicki (2006), a operação de secagem geralmente empregada nas indústrias</p><p>de alimentos consiste em três etapas:</p><p>• a pré-secagem;</p><p>• a desidratação; e</p><p>• o manuseio pós-secagem do material.</p><p>Os processos de pré-secagem dependem do estado físico do material sujeito à secagem. Os</p><p>líquidos são concentrados no vácuo, tratados com enzimas ou espumados, enquanto os sólidos</p><p>são sulfitados, embebidos em soluções de diferentes compostos, desidratados por osmose,</p><p>descascados, congelados ou tratados por alta pressão. A secagem do material pré-tratado pode</p><p>ser feita sob vácuo ou à pressão atmosférica.</p><p>O material em secagem pode ser aquecido por aquecimento de superfície ou por aquecimento</p><p>volumétrico e pode ser estacionário ou acionado. A estabilidade de armazenamento de um</p><p>material seco depende do estado em que o processo de secagem é concluído. O efeito de todas</p><p>essas etapas na qualidade do produto final é evidente. É mostrado que, para projetar um processo</p><p>de secagem por ar quente, é necessário um entendimento completo de todas as operações que</p><p>afetam a qualidade (LEWICKI, 2006).</p><p>22</p><p>Utilize o QR Code para assistir ao vídeo:</p><p>5.2 Fatores que afetam a secagem</p><p>A temperatura durante a secagem é, como esperado, relativamente constante durante a</p><p>região de resfriamento evaporativo, e aumenta à medida em que a difusão se torna um fator</p><p>limitante. O ponto crítico no qual o processo de secagem muda de linear para exponencial</p><p>pode ser encontrado através da região linear ponto a ponto até que o coeficiente de correlação</p><p>comece a diminuir. O processo de secagem pode ser simulado em cada região através do uso</p><p>de constantes físicas, equipamentos e parâmetros experimentais. É na região linear que isso é</p><p>mais útil porque fornece um tempo de secagem extrapolado mínimo, e permite o ajuste dos</p><p>parâmetros de processamento para acelerar o processo dentro de condições de contorno</p><p>aceitáveis para a formulação (MORRIS, et al, 1998).</p><p>A secagem é um dos últimos passos na síntese de medicamentos à granel. Depois que</p><p>a substância do medicamento é cristalizada, é seca para produzir a substância final do</p><p>medicamento. A secagem é um processo unitário que pode resultar na perda de controle do</p><p>processo de fabricação da substância medicamentosa, resultando, frequentemente, em falhas de</p><p>lote devido à produção de um polimorfo não especificado ou tamanho inadequado de partícula.</p><p>A secagem é particularmente problemática se um hidrato ou solvato for seco nesta etapa final.</p><p>A secagem é ainda mais problemática se um hidrato ou solvato é seco para uma forma anidra</p><p>nos casos em que a substância anidra do medicamento existe em vários polimorfos. Nestes</p><p>casos, diferentes polimorfos podem ser formados devido a variações estatísticas envolvendo</p><p>nucleação de diferentes polimorfos. Para entender mais sobre o processo de secagem, pode-</p><p>se utilizar como exemplo a secagem do fenobarbital. Foi relatado que o fenobarbital cristaliza</p><p>em até 13 modificações, e muitas dessas formas, foram obtidas por recristalização. Trabalhos</p><p>mais recentes sugerem que há quatro modificações do fenobarbital puro que são relevantes para</p><p>o processamento farmacêutico. Duas dessas formas são polimorfos, enquanto as outras duas</p><p>foram identificadas como monohidrato e hemi-hidrato. Em uma investigação da estabilidade</p><p>23</p><p>físico-química dessas formas em diferentes níveis de temperatura e umidade relativa, conclui-se</p><p>que a secagem das formas hidratadas produz uma mistura de polimorfos (MORRIS, et al, 1998).</p><p>5.3 Secagem em leito fluidizado</p><p>De acordo com Mittal (2016), no caso da secagem em leito fluidizado, o conceito de operação</p><p>é o mesmo do granulador em leito fluidizado, com a exceção de que, em vez das etapas de</p><p>pulverização e secagem, apenas a etapa de secagem é realizada. Quando os grânulos úmidos</p><p>são carregados no secador de leito fluidizado, o ar de entrada dispersa e fluidiza os grânulos</p><p>úmidos. Após contato adicional com os grânulos úmidos, o ar de entrada quente troca seu calor</p><p>por umidade nos grânulos. A temperatura do ar cai devido ao resfriamento evaporativo e sai da</p><p>câmara do processo como ar de exaustão. Como os grânulos são suspensos no ar de fluidização</p><p>e a área da superfície de contato entre o ar e os grânulos úmidos é significativamente grande, a</p><p>transferência de calor e massa atinge o equilíbrio instantaneamente. O processo continua até que</p><p>um teor de umidade desejado seja obtido.</p><p>Vários parâmetros afetam o processo de secagem em leito fluidizado. Como em qualquer</p><p>processo, cada um dos parâmetros pode afetar os atributos de qualidade do produto, como</p><p>potência e estabilidade, se o processo for controlado com cuidado. Por exemplo, o fluxo de ar</p><p>de entrada é necessário para manter a fluidização e a evaporação do líquido dos grânulos. No</p><p>entanto, se o fluxo de ar de entrada não for controlado adequadamente, poderá levar a um</p><p>leito morto que não ocorre fluidização ou pode ocorrer uma entrada significativa do material no</p><p>conjunto do filtro, o que pode afetar a potência do medicamento no produto final. Além disso, a</p><p>turbulência do estado fluidizado pode causar atrito excessivo de alguns materiais, com danos a</p><p>alguns grânulos e a produção de muita poeira (MITTAL, 2016).</p><p>24</p><p>Nesta unidade, você teve a oportunidade de:</p><p>• conhecer as principais operações unitárias associadas as indústrias químicas e</p><p>farmacêuticas e sua importância;</p><p>• verificar o atual panorama da indústria farmacêutica e etapas envolvidas na projeção,</p><p>delineamento e registro de medicamentos e operações da indústria farmacêutica;</p><p>• aprender sobre boas práticas de fabricação de medicamentos, normas</p><p>regulamentadoras e tecnologias aplicadas para tornar o setor mais eficiente;</p><p>• descobrir a importância da água para a indústria farmacêutica, sua utilização,</p><p>demanda, tratamento e impacto ambiental;</p><p>• discutir operações unitárias de sedimentação e secagem, enfatizando informações</p><p>relativas a estes processos, equipamentos e procedimentos geralmente adotados.</p><p>PARA RESUMIR</p><p>AGENCIA NACIONAL DE VIGILÂNCIA SANITÁRIA. Resolução da diretoria colegiada - RDC n.</p><p>301, de 21 de agosto de 2019. Disponível em: http://www.in.gov.br/web/dou/-/resolu-</p><p>cao-rdc-n-301-de-21-de-agosto-de-2019-211914064. Acesso em: 20 maio 2020.</p><p>ALENCAR, J. R. B.; SOUZA, J. R. Maurício Bezerra. Monitoramento da Produção de Formas</p><p>Farmacêuticas Sólidas usando Técnica Híbrida de Modelagem Neuronal e Controle Esta-</p><p>tístico de Processo. Rev. Bras. Farm, v. 89, n. 4, p. 279-289, 2008.</p><p>AULTON, E. M.; TAYLOR, K. M. G. Aulton’s pharmaceutics the design and manufacture of</p><p>medicines. 4 ed. Elsevier Editora Ltda: Rio de Janeiro, 2016.</p><p>CONDESSA, M. B. A política atual para a regulação de medicamentos no Brasil. Cenarium</p><p>Pharm, v. 2, n. 1, p. 1-34, 2005.</p><p>DENADAI, J. Operações unitárias: introdução e transporte de materiais. Centro Paula</p><p>Souza: São Paulo, 2013.</p><p>GADIPELLY, C. et al. Pharmaceutical industry wastewater: review of the technologies for</p><p>water treatment and reuse. Industrial & Engineering Chemistry Research, v. 53, n. 29, p.</p><p>11571-11592, 2014.</p><p>KHANAM, J. Unit Operations and Unit Processes. Jadavpur University, Kolkatta. 6 nov.</p><p>2007. Disponível em: http://124.124.221.9/bitstream/123456789/596/1/revised%20</p><p>Unit%20Process%20and%20unit%20operation.pdf. Acesso em: 27 maio 2020.</p><p>ISENMANN, A. F. Operações unitárias na indústria química. 3 ed. Edição do autor, Timó-</p><p>teo, 2018.</p><p>JØRGENSEN, A. C. et al. Visualization of a pharmaceutical unit operation: Wet granula-</p><p>tion. Analytical chemistry, v. 76, n. 18, p. 5331-5338, 2004.</p><p>LARSSON, D. G. J.; PEDRO, C.; PAXEUS, N. Effluent from drug manufactures contains</p><p>extremely high levels of pharmaceuticals. Journal of hazardous materials, v. 148, n. 3, p.</p><p>751-755, 2007.</p><p>LEE, S. L. et al. Modernizing pharmaceutical manufacturing: from batch to continuous</p><p>production. Journal of Pharmaceutical Innovation, v. 10, n. 3, p. 191-199, 2015.</p><p>LEWICKI, P. P. Design of hot air drying for better foods. Trends in Food Science & Techno-</p><p>logy, v. 17, n. 4, p. 153-163, 2006.</p><p>MITTAL, B. How to Develop Robust Solid Oral Dosage Forms: from conception to post-</p><p>-approval. Academic Press, 2016.</p><p>MORRIS, K. R. et al. Advances in pharmaceutical materials and processing. Pharmaceuti-</p><p>cal Science & Technology Today, v. 1, n. 6, p. 235-245, 1998.</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>PEREIRA, F. S. G. Processos Tecnológicos de Alimentos. Instituto federal de educação,</p><p>ciência e tecnologia de Pernambuco, Recife, 2015.</p><p>REDDY, B. V. et al. Water treatment process in pharma industry-a review. International</p><p>Journal of Pharmacy and Biological Sciences, v. 4, p. 2, 2014.</p><p>RIBEIRO, F. A. L. Tecnologias Analíticas em Processo - PAT. CRQ-4. 2014. Disponível em:</p><p>https://www.crq4.org.br/informativomat_1224. Acesso em: 20 maio 2020.</p><p>VANONI, V. A. Sedimentation engineering. American Society of Civil Engineers, Reston,</p><p>2006.</p><p>UNIDADE 2</p><p>Operações de processamento térmico</p><p>Olá,</p><p>Você está na unidade Operações de processamento térmico. Conheça aqui os princípios</p><p>do processamento térmico, diferentes formas de condução do calor, aspectos físicos e</p><p>operações envolvendo a transferência de calor, tecnologias aplicadas aos trocadores de</p><p>calor e condensadores, as principais operações unitárias observadas nas indústrias de</p><p>processamento, incluindo evaporação e destilação, além dos principais equipamentos</p><p>usados nesses processos.</p><p>Veja também os princípios das técnicas de irradiação, os equipamentos utilizados e sua</p><p>aplicação na indústria químico-farmacêutica.</p><p>Bons estudos!</p><p>Introdução</p><p>29</p><p>1 PRINCÍPIOS DO PROCESSAMENTO TÉRMICO</p><p>As tecnologias envolvendo o transporte de calor, como aquecimento e resfriamento, e os</p><p>processos que resultam destas operações, são consideradas etapas fundamentais nas indústrias</p><p>químicas e farmacêuticas. Observa-se que as técnicas, geralmente, utilizadas em grande escala</p><p>apresentam diferenças significativas daquelas aplicadas em escala de bancada, em que a maioria</p><p>destes procedimentos ocorre utilizando sistemas simples (ISENMANN, 2018).</p><p>Os principais métodos tradicionais para promover o processamento térmico implicam na</p><p>transferência por três diferentes formas, nomeadamente por condução, convecção e radiação.</p><p>Essa transferência, geralmente, ocorre por um dos dois primeiros processos (ROÇA, 2011).</p><p>• Condução</p><p>É caracterizada pela transferência direta do calor por contato, onde o aquecimento ocorre a</p><p>partir das paredes do recipiente que contém o material a ser aquecido (ROÇA, 2011).</p><p>• Convecção</p><p>O aquecimento por convecção está associado a transferência de calor pelo movimento da</p><p>massa de partículas aquecidas pelo ar, vapor ou água (ROÇA, 2011).</p><p>• Radiação</p><p>A energia é conduzida por ondas eletromagnéticas (ROÇA, 2011).</p><p>Na prática industrial, podemos classificar os processos envolvendo o processamento térmico</p><p>em processos de aquecimento ou resfriamento, que podem ocorrer de forma direta ou indireta.</p><p>1.1 Condução de calor</p><p>O transporte do calor via condução pode ser explicado a nível molecular. A definição de</p><p>calor considera o movimento e grau de agitação dos átomos e compostos moleculares. Estes</p><p>aspectos incluem, principalmente, vibrações angulares e de estiramento, mas os movimentos</p><p>rotacionais também desempenham um papel importante. As energias vibracionais das moléculas</p><p>armazenam energia na região típica do infravermelho, no caso das rotações, a região é típica</p><p>das micro-ondas. A energia, geralmente, pode ser transferida a uma molécula vizinha, que pode</p><p>receber e armazenar a energia na forma de rotação e vibração (ISENMANN, 2018).</p><p>De acordo com McCabe et al. (2004), um considerável número de operações realizadas nas</p><p>indústrias químicas envolve a produção ou absorção de energia na forma de calor. As leis que</p><p>regem a transferência de calor e os tipos de aparelhos que têm como objetivo principal o controle</p><p>do fluxo de calor são, portanto, de grande importância. Quando dois objetos em temperaturas</p><p>30</p><p>diferentes são colocados em contato térmico, os fluxos de calor passam do objeto na temperatura</p><p>mais alta para o objeto de temperatura mais baixa. O fluxo líquido está sempre na direção da</p><p>diminuição da temperatura.</p><p>Em muitas aplicações de trocas, o calor é transferido entre correntes de fluido sem nenhuma</p><p>mudança</p><p>de fase nos fluidos. Isso é, especialmente, importante nas operações de recuperação</p><p>de calor, como quando o efluente quente de um reator exotérmico é usado para pré-aquecer</p><p>a entrada do resfriador. Outros exemplos incluem a transferência de calor de uma corrente de</p><p>gás quente para a água de resfriamento, e a refrigeração de uma corrente de líquido quente</p><p>pelo ar. Em tais situações, os dois fluxos são separados por uma parede de metal, que constitui</p><p>a superfície de transferência de calor. A superfície pode consistir em tubos ou outros canais de</p><p>seção transversal constante, placas planas ou em dispositivos como motores a jato e máquinas</p><p>de força avançadas, de formas especiais projetadas para embalar uma área máxima de superfície</p><p>de transferência em um pequeno volume (MCCABE et al., 2004).</p><p>A maioria das transferências de calor fluido a fluido é realizada em equipamentos de estado</p><p>estacionário, mas também são usados regeneradores térmicos, nos quais um leito de formas</p><p>sólidas é aquecido alternadamente por um fluido quente e as formas quentes usadas para</p><p>aquecer um fluido mais frio em transferência de calor a alta temperatura (MCCABE et al., 2004).</p><p>1.2 Operações envolvendo a transferência de calor</p><p>Segundo Isenmann (2018), dispositivos ou equipamentos nos quais o calor está sendo</p><p>transferido de um meio para outro, incluem os trocadores de calor, evaporadores e condensadores.</p><p>A quantidade de calor a ser transferida em determinado tempo é definida de acordo com as</p><p>exigências da operação unitária, juntamente com as temperaturas de entrada e de saída, das</p><p>correntes trocadoras de calor.</p><p>Abraharnsson et al (1992) enfatizam que a evaporação e a secagem, juntamente com a</p><p>destilação, são as operações unitárias com maior consumo de energia na indústria de processos.</p><p>Uma parte do calor residual é teoricamente recuperável para produzir vapor ou fornecer outros</p><p>requisitos de aquecimento do processo. O calor recuperado reduziria a entrada de energia primária</p><p>FIQUE DE OLHO</p><p>Segundo Isenmann (2018), a condutividade térmica extraordinária dos metais se</p><p>deve à contribuição da mobilidade dos elétrons. Podemos afirmar que a sobretaxa em</p><p>condutividade térmica, dos metais acima dos não metais, se deve à transmissão do calor</p><p>pelos elétrons que, no caso dos metais, são quase livres.</p><p>31</p><p>no processo. A incorporação de vários tipos de bombas de calor em unidades diferentes em um</p><p>processo sobrecarregado por fluxos de calor residual, com níveis de temperatura adequados, é</p><p>um método eficiente para a recuperação de energia.</p><p>Atualmente, as exigências por processos mais eficientes e que visam economizar energia têm</p><p>promovido alterações significativas na forma como a indústria faz uso da energia envolvida ao</p><p>longo de uma linha de produção. A recuperação de calor, via trocadores de calor, tem se tornado</p><p>cada vez mais importante nas últimas décadas, sendo considerada uma área promissora. O</p><p>reaproveitamento dos calores gerados no processo industrial para outras finalidades constitui</p><p>uma importante linha de pesquisa, viabilizando reaproveitar o calor para outras atividades, como</p><p>pré-aquecimento da água, fonte de vapor para a turbina que aciona o compressor e muitas outras</p><p>(ISENMANN, 2018).</p><p>2 TROCADORES DE CALOR</p><p>De acordo com Lauar (2011), os trocadores de calor são caracterizados por equipamentos</p><p>comumente usados para trocar energia térmica através de dois ou mais fluidos. A partir do</p><p>advento tecnológico, tem-se observado seu emprego em um número cada vez maior de atividades</p><p>industriais e em diferentes processos, tais como produção de energia, indústria petrolífera,</p><p>farmacêutica, refrigeração, criogenia e outros. Os trocadores de calor utilizam a diferença de</p><p>temperatura entre dois fluidos para trocar energia térmica entre eles.</p><p>Devido a um conjunto de restrições e regulamentação impostas nas últimas décadas aos</p><p>trocadores de calor, referentes ao volume ocupado, desempenho, custos e ao uso de gás ou ar</p><p>como fluido de trabalho, diferentes classes de trocadores de calor foram desenvolvidas para</p><p>atender demandas da indústria. Em busca de processos eficientes e de economia de energia,</p><p>emergiu uma nova classe de trocadores de calor, os trocadores de calor compactos, do inglês</p><p>compact heat exchangers, com o intuito de superar alguns obstáculos e melhorar o processo.</p><p>Esses trocadores têm sido empregados em uma grande variedade de processos, e sua importância</p><p>tem sido reconhecida por diferentes setores industriais, incluindo setores automobilísticos,</p><p>produtores de energia e outros. O aumento no uso dessa tecnologia pode ser verificado pelo</p><p>incremento gradual da utilização de permutadores de calor e de outros trocadores de calor</p><p>compactos pela indústria, que, anteriormente, fazia uso de trocadores de calor não compactos</p><p>(LAUAR, 2011).</p><p>2.1 Trocadores de calor compactos</p><p>Os trocadores de calor compactos são caracterizados por terem uma densidade de área</p><p>comparativamente grande. A densidade da área é a razão entre a superfície de transferência</p><p>de calor e o volume do trocador de calor. Sua grande densidade de área, indicando pequeno</p><p>32</p><p>diâmetro hidráulico para fluxo de fluido, resulta em uma eficiência mais alta que o trocador de</p><p>calor convencional.</p><p>Pequenas passagens de fluxo têm dois efeitos, uma tendência ao fluxo laminar nos</p><p>canais e uma queda de pressão alta. O fluxo laminar está associado a baixos coeficientes de</p><p>transferência de calor e, portanto, a eficiência é, necessariamente, melhorada por várias técnicas</p><p>de aprimoramento da transferência de calor, que trouxeram uma variedade de trocadores de</p><p>calor compactos. Alguns destes são usados há muitas décadas, outros foram recentemente</p><p>introduzidos no mercado; enquanto vários tipos ainda estão sendo testados em laboratório.</p><p>A necessária redução do consumo de energia, a minimização do investimento de capital e a</p><p>melhoria da adaptabilidade dos componentes levaram ao rápido desenvolvimento da pesquisa</p><p>sobre trocadores de calor compactos (LI et al, 2011).</p><p>Utilize o QR Code para assistir ao vídeo:</p><p>A primeira patente para um trocador de calor compacto foi do denominado trocador de calor</p><p>de placas, concedida a um alemão, Albretch Dracke, em 1878, e o primeiro trocador de calor de</p><p>placas comercialmente operacional foi inventada em 1923 pelo Dr. Richard Seligman, fundador</p><p>da Aluminium Plant and Vessel Company Ltd, na Inglaterra. O conceito tradicional de um trocador</p><p>de calor de placas consiste em uma série de chapas onduladas suportadas por uma estrutura</p><p>rígida. A vedação entre correntes é realizada por juntas. Além disso, a passagem múltipla pode ser</p><p>acomodada com placas vazias dentro da pilha. Várias especificações podem ser correspondidas</p><p>adicionando ou removendo algumas placas ou com diferentes padrões de placas (LI et al, 2011).</p><p>De acordo com Silva (2016), o desempenho de um trocador de calor depende da transferência</p><p>de calor entre os fluidos de trabalho que passam através dele. A taxa de transferência de calor</p><p>para fluxo turbulento é maior que a do fluxo laminar, e diferentes tecnologias são usadas para</p><p>33</p><p>melhorar a transferência de calor, introduzindo turbulência, melhor mistura de fluidos e assim</p><p>por diante. No entanto, é provável que qualquer tecnologia que aprimore a transferência de calor</p><p>aumente a queda de pressão, e é de conhecimento geral que a taxa de aumento da queda de</p><p>pressão costuma ser maior do que a taxa de melhoria da transferência de calor.</p><p>Os trocadores de calor compactos desempenham um papel importante na economia e alta</p><p>eficiência na utilização de energia. Nos próximos anos, o aumento da demanda por trocadores de</p><p>calor, em conformidade com os princípios de sustentabilidade ecológica e econômica, certamente</p><p>expandirá ainda mais suas aplicações industriais. Para o futuro, acredita-se que a ampla visão</p><p>geral dos diferentes tipos de trocadores de calor compactos ajudará os fabricantes a projetar e</p><p>adequá-los a necessidades específicas (LI et al, 2011).</p><p>2.2 Condensadores</p><p>Lauar (2011)</p><p>descreve que os trocadores de calor apresentam um grande potencial de</p><p>aplicação nos processos de refrigeração e condicionamento de ar. Dentre eles, destacam-se os</p><p>condensadores, que são equipamentos prioritários nestes sistemas. Um condensador pode ser</p><p>definido como um trocador de calor em que os fluidos mudam de estado físico, o calor liberado</p><p>na mudança de fase do fluido refrigerante é, posteriormente, removido através do condensador.</p><p>O processo de refrigeração pode ser definido como processos que envolvem a remoção de calor.</p><p>• A refrigeração constitui-se em um conjunto de processos aplicados para reduzir ou man-</p><p>ter a temperatura de um material ou espaço.</p><p>• Os condensadores utilizados para a refrigeração operam em um ciclo de compressão de</p><p>vapor.</p><p>• O agente refrigerante entra no evaporador como uma mistura de duas fases, líquido-vapor.</p><p>• Neste equipamento, parte do refrigerante muda de fase, passando de líquido para vapor</p><p>em função da transferência de calor do meio refrigerado para o refrigerante.</p><p>Como o agente refrigerante está mudando de fase, a pressão e a temperatura podem ser</p><p>consideradas constantes nesta etapa, porém pode ser observada uma queda de pressão. Em</p><p>seguida, o refrigerante é comprimido no compressor, elevando a pressão e temperatura. O</p><p>refrigerante segue então para o condensador, onde o vapor muda de fase novamente, passando</p><p>para o estado líquido e liberando energia para o meio. O ciclo se encerra quando o refrigerante</p><p>em estado líquido é forçado a passar por um processo onde a pressão e a temperatura caem.</p><p>Nesta etapa, o refrigerante está pronto para recomeçar o ciclo absorvendo calor no evaporador</p><p>(LAUAR, 2011).</p><p>Wu et al. (2010) descrevem que, recentemente, uma ideia e tecnologia inovadora foram</p><p>propostas para projetar um novo tipo de condensadores de alto desempenho e trocadores de</p><p>34</p><p>calor. Esse tipo de condensador funciona separando automaticamente o líquido do gás e faz com</p><p>que a condensação sempre ocorra no modo de condensação em um filme fino e instável em todo</p><p>o condensador, o que resulta em um coeficiente médio de transferência de calor muito alto.</p><p>O condensador de refrigeração a ar é um tipo importante de trocador de calor devido à sua</p><p>aplicabilidade a uma variedade de equipamentos e processos de engenharia, como engenharia</p><p>de energia, processos químicos e ar-condicionado. As desvantagens de um condensador de</p><p>refrigeração a ar incluem um baixo coeficiente geral de transferência de calor e grande queda</p><p>de pressão. Normalmente, tubos aprimorados ou aumento da área de transferência de calor são</p><p>empregados para melhorar significativamente o desempenho dos condensadores. No entanto,</p><p>dessa forma, o custo de fabricação e o consumo de energia aumentam consideravelmente. Até</p><p>agora, esse tipo de aprimoramento da transferência de calor quase atinge seu limite máximo</p><p>devido a poucos benefícios (WU, et al, 2010).</p><p>3 DESTILAÇÃO</p><p>Existem diversos processos de separação de misturas homogêneas e azeotrópicas, como, por</p><p>exemplo, desidratação química, destilação azeotrópica, destilação extrativa, adsorção e destilação a</p><p>vácuo. Entretanto, estes processos são de alto custo, e os solventes utilizados são tóxicos e vêm sendo</p><p>relacionados a graves problemas ambientais. Por isso, muitos estudos vêm sendo feitos ao longo dos</p><p>anos a fim de que se obtenha um processo mais eficiente e sustentável (HOLLANDA, 2016).</p><p>Segundo Mesquita (2017), a destilação tem sido também amplamente empregada no</p><p>refino do petróleo. Ela tem como objetivo separar as frações que o compõe, processando-</p><p>as e transformando-as em produtos de grande utilidade, inclusive insumos para a indústria</p><p>farmoquímica. Para isto, são necessárias diversas operações físicas e químicas integradas. Neste</p><p>caso, os principais tipos de destilação empregados incluem a destilação atmosférica, a destilação</p><p>extrativa e a destilação a vácuo.</p><p>3.1 Destilação na indústria farmacêutica e farmoquímica</p><p>De acordo com Wilcox (1997), nas indústrias farmacêutica e farmoquímica, a separação é uma</p><p>das operações unitárias mais amplamente usadas. Seus principais usos incluem a recuperação de</p><p>reagentes e solventes para reciclagem, a purificação de produtos para venda e o processamento</p><p>de fluxos de subprodutos para a minimização de resíduos. Embora existam muitas técnicas de</p><p>separação, a mais utilizada é a destilação. A destilação é simples, possui poucas partes móveis. É</p><p>bem entendida, pode ser simulada prontamente e, geralmente, apresenta baixo custo de capital.</p><p>Do lado negativo, está o alto custo operacional associado aos altos requisitos de energia para</p><p>vaporizar e condensar. Atualmente, a maioria das simulações de destilação é feita no computador,</p><p>e existem muitas referências excelentes que fornecem relatos detalhados da matemática. Dentre</p><p>35</p><p>os principais usos da destilação pela indústria farmacêutica estão a purificação, separação de</p><p>componentes de uma mistura azeotrópica e realização da destilação em lotes.</p><p>3.2 Destilação extrativa</p><p>De acordo com Lei, Li e Chen (2003), a destilação extrativa é, comumente, aplicada na indústria</p><p>e está se tornando um método de separação cada vez mais importante. A escala do produto em</p><p>equipamentos industriais é diversa. Uma aplicação é a separação de hidrocarbonetos com ponto</p><p>de ebulição próximo, como misturas com butano, pentano e hexano e outras. Também pode ser</p><p>usada para a separação de misturas que exibem um azeótropo, como álcool e água, ácido acético</p><p>e água, acetona e metanol e outras.</p><p>Na destilação extrativa, um solvente adicional, isto é, um agente de separação, é usado para alterar a</p><p>volatilidade relativa dos componentes a serem separados. Dessa forma, é possível obter um componente</p><p>puro no topo de uma coluna e outro, junto com o solvente no fundo, que pode ser facilmente separado</p><p>em uma coluna de destilação secundária, devido a um alto ponto de ebulição do solvente. O solvente</p><p>não precisa ser vaporizado no processo de destilação extrativo (LEI; LI; CHEN, 2003).</p><p>4 EQUIPAMENTOS E PROCESSOS DE EVAPORAÇÃO</p><p>Mccabe et al. (2004) enfatizam que o objetivo da evaporação é concentrar uma solução que</p><p>consiste em um soluto não volátil e um solvente volátil. Na maioria dos casos, o solvente é a água.</p><p>• A evaporação é realizada vaporizando uma porção do solvente para produzir uma solu-</p><p>ção concentrada.</p><p>• A evaporação se difere da secagem, pois o resíduo é líquido, às vezes altamente viscoso,</p><p>e não sólido. Difere da destilação, pois o vapor, geralmente, é um componente único,</p><p>mesmo quando o vapor se divide em frações.</p><p>• Difere-se da cristalização, pois a ênfase é colocada na concentração de uma solução, em</p><p>vez de formar e construir cristais.</p><p>A evaporação é uma operação unitária que separa um líquido dos sólidos por meio de</p><p>transferência de calor por vaporização ou fervura. A evaporação de uma porção do solvente</p><p>concentra o soluto em um produto líquido mais viscoso. A evaporação é usada regularmente</p><p>nas indústrias de processamento de alimentos, química, papel e farmacêutica para produzir</p><p>concentrados líquidos. A evaporação pode ser realizada em processos de lote ou processos</p><p>contínuos. No processo contínuo os fluxos de alimentação e produto são contínuos e suas</p><p>concentrações permanecem constantes. Os evaporadores são, geralmente, compostos de duas</p><p>seções: uma seção de aquecimento, chamada de caixa de vapor, e uma seção de separação de</p><p>vapor e líquido (HACKETT, 2018).</p><p>36</p><p>4.1 Aspectos gerais</p><p>A evaporação é amplamente usada para concentrar alimentos, produtos químicos e solventes</p><p>de recuperação. Se um único evaporador é usado para a concentração de qualquer solução, ele</p><p>é chamado de sistema de evaporador de efeito único e, se mais de um evaporador for usado</p><p>em série para a concentração de qualquer solução, é chamado de sistema de evaporador de</p><p>efeito múltiplo. Diferentemente dos evaporadores de efeito único, esses evaporadores podem</p><p>ser compostos por até sete estágios no evaporador. A adição de um evaporador ao efeito único</p><p>diminui</p><p>o consumo de energia para 50% da quantidade original. Adicionar outro efeito reduz</p><p>para 33% e assim por diante. O número de efeitos em um evaporador de efeitos múltiplos é,</p><p>geralmente, restrito a sete, porque depois disso, o custo do equipamento começa a recuperar o</p><p>dinheiro economizado com a queda de demanda de energia (RAGHURAMAN, 2011).</p><p>Conforme McCabe et al. (2004), na evaporação, normalmente, o líquido espesso é o produto</p><p>valioso, e o vapor é condensado e descartado. Em uma situação específica, no entanto, o</p><p>inverso é verdadeiro. A água contendo minerais é, frequentemente, evaporada para fornecer</p><p>um produto sem sólidos para alimentação de caldeiras, para requisitos especiais de processo</p><p>ou para consumo humano. Essa técnica é, comumente, chamada de destilação de água, mas,</p><p>tecnicamente, é evaporação. Processos de evaporação em larga escala foram desenvolvidos e</p><p>usados para recuperar água potável da água do mar.</p><p>A maioria dos evaporadores é aquecida por condensação de vapor em tubos de metal.</p><p>Quase sempre o material a ser evaporado é líquido em ebulição e está sob vácuo moderado a</p><p>pressões de até 0,05 atm. Reduzir a temperatura de ebulição do líquido aumenta a diferença de</p><p>temperatura entre o vapor e o líquido e, portanto, aumenta a taxa de transferência de calor no</p><p>evaporador (MCCABE et al, 2004).</p><p>4.2 Equipamentos empregados</p><p>Westphalen (1999) enfatiza que os processos de evaporação são caracterizados por uma</p><p>variedade considerável de tipos de equipamentos empregados, que apresentam geometrias</p><p>particulares. De forma generalizada, todos os tipos deste equipamento apresentam uma</p><p>FIQUE DE OLHO</p><p>De acordo com Raghuraman (2011), a evaporação também tem sido amplamente utilizada</p><p>na indústria farmacêutica para obter um produto concentrado e melhorar a estabilidade dos</p><p>produtos.</p><p>37</p><p>superfície de aquecimento para a transferência de calor a partir de um meio de calor e um meio</p><p>de separação entre a água evaporada e o líquido residual.</p><p>Segundo Patel e Mavani (2012), os evaporadores são amplamente classificados em quatro</p><p>categorias diferentes.</p><p>• Evaporadores nos quais o meio de aquecimento é separado do líquido de evaporação por</p><p>superfícies de</p><p>• aquecimento tubulares.</p><p>• Evaporadores nos quais o meio de aquecimento é confinado por bobinas, jaquetas, pare-</p><p>des duplas etc.</p><p>• Evaporadores nos quais o meio de aquecimento é colocado em contato direto com o</p><p>fluido de evaporação.</p><p>• Evaporadores em que o aquecimento é feito com radiação solar.</p><p>Evaporadores solares são uma das formas mais antigas de evaporação conhecidas pelo</p><p>homem e utilizada até hoje para a produção de sal. Esta operação consiste numa série de lagoas</p><p>nas quais a água do mar é concentrada utilizando como forma de aquecimento a energia solar.</p><p>Como estes processos dependem de condições meteorológicas, não têm sido aplicados em</p><p>processos industriais (WESTPHALEN, 1999).</p><p>Utilize o QR Code para assistir ao vídeo:</p><p>5 TÉCNICAS DE IRRADIAÇÃO</p><p>De acordo com Ornellas et al. (2006), a irradiação tem sido amplamente utilizada pela indústria</p><p>por sua capacidade de destruir microrganismos patogênicos e que provocam a deterioração. É</p><p>38</p><p>também empregada para retardar o processo germinativo em produtos vegetais. A irradiação</p><p>é um processo físico, que vem sendo estudado e empregado há vários anos. O seu uso foi r</p><p>egulamentado pela Food and Drug Adminstration (FDA) em 1963, e suas aplicações têm sido</p><p>guiadas sob as regras de boas práticas de fabricação.</p><p>Figura 1 - Processo de irradiação de ovos</p><p>Fonte: Phonkrit Ninchak, Shutterstock, 2020.</p><p>#ParaCegoVer: A imagem mostra o processo de higienização de ovos, por meio de um</p><p>equipamento de irradiação ultravioleta, utilizado pela indústria dos alimentos. Os ovos saem</p><p>limpos após o processo de irradiação.</p><p>Silva e Roza (2010) enfatizam que a irradiação tem sido amplamente empregada no tratamento</p><p>de alimentos, apresentando crescimento significativo ao redor do mundo. Porém, ainda é pouco</p><p>difundida no Brasil. Alimentos como grãos, carnes, especiarias, frutas e tubérculos são tratados</p><p>por esse processo há bastante tempo. A irradiação consiste na exposição de dado material de</p><p>origem vegetal ou animal à radiação ionizante, proveniente tanto de uma máquina de feixes de</p><p>elétrons como de fontes radioativas. Apenas as fontes de radioisótopos do cobalto-60 e cesio-137</p><p>são consideradas para uso comercial, devido à produção de raios gama de energias adequadas,</p><p>disponibilidade e custo, sendo que a fonte de cobalto-60 tem maior aceitação por apresentar-se</p><p>na forma metálica e ser insolúvel em água, proporcionando assim maior segurança ambiental.</p><p>A irradiação atua impedindo a divisão de células vivas, como bactérias e células de organismos</p><p>superiores, pois altera suas estruturas moleculares.</p><p>5.1 Aspectos gerais</p><p>De acordo com Pino e Giovedi (2013), a radiação ionizante pode ser aplicada com diferentes</p><p>39</p><p>finalidades na indústria. Dentre elas, destacam-se a realização de ensaios não-destrutivos,</p><p>modificação de materiais poliméricos, preservação e desinfestação de produtos alimentícios e</p><p>esterilização de produtos farmacêuticos, médicos e cirúrgicos. No caso da realização de ensaios</p><p>não-destrutivos, utiliza-se a propriedade de penetração da radiação na matéria para a inspeção</p><p>do interior de materiais e conjuntos lacrados. A esterilização de produtos farmacêuticos, médicos</p><p>e cirúrgicos baseia-se na eliminação de microrganismos nocivos à saúde por meio da energia</p><p>associada à radiação ionizante. Dentre as vantagens desta técnica destacam-se o fato de não ser</p><p>necessária a utilização de calor, e de os materiais já serem esterilizados embalados, eliminando</p><p>assim os riscos de contaminação após a realização do procedimento.</p><p>Pino e Giovedi (2013) enfatizam que a radiação ionizante, devido às suas características e aos</p><p>efeitos que produzem ao interagir com a matéria, pode ser aplicada a processos industriais de</p><p>grande relevância econômica. Atualmente, a ação da radiação ionizante tem sido amplamente</p><p>aplicada na indústria visando à melhoria da qualidade de produtos. Esta tecnologia apresenta</p><p>um futuro promissor devido à contínua e crescente utilização dos processos já estabelecidos e</p><p>às permanentes atividades de pesquisa e de desenvolvimento realizadas nesta área. Tais fatos,</p><p>aliados ao desenvolvimento de sistemas de irradiação mais versáteis e econômicos, representam</p><p>um passo importante para a expansão do uso desta tecnologia em diferentes atividades</p><p>industriais, bem como na área médica.</p><p>Utilize o QR Code para assistir ao vídeo:</p><p>5.2 Tecnologia da irradiação na indústria químico-farmacêutica</p><p>De acordo com Mastro (1995), embora as drogas, como os antibióticos, possam atacar e</p><p>destruir as bactérias no corpo humano, elas não são auto-esterilizantes. Os materiais farmacêuticos</p><p>e seus adjuvantes associados, podem alojar bactérias, seja a partir da fonte primária de origem ou</p><p>introduzidas durante o processo de produção. A esterilização destes materiais pode apresentar</p><p>problemas já, que muitas substâncias podem reagir com o óxido de etileno, produzindo produtos</p><p>40</p><p>tóxicos e instáveis ao calor. A solução mais simples, isto é, a manufatura destes produtos num</p><p>ambiente estéril, é extremamente cara. A irradiação, entretanto, oferece uma alternativa válida,</p><p>mas que não pode ser considerada uma panaceia aplicável indiscriminadamente em todos os</p><p>casos e misturas. A maior parte dos produtos farmacêuticos sólidos que são irradiados secos</p><p>não apresentam perda significativa de potência quando irradiados a uma potência adequada.</p><p>De maneira geral, a esterilização por irradiação pode ser aplicada nas seguintes classes de</p><p>preparações farmacêuticas:</p><p>• preparações injetáveis fornecidas no estado seco para serem reconstituídas imediata-</p><p>mente antes da administração;</p><p>• soluções aquosas de certos eletrólitos;</p><p>• antibióticos e esteroides em pó;</p><p>• unguentos oftálmicos;</p><p>• enzimas e outros materiais farmacêuticos que não precisam estar estéreis, mas que não</p><p>devem conter</p>