Estratégias de separação e purificação do ácido láctico produzido por via fermentativa

(1)

ANDREA KOMESU

ESTRATÉGIAS DE SEPARAÇÃO E PURIFICAÇÃO DO ÁCIDO

LÁCTICO PRODUZIDO POR VIA FERMENTATIVA

CAMPINAS

2015

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iii

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS Faculdade de Engenharia Química

ANDREA KOMESU

ESTRATÉGIAS DE SEPARAÇÃO E PURIFICAÇÃO DO ÁCIDO

LÁCTICO PRODUZIDO POR VIA FERMENTATIVA

Tese de Doutorado apresentada à Faculdade de Engenharia Química da Universidade Estadual de Campinas, como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Doutora em Engenharia Química.

Orientadora: Profa. Dra. MARIA REGINA WOLF MACIEL Coorientador: Prof. Dr. RUBENS MACIEL FILHO

Este exemplar corresponde à versão final da Tese defendida pela aluna Andrea Komesu, e orientada pela Profa. Dra. Maria Regina Wolf Maciel.

CAMPINAS

2015

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iv iv

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v

Tese de Doutorado defendida por Andrea Komesu e aprovada em 11 de maio de 2015 pela banca examinadora constituída pelos doutores:

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vii

ABSTRACT

The development of industrial biotechnology processes that use renewable resources is a necessity nowadays due to concerns about oil supply and sustainable development. Fermentation processes for the production of carboxylic acids from renewable resources have drawing a lot of interest, and the production of lactic acid is one of the most important among organic acids. The wide variety of applications and the development of new uses and products, such as the production of biodegradable polymers, green solvents and oxygenated chemicals, have made the production of lactic acid grow considerably in recent decades, stimulating research for technologies that make the process more economically viable. In the case of lactic acid produced from sugarcane molasses, the development of an effective method of separation and purification without wastewater generation is extremely important. The process of separation and purification corresponds to approximately 50% of the production cost. Therefore, this work is devoted to study three strategies of separation to concentrate lactic acid produced from fermentation: hybrid short path evaporation, reactive distillation, and both technologies attached. Experimental factorial designs were applied to determine the best operating conditions. Thus, the best conditions and operational sequences for lactic acid concentration, separation, and purification were defined. The results showed that hybrid short path evaporation and reactive distillation system are effective for the lactic acid separation and concentration. After optimization of the hybrid short path distillation, lactic acid purity around 89,71% was obtained. Regarding reactive distillation, it was possible to obtain 100% ethyl lactate yield in the esterification reaction and concentrate lactic acid by 2,4 times after hydrolysis with lactic acid purity around 26,32%. Using both technologies attached, lactic acid was concentrated by 4,7 times with lactic acid purity around 21,97%. Hybrid short path distillation showed high purification performance index, so it is the separation and purification technology most promising for lactic acid. Finally, a virtual plant for lactic acid purification from fermentation broth was developed using reactive distillation.

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ix

RESUMO

O desenvolvimento de processos biotecnológicos industriais que utilizem recursos naturais renováveis é uma necessidade que se faz presente nos dias atuais, dada a preocupação com o abastecimento de petróleo e o desenvolvimento sustentável. Um grande interesse pelos processos fermentativos para produção de ácidos carboxílicos a partir de recursos renováveis tem sido despertado, sendo a produção de ácido láctico uma das mais importantes entre os ácidos orgânicos. A grande variedade de aplicações e o desenvolvimento de novos usos e produtos, como na produção de polímeros biodegradáveis (poli- ácido láctico), solventes verdes e químicos oxigenados, fizeram com que a produção de ácido láctico crescesse consideravelmente nas últimas décadas e estimulasse a pesquisa por tecnologias que tornem o processo mais viável economicamente. No caso do ácido láctico, o desenvolvimento de um método eficaz de separação e purificação do ácido a partir do caldo de cana-de-açúcar fermentado, sem a geração de efluentes, é de suma importância, pois o processo de separação e purificação corresponde a, aproximadamente, 50% do custo de produção. Assim, este trabalho teve como objetivo estudar três estratégias para separação e concentração do ácido láctico produzido por via fermentativa, utilizando, a saber: um sistema híbrido de destilação molecular, um sistema de destilação reativa e acoplando as duas tecnologias sequencialmente. Foram aplicados planejamentos experimentais para a determinação das melhores condições operacionais de cada processo e, por fim, foram definidas as melhores condições e sequências operacionais para a concentração, separação e purificação do ácido láctico. Os resultados mostraram que utilizar tanto o sistema híbrido de destilação molecular quanto o sistema de destilação reativa são efetivos para a separação e concentração do ácido láctico. Após a otimização da etapa de destilação molecular híbrida, foi possível a obtenção de ácido láctico com 89,71% de pureza. Em relação à destilação reativa, foi possível obter 100% de rendimento de lactato de etila na etapa de esterificação e concentrar 2,4 vezes o ácido láctico, com 26,32% de pureza, após a etapa de hidrólise. Utilizando a destilação molecular híbrida e destilação reativa em sequência, obteve-se ácido láctico 4,7 vezes mais concentrado, com 21,97% de pureza. A destilação molecular híbrida apresentou o maior índice de desempenho de purificação, sendo a tecnologia de separação e purificação mais promissora para o ácido láctico. Para finalizar o trabalho, foi desenvolvida a simulação de uma planta virtual para realizar a purificação do ácido láctico proveniente da fermentação utilizando a destilação reativa.

(10)

(11)

xi

SUMÁRIO

CAPÍTULO 1 ... 2

1. INTRODUÇÃO ... 2

1.1. OBJETIVOSGERAISEESPECÍFICOS ... 4

1.2. JUSTIFICATIVA ... 5 1.3. ORGANIZAÇÃODATESE ... 7 1.4. PRODUÇÃOBIBLIOGRÁFICA ... 8 CAPÍTULO 2 ... 12 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 12 2.1. ÁCIDOLÁCTICO ... 12 2.1.1. HISTÓRICO ... 12 2.1.2. PROPRIEDADES ... 13 2.1.3. APLICAÇÕES ... 16 2.2. PROCESSOSBIOTECNOLÓGICOS ... 19

2.3. PROCESSOSDEPRODUÇÃODOÁCIDOLÁCTICO ... 20

2.3.1. SÍNTESE QUÍMICA ... 21

2.3.2. FERMENTAÇÃO MICROBIANA ... 23

2.4. PROCESSOSDESEPARAÇÃODOÁCIDOLÁCTICO ... 31

2.4.1. PRECIPITAÇÃO ... 34

2.4.2. EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO OU EXTRAÇÃO POR SOLVENTE... 36

2.4.3. PROCESSO DE SEPARAÇÃO COM MEMBRANAS ... 38

2.4.4. PROCESSOS DE SEPARAÇÃO POR DESTILAÇÃO... 44

2.5. PROCESSODEDESTILAÇÃOREATIVA ... 45

2.5.1. ASPECTOS GERAIS... 45

2.5.2. REAÇÕES PARA A RECUPERAÇÃO DO ÁCIDO LÁCTICO ... 48

2.5.3. COLUNA DE DESTILAÇÃO REATIVA ... 50

2.6. PROCESSODEDESTILAÇÃOMOLECULAR ... 51

(12)

xii

2.6.2. TIPOS DE EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NA DESTILAÇÃO MOLECULAR ...

... 57

2.6.3. APLICAÇÃO PARA RECUPERAÇÃO DE ÁCIDO LÁCTICO ... 59

2.6.4. FUNDAMENTOS TEÓRICOS ... 60

2.6.5. SISTEMA HÍBRIDO DE EVAPORAÇÃO ... 66

2.7. CONSIDERAÇÕESFINAIS ... 70

CAPÍTULO 3 ... 72

3. CARACTERIZAÇÃO DO ÁCIDO LÁCTICO ... 72

3.1 INTRODUÇÃO ... 72 3.2 MATERIAISEMÉTODOS ... 75 3.2.1 MATERIAIS ... 75 3.2.2 CARACTERIZAÇÃO TERMODINÂMICA ... 75 3.2.3 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA ... 76 3.2.4 CARACTERIZAÇÃO TÉRMICA... 76 3.2.4.1 MODELOS CINÉTICOS ... 78 3.3 RESULTADOSEDISCUSSÕES ... 80 3.3.1 CARACTERIZAÇÃO TERMODINÂMICA ... 80 3.3.2 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA ... 82 3.3.3 CARACTERIZAÇÃO TÉRMICA... 85 3.3.3.1 ANÁLISES NO DSC ... 85 3.3.3.2 ANÁLISES NO TG... 87 3.3.3.3 ANÁLISES NO TG-MS ... 91 3.4 CONSIDERAÇÕESFINAIS ... 94 CAPÍTULO 4 ... 96

4. PURIFICAÇÃO DE ÁCIDO LÁCTICO A PARTIR DE UMA MISTURA SINTÉTICA ÁGUA: ÁCIDO LÁCTICO POR MEIO DE UM SISTEMA EVAPORATIVO ... 96

4.1. INTRODUÇÃO ... 96

4.2. MATERIAISEMÉTODOS ... 97

(13)

xiii

4.2.2. PROCESSO DE CONCENTRAÇÃO DO ÁCIDO LÁCTICO ... 97

4.2.3. QUANTIFICAÇÃO DO ÁCIDO LÁCTICO ... 102

4.3. RESULTADOSEDISCUSSÕES ... 105

4.3.1. BALANÇO DE MASSA GLOBAL ... 105

4.3.2. ANÁLISE EM FUNÇÃO DA PORCENTAGEM DE DESTILADO, RESÍDUO E LEVES ... 108

4.3.3. ANÁLISE EM FUNÇÃO DA PUREZA DE ÁCIDO LÁCTICO ... 111

4.3.4. ANÁLISE EM FUNÇÃO DA RECUPERAÇÃO DE ÁCIDO LÁCTICO ... 119

CAPÍTULO 5 ... 124

5. PURIFICAÇÃO DE ÁCIDO LÁCTICO A PARTIR DO VINHO FERMENTADO POR MEIO DE UM SISTEMA EVAPORATIVO ... 124

5.2.1. PREPARAÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA: FERMENTAÇÃO DO MELAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR POR CEPAS BACTERIANAS ... 125

5.2.2. PROCESSO DE CONCENTRAÇÃO DO ÁCIDO LÁCTICO ... 127

5.2.3. QUANTIFICAÇÃO DO ÁCIDO LÁCTICO E CARACTERIZAÇÃO DO VINHO ... ... 128

5.2.4. OTIMIZAÇÃO DAS CONDIÇÕES OPERACIONAIS PARA CONCENTRAÇÃO DO ÁCIDO LÁCTICO ... 129

5.3.1. CARACTERIZAÇÃO DO VINHO ... 129

5.3.2. ENSAIOS PRELIMINARES ... 130

5.3.3. PLANEJAMENTO FATORIAL 24 ... 143

5.3.4. OTIMIZAÇÃO DA PURIFICAÇÃO DO ÁCIDO LÁCTICO ... 169

(14)

xiv

6. SIMULAÇÃO DE UMA PLANTA VIRTUAL PARA A PURIFICAÇÃO DO ÁCIDO

LÁCTICO UTILIZANDO DESTILAÇÃO REATIVA ... 176

6.2. MÉTODOS ... 177

6.3.1. ESCOLHA DO MODELO TERMODINÂMICO ... 177

6.3.2. ESCOLHA DO MODELO CINÉTICO ... 185

6.3.3. SIMULAÇÃO BASE DO PROCESSO DE ESTERIFICAÇÃO E HIDRÓLISE ... 187

CAPÍTULO 7 ... 210

7. AVALIAÇÃO E OTIMIZAÇÃO DA PURIFICAÇÃO DO ÁCIDO LÁCTICO EM UM SISTEMA DE DESTILAÇÃO REATIVA ... 210

7.2.1. PREPARO DA SOLUÇÃO DE ÁCIDO LÁCTICO ... 212

7.2.2. DESCRIÇÃO DO SISTEMA DE DESTILAÇÃO REATIVA ... 212

7.2.3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ... 214

7.2.4. ENSAIOS PRELIMINARES: ETAPA DE ESTERIFICAÇÃO ... 214

7.2.5. PLANEJAMENTO FATORIAL COMPLETO: ETAPA DE ESTERIFICAÇÃO ... 215

7.2.6. OTIMIZAÇÃO DA ETAPA DE ESTERIFICAÇÃO... 216

7.2.7. METODOLOGIA ANALÍTICA ... 218

7.3. RESULTADOS E DISCUSSÕES... 219

7.3.1. ENSAIOS PRELIMINARES: ETAPA DE ESTERIFICAÇÃO ... 219

7.3.2. PLANEJAMENTO FATORIAL COMPLETO: ETAPA DE ESTERIFICAÇÃO ... 223

7.3.3. PLANEJAMENTO COMPOSTO CENTRAL: OTIMIZAÇÃO DA ETAPA DE ESTERIFICAÇÃO ... 227

7.3.4. ETAPA DE HIDRÓLISE ... 233

(15)

xv

8. PURIFICAÇÃO DO ÁCIDO LÁCTICO UTILIZANDO SISTEMA EVAPORATIVO E DESTILAÇÃO REATIVA EM SÉRIE E AVALIAÇÃO DA MELHOR ESTRATÉGIA

DE SEPARAÇÃO ... 236

8.2.1. PREPARAÇÃO DA SOLUÇÃO INICIAL DE ALIMENTAÇÃO ... 237

8.2.2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ... 237

8.4. AVALIAÇÃODAMELHORESTRATÉGIADESEPARAÇÃOEPURIFICAÇÃO 239 8.5. CONSIDERAÇÕESFINAIS ... 241

CAPÍTULO 9 ... 244

9. CONCLUSÕES FINAIS ... 244

9.1. SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS ... 246

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 250 APÊNDICES ... 267 APÊNDICE A ... 268 APÊNDICE B ... 270 APÊNDICE C ... 275 APÊNDICE D ... 280 ANEXOS ... 283 ANEXO A ... 284

(16)

(17)

xvii

Aos meus pais, Seiko e Alice e meus irmãos Adriano e Acácio Dedico

(18)

(19)

xix

AGRADECIMENTOS

A Deus por me proporcionar saúde, sabedoria e perseverança para o desenvolvimento desse trabalho e conclusão de mais uma etapa importante da minha vida.

Aos meus pais, Seiko e Alice, por todo o amor, paciência e apoio sempre dedicados. Sem vocês, não teria chegado até aqui.

Aos meus irmãos, Adriano e Acácio, por todo o amor e carinho. Ao Cleber Sabino, por todo o amor, carinho e paciência.

A todos os meus familiares pelo apoio e torcida durante todos esses anos.

À Profa. Dra. Maria Regina Wolf Maciel, pela orientação durante o Doutorado e todos os conselhos que contribuíram para o meu crescimento pessoal e profissional. Obrigada pela confiança, incentivo e pela oportunidade em trabalhar junto ao seu renomado grupo de pesquisa. Muito obrigada por todo o aprendizado e acolhimento durante todos esses anos.

Ao Prof. Dr. Rubens Maciel Filho, pela coorientação, confiança e ideias que contribuíram para o desenvolvimento de todo o trabalho. Muito obrigada pela oportunidade e todo o aprendizado.

À Profa. Dra Patrícia Fazzio Martins Martinez, pela amizade, pelos ensinamentos com o destilador molecular, contribuições e ideias fundamentais para o desenvolvimento do trabalho. Muito obrigada por tudo!

À Dra. Betânia Hoss Lunelli, pela amizade, pelos ensinamentos com a parte de ácido láctico e fermentação, acolhimento no laboratório e todas as contribuições muito importantes para o trabalho. Muito obrigada por tudo!

Aos membros da banca por aceitarem avaliar esta Tese e contribuírem com sugestões de grande importância.

Aos amigos Luiza Martins, Kelly Lendini, Daniele Machado, Samara Boaventura, Johnatt Oliveira, Débora Konno, pela amizade que construímos durante esse período de estudo na UNICAMP, sem vocês o desenvolvimento dessa tese teria sido muito mais difícil.

Aos amigos de Presidente Prudente, pelo apoio e amizade durante todos esses anos. Obrigada Natália Nóriz, Luana Nanci, Tiago Godoi e Rogério Hossomi.

(20)

xx

Aos amigos da Engenharia Química da UFSCar, Karina Matugi, Tânia Romanholi, Aline Hamada, Stefanie Kraschowetz e Paula Pina, mesmo separadas pela distância, a amizade sempre continuou.

A todas as pessoas que trabalharam comigo no LOPCA/LDPS e BIOEN. Obrigada pela companhia diária, conversas e risadas.

A todos os professores e funcionários da FEQ/UNICAMP.

À FAPESP, pelo apoio financeiro fundamental para a execução desse trabalho.

“A gratidão traz a prosperidade. Uma atitude de gratidão faz com que a prosperidade chegue a você por todos os lados.”

(21)

xxi

“Entregue o seu caminho ao Senhor; confie nele e ele agirá.” Salmos 37:5

(22)

(23)

xxiii

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA1.1 FLUXOGRAMAAPRESENTANDOAVISÃOGERALDOTRABALHO. ... 4

FIGURA2.1 ISÔMEROSDOÁCIDOLÁCTICO. ... 13

FIGURA2.2 REAÇÃOQUÍMICADEFORMAÇÃODOSDILACTÍDEOS. ... 17

FIGURA2.3 PRODUÇÃO DO ÁCIDO LÁCTICO POR SÍNTESE QUÍMICA E

FERMENTAÇÃOMICROBIANA(WEEETAL.,2006ADAPTADO). ... 20

FIGURA2.4 PRODUÇÃO DE ÁCIDO LÁCTICO POR SÍNTESE QUÍMICA USANDO

ACETALDEÍDO(PALETAL.,2009ADAPTADO). ... 22

FIGURA2.5 PRINCIPAIS CAMINHOS DE FERMENTAÇÃO DA GLICOSE PELA

BACTÉRIA DO ÁCIDO LÁCTICO. (A) BACTÉRIA

HOMOFERMENTATIVA,(B)BACTÉRIAHETEROFERMENTATIVAE(C)

FERMENTAÇÃO MISTA, P=FOSFATO, BP=BIFOSFATO, LDH=

LACTATO DESIDROGENASE, PFL= PIRUVATO FORMATO LIASE, E

PDH= PIRUVATO DESIDROGENASE (HOFVENDAHL E

HAHN-HÄGERDAL,2000ADAPTADO). ... 26

FIGURA2.6 ESQUEMA E OPERAÇÃO DE UMA MEMBRANA BIPOLAR DE

ELETRODIÁLISE(DATTAEHENRY,2006ADAPTADO)... 40

FIGURA2.7 ESQUEMA DE PROCESSO COM DUPLA ELETRODIÁLISE (DATTA E HENRY,2006ADAPTADO). ... 41

FIGURA2.8 DIAGRAMA SIMPLIFICADO DO PROCESSO DE RECUPERAÇÃO DO

ÁCIDOLÁCTICOUTILIZANDODESTILAÇÃOREATIVA... 50

FIGURA2.9 COLUNADEDESTILAÇÃOREATIVA(TAYLOREKRISHNA,2000). ... 51

FIGURA2.10 DESTILADOR MOLECULAR CENTRÍFUGO: EQUIPAMENTO (A) E

VISTAFRONTAL(B)(MYERSVACUUM,2014). ... 58

FIGURA2.11 DESTILADOR MOLECULAR DE FILME DESCENDENTE:

EQUIPAMENTO (A) E VISTA FRONTAL (B) (POPE, 2014; MARTINS

2006). ... 58

(24)

xxiv

FIGURA3.1 CURVAS DE EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR (XY) PARA A MISTURA

BINÁRIA ÁGUA/ÁCIDO LÁCTICO NA PRESSÃO DE 1 ATM (A) E 0,01

ATM(B). ... 81

FIGURA3.2 PERFIL CROMATOGRÁFICO DA SOLUÇÃO SINTÉTICA EM HPLC.

LEGENDA:1,2,E3LACTÍDEO,4.ÁCIDOLÁCTICO. ... 83

FIGURA3.3 PERFIL CROMATOGRÁFICO DA SOLUÇÃO SINTÉTICA EM CG-MS.

PICOS(1),(2),(3)LACTÍDEOSE(4)ÁCIDOLÁCTICO.(A)ESPECTRODO

PICO DESCONHECIDO; (B) ESPECTRO DE MASSA DO LACTÍDEO DO

BANCODEDADOS. ... 83

FIGURA3.4 COMPARAÇÃO DOS ESPECTROS DE MASSA DA SUBSTÂNCIA

DESCONHECIDA E DO LACTÍDEO PRESENTE NO BANCODE DADOS

DOCG-MS. ... 84

FIGURA3.5 CURVA TÉRMICA DE DSC DO ÁCIDO LÁCTICO OBTIDO SOB ATMOSFERAINERTE. ... 85

FIGURA3.6 CURVA TÉRMICA DE DSC DO ÁCIDO LÁCTICO OBTIDO SOB

ATMOSFERAOXIDANTEEEMDUPLICATA. ... 87

FIGURA3.7 CURVASDETGDOÁCIDOLÁCTICOEMFUNÇÃODATEMPERATURA

ERAZÕESDEAQUECIMENTO(5,10,15,20,25E30K/MIN). ... 88

FIGURA3.8 CURVAS DE DTG DO ÁCIDO LÁCTICO EM FUNÇÃO DA

TEMPERATURA E RAZÕES DE AQUECIMENTO (5, 10, 15, 20, 25 E 30

K/MIN). ... 88

FIGURA3.9 GRÁFICO DE ARRHENIUS PARA O CÁLCULO DA ENERGIA DE

ATIVAÇÃOUSANDORAZÃODEAQUECIMENTODE10K/MIN. ... 89

FIGURA3.10 GRÁFICO DE KISSINGER PARA O CÁLCULO DA ENERGIA DE ATIVAÇÃO. ... 90

FIGURA3.11 PERFISDOÁCIDOLÁCTICOEMTG-MS. ... 91

FIGURA3.12 ISOTERMA DO ÁCIDO LÁCTICO EM TG-MS A 573 K DURANTE O TEMPO.(A):M/Z=17,18,32,44E45.(B):M/Z=72,74E90. ... 93

FIGURA4.1 SISTEMA DE DESTILAÇÃO MOLECULAR. LEGENDA: (1) ENTRADA

DA ALIMENTAÇÃO, (2) EVAPORADOR E CONDENSADOR INTERNO,

(25)

xxv

ISOLAMENTO TÉRMICO,(5)CONDENSADOREXTERNO, (6) TRAP,(7)

FRASCO DE COLETA DE RESÍDUO, (8) FRASCO DE COLETA DE

DESTILADO, (9) FRASCO DE COLETA DE LEVES, (10) VÁCUO, (11)

BANHO TÉRMICO DO CONDENSADOR INTERNO, (12) PAINEL DE

CONTROLE DA AGITAÇÃO, (13) BANHO TÉRMICO DO

CONDENSADOREXTERNO. ... 98

FIGURA4.2 CURVA DE CALIBRAÇÃO PARA A DETERMINAÇÃO DA

CONCENTRAÇÃODEÁCIDOLÁCTICO. ... 103

FIGURA4.3 CURVA DE CALIBRAÇÃO PARA A DETERMINAÇÃO DA PUREZA DE

ÁCIDOLÁCTICO(GDEÁCIDOLÁCTICO/GDESOLUÇÃO). ... 104

FIGURA4.4 PORCENTAGEM DEDESTILADO,RESÍDUO ELEVESEMFUNÇÃODA

TEMPERATURADOEVAPORADORPARAASOLUÇÃOSINTÉTICADE

ALIMENTAÇÃOCONCENTRADA. ... 110

TEMPERATURADOEVAPORADORPARAASOLUÇÃOSINTÉTICADE

ALIMENTAÇÃODILUÍDA. ... 110

FIGURA4.6 PERFIS CROMATOGRÁFICOSDA CORRENTE DELEVES, DESTILADO

ERESÍDUODOENSAIOA50°C.LEGENDA:(A)ÁCIDOLÁCTICOE(B)

LACTÍDEOS. ... 112

FIGURA4.7 PUREZA DE ÁCIDO LÁCTICO NAS CORRENTES DE DESTILADO,

LEVES E RESÍDUO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA PARA A

SOLUÇÃOSINTÉTICACONCENTRADA. ... 113

FIGURA4.8 PERFIS CROMATOGRÁFICOS DA CORRENTE DE LEVES, RESÍDUO E

DESTILADODOENSAIOA80°C.LEGENDA:(A)ÁCIDOLÁCTICOE(B)

LACTÍDEOS. ... 116

FIGURA4.9 PUREZA DE ÁCIDO LÁCTICO NAS CORRENTES DE DESTILADO,

LEVES E RESÍDUO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA PARA A

SOLUÇÃOSINTÉTICADILUÍDA. ... 117

FIGURA4.10 RECUPERAÇÃODEÁCIDOLÁCTICOEMFUNÇÃODATEMPERATURA

(26)

xxvi

FIGURA4.11 RECUPERAÇÃODEÁCIDOLÁCTICOEMFUNÇÃODATEMPERATURA PARAASOLUÇÃOSINTÉTICADILUÍDA. ... 121

FIGURA5.1 ÁCIDOLÁCTICOPRODUZIDOPORFERMENTAÇÃO. ... 129

FIGURA5.2 PERFILCROMATOGRÁFICODOVINHODEFERMENTAÇÃOEMHPLC.

LEGENDA: SACAROSE (7,619 MIN), GLICOSE (8,709 MIN), FRUTOSE

(9,593MIN),ÁCIDOLÁCTICO(12,686MIN). ... 130

TEMPERATURA DO EVAPORADOR PARA O VINHO DA

FERMENTAÇÃOEMPH5,0. ... 135

TEMPERATURA DO EVAPORADOR PARA O VINHO DA

FIGURA5.5 PUREZA DE ÁCIDO LÁCTICO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA DO

EVAPORADORPARAOVINHODAFERMENTAÇÃODEPH5,0. ... 137

FIGURA5.6 PUREZA DE ÁCIDO LÁCTICO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA DO

EVAPORADORPARAOVINHODAFERMENTAÇÃODEPH2,8. ... 137

PARAOVINHODEFERMENTAÇÃODEPH5,0. ... 141

PARAOVINHODEFERMENTAÇÃODEPH2,8. ... 142

FIGURA5.9 PUREZA E RECUPERAÇÃO DO ÁCIDO LÁCTICO EM RELAÇÃO A

TEMPERATURA DOCONDENSADORNA CORRENTEDE DESTILADO.

... 169

FIGURA5.10 PUREZA E RECUPERAÇÃO DO ÁCIDO LÁCTICO EM RELAÇÃO A

TEMPERATURA DO EVAPORADOR NA CORRENTE DE DESTILADO.

... 170

FIGURA5.11 PUREZA DO ÁCIDO LÁCTICO NA CORRENTE DE RESÍDUO EM RELAÇÃOAOSPLITRATIO. ... 171

FIGURA5.12 RECUPERAÇÃODOÁCIDOLÁCTICONACORRENTEDERESÍDUOEM RELAÇÃOAOSPLITRATIO. ... 172

(27)

xxvii

FIGURA5.13 RECUPERAÇÃO E PUREZA DO ÁCIDO LÁCTICO NA CORRENTE DE RESÍDUOEMRELAÇÃOAOSPLITRATIO. ... 173

FIGURA6.1 CURVASDEEQUILÍBRIOLÍQUIDO-VAPORXY(A)ET-XY(B)PARAA

MISTURABINÁRIAETANOL/ÁGUANAPRESSÃODE1ATM. ... 180

MISTURA BINÁRIA ETANOL/ ÁCIDO LÁCTICO NA PRESSÃO DE 1

ATM. ... 181

MISTURA BINÁRIA LACTATO DE ETILA/ÁCIDO LÁCTICO NA

PRESSÃODE1ATM. ... 182

MISTURA BINÁRIA ETANOL/LACTATO DE ETILANA PRESSÃO DE 1

ATM. ... 183

MISTURA BINÁRIA ÁGUA/LACTATO DE ETILA NA PRESSÃO DE 1

ATM. ... 184

FIGURA6.6 FLUXOGRAMA DOPROCESSO DEESTERIFICAÇÃOE HIDRÓLISEDO ÁCIDOLÁCTICO. ... 188

FIGURA6.7 FLUXOGRAMA DA COLUNA DE DESTILAÇÃO REATIVA RD1 (REAÇÃODEESTERIFICAÇÃO). ... 189

FIGURA6.8 FLUXOGRAMADAETAPADERECUPERAÇÃODOETANOL. ... 191

FIGURA6.9 FLUXOGRAMA DA COLUNA DE DESTILAÇÃO REATIVA RD2 (REAÇÃODEHIDRÓLISE). ... 192

FIGURA6.10 FLUXOGRAMA DA ETAPA DE RECUPERAÇÃO DE ETANOL E LACTATODEETILA. ... 194

FIGURA6.11 PERFIS DAS COMPOSIÇÕES MÁSSICAS NA FASE VAPOR E LÍQUIDA

AO LONGODOS ESTÁGIOS DA COLUNA DE DESTILAÇÃO REATIVA

(RD1). ... 196

FIGURA6.12 PERFIL DE TEMPERATURA DO SISTEMA DE DESTILAÇÃO REATIVA (RD1). ... 196

(28)

xxviii

(RD2). ... 197

FIGURA6.14 PERFIL DE TEMPERATURA DO SISTEMA DE DESTILAÇÃO REATIVA (RD2). ... 197

AOLONGODOSESTÁGIOSDACOLUNADEDESTILAÇÃO(DIST). .. 198

FIGURA6.16 PERFILDETEMPERATURADOSISTEMADEDESTILAÇÃO(DIST). . 198

AOLONGODOSESTÁGIOSDACOLUNADEDESTILAÇÃO(DIST1). 199

FIGURA6.18 PERFILDETEMPERATURADOSISTEMADEDESTILAÇÃO(DIST1). 199

OTIMIZADA(RD1). ... 206

OTIMIZADA(RD2). ... 207

FIGURA7.1 SISTEMADEDESTILAÇÃOREATIVA.LEGENDA:(1)CONDENSADOR,

(2) TERMOPARES, (3) COLUNA DE DESTILAÇÃO REATIVA, (4)

REFERVEDOR, (5) VÁLVULA SOLENOIDE, (6) RECICLO, (7)

DECANTADOR, (8) PRÉ-REATOR, (9) MISTURADOR, (10)

CONTROLADOR. ... 213

FIGURA7.2 CURVA DE CALIBRAÇÃO PARA A DETERMINAÇÃO DA

CONCENTRAÇÃODELACTATODEETILA. ... 219

FIGURA7.3 RENDIMENTOMOLAR DELACTATODEETILACOM OTEMPOPARA OENSAIOSEMCATALISADOR. ... 220

FIGURA7.4 RENDIMENTO DE LACTATO DE ETILA COM O TEMPO PARA OS ENSAIOSPRELIMINARES. ... 221

FIGURA7.5 CONCENTRAÇÃO DE LACTATO DE ETILA COM O TEMPO PARA OS ENSAIOSPRELIMINARES. ... 222

(29)

xxix

FIGURA7.6 GRÁFICO DE PARETO DOS EFEITOS SOBRE O RENDIMENTO DE LACTATODEETILA. ... 224

FIGURA7.7 SUPERFÍCIEDERESPOSTADORENDIMENTODELACTATODEETILA

EMFUNÇÃODACONCENTRAÇÃODECATALISADOR(CAT)ERAZÃO

MOLARETANOL:ÁCIDOLÁCTICO(MR). ... 226

FIGURA7.8 SUPERFÍCIEDERESPOSTADORENDIMENTODELACTATODEETILA

EM FUNÇÃODATEMPERATURA DOREFERVEDOR (TREB)ERAZÃO

MOLARETANOL:ÁCIDOLÁCTICO(MR). ... 227

FIGURA7.9 VALORES PREDITOS E OBSERVADOS PARA O RENDIMENTO DE LACTATODEETILA. ... 231

FIGURA7.10 SUPERFÍCIE DE RESPOSTA PARA O RENDIMENTO DE LACTATO DE

ETILA EMFUNÇÃO DARAZÃOMOLAR ETANOL:ÁCIDO LÁCTICOE

DA TEMPERATURA DO REFERVEDOR MANTENDO A QUANTIDADE

DE CATALISADOR NO PONTO MÍNIMO (A), PONTO CENTRAL (B) E

PONTOMÁXIMO(C). ... 232

FIGURA7.11 RENDIMENTODELACTATODEETILAEMFUNÇÃODOSENSAIOSDE ESTERIFICAÇÃO. ... 233

FIGURA7.12 PERCENTAGEM MÁSSICA DE ÁCIDO LÁCTICO EM FUNÇÃO DO TEMPODEHIDRÓLISE. ... 234

(30)

(31)

xxxi

ÍNDICE DE TABELAS

TABELA2.1 PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS DO ÁCIDO LÁCTICO (LUNELLI, 2010). ... 15

TABELA2.2 CARACTERÍSTICAS DO ÁCIDO LÁCTICO (SMITH ET AL., 2003; CHEREMISINOFF,2000). ... 15

TABELA2.3 PRODUÇÃO DEÁCIDO LÁCTICO UTILIZANDO DIFERENTESFONTES

DESUBSTRATO(ABDEL-RAHMANETAL.,2013). ... 24

TABELA2.4 TEMPERATURA DE EBULIÇÃO DOS REAGENTES E PRODUTOS NA PRESSÃODE760MMHG. ... 49

TABELA2.5 DESENVOLVIMENTO DO PROCESSO DE DESTILAÇÃO MOLECULAR (TOVAR,20081;BATISTELLA,19962). ... 53

TABELA2.6 PARÂMETROSUTILIZADOSPARAOCÁLCULODOLIVREPERCURSO

MÉDIODASMOLÉCULASENÚMERODEKNUDSEN. ... 64

TABELA2.7 LIVREPERCURSO MÉDIOENÚMERODEKNUDSEN EMFUNÇÃODA TEMPERATURADOEVAPORADOR. ... 65

TABELA3.1 MODELOS TERMODINÂMICOS UTILIZADOS PARA A CONSTRUÇÃO DASCURVASDEEQUILÍBRIO. ... 75

TABELA3.2 VALORES CALCULADOS DA SOMA DOS ERROS PERCENTUAIS

ABSOLUTO DOS DADOS EXPERIMENTAIS E SIMULAÇÃO PARA A

ÁGUADOSISTEMABINÁRIOÁCIDOLÁCTICOEÁGUA. ... 82

TABELA3.3 PROPRIEDADES BÁSICAS DO ÁCIDO LÁCTICO (PEREIRA ET AL., 2011). ... 86

TABELA3.4 ENTALPIADE VAPORIZAÇÃOESTIMADADACURVA DEDSC(H_vap

EXP) E CALCULADA USANDO A EQUAÇÃO DE RIEDEL (H_vap

RIEDEL). ... 86

TABELA3.5 PARÂMETROS CINÉTICOS DE EVAPORAÇÃO DO ÁCIDO LÁCTICO USANDOOMODELODEARRHENIUS. ... 90

TABELA3.6 PARÂMETROS CINÉTICOS DE EVAPORAÇÃO DO ÁCIDO LÁCTICO USANDOOMODELODEKISSINGER. ... 90

(32)

xxxii

TABELA4.1 CONDIÇÕESOPERACIONAISUTILIZADASNOSENSAIOS. ... 101

TABELA4.2 DADOS EXPERIMENTAIS DAS MASSAS DE ALIMENTAÇÃO (M

INICIAL), DE DESTILADO (M DESTILADO), RESÍDUO (M RESÍDUO),

LEVES (M LEVES), MASSA FINAL (M FINAL) E ERRO PERCENTUAL

RELATIVOPARAASOLUÇÃOSINTÉTICACONCENTRADA(30%). .. 105

LEVES (M LEVES), MASSA FINAL (M FINAL) E ERRO PERCENTUAL

RELATIVOPARAASOLUÇÃOSINTÉTICADILUÍDA(3%). ... 107

TABELA4.4 CONCENTRAÇÕES DE ÁCIDO LÁCTICO NAS CORRENTES DE

RESÍDUO, DESTILADO E LEVES PARA A SOLUÇÃO SINTÉTICA

CONCENTRADA. ... 114

RESÍDUO, DESTILADO E LEVES PARA A SOLUÇÃO SINTÉTICA

DILUÍDA. ... 118

TABELA4.6 PRINCIPAIS RESULTADOS OBTIDOS NOS ENSAIOS COM SOLUÇÃO

SINTÉTICACONCENTRADAEDILUÍDANOSISTEMAEVAPORATIVO.

... 122

TABELA5.1 CONDIÇÕESUTILIZADASNOSENSAIOSDEFERMENTAÇÃOPARAAS TRÊSCEPASBACTERIANAS. ... 126

TABELA5.2 CONDIÇÕESOPERACIONAISUTILIZADASNOSENSAIOSCOMVINHO DAFERMENTAÇÃO. ... 128

LEVES (M LEVES), MASSA TRAP (M TRAP) PARA O VINHO DE

(33)

xxxiii

RESÍDUO, DESTILADO E LEVESPARA O VINHO DA FERMENTAÇÃO

EMPH5,0. ... 139

RESÍDUO, DESTILADO E LEVESPARA O VINHO DA FERMENTAÇÃO

PH2,8. ... 140

TABELA5.7 PRINCIPAIS RESULTADOS OBTIDOS NOS ENSAIOS COM SOLUÇÃO

SINTÉTICA E VINHO DA FERMENTAÇÃO NO SISTEMA

EVAPORATIVONACORRENTEDERESÍDUO. ... 143

TABELA6.1 MODELOS TERMODINÂMICOS UTILIZADOS PARA A CONSTRUÇÃO DASCURVASDEEQUILÍBRIO. ... 178

TABELA6.2 VALORES CALCULADOS DA SOMA DOS ERROS PERCENTUAIS

ABSOLUTOPARACADASISTEMABINÁRIO... 179

TABELA6.3 COMPOSIÇÃO E TEMPERATURA DE EBULIÇÃO DOS AZEÓTROPOS. ... 179

TABELA6.4 RESUMO DOS ESTUDOS DA CINÉTICA DA REAÇÃO DE

ESTERIFICAÇÃO DO ETANOL E DO ÁCIDO LÁCTICO (PEREIRA ET

AL.,2011ADAPTADO) ... 186

TABELA6.5 CONDIÇÕES INICIAIS PARA AS CORRENTES DE ALIMENTAÇÃO E

DADOSPARAASIMULAÇÃODOPROCESSODEESTERIFICAÇÃO. . 190

TABELA6.6 CONJUNTO DE ESPECIFICAÇÕES DA COLUNA DE DESTILAÇÃO REATIVA(RD1). ... 190

TABELA6.7 CORRENTES DE PRODUTO DA COLUNA DE DESTILAÇÃO REATIVA RD1. ... 191

TABELA6.8 CONJUNTO DE ESPECIFICAÇÕES DA COLUNA DE DESTILAÇÃO (DIST). ... 192

TABELA6.9 CONDIÇÕES INICIAIS PARA AS CORRENTES DE ALIMENTAÇÃO E

DADOSPARAASIMULAÇÃOPROCESSODEHIDRÓLISE. ... 193

TABELA6.10 CORRENTES DE PRODUTO DA COLUNA DE DESTILAÇÃO REATIVA RD2. ... 194

(34)

xxxiv

TABELA6.11 CONJUNTO DE ESPECIFICAÇÕES DA COLUNA DE HIDRÓLISE (RD2). ... 195

TABELA6.12 CONJUNTO DE ESPECIFICAÇÕES DA COLUNA DE DESTILAÇÃO (DIST1). ... 195

TABELA6.13 EFEITODOHOLDUPNACOLUNARD1. ... 201

TABELA6.14 EFEITODOHOLDUPNACOLUNARD2. ... 201

TABELA6.15 EFEITODONÚMERODEPRATOSREATIVOSNACOLUNARD1. ... 202

TABELA6.16 EFEITODONÚMERODEPRATOSREATIVOSNACOLUNARD2. ... 203

TABELA6.17 EFEITODA LOCALIZAÇÃODAALIMENTAÇÃO DOSREAGENTESNA COLUNARD1. ... 203

TABELA6.18 EFEITODA LOCALIZAÇÃODAALIMENTAÇÃO DOSREAGENTESNA COLUNARD2. ... 204

TABELA6.19 MELHORES CONDIÇÕES OPERACIONAIS PARA AS COLUNAS RD1 E RD2. ... 205

TABELA6.20 CORRENTES DE PRODUTODA COLUNARD1 E RD2 UTILIZANDOAS

MELHORESCONDIÇÕESOPERACIONAIS. ... 205

TABELA7.1 PARÂMETROS AVALIADOS NO PLANEJAMENTO 23 UTILIZANDO

SOLUÇÃODEALIMENTAÇÃODE50G/LDEÁCIDOLÁCTICO. ... 215

TABELA7.2 MATRIZCODIFICADADOSPARÂMETROSUTILIZANDOSOLUÇÃODE

ALIMENTAÇÃODE50G/LDEÁCIDOLÁCTICO. ... 216

TABELA7.3 PARÂMETROS AVALIADOS NO PLANEJAMENTO COMPOSTO

CENTRAL. ... 217

TABELA7.4 MATRIZ CODIFICADA DOS PARÂMETROS DO PLANEJAMENTO COMPOSTOCENTRAL. ... 217

TABELA7.5 CONDIÇÕES OPERACIONAISDO ENSAIO PRELIMINARSEM ADIÇÃO DECATALISADOR. ... 220

TABELA7.6 CONDIÇÕES EXPERIMENTAIS DOS ENSAIOS PRELIMINARES E MÁXIMOSRENDIMENTOS. ... 221

TABELA7.7 FAIXA DE VALORES ESTUDADOS NO PLANEJAMENTO 23 PARA A

SOLUÇÃO DE ÁCIDO LÁCTICO DE 50 G/L E RENDIMENTO DE

(35)

xxxv

TABELA7.8 COEFICIENTESDEREGRESSÃOPARAORENDIMENTODELACTATO

DE ETILA COM NÍVEL DE CONFIANÇA DE 95% UTILIZANDO

SOLUÇÃODEÁCIDOLÁCTICODE50G/L. ... 224

TABELA7.9 ANOVA PARA O RENDIMENTO DE LACTATO DE ETILA COM NÍVEL

DECONFIANÇADE95%UTILIZANDOSOLUÇÃODEÁCIDOLÁCTICO

DE50G/L. ... 225

TABELA7.10 FAIXA DE VALORES ESTUDADOS NO PLANEJAMENTO COMPOSTO

CENTRAL PARA SOLUÇÃO DE ÁCIDO LÁCTICO DE 120 G/L E

RENDIMENTODELACTATODEETILA. ... 228

TABELA7.11 COEFICIENTESDEREGRESSÃOPARAORENDIMENTODELACTATO

DE ETILA DO PLANEJAMENTO COMPOSTO CENTRAL (NÍVEL DE

CONFIANÇADE95%). ... 229

TABELA7.12 ANOVA PARA O RENDIMENTO DE LACTATO DE ETILA COM NÍVEL DECONFIANÇADE95%. ... 230

TABELA8.1 CONDIÇÕES OPERACIONAIS UTILIZADAS NO SISTEMA DE EVAPORAÇÃOHÍBRIDO. ... 238

TABELA8.2 FAIXADEVALORESESTUDADOSNAETAPADEESTERIFICAÇÃO. 238

TABELA8.3 CONDIÇÕESEXPERIMENTAISDEESTERIFICAÇÃO,RENDIMENTODE

LACTATODEETILAEPUREZADEÁCIDOLÁCTICOAPÓSHIDRÓLISE.

... 239

TABELA8.4 PRINCIPAIS RESULTADOS OBTIDOS UTILIZANDO AS TRÊS ESTRATÉGIASDESEPARAÇÃO. ... 240

TABELA8.5 ÍNDICE DE DESEMPENHO DE PURIFICAÇÃO (IDP) PARA CADA ESTRATÉGIADESEPARAÇÃO. ... 241

QUADRO

QUADRO1 MÉTODOSDESEPARAÇÃOERECUPERAÇÃODOSÁCIDOS

CARBOXÍLICOSDOVINHODEFERMENTAÇÃO(YANGETAL.,2007).

(36)

(37)

xxxvii

LISTA DE SIGLAS

Agit Agitation

AL Ácido Láctico

ANL Argonne National Laboratory

ATP Adenosina Trifosfato

CAS Chemical Abstracts Service

CG Cromatografia Gasosa

CMP Concentração inicial da Matéria-Prima

CR Concentração no Resíduo

CSTR Continuous Stirred-Tank Reactor

DAAP Destilado Ácido de óleo de Palma

DDOS Destilado Desodorizado de Óleo de Soja

DSC Differential Scanning Calorimetry

ELV Equilíbrio Líquido-Vapor

FFR Feed Flow Rate

FID Flame Ionization Detector

HOC Hayden O’Connell

HPLC High Performance Liquid Chromatography

IDP Índice de Desempenho de Purificação

IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry

LAB Lactic Acid Bacteria

LDH Lactato Desidrogenase

LDPS Laboratório de Desenvolvimento de Processos de Separação

MBI Michigan Biotechnology Institute

MIBK Methyl Isobutyl Ketone

MRS Man-Rogosa-Sharpe

MSR Método da Superfície de Resposta

MTBE Methyl tert-butyl ether

NCD N° de vezes que Concentrou no Destilado

(38)

xxxviii

NRTL Non-Random, Two-Liquid

PD Pureza no Destilado

PEV Ponto de Ebulição Verdadeiro

PL Pureza nos Leves

PLA Poli Lactic Acid

PMP Pureza inicial da Matéria-Prima

PR Pureza no resíduo

RD Reactive Distillation

Tcond Condenser temperature

TG Thermogravimetry

TG-MS Thermogravimetry - mass spectrometer

UNICAMP Universidade Estadual de Campinas

UNIFAC Universal Functional Activity Coefficient

UNIQUAC Universal Quasi-Chemical

(39)

xxxix LISTA DE SÍMBOLOS A Fator pré-exponencial (s-1) C Concentração (g/L) Co Concentração da matéria-prima (g/L) %D Porcentagem de destilado

d Diâmetro da molécula a ser evaporada (m)

de Diâmetro da curvatura da superfície de evaporação (m)

Ea Energia de ativação (kJ/mol)

f Eficiência da evaporação

ĠA Taxa total de evaporação do componente mais volátil (kg/m2 s)

ĠE Taxa efetiva total de evaporação (kg/m2s)

h0 Distância entre o evaporador e o condensador (m)

k Constante de Boltzmann (1,38x10-23 J/K)

0 e

k Fator pré-exponencial de Arrhenius (mol/min g)

Ki Razão de equilíbrio para o componente i

Kn Número de Knudsen

%L Porcentagem de leves

M Massa

M Massa molar (kg/kmol)

m/z Número de massa/número de carga

N Número de moléculas em 1 m3

NA Constante de Avogrado (6,023 x 1023 mol-1)

0

p Pressão de saturação (Pa)

sat i

P Pressão de saturação do componente i (Pa)

P Pressão do sistema (Pa)

P Produtividade

Pc Pressão crítica (bar)

Pi Pressão do vapor saturado

(40)

xl

Rec Recuperação

%R Porcentagem de resíduo

Tb Temperatura normal de ebulição (K)

Tc Temperatura crítica (K)

Tevap Temperatura do evaporador (K)

Tm Temperatura de pico (K)

T Temperatura (K, °C)

t Tempo (s)

f

x Pureza a ser alcançada pelo processo de purificação

j out

x , Pureza após uma etapa de purificação

j in

x , Pureza na entrada de uma etapa de purificação

i

x Composição do componente i na fase líquida

0

x Pureza inicial da mistura

i

y Composição do componente i na fase vapor

Y Rendimento

Letras gregas

ij

 Volatilidade relativa, i e j são os componentes

Β Taxa de aquecimento

i

 Coeficiente de atividade do componente i na fase líquida

vap H

 Entalpia de vaporização (kJ/mol)

 Livre percurso médio (m)

sat i

v Volume molar de líquido saturado do componente i

V i

ˆ _{Coeficiente de fugacidade do componente i na fase vapor}

sat i

(41)

1

CAPÍTULO 1

(42)

CAPÍTULO 1

1. INTRODUÇÃO

O desenvolvimento de processos de separação economicamente viáveis, capazes de realizar a purificação de bioprodutos resultantes de processos fermentativos, ainda é um desafio tecnológico a ser vencido. A demanda crescente por produtos e alimentos de fonte natural e a necessidade de substituir os processos petroquímicos por rotas verdes de produção, tanto pela preocupação ambiental quanto pela escassez de petróleo, tem impulsionado a produção de ácidos carboxílicos a partir de recursos renováveis usando bioprocessos. No caso do ácido láctico, o desenvolvimento de um método eficaz de separação e purificação do ácido a partir do caldo de cana-de-açúcar fermentado é de suma importância para estabelecer a viabilidade econômica, pois o processo de separação e purificação corresponde a 50% do custo de produção (Wasewar et al., 2002a).

O ácido láctico ou ácido 2-hidroxipropiônico foi descoberto em 1780 pelo químico sueco Scheele a partir do leite azedo (Datta e Henry, 2006), e possui duas formas opticamente ativas, L(+)- ácido láctico e D(-)-ácido láctico. Possui uma grande variedade de aplicações, sendo utilizado nas indústrias de cosméticos (umectante, agente antiacne e antitártaro), farmacêutica (implantes, comprimidos, diálise, sutura cirúrgica, sistema de liberação controlada de drogas), química (etanol, propilenoglicol e polímeros acrílicos) e de alimentos (acidulante, conservante, aromatizante, regulador de pH, inibidor de bactérias). Além disso, ele é usado como precursor de diversos outros produtos, como: óxido de propileno, acetaldeído, ácido acrílico, ácido propanóico, 2,3- pentanodiona, lactato de etila, dilactídeo e poli-ácido láctico.

O ácido láctico apresenta dois grupos funcionais adjacentes, álcool e ácido, em uma pequena molécula, tornando-o altamente reativo e com tendência a se decompor em temperaturas elevadas. Por isso, é necessária a utilização de processos que propiciem a separação do ácido láctico utilizando condições de temperaturas mais brandas e pequeno tempo de residência do material dentro do equipamento para evitar a decomposição.

(43)

CAPÍTULO 1- INTRODUÇÃO E OBJETIVOS

TESE DE DOUTORADO- ANDREA KOMESU 3

Diversas tecnologias de separação têm sido estudadas para a purificação de ácido láctico: precipitação, extração por solvente, processos de separação com membranas e outros, mas muitos inconvenientes ainda limitam a aplicação dessas tecnologias em nível industrial. A precipitação gera elevadas quantidades de efluentes, sendo pouco atrativa do ponto de vista ambiental, e também outros processos de separação são necessários quando ácido láctico de maior pureza é requerido, aumentando os custos com a separação. Na extração por solvente, os convencionais agentes de extração apresentam coeficientes de distribuição desfavoráveis para ácidos orgânicos, o que é desvantajoso para a separação. Nos processos de separação com membranas, há elevados gastos com as membranas, além dos problemas com incrustação e polarização.

A utilização de um sistema evaporativo híbrido (evaporador de caminho curto com um condensador externo acoplado) é um processo de separação alternativo com potencialidade de aplicação para recuperação e concentração de moléculas termicamente sensíveis, como o ácido láctico. Nesse processo, utilizam-se baixas pressões de operação (da ordem de 1 kPa), por isso menores temperaturas são requeridas na separação quando comparado com os processos convencionais de destilação. Além disso, utiliza-se pequeno tempo de residência do material dentro do equipamento (da ordem de segundos), minimizam-se assim, os problemas de decomposição térmica.

A destilação reativa é uma técnica promissora para a recuperação de ácido láctico com elevada pureza e elevado rendimento do caldo de fermentação (Kumar et al., 2006a), apresentando muitas vantagens: melhora na conversão dos reagentes, melhora na seletividade, redução da quantidade de catalisador e outros. Diversos estudos variando os parâmetros e condições operacionais para a recuperação do ácido láctico nas destilações reativas têm sido reportadas na literatura, mas novos estudos devem ser realizados de modo a tornar o processo mais economicamente atrativo para as aplicações industriais.

De acordo com o exposto anteriormente, este trabalho pretende contribuir com o estudo de três estratégias de separação: uma tecnologia inédita para a separação e concentração de ácidos orgânicos a partir do vinho de fermentação utilizando um sistema evaporativo; um sistema de destilação reativa e um sistema acoplando as duas tecnologias sequencialmente. A necessidade de se acoplar as duas tecnologias está na possibilidade de obtenção de ácido láctico com elevada pureza e concentração. Será avaliada qual a melhor estratégia de separação e concentração do

(44)

ácido láctico, visando à produção do mesmo de forma viável técnica, econômica e ambientalmente.

1.1. OBJETIVOS GERAIS E ESPECÍFICOS

O objetivo geral deste trabalho é desenvolver um processo de separação e purificação do ácido láctico produzido por via fermentativa, comparando três diferentes estratégias de separação: sistema evaporativo híbrido, destilação reativa e acoplando as duas tecnologias anteriores em sequência.

A Figura 1.1 apresenta um fluxograma com a visão geral deste trabalho.

(45)

Os objetivos específicos deste trabalho compreendem:

1) Caracterizar a solução comercial de ácido láctico utilizada nos ensaios em relação à

termodinâmica (construção de curvas de equilíbrio), identificação dos componentes presentes e degradação térmica.

2) Avaliar um processo de separação alternativo para purificação de ácido láctico a partir de

uma mistura sintética água:ácido láctico por meio de um sistema evaporativo.

3) Avaliar e otimizar o processo de separação alternativo para purificação do ácido láctico a

partir do vinho fermentado por meio de um sistema evaporativo.

4) Simular o processo de esterificação do ácido láctico com etanol e posterior hidrólise com

água em um sistema de destilação reativa utilizando o simulador comercial ASPEN PLUS®.

5) Avaliar e otimizar a purificação do ácido láctico em um sistema de destilação reativa através

da esterificação do ácido láctico com etanol e posterior hidrólise com água.

6) Avaliar a purificação do ácido láctico utilizando o sistema evaporativo e a destilação reativa

em série.

7) Avaliar a melhor estratégia de separação e purificação do ácido láctico.

1.2. JUSTIFICATIVA

A produção de um produto de alto valor agregado, como o ácido láctico, a partir de uma matéria-prima de origem renovável e de baixo custo, é benéfica do ponto de vista ambiental e econômico. Na rota de produção do ácido láctico, os processos de separação e purificação correspondem a, aproximadamente, 50% do custo de produção (Wasewar et al., 2002a). Portanto, a pesquisa e o desenvolvimento de processos de separação de ácidos carboxílicos são justificados

(46)

pela necessidade de processos eficientes e viáveis economicamente para a separação e concentração de bioprodutos resultantes de processos fermentativos e aplicação em processos industriais.

A utilização de um sistema híbrido de evaporação para realizar a purificação do ácido láctico está baseada no trabalho de Martins (2011), que avaliou a concentração de metil chavicol a partir do óleo essencial de manjericão. Inicialmente, Martins et al. (2012a) testaram um evaporador de caminho curto, entretanto uma quantidade considerável de material migrava em direção ao trap, impedindo a operação do equipamento a pressões inferiores a 1,33 kPa. O uso de pressões mais baixas é desejável, pois com isso, diminui-se o ponto de ebulição das substâncias minimizando as chances de haver decomposição térmica. Para permitir o uso de pressões mais baixas, foi incorporado ao equipamento um condensador externo (Martins et al., 2012b). Com a incorporação de um condensador externo ao sistema de evaporação, este não pode mais ser classificado como um evaporador de caminho curto. Assim, o sistema evaporativo formado por um evaporador de caminho curto e um condensador externo foi denominado de sistema híbrido de evaporação (Martins et al., 2012c). Neste trabalho, será ampliada a aplicação do sistema evaporativo híbrido para o estudo inédito da recuperação de ácidos orgânicos, mais especificamente para o ácido láctico.

A utilização de um sistema de destilação reativa está baseada no trabalho de Lunelli (2010) que realizou a esterificação do ácido láctico com etanol para a produção do lactato de etila. Neste trabalho, será realizada a etapa de esterificação e a etapa de hidrólise do lactato de etila com água para a obtenção de ácido láctico com elevado rendimento e elevada pureza. Será realizada também a otimização das condições operacionais e simulação do processo utilizando o

simulador comercial ASPEN PLUS®.

Os resultados indicarão, através da avaliação do índice de desempenho de purificação, o processo operacional mais vantajoso: sistema evaporativo híbrido, sistema de destilação reativa ou o sistema evaporativo e de destilação reativa em série.

Os ensaios experimentais foram conduzidos nos Laboratórios de Desenvolvimento de Processos de Separação (LDPS) e de Otimização, Projeto e Controle Avançado (LOPCA), coordenados pelos Profs. Drs. Maria Regina Wolf Maciel e Rubens Maciel Filho, respectivamente, laboratórios referências nas áreas de processos de separação e de projeto de

(47)

processos. Dessa forma, este trabalho visa dar continuidade aos estudos realizados pelo grupo de pesquisa. Pretende-se contribuir com o estudo de uma nova tecnologia para a separação e concentração de ácidos orgânicos a partir do caldo de fermentação, utilizando um sistema evaporativo híbrido, bem como com estudos para a otimização do processo de destilação reativa, para obtenção de processos mais viáveis para aplicação industrial sem o uso de solventes e geração de efluentes (sulfato de cálcio). Além disso, este trabalho contribuirá com a ampliação do conhecimento técnico-científico na área de processos de separação.

1.3. ORGANIZAÇÃO DA TESE

Esta tese foi dividida em capítulos, nos quais foram abordados os seguintes assuntos: No Capítulo 1, foi apresentada uma introdução sobre os principais tópicos abordados nesse trabalho, justificando a contribuição e importância do estudo. Os objetivos deste trabalho também foram apresentados.

No Capítulo 2, é apresentada a Revisão Bibliográfica, onde são abordados os principais tópicos que envolveram esta pesquisa. A origem do ácido láctico, suas propriedades, aplicações e processos de produção foram descritas. Apresentam-se também, nesse capítulo, os principais processos de separação e purificação utilizados até o momento para realizar a concentração do ácido láctico, tais como, precipitação, extração líquido-líquido ou extração por solvente, separação utilizando membranas e destilação, dando ênfase aos processos de destilação molecular e destilação reativa.

No Capítulo 3, são apresentados os resultados da caracterização termodinâmica, química e

térmica da mistura ácido láctico e água utilizando o simulador ASPEN PLUS® 11.1,

cromatografia líquida e gasosa e técnicas termoanalíticas, como calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TG) e termogravimetria acoplada com espectrômetro de massa (TG-MS).

No Capítulo 4, são apresentados os resultados da purificação do ácido láctico a partir de uma mistura sintética água: ácido láctico utilizando o sistema híbrido de evaporação. O intuito dessa etapa foi realizar uma avaliação inicial de viabilidade técnica do processo de separação no

(48)

sistema evaporativo. São apresentados também a descrição do sistema evaporativo, o procedimento experimental e a metodologia analítica adotada.

No Capítulo 5, são apresentados os resultados obtidos de purificação de ácido láctico, produzido a partir da fermentação da sacarose, usando o sistema híbrido de evaporação. Ensaios preliminares variando a temperatura do evaporador foram realizados para que fosse escolhida a melhor faixa de temperatura para a separação. Após essa etapa, foi utilizado planejamento estatístico, levando em consideração os efeitos das variáveis vazão de alimentação, agitação, temperaturas do condensador interno e do evaporador em relação às respostas porcentagem, pureza e recuperação do ácido láctico nas correntes de resíduo, destilado e leves.

No Capítulo 6, são apresentados os resultados da simulação de uma planta virtual do processo para a recuperação do ácido láctico, que consiste na esterificação do ácido láctico com etanol para produção de lactato de etila e hidrólise do lactato de etila com água, usando colunas de destilação reativa.

No Capítulo 7, são apresentados os resultados da purificação do ácido láctico em um sistema de destilação reativa. Foram utilizados planejamentos estatísticos, a fim de estudar a influência dos fatores razão molar etanol: ácido láctico, temperatura do refervedor e quantidade de catalisador no processo de produção de lactato de etila.

No Capítulo 8, são apresentados os resultados da purificação do ácido láctico utilizando o sistema híbrido de evaporação e destilação reativa em sequência. Por fim, foram comparadas as três estratégias de separação e purificação estudadas nesse trabalho.

No Capítulo 9, são apresentados os resultados finais e as sugestões para trabalhos futuros. As referências bibliográficas utilizadas no decorrer do desenvolvimento da tese são apresentadas após o Capítulo 9.

1.4. PRODUÇÃO BIBLIOGRÁFICA

(49)

Artigos completos publicados em periódicos

KOMESU, A.; MARTINS, P. F.; LUNELLI, B. H.; OLIVEIRA, J.; MACIEL FILHO, R.; WOLF MACIEL, M. R.. The effect of evaporator temperature on lactic acid purity and recovery

by short path evaporation. Separation Science and Technology, DOI

10.1080/01496395.2014.975363, 2014 (Objetivo específico 2, Capítulo 4).

KOMESU, A.; MARTINS, P. F.; OLIVEIRA, J.; LUNELLI, B. H.; MACIEL FILHO, R.; WOLF MACIEL, M. R.. Purification of lactic acid produced from sugarcane molasses. Chemical Engineering Transactions, v. 37, p. 367-372, 2014 (Objetivo específico 3, Capítulo 5).

KOMESU, A.; MARTINS, P. F.; LUNELLI, B. H.; OLIVEIRA, J.; MACIEL FILHO, R.; WOLF MACIEL, M. R. Evaluation of lactic acid purification from fermentation broth by hybrid short path evaporation using factorial experimental design. Separation and Purification Technology, v. 136, p. 233-240, 2014 (Objetivo específico 3, Capítulo 5).

KOMESU, A.; MARTINS, P.F.; LUNELLI, B.H.; MORITA, A.T.; COUTINHO, P.L.A; MACIEL FILHO, R.; WOLF MACIEL, M.R. Lactic acid purification by hybrid short path evaporation. Chemical Engineering Transactions, v. 32, p. 2017-2022, 2013 (Objetivo específico 2, Capítulo 4).

KOMESU, A.; MARTINS, P.F.; LUNELLI, B.H.; MACIEL FILHO, R.; WOLF MACIEL, M.R. Lactic acid purification by reactive distillation system using design of experiments. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, DOI 10.1016/j.cep.2015.05.005, 2015 (Objetivo específico 5, Capítulo 7).

Trabalhos completos publicados em anais de congressos

KOMESU, A.; MARTINS, P. F.; LUNELLI, B. H.; OLIVEIRA, J.; MACIEL FILHO, R.;

WOLF MACIEL, M. R. Simulação do processo de purificação do ácido láctico em um sistema de destilação reativa. In: XX Congresso Brasileiro de Engenharia Química, Florianópolis, 2014 (Objetivo específico 4, Capítulo 6).

(50)

KOMESU, A.; MARTINS, P. F.; LUNELLI, B. H.; MACIEL FILHO, R.; WOLF MACIEL, M. R. Avaliação da purificação de ácido láctico em um sistema evaporativo. In: XIX Congresso

Brasileiro de Engenharia Química, Búzios, 2012 (Objetivo específico 2, Capítulo 4).

Artigo submetido para publicação

KOMESU A., MARTINS P.F., LUNELLI B.H., MACIEL FILHO R., WOLF MACIEL, M.R. Thermal analysis investigation of lactic acid aqueous solution. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry (Objetivo específico 1, Capítulo 3).

KOMESU A.; JAIMES FIGUEROA J.E., RIOS L.F.; MARTINS MARTINEZ P.F.; LUNELLI B.H., OLIVEIRA J.A.R., MACIEL FILHO, R., WOLF MACIEL M.R. Evaluation of operational parameters for ethyl lactate production using reactive distillation process. Chemical Engineering Transactions (Objetivo específico 5, Capítulo 7).

KOMESU A., MARTINS P.F., LUNELLI B.H., MACIEL FILHO R., WOLF MACIEL, M.R. Separation and purification technologies for lactic acid - A Review. Separation & Purification Reviews (Capítulo 2).

Resumo publicado em anais de congressos

KOMESU, A.; MARTINS, P. F.; OLIVEIRA, J.; LUNELLI, B. H.; MACIEL FILHO, R.; WOLF MACIEL, M. R. Virtual pilot plant for lactic acid purification by reactive distillation process. Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals, 2014, Clearwater Beach, FL (Objetivo específico 4, Capítulo 6).

KOMESU, A.; MARTINS MARTINEZ, P. F.; LUNELLI, B. H.; MACIEL FILHO, R.; WOLF MACIEL, M. R. Thermogravimetric analysis and kinetic study of lactic acid. Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals, 2015, San Diego, CA (Objetivo específico 1, Capítulo 3).

(51)

CAPÍTULO 2

(52)

CAPÍTULO 2

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

O presente capítulo abordará as principais bases teóricas que envolvem esta pesquisa, bem como promover uma visão da atual conjuntura dos objetos de estudo do presente trabalho. Assim, o capítulo abordará inicialmente uma visão geral sobre o ácido láctico: histórico, propriedades, aplicações e processos de produção. Posteriormente, serão apresentados os processos de separação e purificação utilizados até o momento para realizar a concentração do ácido láctico, enfatizando o processo de destilação molecular e o processo de destilação reativa.

2.1. ÁCIDO LÁCTICO

2.1.1. HISTÓRICO

Ácido Láctico ou ácido 2-hidroxipropiônico (CAS 50-21-5) é o ácido hidroxicarboxílico de maior ocorrência na natureza. Foi descoberto em 1780 pelo químico sueco Scheele a partir do leite azedo (Datta e Henry, 2006; Lima et al., 2001). Em 1789, Lavoisier deu o nome para este componente de acide lactique, origem para a terminologia atual ácido láctico (Wee et al., 2006). Em 1813, Henri Braconnot da Universidade de Nancy, que trabalhava com os componentes ácidos dos alimentos fermentados, encontrou um produto no qual nomeou “ácido nanceico”, em homenagem à cidade francesa Nancy. Henri estava convencido de que este ácido era diferente do ácido descoberto por Scheele. Em 1817, o químico alemão J. Vogel provou que o ácido láctico e o ácido nanceico eram idênticos (Galactic, 2011). Em 1839, Fremy realizou a fermentação de ácido láctico a partir de vários carboidratos, como açúcar, leite, amido e dextrina. Em 1857, Pasteur descobriu que o ácido láctico não era um componente do leite, mas sim um metabólito fermentativo produzido por certos microrganismos (Lunelli, 2010).

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CAPÍTULO 2- REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

O ácido láctico ainda não era um produto de consumo amplamente utilizado, mas apenas uma especialidade farmacêutica, até 1881, quando Charles E. Avery estabeleceu a Companhia de Lactato em Littleton, Massachusetts. O objetivo da empresa era substituir o ácido tartárico usado para fazer pão. A fábrica de Avery enfrentou problemas e não pode iniciar a produção. Foi por volta de 1900, na Alemanha, que a primeira venda de ácido láctico foi registrada. A partir de então, muitas empresas investiram na produção de ácido láctico, mas a maioria delas parou a produção devido à baixa qualidade de seus produtos, que era inaceitável para o mercado (Galactic, 2011).

Em 1990, a produção mundial era de aproximadamente 40.000 t/ano com dois principais produtores, “CCA Biochem” da Holanda, com filiais no Brasil e na Espanha, e a “Sterling Chemicals” no Texas, EUA (Datta e Henry, 2006).

Nas últimas décadas, a produção de ácido láctico tem crescido consideravelmente (5-8% ao ano), principalmente devido ao desenvolvimento de novos usos e produtos. Segundo o “Global Industry Analyst Inc”, o mercado mundial de ácido láctico deve chegar a 329 mil toneladas em 2015 (Castillo Martinez et al., 2013) e 367.300 toneladas em 2017 (Abdel-Rahman et al., 2013).

2.1.2. PROPRIEDADES

O ácido láctico é o mais simples ácido hidroxilado. Possui dupla natureza, de álcool e ácido, e um carbono assimétrico que lhe confere atividade ótica, sendo encontrado em duas formas opticamente ativas, dextrógiro (D) e levógiro (L), ou na forma racêmica (mistura dos enantiômeros dextrógiro e levógiro), como mostrado na Figura 2.1.

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Os dois isômeros apresentam as mesmas propriedades físicas (ponto de fusão, solubilidade, densidade, constante de dissociação e outras) e as mesmas propriedades químicas, excetuando-se as reações em que outros compostos com atividade ótica estejam presentes. Uma consequência disso é a dificuldade em separá-los através das técnicas tradicionais (cromatografia, destilação e cristalização fracionada), sendo necessárias técnicas apropriadas de separação e uso de substâncias com atividade óptica. As formas puras dos isômeros possuem maior valor agregado do que a mistura racêmica, devido às aplicações industriais específicas para cada isômero, por exemplo, para a produção do ácido poli L-láctico, um polímero semicristalino biodegradável e termoestável, a forma levógira é a utilizada na síntese. Já para a produção do ácido poli D-láctico, a forma dextrógira é a utilizada.

Os isômeros se comportam de maneira diferente nos tecidos vivos, sendo o ácido láctico encontrado mais frequentemente nos seres vivos na forma levógira. No homem, por exemplo, somente a forma levógira é produzida na contração muscular (Trindade, 2002). Para aplicações em alimentos e em medicina, a forma levógira é preferida, pois a conversão metabólica no corpo humano é mais rápida do que a forma dextrógira. Diferentes modos de produção também fornecem quantidades diferentes de isômeros. Na produção do ácido láctico por síntese, apenas a mistura racêmica é obtida e as concentrações dos isômeros são iguais, enquanto que a fermentação permite a obtenção de um dos isômeros em maior quantidade.

O ácido láctico é líquido (15 °C e 1 atm), de cor amarela para incolor e inodoro. A Tabela 2.1 apresenta as propriedades termodinâmicas e a Tabela 2.2 as características do ácido láctico.

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Tabela 2.1: Propriedades termodinâmicas do ácido láctico (Lunelli, 2010).

Propriedades Valores

Densidade em 20 °C (g/L) 1,249

Ponto de fusão (°C) 52,8 (D); 53,0 (L); 16,8 (DL)

Ponto de ebulição (°C) 82,0 (DL) a 0,5 mmHg; 122,0 (DL) a 15 mmHg; 103

(D) a 15 mmHg

Constante de dissociação (pKa) a 25 °C 3,83 (D); 3,79 (L)

Capacidade calorífica (J/mol °C) a 20 °C 190 (DL)

Calor de solução (kJ/mol) a 25 °C 7,79 (L)

Calor de fusão (kJ/mol) 16,86 (L); 11,33 (DL)

Tabela 2.2: Características do ácido láctico (Smith et al., 2003; Cheremisinoff, 2000).

Nome IUPAC Ácido 2-hidroxipropanóico

Sinônimos Ácido acetônico/ Ácido de leite/ácido 1-hidroxietano 1-carbonílico/1-hidroxietano 1-carboxílico/ácido 2-hidroxipropiônico/ácido

alfa-hidroxipropiônico

Fórmula COOH-CHOH-CH3

Massa molar (g/mol) 90,08

Número CAS1 79-33-4 (L); 10326-41-7 (D); 598-82-3 (DL)

Categoria Emulsionante/Estabilizador/Aditivo nutritivo/Agente de controle de pH/Conservante/Solvente/Umectante/Intensificador e modificador de

sabor/Aditivo de farinha e fermento

Cor Transparente ou amarelada

Autoesterificação Em soluções com concentrações maiores que 50%, é parcialmente convertido em anidrido láctico

Cristalização Forma cristais a alta pureza

Miscibilidade Miscível em água, álcool, glicerol e furfural

Solubilidade Solúvel em água e insolúvel em clorofórmio, petróleo, éter, dissulfeto de carbono

Volatilidade Baixa

Grau Técnico 22% e 44%; Alimentício 50-80%; Plástico 50-80%; USP 85-90%

Outros Não pode ser destilado em pressão atmosférica sem sofrer decomposição; comercializado como mistura racêmica

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O ácido láctico é miscível em água e em vários solventes orgânicos, sendo comercializado na forma cristalina ou na forma de soluções. Em soluções aquosas diluídas, devido à presença dos grupos álcool e ácido, sofre autoesterificação, sendo parcialmente convertido em anidrido láctico. Quando soluções de concentração superiores a 18% de ácido láctico são aquecidas, pode ocorrer a desidratação entre um grupo hidroxila de uma molécula e o grupo carboxila de outra formando os ácidos polilactídeos (ácido lactilático, trímero linear, polímeros maiores).

A densidade do ácido láctico em soluções aquosas varia, aproximadamente, de maneira linear com a concentração e com a temperatura. A viscosidade aumenta rapidamente com o aumento da concentração e diminui abruptamente com o aumento da temperatura (Coimbra, 1991).

2.1.3. APLICAÇÕES

O ácido láctico possui uma grande variedade de aplicações, sendo utilizado nas indústrias químicas, farmacêutica e de alimentos e sendo precursor de diversos produtos. Embora disponível comercialmente há muito tempo, apenas nas últimas décadas é que novas utilizações resultaram em grande aumento na demanda.

Na indústria de alimentos, onde a demanda é de 85% do ácido produzido (Datta e Henry, 2006), é utilizado como acidulante, devido a seu gosto levemente ácido quando comparado a outros ácidos usados em alimentos; como conservante em azeitonas e vegetais em conserva; como aromatizante, regulador de pH e inibidor de bactérias residuais no processamento de uma variedade de alimentos (doces, pães, refrigerantes, cerveja e outros); e é substância essencial nos alimentos fermentados, como iogurte, manteiga e outros.

O ácido láctico também tem aplicação na indústria de couro e peles (Datta e Henry, 2006), no processo de descalcinação, na indústria têxtil como mordente (fixador) para tinturaria e como anticongelante em substituição ao etilenoglicol com maior eficiência e menor custo. Na indústria química, o ácido láctico pode ser transformado em etanol, propilenoglicol e polímeros acrílicos. Os derivados do ácido láctico, ésteres e sais, são usados como solventes, emulsificantes e plastificantes (Trindade, 2002). O ácido láctico é utilizado também para a produção de óxido de