BRPI0902550A2 - blond glycerin purification process from biodiesel transesterification - Google Patents
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Abstract
PROCESSO DE PURIFICAçãO DA GLICERINA LOURA, ORIUNDA DA TRANSESTERIFICAçãO DO BIODIESEL. A presente invenção descreve um método prático de purificação da glicerina loura, oriunda da produção do biodiesel, isento de destilação à pressão reduzida e sem a necessidade de neutralização do meio via agentes químicos classificados como bases orgânicas ou inorgânicas. No presente processo de purificação, acetais e cetais são produzidos a partir da ciclização do respectivo triol na presença de diferentes aldeidos e cetonas na ausência de catalisadores ácidos adicionais, Os adutos ciclizados são hidrolisados em diferentes concentrações de água destilada e a glicerina é recuperada com grau de pureza que varia de 90 a 99,9%, além de o rendimento químico ser quantitativo.PURIFICATION PROCESS OF BLONDE GLYCERIN, ORIGINATED FROM BIODIESEL TRANSESTERIFICATION. The present invention describes a practical method of purifying blond glycerin from biodiesel production, free from distillation under reduced pressure and without the need for medium neutralization via chemical agents classified as organic or inorganic bases. In the present purification process acetals and ketals are produced from the cyclization of the respective triol in the presence of different aldehydes and ketones in the absence of additional acid catalysts. The cyclized adducts are hydrolyzed to different concentrations of distilled water and glycerine is recovered with degree. purity ranging from 90 to 99.9%, and chemical yield is quantitative.
Description
PROCESSO DE PURIFICAÇÃO DA GLICERINA LOURA, ORIUNDA DATRANSESTERIFICAÇÃO DO BIODIESELBLOND GLYCERIN PURIFICATION PROCESS, ORIENTED BIODIESEL
Campo de InvençãoField of Invention
A presente invenção descreve um método prático de purificação daglicerina loura, oriunda da produção do biodiesel, isento de destilação àpressão reduzida e sem a necessidade de neutralização do meio via agentesquímicos classificados como bases orgânicas ou inorgânicas. No presenteprocesso de purificação, acetais e cetais são produzidos a partir da ciclizaçãodo respectivo triol com diferentes cetonas e aldeídos na ausência decatalisadores ácidos ou básicos adicionais. Após os intermediários cíclicosserem hidrolisados, a glicerina purificada foi recuperada em excelentesrendimentos.The present invention describes a practical method of purifying blond daglycerin from biodiesel production, free from distillation at reduced pressure and without the need for medium neutralization via chemical agents classified as organic or inorganic bases. In the present purification process, acetals and ketals are produced by cyclizing the respective triol with different ketones and aldehydes in the absence of additional acid or basic catalysts. After the cyclic intermediates were hydrolyzed, the purified glycerin was recovered to excellent yields.
Antecedentes da InvençãoBackground of the Invention
A maior parte da energia consumida no mundo é oriunda do petróleo, docarvão e do gás natural. Essas fontes não são renováveis e com previsão deesgotamento no futuro. Portanto, a busca por novas fontes de energia é desuma importância. Esta busca constante resultou na descoberta do potencialdemonstrado pela biomassa que aparece como uma fonte alternativa que visasolucionar o problema energético mundial.Most of the energy consumed in the world comes from oil, charcoal and natural gas. These sources are not renewable and are expected to run out in the future. Therefore, the search for new sources of energy is of no importance. This constant search has resulted in the discovery of the potential demonstrated by biomass that appears as an alternative source to solve the worldwide energy problem.
A energia gerada pela biomassa pode ser definida como aquela que éfornecida por materiais de origem vegetal ou obtida pela decomposição dedejetos. O Brasil tem buscado a utilização da biomassa como fonte renovávelde energia, dentre estas fontes encontra-se: a lenha, o babaçu, os óleosvegetais, os resíduos vegetais, o sisal, o biogás, a casca de arroz, a cana-de-açúcar (bagaço da cana, palha e álcool).Energy generated by biomass can be defined as that which is supplied by materials of plant origin or obtained by the decomposition of waste. Brazil has sought to use biomass as a renewable source of energy, among which are: firewood, babassu, vegetable oils, vegetable waste, sisal, biogas, rice husks, sugarcane (sugarcane bagasse, straw and alcohol).
Dentre as fontes de energia mais pesquisadas, destacam-se os óleosvegetais, sendo o seu uso testado no final do século XIX, produzindoresultados satisfatórios quando testados em motores a diesel. Estapossibilidade de emprego dos biocombustíveis de origem vegetal é bastanteatrativa, tendo em vista os aspectos ambientais e econômicos.Foi constatado, contudo, que a aplicação direta dos óleos vegetais nosmotores é limitada em função de suas propriedades físicas como, por exemplo,sua alta viscosidade, baixa volatilidade, caráter poliinsaturado, acidez queimplicam em problemas nas partes internas dos motores, em virtude decombustão incompleta. Desta forma, visando à redução da viscosidade damatéria-prima, diferentes alternativas têm sido consideradas, tais como adiluição, a micro-emulsão com o uso de metanol ou etanol, craqueamentocatalítico e a transesterificação com etanol ou metanol, promovendo aobtenção de biodiesel, conforme reação abaixo:Among the most researched energy sources, vegetable oils stand out, being their use tested in the late nineteenth century, producing satisfactory results when tested in diesel engines. The possibility of using biofuels of plant origin is very attractive, considering the environmental and economic aspects. It has been found, however, that the direct application of nosmotor vegetable oils is limited due to their physical properties, such as their high viscosity, low volatility, polyunsaturated character, acidity that cause problems in the internal parts of the engines, due to incomplete combustion. Thus, aiming at reducing the viscosity of the raw material, different alternatives have been considered, such as addition, microemulsion using methanol or ethanol, catalytic cracking and transesterification with ethanol or methanol, promoting the obtaining of biodiesel, according to reaction. below, down, beneath, underneath, downwards, downhill:
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Ainda que a geração de biodiesel seja vantajosa, em relação aoscombustíveis fósseis, é inevitável a co-produção da glicerina impura e de baixocusto, numa proporção de cerca de 10% em massa.Although biodiesel generation is advantageous over fossil fuels, the co-production of impure and low-cost glycerine in a proportion of about 10% by mass is inevitable.
Há uma ampla necessidade do aumento da investigaçãocientífico/tecnológica, referindo-se a purificação da glicerina oriunda deprocessos de produção de biodiesel, podendo esta se tornar uma importantematéria-prima para a indústria química, ocupando parcela considerável da naftapetroquímica na produção de plásticos e outros derivados químicos de maiorvalor agregado. Na literatura científica, foram encontradas informações de quea participação do biodiesel na matriz energética do Brasil tende a se elevarpassando de 3% em 2008, o chamado B3, para 5% em 2013 (B5), comperspectivas de que esses índices aumentem até o B20 em 2020.There is a wide need for increased scientific / technological research, referring to the purification of glycerin from biodiesel production processes, which may become an important raw material for the chemical industry, occupying a considerable portion of naphtapetochemistry in the production of plastics and other derivatives. chemicals of higher added value. In the scientific literature, information has been found that the share of biodiesel in Brazil's energy matrix tends to rise from 3% in 2008, the so-called B3, to 5% in 2013 (B5), with the view that these rates increase to B20 in 2008. 2020
A crescente preocupação com o aquecimento global, incentivadiscussões no mundo inteiro sobre novas fontes de energia menos poluentes.A sociedade moderna é cada vez mais dependente do petróleo, mas já sediscute a viabilidade dos combustíveis renováveis, que causariam um impactomuito menor no aquecimento do planeta, pois no balanço total, diminuem asemissões de CO2, um dos principais vilões do efeito estufa.Growing concern about global warming, sparked worldwide discussions about new, less polluting energy sources. Modern society is increasingly dependent on oil, but is already considering the viability of renewable fuels, which would have a much smaller impact on global warming, because in the overall balance, CO2 emissions, one of the main villains of the greenhouse effect, decrease.
Ainda existem algumas indefinições do que é o biodiesel, podendo serconsiderado uma mistura de óleos vegetais e diesel, ou pode ser consideradocomo um mono-alquil éster de ácidos graxos derivados de fontes renováveis,como óleos vegetais e gordura animal, através de um processo no qual ocorrea quebra dos triglicérides, produzindo moléculas de menor peso molecular,classificadas como ésteres de ácidos graxos ou ainda proveniente datransesterificação de óleos vegetais utilizados em frituras, no esgoto domésticoou industrial.There are still some vagueness of what biodiesel is, and a mixture of vegetable oils and diesel may be considered, or it may be considered as a monoalkyl ester of fatty acids derived from renewable sources, such as vegetable oils and animal fat, through a process in which triglycerides break down, producing molecules of lower molecular weight, classified as fatty acid esters or even after the transfer of vegetable oils used in frying, in domestic or industrial sewage.
Independente da definição, o biodiesel de óleos vegetais ou de origemanimal gera cerca de 10% de glicerina bruta, de difícil tratamento.Regardless of the definition, biodiesel from vegetable oils or from original oils generates about 10% of crude glycerin, which is difficult to treat.
A glicerina, conhecida como 1,2,3-propanotriol, é uma moléculabiodegradável, proquiral e altamente funcionalizada. Pode ser encontrada emóleos vegetais, na forma de triglicérides graxos, ou como intermediário nometabolismo de organismos vivos.Glycerin, known as 1,2,3-propanotriol, is a highly functionalized, proquiral and biodegradable molecule. It can be found in vegetable oils in the form of fatty triglycerides or as an intermediate in the metabolism of living organisms.
Usualmente, a glicerina é obtida através do processo de fabricação dosabão, fermentação por microorganismo (geração de vinhos e bebidas),produção de ácidos graxos, podendo também ser obtida através do óxido depropileno no processamento dos derivados do petróleo.Glycerin is usually obtained through the process of manufacturing soap, fermentation by microorganism (wine and beverage generation), production of fatty acids, and can also be obtained through depropylene oxide in the processing of petroleum derivatives.
Com a introdução do biodiesel no mercado, cerca de 800 mil toneladasde glicerina foram negociadas no mundo em 2005, segundo Pagliaro em seuartigo intitulado "From Glycerol to Value-Added Products". A previsão para oBrasil indica que haverá uma produção de 120 mil toneladas por ano deglicerina com a entrada do B3 e de 200 mil toneladas por ano a partir de 2013,com o uso do B5. Este excedente de glicerina é muito maior que a produção econsumo nacional, estimada hoje em torno de 30 a 40 mil toneladas por ano.With the introduction of biodiesel in the market, about 800,000 tons of glycerin were traded worldwide in 2005, according to Pagliaro in his article entitled "From Glycerol to Value-Added Products." The forecast for Brazil indicates that there will be a production of 120,000 tons per year of glycerine with the entry of B3 and 200,000 tons per year from 2013, with the use of B5. This surplus of glycerin is much larger than the national production and consumption, estimated today around 30 to 40 thousand tons per year.
Para que o Programa Brasileiro de Tecnologia e Uso do Biodiesel tenhapleno sucesso, é importante investigar soluções economicamente viáveis paraa purificação da glicerina de forma a introduzi-la novamente na cadeia químicacomo uma matéria-prima de maior valor agregado, visto que o preço deste co-produto na sua forma bruta está cada vez mais baixo.For the Brazilian Biodiesel Technology and Use Program to be successful, it is important to investigate economically viable solutions for glycerine purification in order to re-introduce it into the chemical chain as a higher added value feedstock, since the price of this fuel product in its raw form is getting lower and lower.
Para purificação da glicerina, dois métodos descritos na literatura são osmais utilizados. Esses métodos são conhecidos como "processo convencional"e "troca iônica" e são os mais utilizados pelas indústrias. Entretanto,apresentam sérios problemas.For glycerin purification, two methods described in the literature are the most used. These methods are known as "conventional process" and "ion exchange" and are the most widely used by industries. However, they have serious problems.
O processo convencional consiste na adição de HCI e FeCI3 à glicerinabruta, de forma a manter o pH entre 4 e 4,5, com o objetivo de eliminar sabõese outras impurezas orgânicas. Em seguida, os ácidos graxos formados sãofiltrados e o filtrado é neutralizado com NaOH até o pH 6,5. Após estetratamento, a glicerina bruta conterá água, NaCI, metanol e resíduos de outrasmatérias orgânicas. O filtrado é então evaporado até se obter de 80 a 90% deglicerina (em massa).The conventional process consists of the addition of HCl and FeCl3 to glycerinabruta in order to keep the pH between 4 and 4.5, in order to eliminate soaps and other organic impurities. Then the formed fatty acids are filtered and the filtrate is neutralized with NaOH to pH 6.5. After treatment the crude glycerin will contain water, NaCl, methanol and residues of other organic matter. The filtrate is then evaporated to 80 to 90% glycerine (by mass).
Este procedimento é uma adaptação da patente americana US N04655879 e é uma das operações de maior consumo energético, geralmente,ocorrendo a pressões reduzidas (46,7 mm Hg no primeiro estágio e 18,67 mmHg no segundo estágio), o que dificulta a degradação da glicerina acima dos200°C.This procedure is an adaptation of US patent No. 04655879 and is one of the most energy-consuming operations, generally occurring at reduced pressures (46.7 mm Hg in the first stage and 18.67 mmHg in the second stage), which makes degradation difficult. of glycerin above 200 ° C.
Durante a evaporação da água é inevitável à concentração de saisinorgânicos que começam a cristalizar e, por isso, precisam ser continuamenteremovidos do sistema, através do fundo do evaporador para evitar incrustaçõesno equipamento. Em seguida, a glicerina recuperada é conduzida a umacentrífuga. O sal restante dissolvido é sedimentado em tanques cônicosdurante seis horas para separação. Depois a glicerina sobrenadante éarmazenada e pode ser vendida como glicerina de grau técnico. Para obteruma glicerina com grau USP, efetua-se o refino da mesma por meio dedestilação. Como a glicerina polimeriza e se decompõe a temperaturassuperiores a 200°C, a destilação deve ser realizada sempre à pressãoreduzida.During the evaporation of water it is inevitable that the concentration of inorganic salts that begin to crystallize and therefore need to be continuously removed from the system through the evaporator bottom to avoid scale in the equipment. Then the recovered glycerin is brought to a centrifuge. The remaining dissolved salt is sedimented in conical tanks for six hours for separation. The supernatant glycerin is then stored and can be sold as a technical grade glycerin. To obtain a USP-grade glycerin, it is refined by distillation. As glycerin polymerizes and decomposes at temperatures above 200 ° C, distillation should always be performed at reduced pressure.
No processo que envolve resinas iônicas, a glicerina bruta é tratada deforma similar ao processo convencional até a obtenção do filtrado neutralizado.Em seguida, a purificação é feita através de troca iônica, que consiste napassagem do material filtrado por sucessivos leitos de resina catiônica forte,resina aniônica fraca e de resinas mistas de cátion e ânion fortes. Valeressaltar que, as unidades de troca iônica funcionam com eficiência parasoluções diluídas contendo de 20 a 40% de glicerina. O material é passadoatravés do leito de resinas (ver a patente americana US N0 0249338),ocorrendo a eliminação de traços de ácidos graxos livres, a cor, o odor e outrasimpurezas minerais presentes. Nesse estágio, a glicerina é purificada atravésda evaporação a vácuo, com o uso de evaporadores de múltiplo efeito, demodo a se obter no final uma glicerina com pureza de mais de 99%.In the process involving ionic resins, crude glycerin is treated in a similar manner to the conventional process until the neutralized filtrate is obtained. Then purification is by ion exchange, which consists of passing the filtered material through successive beds of strong cationic resin, weak anionic resin and strong cation and anion mixed resins. Note that ion exchange units work efficiently for dilute solutions containing from 20 to 40% glycerin. The material is passed through the resin bed (see US Patent No. 0 0249338) with traces of free fatty acids, color, odor and other mineral impurities present. At this stage, glycerine is purified by vacuum evaporation, using multiple effect evaporators, so that in the end a glycerine of more than 99% purity is obtained.
A patente francesa, FR N0 578306, descreve um processo por destilaçãoazeotrópica heterogênea que serviu de base para o desenvolvimento de ummétodo que permite purificar glicerina bruta e obtê-la com alto teor de pureza.Neste processo, uma solução do material bruto é bombeada para uma câmarade aquecimento para geração de vapor que sofre condensação em pratosperfurados dispostos de forma planejada em uma coluna de destilação.Embora, seja uma alternativa aparentemente prática para uso industrial, oprocedimento demonstra dificuldades na reprodutibilidade dos resultados, poistodo trabalho está vinculado diretamente as variáveis de processo tais como:alimentação de glicerina (g/s), alimentação do vapor de tolueno (g/s),temperatura de alimentação da glicerina (0C), concentração inicial de glicerina(% em massa), na concentração de saída de glicerina, além de fazer uso desolventes tóxicos como, por exemplo, o tolueno e benzeno.The French patent, FR No. 578306, describes a heterogeneous hazeotropic distillation process which served as the basis for the development of a method for purifying crude glycerin and obtaining it with high purity. In this process, a solution of the crude material is pumped to a Heating chamber for steam generation that suffers condensation in perforated plates planned in a distillation column. Although apparently a practical alternative for industrial use, the procedure demonstrates difficulties in reproducibility of the results, since the work is directly linked to the process variables such as glycerine feed (g / s), toluene vapor feed (g / s), glycerine feed temperature (0C), initial glycerin concentration (% by mass), glycerine outlet concentration, and make use of toxic solvents such as toluene and benzene.
Duas patentes americanas, US N0 0187281 e US N0 6548681,descrevem um procedimento para purificar polióis ou múltiplos polióis a partirde uma solução aquosa em diferentes concentrações através da ciclizaçãocom aldeídos e cetonas contendo de 1 a 4 átomos de carbono. Os produtosobtidos, denominados acetais e cetais, são separados em temperaturaselevadas. Mesmo apresentando ponto de ebulição mais baixo que os própriospolióis, a água ainda é um fator Iimitante para esse processo. O materialrecuperado é submetido a um reator onde ocorre a reação de hidrólise napresença de ácidos minerais ou resinas de troca iônica. Outro processosemelhante ao descrito anteriormente, pode ser encontrado na patentefrancesa FR N0 833607.Two US patents, US Patent No. 0187281 and US Patent No. 6548681, disclose a procedure for purifying polyols or multiple polyols from an aqueous solution at different concentrations by cyclizing with aldehydes and ketones containing from 1 to 4 carbon atoms. The products obtained, called acetals and ketals, are separated at elevated temperatures. Even with a lower boiling point than the polyols themselves, water is still a limiting factor for this process. The recovered material is submitted to a reactor where the hydrolysis reaction occurs in the presence of mineral acids or ion exchange resins. Another process similar to that described above can be found in French patent FR 0 833607.
A patente americana, US N0 5527974, relata um processo de purificaçãopara glicerina obtida a partir da hidrogenação em alta pressão (100 bar etemperaturas de 100° a 250°C) envolvendo gorduras naturais. Após hidrogenara gordura, a glicerina contendo traços de ácidos graxos e outras impurezas sãoforçadas a passar por uma coluna contendo uma membrana que simula umamicrofiltração. O processo é pouco eficiente, pois problemas de entupimentossão freqüentes ao longo da operação.U.S. Patent No. 5,527,974 discloses a purification process for glycerin obtained from high pressure hydrogenation (100 bar and temperatures from 100 ° to 250 ° C) involving natural fats. After hydrogenating the fat, glycerin containing traces of fatty acids and other impurities is forced through a column containing a membrane that simulates microfiltration. The process is inefficient as clogging problems are frequent throughout the operation.
Sumário da InvençãoSummary of the Invention
É um objeto da presente invenção, descrever um processo depurificação da glicerina loura, oriunda da produção do biodiesel, quecompreenda duas etapas distintas sem a necessidade de destilação à pressãoreduzida e completa recuperação dos agentes carbonilados. A reação queserviu de base para os estudos desenvolvidos é a reação de acetalização e/oucetalização da glicerina utilizando diferentes cetonas e aldeídos. Vale ressaltarque, os documentos encontrados na literatura patentária não inviabilizam osestudos da respectiva invenção, servindo apenas como suporte para odesenvolvimento de um processo de fácil manipulação, reprodutível, rápido ede baixo custo.It is an object of the present invention to describe a purification process of blonde glycerin from biodiesel production which comprises two distinct steps without the need for reduced pressure distillation and complete recovery of carbonylated agents. The reaction that served as the basis for the studies developed is the acetalization and / or ketalization reaction of glycerin using different ketones and aldehydes. It is noteworthy that the documents found in the patent literature do not invalidate the studies of the respective invention, serving only as a support for the development of an easy to handle, reproducible, fast and low cost process.
Descrição das FigurasDescription of the Figures
A Figura 1 mostra o cromatograma referente ao acompanhamento dareação de hidrólise do cetal derivado da glicerina loura com quantidadeequimolar de água destilada nos intervalos de tempo de 5 minutos, 30 minutose 75 minutos.A Figura 2 mostra o cromatograma referente ao cetal derivado daciclohexanona.Figure 1 shows the chromatogram for follow-up of hydrolysis of blond glycerin-derived ketal with equimolar amount of distilled water at time intervals of 5 minutes, 30 minutes and 75 minutes. Figure 2 shows the chromatogram for dacyclohexanone-derived ketal.
As Figuras 3 e 4 mostram os espectros de infravermelho referentes àglicerina PA e glicerina loura, após ser tratada segundo o procedimentodescrito nessa invenção.Descrição Detalhada da InvençãoFigures 3 and 4 show infrared spectra for glycerin PA and blonde glycerin after treatment according to the procedure described in this invention. Detailed Description of the Invention
Esta invenção descreve as reações de cetalização e acetalização daglicerina loura na presença de propanona, ou ciclo-hexanona, ou 3-metil-2-butanona, ou formaldeído, ou acetaldeído, ou benzaldeído, entre outrosreagentes de ciclização, como é mostrado a seguir:This invention describes the ketalization and acetalization reactions of blonde daglycerin in the presence of propanone, or cyclohexanone, or 3-methyl-2-butanone, or formaldehyde, or acetaldehyde, or benzaldehyde, among other cyclization reagents, as shown below:
Glicerina LouraBlonde Glycerin
As amostras de glicerina obtidas após o processo de transesterificaçãodo biodiesel vieram de diferentes oleaginosas, tais como: óleo de soja, óleo dedendê, óleo de girassol, óleo de canola, óleo de pinhão manso, óleo dealgodão, sebo, girassol, babaçu, nabo forrageiro, coco, colza, dentre outros,além de glicerina gerada a partir de blendas. As diferentes amostras deglicerina investigadas apresentavam alto teor de ácidos graxos, traços decatalisadores e álcoois.The glycerin samples obtained after the biodiesel transesterification process came from different oilseeds, such as: soybean oil, palm oil, sunflower oil, canola oil, jatropha oil, cottonseed oil, tallow, sunflower, babassu, forage turnip , coconut, rapeseed, among others, as well as glycerin generated from blends. The different glycerin samples investigated presented high content of fatty acids, decatalyst traces and alcohols.
A reação de ciclização envolvendo as diferentes cetonas e aldeídosocorreu em temperaturas que variaram entre 25 e 100°C, sob agitação emsistema aberto sem que fosse necessário a adição de um catalisador ácidopois as amostras de glicerina já possuíam acidez suficiente (pH ~ 1.0) para quea reação ocorresse, mesmo que parcialmente, a temperatura ambiente. Estareação não exclui o uso de glicerina purificada, glicerina grau farmacêutico,glicerina branca, bidestilada, desde que na presença de um catalisador.The cyclization reaction involving the different ketones and aldehydes occurred at temperatures ranging from 25 to 100 ° C, under stirring in an open system without the need for an acid catalyst addition. Glycerin samples already had sufficient acidity (pH ~ 1.0) for which even partially, at room temperature. Staging does not exclude the use of purified glycerin, pharmaceutical grade glycerin, white glycerine, bidistilled, provided that in the presence of a catalyst.
Em todos os experimentos aqui apresentados, a melhor razão molarreferente aos reagentes de ciclização (aldeídos e cetonas) ficou entre 1.0 e 3.0.In all experiments presented here, the best molar reference ratio for cyclization reagents (aldehydes and ketones) was between 1.0 and 3.0.
Para os reagentes de maior ponto de ebulição, as razões molares maisadequadas foram 1.05, 1,10 e 1,20. Em todos os exemplos estudados, o tempode reação não excedeu 60 minutos. A melhor faixa encontra-se entre 5 e 45minutos, mais especificamente entre 20 e 30 minutos.For the highest boiling reagents, the most suitable molar ratios were 1.05, 1.10 and 1.20. In all studied examples, the reaction time did not exceed 60 minutes. The best range is between 5 and 45 minutes, more specifically between 20 and 30 minutes.
Após a constatação do término da reação por GCMS (Gaschromatography-mass spectrometry), os intermediários cíclicos foram diluídoscom uma pequena quantidade de acetona e filtrados para completa remoçãodas impurezas precipitadas ao longo da reação, concentrados e postos parahidrolisar com quantidades equimolares de água destilada, numa proporçãoque variou de 1,0 a 3,0. A faixa de temperatura utilizada encontra-se entre 50 e90°C. O intervalo de tempo para completa clivagem dos intermediários cíclicos,não ultrapassou 120 minutos. A solução límpida de glicerina recuperada foiposta para agitar na presença de carvão ativado e/ou terra diatomácea por umperíodo de 10 minutos e filtrada em seguida. Após a filtração, o material foiposto num rota evaporador, sendo possível recuperar a cetona ou aldeído,quando estes apresentavam baixo ponto de ebulição. A glicerina foi recuperadaem rendimentos que variaram entre 85 e 99,9% com grau de pureza acima de90% e o pH variando de 6,5 a 7,2.After the GCMS (Gaschromatography-mass spectrometry) reaction was terminated, the cyclic intermediates were diluted with a small amount of acetone and filtered to completely remove precipitated impurities throughout the reaction, concentrated to hydrolyze with equimolar distilled water in a proportion ranging from 1.0 to 3.0. The temperature range used is between 50 and 90 ° C. The time interval for complete cleavage of cyclic intermediates did not exceed 120 minutes. The recovered clear glycerine solution was stirred for stirring in the presence of activated charcoal and / or diatomaceous earth for a period of 10 minutes and then filtered. After filtration, the material was evaporated and the ketone or aldehyde could be recovered when they had a low boiling point. Glycerin was recovered in yields ranging from 85 to 99.9% with purity above 90% and pH ranging from 6.5 to 7.2.
Os exemplos a seguir ilustram, sem limitar, o escopo da presenteinvenção, de forma a detalhar a metodologia utilizada.The following examples illustrate, without limitation, the scope of the present invention in order to detail the methodology used.
Exemplo 1Example 1
Em um balão de duas bocas com capacidade para 50 mL, foi acopladoum condensador para refluxo. O sistema foi posto em um banho de óleo desilicone com a temperatura ajustada numa faixa de 40 - 60°C. Em seguida, osistema foi carregado com 2,000 g (21,74 mmol) de glicerina loura (pH = 1,0) e10 mL de acetona PA, permanecendo sob agitação por um período de tempoque variou de 5 a 20 minutos. O acompanhamento da reação por cromatografiaem fase gasosa revelou um único produto derivado da ciclização. Após aconstatação do consumo total do material de partida, a acidez foi monitorada eο ρΗ ~ 5,0. Logo nos primeiros minutos de reação, foi possível observar aprecipitação das impurezas contidas na glicerina loura, sendo facilmenteremovidas através de uma simples filtração. A solução de característica límpidafoi concentrada, dando origem a um óleo com rendimento quantitativo.In a 50 mL two-necked flask, a reflux condenser was coupled. The system was placed in a desilicone oil bath with the temperature set within a range of 40 - 60 ° C. Then, the system was charged with 2.000 g (21.74 mmol) of blond glycerin (pH = 1.0) and 10 mL of acetone PA, remaining under stirring for a period of time ranging from 5 to 20 minutes. Following the reaction by gas chromatography revealed a single product derived from cyclization. After finding the total consumption of the starting material, the acidity was monitored eο ρΗ ~ 5.0. In the first few minutes of reaction, it was possible to observe appreciation of the impurities contained in the blonde glycerin, being easily removed through a simple filtration. The clear characteristic solution was concentrated to give an oil in quantitative yield.
O material recuperado foi transferido para um balão de duas bocas comcapacidade para 50 mL, acoplado a um condensador para refluxo. O sistemafoi posto em um banho de óleo de silicone com a temperatura ajustada para75°C e o meio tratado com 1,10 a 1,50 equivalente de água destilada,permanecendo sob agitação constante por um período de 50 a 80 minutos.Após a constatação do consumo total do material de partida, a solução foitratada com carvão ativado, permanecendo sob agitação por um tempoadicional de 10 minutos. Em seguida, a solução foi filtrada e concentrada,dando origem a glicerina com grau de pureza de 99,9% e rendimento químicoquantitativo. A figura 1 mostra os cromatogramas referentes ao cetal e aglicerina após ser concluída a hidrólise. Já na figura 3, é possível observar oespectro de infravermelho da glicerina PA sendo confrontado com o espectrode infravermelho da glicerina purificada.The recovered material was transferred to a 50 mL two-necked flask coupled to a reflux condenser. The system was placed in a silicone oil bath with the temperature set to 75 ° C and the medium treated with 1.10 to 1.50 equivalent of distilled water, remaining under constant agitation for a period of 50 to 80 minutes. of the total consumption of the starting material, the solution was activated with activated charcoal, remaining under stirring for an additional 10 minutes. Then the solution was filtered and concentrated to give 99.9% purity glycerin and quantitative chemical yield. Figure 1 shows the chromatograms for ketal and aglycerin after hydrolysis is completed. In figure 3, it is possible to observe the infrared spectrum of glycerin PA being compared to the infrared spectrometer of purified glycerin.
Após todos os parâmetros reacionais terem sido determinados, novosexperimentos foram realizados com o intuito de aumentar a quantidade deglicerina loura. As massas investigadas variaram de 10 a 1000g e a razãomolar de acetona usada foi otimizada de 6,25 para 1,10.After all reaction parameters were determined, further experiments were performed to increase the amount of blond glycerin. The investigated masses ranged from 10 to 1000g and the molar ratio of acetone used was optimized from 6.25 to 1.10.
Exemplo 2Example 2
Em um balão de duas bocas com capacidade para 50 mL, foi acopladoum condensador para refluxo. O sistema foi posto em um banho de óleo desilicone com a temperatura ajustada numa faixa de 80 - 100°C. Em seguida, osistema foi carregado com 2,000 g (21,74 mmol) de glicerina loura (pH = 1,0) e2,240 g (22,82 mmol) ou 2,36 mL de ciclohexanona, permanecendo sobagitação por um período de tempo que variou de 10 a 30 minutos. Oacompanhamento da reação por cromatografia em fase gasosa revelou doisprodutos isoméricos derivados da ciclização. Após a constatação do consumototal do material de partida, a acidez foi monitorada e o pH ~ 4,5. Logo nosprimeiros minutos de reação, foi possível observar a precipitação dasimpurezas contidas na glicerina loura, sendo facilmente removidas através deuma simples filtração. A solução de característica límpida foi concentrada,dando origem a um óleo com rendimento quantitativo.In a 50 mL two-necked flask, a reflux condenser was coupled. The system was placed in a desilicone oil bath with the temperature set within a range of 80 - 100 ° C. The system was then loaded with 2,000 g (21.74 mmol) of blonde glycerin (pH = 1.0) and 2.224 g (22.82 mmol) or 2.36 mL of cyclohexanone, remaining under agitation for a period of time. which ranged from 10 to 30 minutes. Monitoring the reaction by gas chromatography revealed two isomeric products derived from cyclization. After finding the total consumption of the starting material, the acidity was monitored and the pH ~ 4.5. In the first minutes of reaction, it was possible to observe the precipitation of the impurities contained in the blonde glycerin, being easily removed by a simple filtration. The clear solution was concentrated to give an oil in quantitative yield.
O material recuperado foi transferido para um balão de duas bocas comcapacidade para 50 mL, acoplado a um condensador para refluxo. O sistemafoi posto em um banho de óleo de silicone com a temperatura ajustada para80°C e o meio tratado com 1,00 a 1,30 equivalente de água destilada,permanecendo sob agitação constante por um período de 95 a 120 minutos.The recovered material was transferred to a 50 mL two-necked flask coupled to a reflux condenser. The system was placed in a silicone oil bath with the temperature set to 80 ° C and the medium treated with 1.00 to 1.30 equivalent of distilled water, remaining under constant agitation for a period of 95 to 120 minutes.
Após a constatação do consumo total do material de partida, a solução foitratada com carvão ativado, permanecendo sob agitação por um tempoadicional de 30 minutos. Em seguida, a solução foi filtrada e concentrada,dando origem a glicerina com grau de pureza de 95% e rendimento químicoquantitativo.After finding the total consumption of the starting material, the solution was activated with activated charcoal, remaining under stirring for an additional 30 minutes. Then the solution was filtered and concentrated to give 95% purity glycerin and quantitative chemical yield.
Exemplo 3Example 3
Em um balão de duas bocas com capacidade para 50 mL, foi acopladoum condensador para refluxo. O sistema foi posto em um banho de óleo desilicone com a temperatura ajustada numa faixa de 90 - 100°C. Em seguida, osistema foi carregado com 2,000 g (21,74 mmol) de glicerina loura (pH = 1,0) e1,872 g (21,74 mmol) ou 2,32 mL de 3-metil-2-butanona, permanecendo sobagitação por um período de tempo que variou de 25 a 40 minutos. Oacompanhamento da reação por cromatografia em fase gasosa revelou doisprodutos isoméricos derivados da ciclização. Após a constatação do consumototal do material de partida, a acidez foi monitorada e o pH ~ 5,0. Logo nosprimeiros minutos de reação, foi possível observar a precipitação dasimpurezas contidas na glicerina loura, sendo facilmente removidas através deuma simples filtração. A solução de característica límpida foi concentrada,dando origem a um óleo com rendimento quantitativo.In a 50 mL two-necked flask, a reflux condenser was coupled. The system was placed in a desilicone oil bath with the temperature set within a range of 90 - 100 ° C. The system was then charged with 2,000 g (21.74 mmol) of blonde glycerine (pH = 1.0) and 1.872 g (21.74 mmol) or 2.32 mL of 3-methyl-2-butanone, remaining over-agitation for a period of time ranging from 25 to 40 minutes. Monitoring the reaction by gas chromatography revealed two isomeric products derived from cyclization. After finding the total consumption of the starting material, the acidity was monitored and the pH ~ 5.0. In the first minutes of reaction, it was possible to observe the precipitation of the impurities contained in the blonde glycerin, being easily removed by a simple filtration. The clear solution was concentrated to give an oil in quantitative yield.
O material recuperado foi transferido para um balão de duas bocas comcapacidade para 50 mL, acoplado a um condensador para refluxo. O sistemafoi posto em um banho de óleo de silicone com a temperatura ajustada para80°C e o meio tratado com 1,10 a 1,40 equivalente de água destilada,permanecendo sob agitação constante por um período de 30 a 80 minutos.The recovered material was transferred to a 50 mL two-necked flask coupled to a reflux condenser. The system was placed in a silicone oil bath with the temperature set to 80 ° C and the medium treated with 1.10 to 1.40 equivalent of distilled water, remaining under constant agitation for a period of 30 to 80 minutes.
Após a constatação do consumo total do material de partida, a solução foitratada com carvão ativado, permanecendo sob agitação por um tempoadicional de 15 minutos. Em seguida, a solução foi filtrada e concentrada,dando origem a glicerina com grau de pureza de 90% e rendimento químicoquantitativo.After finding the total consumption of the starting material, the solution was activated with activated charcoal, remaining under stirring for an additional 15 minutes. Then the solution was filtered and concentrated to give 90% purity glycerin and quantitative chemical yield.
Exemplo 4Example 4
Em um balão de duas bocas com capacidade para 50 mL, foi acopladoum condensador para refluxo. O sistema foi posto em um banho de óleo desilicone com a temperatura ajustada numa faixa de 80 - 100°C. Em seguida, osistema foi carregado com 2,000 g (21,74 mmol) de glicerina loura (pH = 1,0) e2,31 g (21,74 mmol) ou 2,20 mL de benzaldeído, permanecendo sob agitaçãopor um período de tempo que variou de 30 a 40 minutos. O acompanhamentoda reação por cromatografia em fase gasosa revelou dois produtos isoméricosderivados da ciclização. Após a constatação do consumo total do material departida, a acidez foi monitorada e o pH ~ 4,0. Logo nos primeiros minutos dereação, foi possível observar a precipitação das impurezas contidas naglicerina loura, sendo facilmente removidas através de uma simples filtração. Asolução de característica límpida foi concentrada, dando origem a um óleo comrendimento quantitativo.In a 50 mL two-necked flask, a reflux condenser was coupled. The system was placed in a desilicone oil bath with the temperature set within a range of 80 - 100 ° C. The system was then charged with 2.000 g (21.74 mmol) of blonde glycerine (pH = 1.0) and 2.31 g (21.74 mmol) or 2.20 mL of benzaldehyde, while stirring for a period of time. which ranged from 30 to 40 minutes. Follow-up of the reaction by gas chromatography revealed two isomerization products derived from cyclization. After finding the total consumption of the divided material, the acidity was monitored and the pH ~ 4.0. In the first few minutes, it was possible to observe the precipitation of blond naglycerin impurities, which were easily removed by simple filtration. The clear characteristic solution was concentrated to give a quantitative yield oil.
O material recuperado foi transferido para um balão de duas bocas comcapacidade para 50 mL, acoplado a um condensador para refluxo. O sistemafoi posto em um banho de óleo de silicone com a temperatura ajustada para90°C e o meio tratado com 1,10 a 1,30 equivalente de água destilada,permanecendo sob agitação constante por um período de 50 a 70 minutos.Após a constatação do consumo total do material de partida, a solução foitratada com carvão ativado, permanecendo sob agitação por um tempoadicional de 30 minutos. Em seguida, a solução foi filtrada e concentrada,dando origem a glicerina com grau de pureza de 93% e rendimento químicoquantitativo.The recovered material was transferred to a 50 mL two-necked flask coupled to a reflux condenser. The system was placed in a silicone oil bath with the temperature set at 90 ° C and the medium treated with 1.10 to 1.30 equivalent of distilled water, remaining under constant agitation for a period of 50 to 70 minutes. of the total consumption of the starting material, the solution was activated with activated charcoal, remaining under stirring for an additional 30 minutes. Then the solution was filtered and concentrated to give 93% purity glycerin and quantitative chemical yield.
Exemplo 5Example 5
Em um balão de duas bocas com capacidade para 50 ml_, foi acopladoum condensador para refluxo. O sistema foi posto em um banho de óleo desilicone com a temperatura ajustada numa faixa de 30 - 45°C. Em seguida, osistema foi carregado com 2,000 g (21,74 mmol) de glicerina loura (pH = 1,0) e1,43 g (32,61 mmol) ou 1,83 mL de acetaldeído, permanecendo sob agitaçãopor um período de tempo que variou de 50 a 70 minutos. O acompanhamentoda reação por cromatografia em fase gasosa revelou dois produtos isoméricosderivados da ciclização. Após a constatação do consumo total do material departida, a acidez foi monitorada e o pH ~ 5,0. Logo nos primeiros minutos dereação, foi possível observar a precipitação das impurezas contidas naglicerina loura, sendo facilmente removidas através de uma simples filtração. Asolução de característica límpida foi concentrada, dando origem a um óleo comrendimento quantitativo.In a 50 ml two-necked flask, a reflux condenser was coupled. The system was placed in a desilicone oil bath with the temperature set within a range of 30 - 45 ° C. The system was then charged with 2.000 g (21.74 mmol) of blonde glycerine (pH = 1.0) and 1.43 g (32.61 mmol) or 1.83 mL of acetaldehyde, while stirring for a period of time. which ranged from 50 to 70 minutes. Follow-up of the reaction by gas chromatography revealed two isomerization products derived from cyclization. After finding the total consumption of the divided material, the acidity was monitored and the pH ~ 5.0. In the first few minutes, it was possible to observe the precipitation of blond naglycerin impurities, which were easily removed by simple filtration. The clear characteristic solution was concentrated to give a quantitative yield oil.
O material recuperado foi transferido para um balão de duas bocas comcapacidade para 50 mL, acoplado a um condensador para refluxo. O sistemafoi posto em um banho de óleo de silicone com a temperatura ajustada para75°C e o meio tratado com 1,05 a 1,20 equivalente de água destilada,permanecendo sob agitação constante por um período de 60 a 80 minutos.The recovered material was transferred to a 50 mL two-necked flask coupled to a reflux condenser. The system was placed in a silicone oil bath with the temperature set at 75 ° C and the medium treated with 1.05 to 1.20 equivalent of distilled water, remaining under constant agitation for a period of 60 to 80 minutes.
Após a constatação do consumo total do material de partida, a solução foitratada com carvão ativado, permanecendo sob agitação por um tempoadicional de 20 minutos. Em seguida, a solução foi filtrada e concentrada,dando origem a glicerina com grau de pureza de 97% e rendimento químicoquantitativo.After finding the total consumption of the starting material, the solution was activated with activated charcoal, remaining under stirring for an additional 20 minutes. Then the solution was filtered and concentrated to give 97% purity glycerin and quantitative chemical yield.
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