Purificação dos ácidos glicérico e tartrônico, derivados do glicerol, por Leito Móvel Simulado (LMS) na resina Dowex® 50WX-2

Autor: COÊLHO, Lucas Cunha Duarte
Přispěvatelé: LIMA FILHO, Nelson Medeiros de
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2017
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFPE
Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)
instacron:UFPE
Popis: CAPES A produção de biodiesel tem gerado excesso do bioglicerol (10% da massa de biodiesel, aprox.), sendo muitas vezes considerado resíduo industrial, o que na economia circular é uma oportunidade para usá-lo com matéria-prima. Além das questões de riscos ambientais do bioglicerol e do incentivo político para produção do biodiesel, existe um “potencial não explorado” de negócio. A produção de compostos a partir de sua oxidação catalítica produz derivados alfa-hidroxiácidos (AHA) de significantes valores agregados. Porém, a etapa que envolve suas purificações (downstreaming) merece atenção especial visto que tradicionais métodos (e.g., extração, filtração, cristalização, etc) não são suficientes para separar alguns destes produtos, como os ácidos Glicérico (GCA) e Tartrônico (TTA). Para superar esse desafio, o desenho da operação de purificação em escala industrial, contínua e economicamente potencial dos GCA e TTA foi o objetivo global dessa tese. Especificamente, para a purificação desses compostos, esse trabalho buscou selecionar o adsorvente que fosse ideal para separação dos compostos e produzido em escala industrial, definir as condições de operação numa unidade de leito móvel simulado (LMS), desenvolver um modelo matemático descritivo do processo experimental e, finalmente, validar o modelo numa operação real. Uma etapa de screening foi realizada para escolher a fase estacionária, usando-se três diferentes resinas de troca iônica de poli-estireno-divinil-benzeno na forma iônica (Dowex® 50wx-8, Dowex® 50wx-4, Dowex® 50wx-2). As resinas foram testadas via experimentos de equilíbrio de adsorção e de dinâmica em coluna de leito fixo com amostras monocomponente e com misturas binarias. Os experimentos foram descritos por um modelo de fluxo dispersivo axial com a aproximação da força motriz linear. A resina Dowex® 50WX-2 apresentou a maior capacidade de adsorção (* ₍ɢᴄᴀ, [₁₀g ʟ₋₁]₎ = 7,5 g L⁻¹ e * (ᴛᴛᴀ, [₁₀g ʟ₋₁]) = 5,7 g L⁻¹), assim como o maior número de pratos teóricos (ₚₜ,ɢᴄᴀ = 94 e ₚₜ,ᴛᴛᴀ = 90). Para confirmar essa prerrogativa numa unidade de LMS, as regiões de separação para todas as três resinas foram avaliadas com base na teoria do triângulo. A pureza nas correntes de rafinado e de extrato foram de 80% e 100%, enquanto as produtividades de TTA e GCA foram de 78 g L⁻¹ e 115 g L⁻¹ de adsorvente por dia, respectivamente, considerando que apenas 0,50 L de eluente foram necessários por grama de produto. The production of biodiesel has generated excess of bio-glycerol (10% of the mass of biodiesel, approx.) being often considered industrial waste, which in the circular economy is an opportunity to use it as raw material. In addition to the environmental risk issues of bioglycerol and the political incentive for biodiesel production, there is a non-exploited potential of business. The production of compounds through its catalytic oxidation produce alpha-hydroxy acids (AHA) of significant added values. However, the step involving its purification (downstreaming) deserves special attention since traditional methods (e.g., extraction, filtration, crystallization, etc.) are not sufficient to separate some of these products, such as Glyceric acid (GCA) and Tartronic acid (TTA). To overcome this challenge, the design of the industrial, continuous and economically potential purification operation of GCA and TTA was the overall objective of this thesis. Specifically, for the purification of these compounds, this work sought to select the adsorbent that is ideal for separation of compounds and produced on industrial scale, to define the operating conditions in a simulated moving bed unit (LMS), to develop a mathematical model descriptive of the experimental process and, finally, to validate the model in a real operation. A screening step was carried out to select the stationary phase using three different polystyrene-divinyl-benzene ion exchange resins in the ionic form (Dowex® 50wx-8, Dowex® 50wx-4, Dowex® 50wx-2). The resins were tested through adsorption and dynamics equilibrium experiments in fixed bed columns with single component samples and binary mixtures. The experiments were described by an axial dispersive flow model with the approximation of linear driving force. The Dowex® 50WX-2 resin presented the higher adsorption capacity (* ₍ɢᴄᴀ, [₁₀g ʟ₋₁]₎ = 7,5 g L⁻¹ e * ₍ᴛᴛᴀ, [₁₀g ʟ₋₁]₎ = 5,7 g L⁻¹), as well as the greater number of theorical plates (ₚₜ,ɢᴄᴀ = 94 e ₚₜ,ᴛᴛᴀ = 90). To confirm this prerogative in an LMS unit, the regions of separation for all three resins were evaluated based on the theory of the triangle. The purity in the raffinate and extract streams were 80% and 100%, while the productivity of TTA and GCA were 78 g L⁻¹ and 115 g L⁻¹ of adsorbent per day, respectively, whereas only 0.50 L of eluent were required per gram of product gram.
Databáze: OpenAIRE
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