MX2011009913A - Proceso para la fabricación de un material absorbente de dióxido de carbono con indicador de color. - Google Patents

Abstract

Proceso para la fabricación de un material absorbente de CO2 con indicador de color, que se forma a partir de agua que provenga de una planta de tratamiento, Hidróxido de Calcio, Cloruro de Calcio y un agente endurecedor a base de Carbonato de Calcio, Sulfato de Calcio y Caolín, y que obtiene como resultado un producto granular blanco con partículas de 4mm de espesor que al llegar a su punto de equilibrio de reacción ácido-base cambia su coloración a azul-violeta a la adición del indicador Etil Violeta en él.

Description

PROCESO PARA LA FABRICACIÓN DE UN MATERIAL ABSORBENTE DE DIÓXIDO DE CARBONO CON INDICADOR DE COLOR OBJETO DE LA INVENCIÓN Describir un proceso para la fabricación de un material absorbente de Dióxido de Carbono (COj) con indicador de color, el cual se elabora por medio de Hidróxido de Calcio (Ca(OH)), Cloruro de Calcio como humectante y un endurecedor proveniente de una mezcla de Carbonato de Calcio, Sulfato de Calcio y Caolín. La característica principal de este-producto es la mejora en la selección de los materiales para elaborarlo ya que evitan la corrosión, irritabilidad y toxicidad, además de que utiliza un indicador de color para hacer notorio el punto de equilibrio de la reacción ácido - base cuando este se satura de Dióxido de Carbono. El material seco sirve de complemento en los respiradores artificiales de hospitales para evitar que los pacientes en los cuales es necesario, se intoxiquen con el dióxido de carbono qu e liberan durante la exhalación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN A lo largo del tiempo, siempre han existido personas con la necesidad de utilizar un respirador, ya sea por accidentes, enfermedades o por los efectos de la anestesia en las operaciones. Es por esto que médicos e investigadores se vieron en la necesidad de crear materiales que pudieran absorber el Dióxido de Carbono (C02) que era liberado por los pacientes durante la respiración asistida, para evitar que se intoxicaran con estos gases liberados durante la exhalación.

El uso de este tipo de materiales absorbentes de C02 para los circuitos de respiración que se daban, tuvieron sus inicios en 1914 cuando el farmacólogo Dennis Jackson aplicó la cal sodada como material de reacción en contacto con el Dióxido de Carbono, para hacer posible la re inhalación libre de gases tóxicos y que así evitara que el C02 circulará nueva mente por la corriente de gas hacia el paciente. Este método distaba mucho de lo esperado ya que en su aplicación presentaba diversas complicaciones en los pacientes como el incremento en la temperatura de la cal sodada al absorber el C02.

Con el pasar de los años la cal sodada fue modificada, en una búsqueda por mejorar sus propiedades absorbentes y para evitar las desventajas de uso práctico. Para esto se agrego a la cal sodada mezclas de óxidos e hidróxidos alcalinos y alcalinotérreos siendo los más usados: el sodio, calcio, potasio y algunos otros.

Uno de los métodos que se explica en la U.S. Pat. No, 3,847,837, describe un absorbente de C02 preparado a partir de hidróxidos metálicos como bario, calcio, litio, sodio y mezclas entre ellos, además de incluir un componente no higroscópico inorgánico que evita la acumulación de polvo en la superficie de los granulos y protege su porosidad, y que está conformado mayormente por óxidos metálicos como el Óxido de Zinc, Dióxido de Titanio y Óxido de Níquel, que conforman del 5 - 10 % en peso de la composición total de los granulos. Esta invención lo que hizo fue modificar la composición típica de la cal sodada incluyéndole otros hidróxidos metálicos, además de que adicionó un componente endurecedor del producto para detener la formación de polvo y proteger sus gránulos.

La U.S. Pat. No, 7,727,309 B2 describe la invención de un absorbente de C02 con un contenido de entre el 70 - 90 % de Hidróxido de Calcio, 0.1 - 17 % de Hidróxido de Litio y de 5 - 25 % de agua, así como del 0.1 - 10 % de agentes endurecedores, indicadores y humectantes. En esta patente se observa el beneficio de que las personas en respiración asistida solo tienen contacto con una pequeña parte de la Olefina Nefrotoxica (Compuesto A), así como que generan un sub-producto y tienen un alto grado de absorbencia.

En la U.S. Pat. No, 4,407,723 se explica la invención de un absorbente basado en hidróxidos metálicos del grupo I o II y con entre 2 - 3 % de Hidróxido de Sodio como aditivo, así como entre 1 - 2% de Hidróxido de Potasio y 0.1 - 1 % de Cloruro de Calcio, rociados en la superficie de los gránulos ya secos.

Para los casos de las últimas dos patentes existen numerosos estudios que hablan de la reacción de la cal sodada con los agentes anestésicos como el Isoflurano, Sevofluorano, Desflurano y Enflurano produciendo sustancias altamente tóxicas dentro de las que destacan el Monóxido de Carbono (CO), que puede producir hipoxia y problemas de coagulación, y la Olefina Nefrotoxica (CF2=C(CF3)OCH2F) y que puede ser letal a un consumo de entre 350 - 400 ppm. Ambas sustancias son mayormente producidas por los materiales catalizadores como el Hidróxido de Potasio, Hidróxido de Sodio, Hidróxido de Bario e Hidróxido de Litio que tienen de entre 4 - 20 % de la composición total del producto.

Otra de las patentes que describen un absorbente de C02 es la U.S. Pat. 3,489,693 donde contiene un 60 - 95 % de Óxido de Magnesio y un 5 - 40 % de Hidróxido de Litio monohidratado, así como entre 85 -90 % de Hidróxido de Magnesio y de 10 - 15 % de Hidróxido de Litio monohidratado y debido a que el secado del material es a 150 2C, está prácticamente ausente de agua. La desventaja con este tipo de métodos es la deshidratación del material, la cual eleva la temperatura, se produce la absorción de los granulos de anestésicos halogenados, así como la degradación metabólica de los mismos, las cuales pueden formar compuestos tóxicos como el Compuesto A y el Monóxido de Carbono, si el anestésico es el Sevofluorano, el cual se metaboliza más rápido con un porcentaje degradado de 6.5% a 22 ?C y con un incremento de 1.6% por hora. Por otra parte, en investigaciones al respecto se pudo demostrar que con la adición de 10 - 30 % de agua favorece a evitar la deshidratación del producto así como la formación de compuestos tóxicos.

Se ha demostrado que entre más sencil la sea la composición del absorbente y entre menor número de componentes lo integren, será más seguro y funcional el producto, además de que la eliminación de los Hidróxidos de Sodio y Potasio disminuyen la degradación de los analgésicos sin que se vea afectada la absorción del C02. Un ejemplo de esto es lo descrito en la U.S. Pat. No, 6,288,150 Bl que describe la invención de un absorbente a base de Hidróxido de Calcio, 17.5 - 30 % de Agua, aproximadamente 10% de un Agente humectante inorgánico higroscópico o delicuesente o un Agente humectante orgánico Dihidroxilado o Polihidroxilado, 4.5 - 5 % de Sulfato de Calcio como endurecedor y 0.5 - 1 % de Aluminio metálico para airear los granulos.

La aplicación de la U.S. Pat. No, 2004/0029730 Al es una de las que más se asemeja al proceso que se describirá en esta patente ya que describe la invención de un absorbente de C02 con 75 - 85 % de Hidróxido de Calcio, 0 1 - 5 % Cloruro de Calcio o Magnesio, 0.1 - 5 % agente endurecedor como Aluminosilicatos, 0.1 - 5 % de Agentes enlazantes y plastificantes derivado de celulosas o gomas y 12 -25 % de agua además de componentes menores como indicadores y detergentes aniónicos.

En la siguiente tabla se muestran algunos de los principales absorbentes de C02 que se comercializan e incluye los aditivos que se han incluido en sus fórmulas a lo largo del desarrollo de estos productos. Las cantidades son presentadas en porcentajes.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 es un diagrama de- proceso que muestra las etapas de preparación del material granular absorbente de CO2 con indicador de color, y lo describe por medio de cada operación unitaria a la que es sometido.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL PROCESO Los detalles característicos del proceso para la fabricación del absorbente de Dióxido de Carbono (C02) con indicador a partir del Hidróxido de Calcio y teniendo un agente endurecedor y hu mectante se muestran detalladamente en la siguiente descripción.

De acuerdo a lo investigado en otras patentes y fuentes los otros métodos de absorbentes de Dióxido de Carbono (C02) no son muy eficientes, ya que los componentes que los conforman pueden ser tóxicos y dañinos para la salud. Debido a la necesidad de crear una material absorbente de C02 que esté libre de Hidróxido de Potasio e Hidróxido de Sodio y que además sea estable en presencia de agentes anestésicos comunes se ha desarrollado el siguiente proceso que obtiene un material con un contenido de 50 - 80 % de Hidróxido de Calcio, 20 - 35 % de Agua, 0.1 - 5 % de Cloruro de Calcio anhidro como humectante, 0.5 - 1.5 % de indicador Etil-violeta, 1 - 10 % de Agente endurecedor, el cual es el resultado de una mezcla de 50 - 65 % de Carbonato de Calcio, 15 - 20 % de Sulfato de Calcio y 15 - 20 % de Caolín; obteniendo como resultado un producto granular blanco con tama ño de 4 mm aproximadamente, que al llegar ai punto de equilibrio de la reacción ácido-base cambia su coloración a azul violeta.

Para llegar a la obtención de este absorbente de C02 con indicador se tiene un proceso el cual se divide en diferentes etapas.

La primera etapa es el mezclado donde en una mezcladora amasadora de una capacidad entre 450- 500 kg y una velocidad en el agitador de entre 50 - 100 rpm se introducen entre 150 - 180 L de agua, los cuales pueden provenir de una planta de tratamiento de aguas. Se enciende la mezcladora a una velocidad de aproximadamente 60 rpm y se agrega entre 10 - 15 gramos del indicador Etil Violeta hasta que el agua se torne color morado oscuro. Una vez que la mezcladora ya contenga el agua con el indicador de color, es necesario ir adicionando el Hidróxido de Calcio al 95% en lotes de 25 kg hasta agregar entre 250 - 300 kg del mismo. Al tiempo que se van mezclado el Hidróxido de Calcio con el agua es necesario agregar el agente humectante que en este caso corresponde a agregar entre 4 - 5 kg de Cloruro de Calcio. Por último es necesario agregar un agente endurecedor para que se puedan formar los gránulos, este se hace de una mezcla de entre 12 - 16 kg de Carbonato de Calcio, 3.5 - 5 kg de Sulfato de Calcio, e igualmente entre 3.5 - 5 kg de Caolín. Se mantienen los materiales mezclándose por un periodo de 30 - 45 minutos a temperatura y presión ambiental.

Para la etapa dos del proceso es necesaria hacer la descarga de la mezcladora por medio de la válvula de descarga de la misma. La descarga se -realiza con el mezclador encendido a una velocidad de 60 rpm apoximadamente para que el producto salga completo con la ayuda del movimiento de las paletas. La mezcla se coloca en carros o charolas de acero inoxidable y se apaga la mezcladora.

De aquí se pasa a la etapa tres del proceso la cual es el secado, en este caso la mezcla colocada en charolas de acero inoxidable se introducen dentro del secador de vacío de placas divisorias de acero al carbón. Las charolas llenas se colocan sobre las placas de división y se cierran completamente las puertas del mismo para crear un vacío de alrededor de 25 pulgadas de Hg. Una vez que el secador es cerrado herméticamente tiene que revisarse que la caldera esté encendida para proceder a abrir la válvula de vapor de secado que alimenta el secador. Después de esto se abre la válvula de purga de agua por el tiempo necesario hasta que en lugar de salir agua comience a verse vapor y deba cerrarse. La línea de vapor de secado debe contar con un regulador para que este no entre al secador con una presión mayor a 1 kg. La temperatura para llevar a cabo este secado debe estar entre 70 - 80 5C, de preferencia en un punto medio de 75 -C y así secar el material por un tiempo estimado de 1.5 - 2 horas. Cuando pasa este tiempo debe encenderse la bomba de vacío por 30 - 45 minutos a una presión de 25 pulgadas de Hg para liberar la humedad acumulada en el secador. Una vez que baja la temperatura dentro del secador y se tiene una temperatura ambiente, la cual puede observarse por medio de un medidor de temperatura, se abren las puertas del secador y se sacan las charolas con el material seco.

Esto da paso a la cuarta y última etapa del proceso que es la molienda y el cribado del material. En este caso se vacía el material en un molino de rodillo de acero inoxidable con velocidad de entre 50 - 100 rpm con mallas de entre 4 - 8 mm para obtener gránulos irregulares y polvo. Después de esto el material se pasa a una criba vibratoria de 8 mm por pulgada cuadrada con una velocidad de cribado de alrededor de 900 rpm para que puedan quedar únicamente los gránulos sin polvo y estos sean pasados a un tanque. El material de estos tanques debe pasarse nuevamente por un molino de rodillo y después cribarse con malla de 4 mm por pulgada cuadrada. El material que quede por encima de las mallas de 4 mm es el que debe envasarse por medio de una tolva para que pueda ser vendido en la industria médica.

Los siguientes ejemplos están basados en los diferentes tipos de secado que se utilizaron en la mezcla para lograr que el material tuviera la forma y consistencia que es necesaria para asistencia respiratoria durante la anestesia. Para todos estos ejemplos fue utilizada la misma formulación en el contenido.

Ejemplo 1 Para este ejemplo se utilizaron 180 L de agua provenientes de una planta tratadora, los cuales se depositaron en una mezcladora amasadora bajo las siguientes condiciones: v= 60 rpm T= 25 ?C Comenzó a mezclarse el agua junto con 12.5 gra mos de Etil Violeta hasta que el agua viró su color a un morado oscuro. Al momento del vire se le adicionaron 250 kg de Hidróxido de Calcio en lotes de 25 kg y se continuó con la agitación hasta que se homogenizó-la mezcla. Después continuado con la agitación se agregaron 5 kg de Cloruro de Calcio, así como el endurecedor de la mezcla que consistió en una mezcla de 14 kg de Carbonato de Calcio, 4.5 kg de Sulfato de Calcio y 4 kg de Caolín. La mezcla continuó mezclándose bajo las siguientes condiciones: Tiempo: 40 minutos T= 25 2C P= ambiental Al finalizar el tiempo de mezclado se extrajo el material de mezcladora encendida, la cual ayudó a que saliera todo el material y se depositara en carros de de acero inoxidable. Todo bajo las siguientes condiciones: V=60 rpm T= 25 5C ?= ambiental Esta mezcla se depositó en charolas'las cuales se pusieron a fuego directo para su secado. Aquí pudimos observar que este tipo de secado no funcionó ya que el material viró su color a morado en lugar d e permanecer blanco, debido al contacto del material con el aire y la saturación de C02 que obtuvo. Ya no se continuó con el restante del proceso.

Ejemplo 2 Para este ejemplo se utilizaron las -mismas condiciones que el ejemplo 1 pero en este caso se utilizó un secador con aire caliente bajo las siguientes condiciones: T= 80 2C P= ambiental Tiempo: 1 hora Al terminar el secado se observó que el material había virado de color a morado debido a qu e continuaba teniendo contacto con aire, por lo que el material ya no se pasó a la etapa de molienda y cribado.

Ejemplo 3 En este ejemplo se utilizaron los mismos componentes y condiciones que el ejemplo 1 pero en este caso el producto fue secado con un horno de gas bajo las siguientes condiciones: T= 130 se Tiempo: 40 min Este tipo de secado no funcionó tampoco ya que el material al estar en contacto con las altas temperaturas hizo que cambiara el color a morado igualmente, esto se da desde un rango de 120 - 150 Ejemplo 4 En el ejemplo 4 se utilizaron las mismas condiciones que en el ejemplo 1 y que en la descripción del proceso de esta patente. Aquí se llegó a la conclusión de que el método que iba a funcionar para el secado del material y que no afectara en el cambio de coloración del mismo sería que tendría que hacerse con un secador de vacío bajo las siguientes condiciones: T= 75 2C Presión de vapor interno= 1 kg Tiempo= 1.5 hr Al pasar este tiempo se cerró el vapor de secado y se prendió la bomba de vació a una presión de 25 mm de Hg. Así puede ya liberarse el producto y pasar a la etapa de molienda poniendo el material en u n molino de rodillo de acero inoxidable bajo las siguientes condiciones: v= 70 rpm T= 25 5C El material pasó a través de diferentes mallas de entre 4 y 8 mm hasta que quedaron gránulos irregulares y polvo. Después ese material se pasó a una criba vibratoria con una malla de 8 mm donde a una v= 900 rpm se eliminó el polvo de los gránulos que pasaron a un tanque. Después estos mismos gránulos fueron cribados nuevamente con una malla de 4 mm y así se obtuvo el material deseado el cual se envasó.

Claims (4)

REIVINDICACIONES biendo descrito suficientemente mi invención, considero como una novedad y por lo tanto reclamo mi exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas:

1. Material absorbente de Dióxido de Carbono con indicador de color caracterizado porque se comprende de los siguientes materiales: a) Agua proveniente de una planta de tratamiento, b) Indicador Etil Violeta, c) Hidróxido de-Calcio, d) Cloruro de Calcio y, e) Agente endurecedor a base de una mezcla de Carbonato de Calcio, Sulfato de Calcio y Caolín.

2. Material absorbente de Dióxido de Carbono con indicador de color que en base a la Reivindicación 1 está conformado por los siguientes rangos de materiales: a) Agregar entre 150 - 180L de agua proveniente de una planta de tratamiento a una mezcladora amasadora, b) Adicionar entre 10 - 15 gramos de indicador Etil Violeta al agua, c) Agregar entre 250 - 300 kg de Hidróxido de Calcio al 95%, d) Poner entre 4 - 5 kg de Cloruro de Calcio al agua, e) Adicionar el agente endurecedor con una mezcla de entre 12 - 16 kg de Carbonato de Calcio, 3.5 - 5 kg de Sulfato de Calcio y 3.5 - 5 kg de Caolín.

3. Proceso de fabricación del Material absorbente de Dióxido de Carbono con indicador de color caracterizado por que cuenta con las siguientes etapas de ejecución: a) Mezclado de Materiales, b) Descarga de material de la mezcladora amasadora, c) Secado de la mezcla y, d) Molienda y cribado de material.

4. Proceso de fabricación del Material absorbente de Dióxido de Carbono con indicador de color que de acuerdo a la Reivindicación 2 cuenta con las siguientes etapas y condiciones: a) Mezclado de materiales en una mezcladora amasadora de capacidad de 450 - 500 kg con velocidad de agitación de entre 50 - 100 rpm, b) Descarga del material de la mezcladora amasadora con una velocidad preferente de 60 rpm para que salga todo el material de la misma, c) Secado de la mezcla en un secador de vacío de placas divisorias y de acero al carbón con un vacío de 25 pulgadas de Hg, vapor a una presión no mayor a 1 kg temperatura entre 70 - 80 2C, tiempo d e secado de entre 1.5 - 2 horas, uso de bomba de vacío por un tiempo de entre 30 - 45 minutos, d) Molienda y cribado de material primero con un molino de rodillo de acero inoxidable con velocidades de entre 50 - 100 rpm y mallas de entre 4 - 8 mm, después pasar por una criba vibratoria de malla de 8 mm para eliminación de polvo y después volver a pasar en criba vibratoria de 4 mm para obtener el producto final. Proceso de fabricación del Material absorbente de Dióxido de Carbono con indicador de color que de acuerdo a la- Reivindicación 2 utiliza un secador de vació de placas divisorias y de acero al carbón con un vacío de 25 pulgadas de Hg, vapor a una presión no mayor de 1 kg, temperatura entre 70 - 80 9C, preferentemente 75 ¾C y un tiempo de secado de entre 1.5 - 2 horas. Proceso de fabricación del Material absorbente de Dióxido de Carbono con indicador de color que de acuerdo a la Reivindicación 2 se deben obtener gránulos de alrededor de 4 mm de espesor para su uso. ESUMEN DE LA INVENCIÓN Proceso para la fabricación de un material absorbente de C02 con indicador de color, que se forma a partir de agua que proviene de una planta de tratamiento, Hidróxido de Calcio, Cloruro de Calcio y un agente endurecedor a base de Carbonato de Calcio, Sulfato de Calcio y Caolín, y que obtiene como resultado un producto granular blanco con partículas de 4 mm de espesor al llegar a su punto de equilibrio de reacción ácido - base cambia su coloración a azul - violeta debido a la adición del indicador Etil Violeta en él.