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

Abstract

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 (𝒒* ₍ɢᴄᴀ, [₁₀g ʟ₋₁]₎ = 7,5 g L⁻¹ e 𝒒* (ᴛᴛᴀ, [₁₀g ʟ₋₁]) = 5,7 g L⁻¹), assim como o maior número de pratos teóricos (𝑵ₚₜ,ɢᴄᴀ = 94 e 𝑵ₚₜ,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.