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Estudio de la cinética de reacción del sistema de metil ésteres de ácidos grasos y sacarosa
Resumen
Los ésteres de sacarosa son sintetizados a partir de ácidos grasos (provenientes de grasas y aceites) y carbohidratos. Como la sacarosa tiene ocho grupos hidroxilos libres, durante el proceso se puede dar poli-sustitución para producir desde el monoester hasta el octoester. El tipo de ácido graso y el grado de esterificación influyen altamente en las propiedades del material obtenido. Los ésteres de sacarosa comerciales se clasifican de acuerdo al tipo de ácido graso utilizado en la síntesis, y al grado de sustitución de la mezcla lo cual varían su balance hidrofilico lipofilico HLB (K. Chansanroj, 2010). Esta propiedad define el uso de los surfactantes obtenidos en ciertas aplicaciones, ya sea cosmética, de alimentos, química o de medicamentos (Kobayashi, 2005). Lo anterior indica la importancia del estudio del sistema reactivo para determinar el potencial uso de los ésteres de sacarosa obtenidos. La selección de un sistema de reacción que opere de la forma más segura y eficiente posible puede ser la clave del éxito o del fracaso económico de una planta química (Fogler, 2001). En este sentido, la información cinética de una reacción es la parte más importante del diseño de un proceso pues de esta dependen no solo el diseño del reactor, sino también la definición de las etapas de adecuación de la materia prima, así como el desempeño de las etapas de separación posteriores. Para el caso de la producción de esteres de sacarosa la ruta química más ampliamente usada es la transesterificación de ácidos grasos metílicos con sacarosa (Sugar Research Foundation, 1961), sin embargo, esta ruta presenta algunas dificultades tales como la incompatibilidad de las materias primas reactantes y la baja selectividad al producto deseado. Ya que la sacarosa es un sólido bastante polar y los metil esteres son líquidos viscosos no polares, el proceso tradicional (Hass-Snell) requiere el uso de solventes, comúnmente N,N-dimetilformamida (DMF) o el dimetilsulfóxido (DMSO) para poner en contacto los reactivos de la transesterificación (US Patente nº US2893990 A, 1959). La reacción es catalizada por un compuesto alcalino, comúnmente carbonato de potasio (K2CO3), y se lleva a cabo a temperatura moderada (90-95°C) y presión de vacío para retirar continuamente el metanol producido desplazando la reacción hacia los producto (Bianca Nelen, 2014). El proceso de purificación debe ser exhaustivo en la eliminación del solvente, pues incluso rastros de estos solventes en el producto final limitan su uso en varias industrias, tales como la alimentaria y farmacéutica, debido a su toxicidad (Bianca Nelen, 2014). Por otra parte algunos autores plantean el uso de otros solventes (US Patente nº US3480616 A, 1969) y otras técnicas de mezclado como las microemulsiones para poner en contacto las fases reactantes (Lloyd Osipow, 1957). En algunos casos se han realizado el estudio del sistema reactivo bajo la influencia de irradiación ultrasónica (Dan Huang, 2010). Una característica general es el uso de carbonato de calcio como catalizador en los diferentes tipos de procesos (US Patente nº US3792041 A, 1974). En la escala industrial, Mitsubishi Chemical Industries Ltd. usa DMSO como solvente para la producción de ésteres de sacarosa, comercialmente Ryoto Sugar Esters; y Dai Ichi Seiyaku Co. Ltd utiliza el proceso con micro-emulsiones para obtener su producto comercial DK Esters (Bianca Nelen, 2014). A pesar que el sistema reactivo ha sido estudiado desde los años 1960s, respecto de la obtención de modelos cinéticos para la reacción de transesterificación se han publicado pocos estudios con catálisis alcalina y/o enzimática (A.-L Le Coënt, 2003), (Arcos JA, 2001). Teniendo en cuenta que se requiere de un modelo cinético para el diseño del proceso de producción de ésteres de sacarosa, este trabajo plantea el desarrollo de una metodología experimental que permitirá obtener dicho modelo.
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:CONVOCATORIA NACIONAL JÓVENES INVESTIGADORES E INNOVADORES 2015 - COLCIENCIAS
Modalidad:CONVOCATORIA NACIONAL JÓVENES INVESTIGADORES E INNOVADORES 2015 - COLCIENCIAS
Responsable