Aplicação da tecnologia de destilação molecular na purificação de diglicerídeos

Resumo: destilação molecularA destilação molecular, também conhecida como destilação de caminho curto, é um processo de destilação fora do equilíbrio que realiza a separação de substâncias sob alto vácuo com base nas diferenças no livre percurso médio do movimento molecular de diferentes substâncias. A tecnologia de destilação molecular caracteriza-se por alto grau de vácuo, baixa temperatura de destilação, curto tempo de aquecimento e alta eficiência de separação. Portanto, ela pode reduzir ainda mais o custo de separação de materiais com alto ponto de ebulição, proteger a qualidade de materiais sensíveis ao calor e é adequada para a separação e purificação de substâncias com alto ponto de ebulição, sensíveis ao calor e facilmente oxidáveis. Atualmente, a tecnologia de destilação molecular tem sido aplicada em indústrias como a petroquímica, a química fina e a alimentícia. Este artigo analisa a aplicação da tecnologia de destilação molecular na purificação de diglicerídeos.

Palavras-chave: Tecnologia de Destilação Molecular; diglicerídeos; aplicação de purificação

Na produção química, muitas substâncias existem na forma de misturas. Para atender aos requisitos de produção e uso, essas substâncias precisam ser separadas até atingirem um certo grau de pureza. Dentre os diversos métodos de separação, a destilação é um dos mais comuns, e a tecnologia de destilação molecular oferece muitas vantagens significativas. Atualmente, com o rápido desenvolvimento da indústria química, o setor tem dado maior ênfase ao avanço e progresso tecnológico. Ao aplicar a tecnologia de destilação molecular, aspectos como o processo de produção e os produtos finais devem ser operados e praticados sob uma perspectiva sustentável, tornando assim o desenvolvimento de produtos químicos finos sustentáveis ​​uma realidade.

I.Visão geral da tecnologia de destilação molecular

1. Princípios básicos da tecnologia de destilação molecular

A destilação molecular é uma técnica emergente de produção química que tem atraído considerável atenção tanto nacional quanto internacionalmente. Sua característica singular reside no fato de ser uma tecnologia de separação física, significativamente diferente dos métodos de destilação tradicionais, sendo notavelmente superior a estes em termos de capacidade técnica e eficiência de separação. A força motriz para a separação na destilação molecular provém do movimento das moléculas de diferentes substâncias e das consequentes diferenças em seus livres percursos médios. Quando a pressão no separador diminui e a temperatura aumenta, o movimento molecular acelera, levando a uma redução no diâmetro molecular. À medida que o separador opera, as diferenças nos diâmetros moleculares tornam-se cada vez maiores, culminando na separação das substâncias. O dispositivo de separação inclui um evaporador, placas de aquecimento, placas de condensação, entre outros. Sob um ambiente de alto vácuo, a operação simultânea das placas de aquecimento e das placas de condensação faz com que as moléculas no líquido bruto misturado se separem e fluam em direção às placas de condensação, alcançando, finalmente, a separação bem-sucedida.

2. Tecnologias-chave na destilação molecular

Para que a tecnologia de destilação molecular desempenhe um papel significativo na produção de produtos químicos finos sustentáveis, é necessário analisar de forma abrangente as principais tecnologias utilizadas no processo de destilação. Somente com uma compreensão completa é possível alcançar melhores resultados na aplicação dessa tecnologia. Diversos recursos técnicos essenciais são empregados na destilação molecular. O primeiro é a tecnologia de selagem a alto vácuo. Esta é a chave para a implementação eficiente de todo o processo de destilação molecular. O uso da tecnologia de selagem a alto vácuo cria um ambiente de vácuo para a destilação molecular, garantindo assim o funcionamento normal dos processos subsequentes. O evaporador de destilação molecular também é uma parte importante da tecnologia. No processo de aplicação da tecnologia de destilação molecular, é essencial garantir que a estrutura do evaporador atenda aos requisitos de produção, de modo a assegurar a separação de materiais com alta qualidade. Além disso, há o sistema de transporte de materiais. Este sistema serve como a artéria para a operação da tecnologia de destilação molecular. Este sistema precisa de otimização adicional para aumentar a confiabilidade da tecnologia de destilação molecular e garantir seu avanço contínuo.

II. Princípios e características da destilação molecular

1. Princípios Básicos

A destilação convencional baseia-se no equilíbrio líquido-vapor, combinado com as diferenças na volatilidade relativa entre os componentes, e a separação é realizada na temperatura de ebulição da mistura. A destilação molecular, por outro lado, realiza a separação entre substâncias sob alto vácuo, com base nas diferenças no livre percurso médio do movimento molecular das diferentes substâncias. A destilação molecular é um processo de destilação a alto vácuo no qual a separação é realizada abaixo do ponto de ebulição das substâncias, tornando-se um processo de destilação completamente fora do equilíbrio. Durante a operação da destilação molecular, as moléculas do componente leve têm um grande livre percurso médio, enquanto as moléculas do componente pesado têm um pequeno livre percurso médio. Se uma superfície de condensação for colocada a uma distância da superfície de evaporação que seja menor que o livre percurso médio das moléculas do componente leve, mas maior que o das moléculas do componente pesado, as moléculas do componente leve irão cair sobre a superfície de condensação e se condensar. Isso perturba o equilíbrio dinâmico de seu movimento molecular, fazendo com que escapem continuamente. Entretanto, as moléculas do componente mais pesado, incapazes de alcançar a superfície de condensação, retornam à superfície original do líquido e rapidamente se aproximam de um equilíbrio dinâmico. Dessa forma, os diferentes componentes da mistura são separados.

2. Vantagens e Limitações da Tecnologia de Destilação Molecular

Com base nos princípios de funcionamento da tecnologia de destilação molecular, algumas características podem ser resumidas. Primeiro, diferentemente da destilação convencional, o processo de separação por destilação molecular não requer um ambiente de alta temperatura. Isso ocorre porque a destilação molecular se baseia principalmente no movimento molecular para a separação, e não nos pontos de ebulição. Portanto, na prática, a temperatura deve ser mantida abaixo do ponto de ebulição. Comparada à destilação convencional, a destilação molecular requer uma pressão menor, e uma redução na pressão leva a uma diminuição do ponto de ebulição. Como a temperatura exigida por essa tecnologia não precisa atingir o ponto de ebulição, a temperatura de operação da destilação molecular é inevitavelmente menor do que a da destilação convencional. A destilação molecular é um processo de destilação fora do equilíbrio com diversas vantagens. A primeira é a baixa temperatura de operação. Na destilação molecular, se as moléculas de vapor escaparem da fase líquida, a separação pode ser alcançada sem atingir o estado de ebulição. Outra vantagem é a baixa pressão de operação. Para obter um livre percurso médio suficientemente grande, a pressão de destilação deve ser reduzida. Como o equipamento de destilação molecular é simples e a queda de pressão interna é pequena, é possível atingir um vácuo mais elevado. Além disso, o tempo de aquecimento é curto. Baseado no princípio da destilação molecular, as moléculas leves que escapam da superfície de evaporação atingem a superfície de condensação praticamente sem colisões, resultando em um tempo de aquecimento muito curto. Ademais, a eficiência de separação é alta. Ao mesmo tempo, a operação de destilação molecular deve satisfazer algumas condições. Primeiro, deve haver uma certa diferença nos percursos livres médios das moléculas dos componentes leves e pesados. Segundo, a distância entre a superfície de evaporação e a superfície de condensação deve ser menor que o percurso livre médio das moléculas do componente leve. Comparada à destilação convencional, a destilação molecular apresenta muitas vantagens notáveis, mas também possui certas limitações. Como a destilação molecular requer separação sob alto vácuo, ela exige equipamentos relativamente caros e requisitos técnicos e de projeto mais rigorosos.

III. Síntese Enzimática de Diglicerídeos

1. Esterificação

A esterificação utiliza glicerol e ácidos graxos livres como matérias-primas e lipase como catalisador para produzir DAG (diglicerídeos). Durante o processo de esterificação, são gerados subprodutos como TAG (triglicerídeos) e MAG (monoglicerídeos). A água produzida na reação de esterificação não só dificulta o avanço da reação, como também reduz a atividade da lipase. Portanto, o controle do teor de água é crucial. Normalmente, a quantidade de ácidos graxos livres fornecida é maior que a de glicerol para garantir ácidos graxos livres suficientes para a esterificação com glicerol, mas não deve ser excessiva, caso contrário, pode ser difícil removê-la ao final da reação ou afetar a atividade da lipase devido à alta acidez. O método de esterificação direta apresenta vantagens como tempo de reação curto, alta pureza do produto e etapas de reação simples. No entanto, como os ácidos graxos livres são muito caros, o custo do método de esterificação direta é relativamente alto.

2. Hidrólise Parcial

O método de hidrólise parcial envolve a reação de TAG com água e enzimas para obter uma mistura de DAG, MAG e FFA (ácidos graxos livres). O DAG de alta pureza é então obtido pela remoção da água, MAG, FFA e TAG residual por destilação molecular. O método de hidrólise parcial possui um processo de reação simples e de baixo custo. No entanto, esse processo introduz água, o que pode reduzir a qualidade do óleo, especialmente óleos com alto teor de ácidos graxos poli-insaturados. Antes da reação ocorrer, a solubilidade da água no material graxo afeta a velocidade da reação. Portanto, solventes orgânicos ou surfactantes são frequentemente adicionados à reação de hidrólise parcial para aumentar a solubilidade mútua dos reagentes e melhorar o rendimento de DAG.

3. Glicerólise

A glicerólise é o método mais econômico para a produção de DAG. A glicerólise enzimática utiliza TAG e glicerol como matérias-primas, sob a catálise da lipase, para produzir DAG. Durante o processo de glicerólise, o glicerol é adicionado gradualmente para evitar sua adsorção no sítio ativo da lipase e consequente comprometimento de sua atividade catalítica. De forma semelhante ao método de hidrólise parcial, surfactantes de grau alimentício são, por vezes, adicionados à reação de glicerólise para superar o problema de imiscibilidade entre o glicerol e os óleos/gorduras.

4. Transesterificação

O método de transesterificação utiliza TAG e MAG como matérias-primas sob catálise de lipase para produzir DAG. O método de transesterificação envolve duas etapas: primeiro, a reação de hidrólise do TAG e, em seguida, a reação de esterificação entre a lipase, a partir do TAG hidrolisado, e o MAG. O equilíbrio entre as duas etapas de hidrólise e esterificação é fundamental e também um desafio. Além disso, o alto custo do MAG é desfavorável para a implementação industrial.

IV. Aplicação da tecnologia de destilação molecular na purificação de diglicerídeos

Os diglicerídeos (DAG) são um novo tipo de óleo saudável, mas seu teor em óleos e gorduras naturais é muito baixo. Além disso, o produto bruto da síntese artificial de diglicerídeos também contém muitos outros subprodutos. Portanto, a purificação dos diglicerídeos é muito importante. A destilação molecular é uma das tecnologias mais utilizadas no processo de purificação de diglicerídeos. Trata-se de uma tecnologia de separação e purificação relativamente nova e eficiente, que atinge o objetivo de separação e purificação utilizando as diferenças no livre percurso médio do movimento molecular de diferentes substâncias. Ela se caracteriza por baixa temperatura de destilação, curto tempo de aquecimento, alta eficiência de separação, ausência de poluição e ampla gama de aplicações. É particularmente adequada para a separação e purificação de produtos naturais com altos pontos de ebulição, sensíveis ao calor e com fácil oxidação. Este método também pode evitar eficazmente a degradação térmica de componentes sensíveis ao calor e facilmente oxidáveis. Pode ainda ser aplicado para separar substâncias com altos pontos de ebulição ou pequenas diferenças nos pontos de ebulição. Possui amplas perspectivas de aplicação na purificação de diglicerídeos. No entanto, a aplicação da tecnologia de destilação molecular à purificação de diglicerídeos também apresenta alguns problemas. Por exemplo, os equipamentos de destilação molecular exigem alta vedação e são caros. Atualmente, nenhuma tecnologia relacionada consegue solucionar esses problemas, sendo necessário integrar novos meios técnicos à tecnologia de destilação molecular.

Em resumo, a confiabilidade da tecnologia de destilação molecular foi plenamente demonstrada na prática, podendo impulsionar o desenvolvimento e o progresso da engenharia química fina verde. Considerando a estreita relação entre a tecnologia de destilação molecular e o desenvolvimento de tecnologias correlatas, a China deve fortalecer ainda mais o intercâmbio técnico e a cooperação entre empresas, instituições e universidades, a fim de estabelecer as bases para a otimização dos parâmetros de processo para a aplicação industrial da destilação molecular. A tecnologia de destilação molecular apresenta vantagens exclusivas na separação e purificação de medicamentos naturais, sendo cada vez mais utilizada nesse processo.

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