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7/26/2019 Comparacin Del Proceso de Purificacin Del Glicerol Crudo Usando cido Ctrico y cido Clorhdrico

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Revista CITECSA - INSTITUTO UNIVERSITARIO DE LA PAZ Volumen 6; Nmero 11. Mayo-2016

COMPARACIN DEL PROCESO DE PURIFICACIN DEL GLICEROL CRUDOUSANDO CIDO CTRICO Y CIDO CLORHDRICO

Comparison of the purification process of unrefined glycerol using citric acid and

hydrochloric acid

Comparao do processo de purificao do glicerol cru usando cido ctrico ecido clordrico

Saavedra Said1, Porras Atencia Oscar Orlando2, Pacheco Valderrama Mnica2,David Castro Alexander2, Gutirrez Jeferson3, Rangel Jimnez Duberney3

Recibido: 26 de Abril de 2016Aceptado: 27 de Mayo de 2016

Resumen

En la bsqueda de procesos para la purificacin de la glicerina que sean tantoeconmica como ambientalmente viables, se evalu el uso de cido ctrico y el cidoclorhdrico como agentes acidulantes en la refinacin de este producto. Seestableci un mtodo de purificacin del glicerol crudo mediante la acidificacin,neutralizacin, evaporacin y filtracin, teniendo en cuenta el efecto del tipo de cidoutilizado. El glicerol fue caracterizado antes y despus del proceso de purificacinmediante la determinacin de pH, humedad y contenido de cenizas, con el fin deevaluar la calidad y eficiencia del proceso. Se determin que la solucin acidulantecon pH ms bajo (HCl) present un mejor efecto en la disminucin de cenizas en laglicerina purificada. Sin embargo, siendo el cido ctrico un cido dbil, present

1 Instituto Universitario de la Paz. e-mail: [email protected] Universitario de la Paz.3 Estudiante. Instituto Universitario de la Paz

CITECSAR E V I S T A

Ciencia Tecnolo a Sociedad Ambiente

B a r r a n c a b e r m e j a C o l o m b i a

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Revista CITECSA - INSTITUTO UNIVERSITARIO DE LA PAZ Volumen 6; Nmero 11. Mayo-2016Saavedra S. et al.

resultados aceptables, que por su naturaleza orgnica, la no toxicidad y el bajocosto, lo hace un cido con proyeccin de uso industrial.

Palabras clave: Acidificacin, cido dbil, glicerina, cenizas, purificacin, humedad.

Abstract

In the search for glycerin purification processes that are both economically and

environmentally viable, citric acid and hydrochloric acid were evaluated as acidifying

agents in the purification process. An unrefined glycerol purification strategy was

established by acidification, neutralization, filtration and evaporation, taking into

account the effect of the used acid. Glycerol was characterized before and after the

purification process by determining pH, moisture and ash content, in order to

evaluate the quality and process efficiency. It was determined that the acidulant

solution with lower pH (HCl) showed better effect in reducing ash in the purifiedglycerin. However, being the citric acid a weak base, it provided acceptable results,

which by its organic nature, non-toxicity and low cost, make it an acid with projection

for industrial use.

Key words: Acidification, weak acid, glycerin, ashes, purification, moisture.

ResumoNa busca de processos de purificao da glicerina que sejam tanto

economicamente quanto ambientalmente viveis, avaliou-se o cido ctrico e o

cido clordrico como agentes acidulantes no processo de purificao. Estabeleceu-

se uma estratgia de purificao do glicerol cru mediante a acidificao,

neutralizao, evaporao e filtrao, tomando em conta o efeito do tipo de cido

utilizado. O glicerol foi caracterizado antes e depois do processo de purificao

mediante a determinao de pH, humidade e contedo de cinzas, para avaliar a

qualidade e eficincia do processo. Determinou-se que a soluo acidulante com

pH mais baixo (HCl) apresentou um melhor efeito na diminuio de cinzas na

glicerina purificada. No entanto, sendo o cido ctrico uma base fraca, apresentou

resultados aceitveis, que pela sua natureza orgnica, a no toxicidade e o baixo

custo, o fazem um cido com projeo de uso industrial.

Palavras chave: Acidificao, cido fraco, glicerina, cinzas, purificao, humidade.

Introduccin

El paulatino aumento en la emisin de gases antropognicos hacia la atmsfera,provenientes del uso de combustibles fsiles, ha concentrado la atencin de la


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comunidad cientfica y de la industria en la bsqueda de alternativasambientalmente viables. Recientemente, los esfuerzos se han enfocado en laproduccin de combustibles renovables y benignos con el ambiente (Bozbas, 2008).El uso comercial de steres metlicos o etlicos, conocidos como biodiesel,

obtenidos en la transesterificacin de aceites vegetales, ha sido considerada unaopcin que posibilita la obtencin de combustibles no txicos, libres de compuestosazufrados y aromticos (Pasqualino, Montan y Salvad, 2006). As mismo, lademanda energtica mundial y las polticas ambientales cada vez ms rigurosas,han incrementado significativamente el uso del biodiesel (Magara-Gomez, Olson,Okuda, Walz y Schauer, 2012). Sin embargo, los elevados costos de produccin,purificacin y obtencin de glicerol crudo, constituyen desafos a superar. El glicerolo 1, 2, 3-propanotriol es un subproducto de la transesterificacin de triglicridos yes utilizado como materia prima en la industria cosmtica, farmacutica, dealimentos, entre otras (Behr, Eilting, Irawadi, Leschinski y Lindner, 2008) (Johnsony Taconi, 2007).

Para las aplicaciones anteriormente mencionadas, se requiere que el glicerolutilizado cuente con un alto grado de pureza (superior al 99,7%). De igual maneraLa glicerina sin tratar, obtenida como subproducto de la fabricacin de biodiesel,contiene una elevada concentracin de sales, lo que la convierte en un productomuy corrosivo y si en estas condiciones se trata como residuo lleva un enormepotencial de riesgo para el medio ambiente (Posada, 2010). Generalmente, lareaccin de transesterificacin se lleva a cabo en presencia de catalizadoreshomogneos de carcter cido o bsico (Refaat, 2011), por lo que su presencia

junto con alcohol, agua, jabones, cidos grasos, sales inorgnicas y residuos de

materias primas afectan la pureza del glicerol. La implementacin de mtodos depurificacin y el uso de catalizadores heterogneos constituyen una alternativa desolucin para generar valor agregado al glicerol crudo obtenido (Zabeti, Wan Daudy Aroua, 2009) (Ardi, Aroua y Hashim, 2015). Procedimientos que incluyenacidificacin y neutralizacin, intercambio inico, filtracin por membrana,destilacin al vaco y adsorcin con carbn activado han sido probados con el fin depurificar el glicerol crudo (Ardi et al., 2015) ( Nanda, Yuan, Qin, Poirier y Chunbao,2014). La purificacin por intercambio inico es adecuada para la remocin de salese iones libres, pero presenta inconvenientes para la regeneracin de las resinas yel tratamiento de grandes volmenes de materia ocasionando costos econmicosadicionales (Ardi et al., 2015). La filtracin por membrana se perfila como un mtodo

alternativo para la purificacin de glicerol crudo debido a su bajo requerimientoenergtico y obtencin de altos valores de pureza (Indok, Mohammad y Markom,2011). Sin embargo, su implementacin a escala industrial requiere mayorinvestigacin por problemas asociados a la vida til de las membranas y sudisponibilidad para separaciones especficas. La destilacin al vaco, a pesar deproducir grandes cantidades de glicerol, demanda altos requerimientos energticosy de operacin (Chongkhong, Tongurai y Chetpattananondh, 2009). El uso de


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carbn activado, aunque es econmico, no permite la obtencin de glicerol con altogrado de pureza (Manosak, Limpattayanate y Hunsom, 2011).

Contrastando con otros mtodos de purificacin del glicerol crudo, la acidificacincomplementada con procesos fsicos, sigue siendo una opcin econmicamente

viable y, dependiendo de parmetros como el pH, tipo de cido, relacincido/glicerol crudo, entre otras, se puede optimizar para conseguir altosrendimientos de produccin de glicerol puro. Se ha utilizado el H3PO4 para laacidificacin de glicerol crudo obtenido como subproducto en la produccin debiodiesel a partir de aceite de cocina usado. Se encontr un incremento en la purezade glicerol del 40% al 70% a pH de 5 y 6 (Cai, Li, Zhao, 2013). Hjek y Skopal (2010)emplearon cido fosfrico, sulfrico, clorhdrico y actico para la acidificacin yobtencin de glicerol con un 86% de pureza sin utilizar destilacin. Javani et. Al(2012) propusieron una estrategia utilizando cido fosfrico a pH de 9,67 y posterioracidificacin hasta pH de 4,67 para la obtencin de fosfato de potasio para usarcomo fertilizante, cidos grasos libres y glicerol con 98%, 99,58 y 96,08% de pureza

respectivamente.

Los cidos fuertes han sido empleados convencionalmente en el proceso depurificacin de glicerol crudo, con la desventaja de ser costosos y potencialmentecontaminantes. Por tanto, en este trabajo se evalu el efecto del uso de un cidodbil, como es el cido ctrico, en la purificacin de glicerol crudo proveniente deECODIESEL COLOMBIA S.A; el uso de dicho cido adems de tener potencial usoen la purificacin de glicerol crudo, con rendimientos similares a los de los cidosutilizados comnmente, adems de ser un reactivo renovable, no txico y de bajocosto que implicara una mitigacin del impacto ambiental causado por los efluentes

del proceso de purificacin (Franklin y Guhanathan, 2015) (Seligra, Medina, Famy Goyanes, 2016). As mismo, con el fin de comparar la influencia del tipo de cidoutilizado, una vez realizado el proceso de acidificacin, se complement con lafiltracin, decantacin y evaporacin de sustancias diferentes al glicerol, parafinalmente caracterizar el glicerol crudo y refinado mediante la determinacin deparmetros fisicoqumicos como pH, humedad y cenizas.

Metodologa

La glicerina utilizada fue obtenida como subproducto del proceso de produccin debiodiesel a partir de aceite de palma en la empresa Ecodiesel Colombia S.A., estaglicerina, por su proceso de obtencin, contiene metanol. El efecto de la purificacinde la glicerina a travs del tratamiento cido, se midi en funcin de rendimiento,as mismo se determinaron el pH, la cantidad de agua y cenizas, antes y despusde cada uno de los tratamientos.


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Proceso de purificacin de la glicerina empleando cido ctrico y clorhdrico

Para el proceso de purificacin, inicialmente se tomaron muestras de 250 ml de

glicerina, las cuales fueron acidificadas con 50 ml de cada (cido ctrico gradoanaltico o cido clorhdrico al 37%), con agitacin constante, posteriormente serealiz el proceso de decantacin para separar glicerina de la solucin acuosa. Unavez realizada la decantacin, se realiz un proceso de filtracin con el fin de lograrla separacin de las sales inorgnicas formadas y residuos orgnicos presentes enla glicerina. La glicerina filtrada, que aun contiene metanol, es neutralizada conNaOH 1N para ser sometida a un proceso de rotroevaporacin a 95C y vaco quebusca eliminar el alcohol y el agua. Tras este proceso, se realiz a la glicerina unafiltracin por mangas de 1 y 2 m para obtener la glicerina refinada.

Caracterizacin

a. Medicin del pH

Para la medicin del pH se utiliz un pH-metro Mettler Toledo S20. Todas lasmediciones se realizaron a temperatura ambiente (25C) y con las muestraspreviamente homogeneizadas.

b. Determinacin de agua

Para la determinacin de agua se utiliz el mtodo Karl Fischer por valoracin

culombimtrica siguiendo la norma UNE-EN ISO 12937:2001 ERRATUM 2008.c. Determinacin de cenizas

Para la determinacin de cenizas se sigui el procedimiento descrito por la normaISO 2098-1972. La glicerina fue incinerada a 750C durante 3 horas.

Resultados y discusin

En la Tabla 1 se presentan los resultados de la variacin del pH, contenido decenizas y humedad de la glicerina antes y despus del tratamiento de purificacincon los cidos ctrico y clorhdrico. Se observa que utilizando el cido dbil (con

menor constante de disociacin) se obtienen soluciones con menor pH. Al compararel contenido de cenizas se observa una disminucin de 35,7 % con cido ctrico y44,1% con cido clorhdrico. En cuanto al contenido de humedad, se determin quela naturaleza del cido no tiene un efecto significativo, puesto que en ambos casosbaj 31 %.


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Tabla 1. Propiedades fisicoqumicas de la glicerina antes y despus del tratamientode purificacin con los cidos ctrico y clorhdrico.

Antes de la purificacin Despus de la purificacin

Tratamiento pKa pH Contenido deCenizas (p/p%)

Humedad(p/p %)

pH Contenido deCenizas (p/p%)

Humedad(p/p %)

Con cidoCtrico

3,08 5,9 5,97 12,14 3,95 3,84 8,29

Con cidoClorhdrico


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De acuerdo con lo mencionado anteriormente, el valor de cenizas da un ndice dela eficiencia de los procesos de transformacin de jabones metlicos y precipitacinde restos de catalizador. En este caso, el HCl tuvo mayor efecto que el ctrico, locual es coherente debido a su mayor fuerza cida. No obstante, el cido ctrico a

pesar de su baja fuerza cida tuvo un comportamiento muy similar al del HCl y entodos los casos modific favorablemente la calidad del glicerol.

Existen otras impurezas que tambin son retiradas por el efecto del cido como losrestos del catalizador del proceso de transesterificacin (NaOH) no solubles, talcomo se muestra en las ecuaciones 4 y 5:

NaOH + HCl NaCl + H O (Ecuacin 4)

NaOH + C H O C H O Na + H O (Ecuacin 5)

Estas reacciones producen sales de Na que se precipitan. Adems producen agualo que indica claramente el incremento en la humedad del glicerol.

En la Tabla 2 se muestra el rendimiento del proceso de purificacin del glicerol conlos cidos ctrico y clorhdrico. Se observa que en ambos casos el rendimiento delproceso fue similar, lo cual es coherente con los valores obtenidos en el contenidode cenizas y humedad. No obstante, el producto del tratamiento con cido

clorhdrico es levemente ms puro, como se seal anteriormente. En este sentido,el uso de cido ctrico en la purificacin de glicerol es una opcin atractiva,econmica y eficiente.

Tabla 2. Rendimiento del proceso de purificacin mediante acidificacin

Compuesto Rendimiento del procesocido Ctrico 90.1

cido Clorhdrico 90.1

Conclusiones

Una estrategia para la purificacin del glicerol proveniente de la transesterificacinde aceites vegetales con NaOH como catalizador, es el tratamiento con cido ctrico.Comparado con un cido convencional como el clorhdrico, el cido ctrico permiteobtener el mismo rendimiento del proceso, y similares contenidos de cenizas yhumedad. De acuerdo con esto el cido ctrico se constituye en una alternativa


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viable como agente acidificante en el proceso de purificacin de la glicerina a escalaindustrial.

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