Influence of Agitator Geometry in the Dissolution Kinetics of a Spherical Solid

Influencia de la geometría del agitador en la cinética de disolución de un sólido esférico

Se ha realizado un estudio experimental para determinar el efecto de la geometría del agitador y de la velocidad de agitación en la cinética de disolución de caramelos esféricos. Para ello, se determinaron las constantes de disolución en solución acuosa mediante el modelo de Hixson-Crowell en tres tipos de agitadores, a saber, un agitador de paleta de dos palas y dos agitadores de turbina de cuatro y seis palas respectivamente. Posteriormente, para una velocidad de agitación fija, se varió la temperatura con el fin de determinar experimentalmente la energía de activación de cada agitador. Se comprobó que, si bien la geometría del agitador influye en los factores preexponenciales de la constante de disolución, la energía de activación permanece constante. Por último, también se encontraron diferencias en las constantes de disolución en función de la frecuencia angular del agitador.

INTRODUCCIÓN

El fenómeno de disolución juega un papel importante en varios procesos industriales y biológicos, como la administración de fármacos a través de superficies mucosas ( Jug et al., 2018 ), el tratamiento del agua ( Pham, Sedlak y Doyle, 2012 ) o la liberación controlada de inhibidores de los recubrimientos ( Pham et al., 2012 ), entre otros. Una vez que un soluto se introduce en un disolvente, se espera que participe en un proceso dinámico en el que las partículas del soluto migran desde las regiones de mayor a menor concentración. Este fenómeno depende en gran medida de variables termodinámicas como la presión, la temperatura y la naturaleza del disolvente.

Desde un punto de vista matemático, la tasa de disolución se puede explicar utilizando la ecuación de Noyes-Whitney: (Noyes y Whitney, 1897 )

​$-\frac{dm}{dt}=\frac{DS}{h}(C_s-C_t)$   (1)

donde m es la masa sólida en un momento dado t, S es el área de la superficie sólida, h es el espesor de la capa de difusión, C_s es la solubilidad del soluto, C_t es la concentración del soluto en un tiempo t y D es el coeficiente de difusión. Se sabe que el coeficiente de difusión caracteriza la facilidad con la que cada partícula se mueve hacia un soluto determinado y depende de muchos factores como el tamaño y la forma del soluto, la viscosidad del disolvente y la temperatura.

Si se considera un soluto con geometría esférica, es posible ver que la integración de la Ecuación (1) da como resultado el modelo de Hixson-Crowell (Hixson y Crowell, 1931 ). Los detalles sobre el procedimiento se pueden encontrar en la literatura ( Beauchamp, 2001 ; Hixson y Crowell, 1931 ; Hixson y Baum, 1942 ).