RUTA QUÍMICA: ESTERIFICACIÓN DIRECTA

En la esterificación directa una molécula de ácido ataca a un grupo hidroxilo del glicerol para formar un monoglicérido de acuerdo a la siguiente reacción

C H 2OH−CHOH−C H 2OH+C17H 35COOH↔CH 2OOC C17H 35−CHOH−C H 2OH+¿

C H 2OH−CHOOCC17H 35−C H 2OH +H 2O

Glicerina+á . esteáricO↔1−Mono (90%)+1−Mono (10% )+H 2O

El mecanismo de reacción que se desarrolla, se describe a continuación:

Figura X Mecanismo de reacción para la esterificación directa. (Cortés Benitez & Mora Porras, 2004)

Esta reacción puede generar los siguientes subproductos

Glicerina Ácidos grasos

Di glicéridos Triglicéridos Acroleína Poliésteres y polieteres del glicerol

La reacción efectuada es irreversible y alcanza el equilibrio cuando aún quedan cantidades apreciables de reactivos. Esta reversibilidad es un inconveniente en la preparación directa del ester a partir del acido; sin embargo, la esterificación directa tiene la ventaja de ser una síntesis de solo un paso.

Para abordar la reversibilidad de la reacción, hay dos procedimientos recomendados para mantener el equilibrio hacia la producción del ester, la primera es el uso de un exceso de reactivo, y la segunda, el retiro de un producto conforme avanza la reacción.

Debido al bajo costo comercial y el fácil acceso del mismo en la industria química, el glicerol se utiliza en exceso para desplazar el equilibrio hacia la formación de los productos y aumentar así el rendimiento en ester, adicionalmente, ese exceso de glicerol puede ser recuperado en una etapa posterior y recirculado al reactor.

Para el retiro de uno de los productos, en este caso el agua, se hace uso de un gas de arrastre que retire el agua que se produce por la reacción, la cual puede ser reutilizada posteriormente en el proceso. En la mayoria de los casos, el gas de arraste utilizado es el nitrógeno, pues la solubilidad del agua que presenta el agua y adicionalmente debido a que dona una atmosfera inerte, que previene la oxidación de las sustancia y por ende la degradación del producto.

Condiciones de operación

Temperatura: La temperatura de oscilar entre 175-200°C , ya que la conversión a monogliceridos aumenta a este rango de temperatura debido a la energía de activación que existe en las moléculas del glicerol. Pero si el rango de temperatura supera los 200°C, se va a favorecer la formación de poli gliceroles.

Catalizador: Se necesita de un catalizador para la producción de monoesterato ya que este aumenta la miscibilidad del glicerol en el ácido , aumentando así la velocidad de la reacción de producción de mono glicéridos.Se han realizado numeroso estudios, en los cuales se busca identificar un catalizador óptimo para el proceso.

Criterios para la selección del catalizador:

Promoción de la velocidad de reacción. Color del producto obtenido (si el necesario el uso de blanqueador o

decolorizador). Facilidad de remoción del catalizador. Toxicidad del catalizador.

Perdidas de catalizador por volatilización , por encima de ciertas temperaturas

Inactivación del catalizador por encima de ciertas temperaturas o por presencia de impurezas.

Corrosividad del catalizador en las paredes del reactor.

Tipos de catalizador a analizar: Homogéneos : Básicos y ácidos Heterogéneos: Resinas de intercambio iónico, enzimas, aluminosilicatos y

zeolitas

ALCALINOS:Hidróxido de sodio (NaOH)

Promueve la velocidad de reacción, ya que la formación de monogliceridos es mayor que sin utilizar catalizador.

Para remover el catalizador es necesario neutralizarlo con acido fosfórico, lo queda como resultado fosfato trisodico que es de apariencia blanca e inodoro, por lo tanto con el uso de este catalizador no se requiere decolorar el producto.

En cuanto a toxicidad es extremadamente peligroso en caso de inhalación (corrosivo pulmón). Muy peligroso en caso de contacto cutáneo (corrosivo, irritante,permeabilizador), contacto con los ojos (corrosivo) y de ingestión.

El hidróxido de sodio no es volátil, por lo tanto no se presentaran perdidas de catalizador durante la reacción.

Extremadamente corrosivo en presencia de aluminio, latón. Corrosivo en presencia de cobre, de acero inoxidable (304), de acero inoxidable (316). No corrosivo en presencia de vidrio.

Los catalizadores alcalinos, como el glicolato de sodio, los hidróxidos de potasio, sodio y bario y el oxido de calcio permiten manejar temperaturas por encima de los 180°C sin afectar las características del producto, sin embargo la miscibilidad de los reactantes es baja, lo cual dificulta la transferencia de masa del proceso y por consiguiente lo hacen mucho más lento.

ÁCIDOS:Acido paratoluensulfónico (APTS)

La selectividad hacia la producción de monogliceridos es baja, mientras que el color del producto obtenido será el del monoestearato como tal ya que el catalizador no posee color.

Este ácido orgánico es soluble en los ácidos grasos y ésteres metilícos y después de la neutralización con hidróxido sódico se convierte en una sal muy soluble en agua, de fácil remoción.

En cuanto a toxicidad tiene posibles efectos cancerígenos: Clasificado A4 (No clasificado para el ser humano o animal.)Contiene material que puede causar daño a los órganos siguientes: riñones, el sistema reproductor, el hígado, la piel.

Otros efectos tóxicos en los seres humanos: Peligroso en caso de contacto cutáneo (irritante), de ingestión, de inhalación (irritante pulmonar). Ligeramente peligroso en caso de contacto con la piel.

Tiene cierto grado de volatilidad gracias al contenido de acetona por lo que puede haber perdidas de catalizador.

No es corrosivo en presencia de vidrio.

Acido sulfúrico concentrado

Este acido inorgánico es altamente toxico, aunque directamente no es una sustancia que cause mutaciones celulares, existe la posibilidad de generación de anormalidades a nivel celular en linfocitos humanos por causa del pH Acido que puede inducir la presencia de esta sustancia.

Las reacciones del Acido Sulfúrico concentrado en el área de los compuestos orgánicos están muy influenciadas por las propiedades oxidantes e higroscópicas de éste, por dicha razón, es ampliamente usado como catalizador en muchos procesos orgánicos.

En cuanto a los niveles permisibles de exposición ocupacional se presentan las siguientes características:

TLV (TWA; 8 horas; ACGIH): 1 mg/m3 (1998)

PEL (TWA; 8 horas; OSHA para la industria general): 1 mg/m3 (1998)

PEL (TWA; 8 horas; OSHA para la industria de la construcción): 1 mg/m3 (Fecha de estudio no reportada)

IDLH (NIOSH): 80 mg/m3 (1978)

STEL (TWA; 15 minutos; ACGIH): 3 mg/m3 (1998)

*TLV: Threshold Limit Value (Valor Límite Umbral).

*PEL: Permissible Exposure Limit (Límite Permisible de Exposición).

*IDLH: Immediately Dangerous to Life and Health (Peligroso Inmediatamente para la vida y la Salud).

*STEL: Short Time Exposure Limit (Límite de Exposición en Periodos Cortos)

Según la información toxicológica, presenta un DL50 de 1240mg/kg y un CL50 de 510 mg/m3/2 horas

Nota: los catalizadores ácidos traen consigo ciertas desventajas ya que generan problemas ambientales (corrosión, dificultad en la recuperación) o problemas químicos (reacciones secundarias como para el acido graso como la oxidación y la dimerización, y para el glicerol, como la polimerización, la oxidación y la deshidratación a acroleína, así como el deterioro de las propiedades organolépticas de los mono glicéridos a temperaturas mayores a los 170°C).

RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO Pouilloux et al 71 obtuvieron una conversión de hasta 90% y una selectividad de 85% hacia monogliceridos

ZEOLITAS

ENZIMASLas enzimas, cuya ventaja principal es la necesidad de bajas temperaturas de operación, tienen como ventajas buenas conversiones y alta selectividad.