GEL DE HIDRÓXIDO DE ALUMINIO: ANÁLISIS COMPARATIVO

Rev Cubana Farm 2000;34(2):87-92
Artículos Originales
Empresa Farmacéutica “8 de marzo”
GEL DE HIDRÓXIDO DE ALUMINIO: ANÁLISIS COMPARATIVO
DE MÉTODOS DE SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO
QUE SE UTILIZAN EN SU PRODUCCIÓN
Jesús García Valdés1 y Martha Gómez Carril1
RESUMEN
Se analizó de forma comparativa diferentes variantes de separación sólido-líquido para la obtención del gel de hidróxido de aluminio como sedimentación,
filtración al vacío (por lotes y continua), filtración a presión y centrifugación.
Se presentan las ventajas y desventajas de cada variante incluyendo un análisis
técnico-económico de éstas. Se concluye que el uso de un filtro rotatorio al vacío
satisface los requerimientos establecidos.
Descriptores DeCS: HIDROXIDO DE ALUMINIO/química; INDUSTRIA
FARMACEUTICA; COMPOSICION DE MEDICAMENTOS/métodos.
El gel de hidróxido de aluminio es el
antiácido no sistémico más utilizado en el
mundo en la terapia gastroduodenal. Su
administración puede ser en preparaciones
líquidas orales así como formas sólidas.1
Para la preparación de las formas líquidas
se recomienda el uso del gel de hidróxido
de aluminio compresado; sin embargo, en
Cuba por limitaciones económicas, el gel
de hidróxido de aluminio que se ha
1
importado para estos fines es el gel seco,
que ha ocasionado innumerables problemas
en la elaboración de las suspensiones.
Esta situación ha llevado a nuestra
Industria Farmacéutica a desarrollar una
tecnología de obtención para el gel de
hidróxido de aluminio compresado, a partir
de sulfato de aluminio producción nacional
(Electroquímica de Sagua) y de carbonato
de sodio importado.
Investigador Titular.
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La reacción que tiene lugar se
representa por la ecuación siguiente:
Los métodos de separación sólido-líquido utilizados siguen los principios
descritos en la literatura especializada.2-5
Estos métodos se describen brevemente a
continuación:
Sedimentación. Se basa en el asentamiento de un sólido en dispersión en
un medio líquido durante un tiempo
determinado. El líquido se decanta y el
sedimento se mezcla nuevamente con una
cantidad adicional de líquido. La operación
se repite hasta que el contenido del soluto
a eliminar, soluble en el líquido, se encuentre
dentro de los límites establecidos.
Para la eliminación del sulfato de sodio
presente en la reacción de obtención del
gel de hidróxido de aluminio, el volumen de
cada lote de reacción se llevó al doble con
agua potable y se dejó sedimentar durante
16 h; posteriormente se eliminó por
decantación el sobrenadante hasta alcanzar
el volumen inicial de reacción. Esta
operación se repitió hasta alcanzar el
contenido permisible de sulfato en la
suspensión.
Filtración. La filtración es la separación
de partículas suspendidas en un líquido
haciendo pasar dicha suspensión a través
de un tabique permeable denominado medio
filtrante, el cual es atravesado por el líquido,
quedando retenidas las partículas sobre el
medio filtrante. Para lograr el paso del
líquido se emplea un diferencial de presión
entre ambas caras del medio filtrante. La
torta formada se puede lavar mediante el
empleo de líquido de lavado.
Filtración al vacío por lotes. En este
caso para la eliminación del sulfato de sodio
presente en la reacción de obtención del
gel de hidróxido de aluminio, se filtró la
mezcla de reacción con un nivel de presión
reducida constante, realizándose el lavado
en estas mismas condiciones y pasando
agua continuamente a través del sólido
retenido en el filtro al vacío de porcelana,
con un diámetro de 30 cm.
Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 3CO2
En la reacción anterior se observa que
como subproducto de ella se obtienen
cantidades significativas de sulfato de
sodio que es necesario eliminar para
obtener un producto que cumpla con los
requerimientos de la Farmacopea de los
EE.UU.
Por lo antes expuesto hay que
introducir en el proceso tecnológico una
operación de separación sólido-líquido
para eliminar las aguas madre con posterior
lavado del sólido.
En nuestro trabajo se evalúan las
variantes de separación siguientes:
sedimentación, filtración al vacío por lote,
filtración al vacío continuo, filtración a
presión, centrifugación-filtración y la
centrifugación-sedimentación.
MÉTODOS
La reacción de obtención del gel de
hidróxido de aluminio se efectuó según la
tecnología desarrollada por los autores del
presente trabajo (fig.). Las características
de la suspensión utilizada se resumen a
continuación:
– Contenido de óxido de aluminio: 4 %
– Contenido de sulfato de sodio: 13–16 %
– Densidad: 1,183 + 0,005
– Densidad del sólido suspendido: 1,24–1,25
– Densidad del líquido madres: 1,13 – 1,14
– Sólido volumétrico: 52,6 %
Teniendo en cuenta la necesidad anual
de gel de hidróxido de aluminio y el tiempo
que se dedicaría en la instalación propuesta
para la obtención de este producto, se pudo
calcular que el sistema de separación
sólido-líquido debía tener capacidad para
separar y lavar 20 000 L diarios de reacción.
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S u lf a to
de
a l u m in io
A gu a
d e si o n iz a d a
C a rb o n a to
de
p o t as io
A g ua
d e si o n iz a d a
D iso l u c ió n
D iso l u c ió n
F il tra c ió n
por
p la c a c e l ul o sa
F il tra c ió n
por
p la c a c e l ul o sa
R e a c c i ón
S e p a ra c ió n
G el
h id ró x id o
a l u m in o
si n la v a r
LM
(S O 4 N a 2)
A g ua s
L avados
L avado
G el
h id ró x id o
a l u m in io
FIG. Diagrama de flujo para la
obtención del gel de hidróxido de
aluminio.
Filtración al vacío continuo. El tipo más
común de filtro al vacío continuo es el filtro
rotatorio, el cual consiste en un tambor
horizontal que gira a una velocidad
determinada; el tambor se cubre de un medio
filtrante adecuado el que se sumerge
parcialmente en el líquido para formar una
capa de sólidos sobre éste con la aplicación
de vacío. La capa de sólido se lava
continuamente mientras gira el tambor, la
cual se desprende posteriormente con la
aplicación de aire y la ayuda de una cuchilla
adecuada, recogiéndose en un recipiente
colector.
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Esta variante fue ensayada en un filtro
rotatorio al vacío piloto, Larox VF 05 de 0,5 m2
de superficie filtrante de la firma Larox.
Filtración a presión. Esta variante fue
ensayada en un filtro a presión Labox de la
firma Larox, de 25 cm2 de superficie.
Centrifugación. Consiste en separar
sustancias sólidas suspendidas en líquidos,
para lo cual se aprovecha la fuerza centrífuga
que se produce en todo cuerpo que gira.
Esta fuerza opera sobre los componentes
de una mezcla y los arroja con gran fuerza
en dirección opuesta al centro de
revolución. Como la fuerza centrífuga será
mayor en la sustancia más densa, ésta se
dirige al fondo de la centrífuga.
Para estudiar esta variante de separación y lavado, la suspensión de
reacción se introdujo en una centrífuga de
filtración con cesto de 12 cm de diámetro y
4 cm de alto, empleando “un telo” apropiado
y operándola a 450 G.
Centrifugación con rotor de sedimentación. En esta variante se utilizó una
centrífuga de discos y boquillas de la firma
Westfalia modelo SKOG-205, con
alimentación de la suspensión que se
sometió a un factor centrífugo de 5 000 G
descargándose el líquido clarificado libre
de espuma. Los sólidos concentrados se
descargaron continuamente a través de las
boquillas. Estos sólidos se resuspendieron
en agua y se procedió a su separación con
el empleo de la centrífuga. El proceso de
resuspensión y centrifugación se repitió
hasta alcanzar el contenido máximo de
sulfato en la suspensión.
El tiempo total requerido por lote fue
de 200 h.
Se obtuvo una suspensión con una
concentración aproximada de 4 % de Al2O3.
Filtración al vacío por lotes. Las
variables óptimas de operación determinadas fueron las siguientes:
– Dosificación de la reacción: 40 L/m2 de
tejido filtrante.
– Diferencia de presión: 590 mmHg
(manométrico).
Lavado: se requieren 4 L de agua cruda
y 0,5 L de agua desionizada por cada litro
de reacción.
Tiempo de descarga total: 30 min.
Se obtuvo un gel compresado con una
concentración aproximada del 9 % de
Al 2 O3.
Filtración al vacío continuo. Se
determinó que para las cantidades de
suspensión a procesar anualmente, en
esta variante se requería: un filtro rotatorio Larox modelo VF 18/9 de 9 m 2, con
2 colectores, uno para el líquido madre y
otro para las aguas de lavado, y 4 líneas de
lavado con 6 boquillas cada una.
Los parámetros de operación serían:
– Velocidad de rotación:1 rpm
– Tejido filtrante: 71-2510
– Capacidad de filtración: 4-5 L de
reacción/m2/min.
– Lavado: Se requieren 5 L de agua cruda y
5 L de agua desionizada por cada litro de
reacción.
Se obtuvo un gel compresado con una
concentración aproximada del 8 % de Al2O3.
Filtración a presión. Durante la
ejecución de los ensayos se pudo
comprobar que este método no era
adecuado para el gel de hidróxido de
aluminio, pues la capa de sólido que se forma
RESULTADOS
Sedimentación. Se comprobó que al
emplear esta variante se requería realizar el
proceso de lavado 8 veces con agua potable
y finalmente 2 veces con agua desionizada.
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sobre el tejido se cuartea, produciéndose
canalizaciones que imposibilitan su lavado.
Por ende esta variante fue rechazada.
Centrifugación por filtración. Para esta
variante se determinaron las variables que
resultaban críticas en la operación, y se
establecieron los parámetros de operación
siguientes:
Centrífuga de sedimentación. En este
caso se estableció que se requerían 4 centrífugas HD-30 de la firma Westfalia,
conectadas en serie para lograr una buena
separación y lavado del gel de hidróxido de
aluminio, lo cual se comprobó al recibir una
oferta de esta firma especializada.
Se comprobó que para el lavado se
requieren 3 L de agua desionizada por cada
litro de reacción.
Se obtuvo un gel compresado con una
concentración aproximada del 6 % de Al2O3.
En la tabla 1 se resumen los requerimientos para las diferentes variantes
de separación y lavado estudiadas. La
tabla 2 muestra los gastos monetarios en
que se incurrirían para realizar 1 d de
operación (20 000 L de reacción).
– Dosificación: 45 L de reacción/m2
– Medio filtrante: tejido 2074
– Tiempo de trabajo para cada carga de la
centrífuga: 1 h
– Centrifugaciones por día: 12-14
– Lavado (litro/litro de reacción): 7 L de
agua cruda más 2 L de agua desionizada
Se obtuvo un gel compresado con una
concentración aproximada del 8 % de Al2O3.
TABLA 1. Requerimientos para la operación de separación y lavado
Variante
Área
ocupada
Cantidad
m2
Equipo
requerido
Sedimentación Tanque 40 m3
Filtración al vacío Filtro de 2 m2 área
por lotes
filtrante
Filtro
Filtración al
rotatorio
vacío continua
de 9 m2
Centrífuga
Centrifugación- diámetro
-filtración
1 500 mm
Separador
Centrifugación- a boquilla
-sedimentación HD-30
Agua
cruda
m3
Agua
desionizada
m3
Electricidad kWh
Personal
12
216
160
40
240
1 operador A
1 operador B
31
216
80
10
560
10 operadores A
1
42
100
100
443
3 operadores B
10
32
140
40
2 800
5 operadores B
4
42
-
60
440
1 operador A
1 auxiliar
TABLA 2. Gastos monetarios para 1 d de operación
Variante
Sedimentación
Filtración al vacío
por lotes
Filtración al vacío
continua
Centrifugación-filtración
Centrifugación-sedimentación
Depreciación
Agua
Electricidad
Mano de obra
Total
144,18
36,00
20,38
17,92
$ 218,48
67,01
60,00
37,61
29,29
$ 275,85
149,29
13,00
33,96
97,60
$ 211,91
263,37
34,00
237,72
97,60
$ 632,69
162,96
20,00
37,36
17,92
$ 238,24
91
DISCUSIÓN
más costosa sería el uso de la centrífuga de
filtración ($ 632,69).
Se concluye que el uso del filtro
rotatorio al vacío es el procedimiento más
adecuado para la separación y lavado del
gel de hidróxido de aluminio, por ser ésta la
variante más conveniente tanto desde el
punto de vista técnico como económico.
Del análisis de los resultados expuestos
en la tabla 2 se pone de manifiesto que la
variante más económica para cumplir los
requerimientos productivos es el uso de la
filtración al vacío continuo, pues presenta el
menor gasto diario ($211,91). La variante
SUMMARY
Different variants of solid-liquid separation for the obtention of aluminum
hydroxide, such as sedimentation, vacuum filtration (by lots and continual),
pressure filtration and centrifugation were comparatively analyzed. The
advantages and disadvantages of each variant, including a technical and economic
analysis, were presented. It was concluded that the use of a vacuum rotary filter
meets the established requirements.
Subject headigns: ALUMINUM HYDROXIDE/chemistry; DRUG INDUSTRY;
DRUG COMPOUNDING/methods.
REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS
1 . Martin WE. Farmacia práctica de Remington XII. 2 ed. en español, La Habana: Edición Revolucionaria,
Instituto Cubano del Libro 1972;t1.762.3.
2 . McCabe WL, Smith JC. Unit operations of engineering. New York: MacGraw-Hill; 1966:324-53.
3 . Perry R, Green D, ed. Perry´s chemical engineers handbook 6 ed. New York: McGraw Hill; 1984:57-87.
4 . Rantala P. Cake washing in solid/liquid separation. Proc. Vth World Filtration Congress, Societé Francaise
de Filtration, Nice, France, June 1990;1:74-9.
5 . Dream RF. Centrifugation and its application in the biotechnology industry. Pharm Eng 1992;
12(Nov-Dec): 44-52.
Recibido: 8 de diciembre de 1999. Aprobado:14 de enero del 2000.
Ing. Jesus García Valdés. Avenida 313 No. 16408 esquina 164 A, Reparto Lutgardita, municipio Rancho
Bayeros, Ciudad de La Habana, Cuba.
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