ES2350669A1 - Proceso continuo de hidrogeneracion de aceites vegetales en fase liquida a presion y a temperatura con obtencion de una grasa con bajo contenido en isomero trans. - Google Patents
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Abstract
Proceso continuo de hidrogenación de aceites vegetales en fase líquida a presión y a temperatura con obtención de una grasa con bajo contenido en isómero trans. Se describe un proceso de hidrogenación catalítico continuo de aceites vegetales en fase líquida a alta presión y temperatura. El proceso se realiza con una mezcla de solvente-cosolvente para trabajar en condiciones más seguras. El proceso parte de tres líneas de alimentación independientes, una por reactivo, cuando los tres están en las condiciones adecuadas llegan al reactor de lecho fijo; en el interior de éste se encuentra como catalizador un metal noble soportado. La reacción se lleva a cabo a una presión comprendida entre 100-350 bar y a una temperatura comprendida entre 20-350°C. Tras el reactor los productos de reacción pasan por una válvula de expansión. Posteriormente llegan a la zona de recogida para su posterior análisis y recuperación de cosolvente. Se tiene que el producto de reacción deseado contiene entre un 1-10% de isómero trans y entre un 10-50% de ácido oleico (porcentajes en peso).
Description
Proceso continuo de hidrogenación de aceites
vegetales en fase líquida a presión y a temperatura con obtención de
una grasa con bajo contenido en isómero trans.
Esta invención corresponde al sector industrial
de la tecnología alimentaria. Se relata una mejora en el proceso de
hidrogenación de triglicéridos insaturados o trigliceridos en fase
líquida a alta presión y temperatura en presencia de cosolvente
respecto a una mezcla de solvente, hidrógeno y triglicéridos
insaturados en fase vapor homogénea a alta presión.
La reacción de hidrogenación consiste en saturar
los dobles enlaces de los ácidos grasos insaturados con hidrógeno en
presencia de un metal que cataliza la reacción. El objeto de la
saturación de los dobles enlaces es convertir los aceites líquidos
en grasa semisólida y reducir las posibilidades de oxidación y
subsiguiente enraciado. Las grasas así obtenidas se utilizan en la
industria de la alimentación para producción de margarinas, grasas
para la repostería etc.
Con 25 millones de toneladas al año, la
producción de aceite hidrogenado tiene su sitio en el mercado de la
alimentación.
Desafortunadamente, en la reacción de
hidrogenación se pierden ácidos grasos esenciales como el linoléico
para formar ácidos grasos trans (ácido elaidico) y ácidos
grasos saturados (ácido éstearico), que son precursores de
colesterol en humanos y del todo innecesario en la dieta humana.
En las últimas décadas, la legislación
alimentaria que regula el contenido de este tipo de ácidos en las
grasas destinadas a la alimentación es cada vez más estricta; Es por
ello que se necesita una alternativa al proceso clásico de
hidogenación que consiga disminuir la cantidad obtenida de productos
no deseables.
El proceso industrial convencional de
hidrogenación consiste básicamente en un reactor agitado con aceite
e hidrógeno más partículas de catalizador en suspensión. La reacción
se lleva a cabo a baja presión (de 0,5 a 5 bar) y a altas
temperaturas (de 130 a 210ºC).[2]. Con este proceso se obtiene entre
un 30-50% de isómeros trans. [1] La pequeña
solubilidad del H_{2} en aceite líquido a la temperatura de
reacción y las resistencias al transporte del gas entre la fase gas
y la fase líquida así como la superficie externa del catalizador
limitan la velocidad de reacción.
Se pueden suprimir estas resistencias al
transporte utilizando un solvente a alta presión. Esta es la
alternativa al proceso convencional que recoge la patente española
ES 2 245 901 A1.
Dicho proceso consiste en mezclar el sustrato,
hidrógeno gas y un solvente con el objeto de tener una fase
homogénea, en la cual las resistencias de transporte se
eliminan y las concentraciones de los reactantes pueden variarse
independientemente.
La solución pasa a través del catalizador, donde
se forman los productos de la reacción, que también formarán parte
de la mezcla homogénea. [3]
El sustrato y los productos han de ser solubles
en el solvente utilizado en las condiciones de operación. Dicho
solvente puede ser un hidrocarburo saturado o insaturado. [5]
Se mejora así la velocidad de la reacción de
hidrogenación, que se incrementa de 10 a 1000 veces y la producción
de ácidos grasos trans disminuye respecto a la obtenida en el
proceso convencional, [4] obteniendo en los productos hidrogenados
menos del 10% de ácidos grasos trans. [5]
Los inconvenientes encontrados en este proceso
son la alta inflamabilidad de los solventes utilizados y las altas
condiciones de presión y temperatura de operación.
La finalidad de esta patente es resolver el
problema de la peligrosidad del proceso cambiando el solvente por
uno no inflamable que además respete el medio ambiente.
Se decide usar el solvente verde: CO_{2}, el
cual es no tóxico, no inflamable y respetuoso con el medio ambiente.
No obstante, presenta un inconveniente y es la baja solubilidad de
los reactivos en el sistema de reacción, problema que se traduce en
un encarecimiento del proceso ya que se requieren condiciones de
operación más severas.
La finalidad de la presente invención es dar a
conocer un novedoso procedimiento de tipo industrial para la
hidrogenación catalítica de triglicéridos insaturados en fase
liquida a alta presión y temperatura utilizando CO_{2} con el fin
de mejorar el proceso utilizado hasta el momento, en términos de
seguridad.
[1] Nancy Ajzenberg, Grasas y aceites.
Vol. 53 Fasc.2 (2002), 229-238
[2] Farrauto R.J., Bartholomew,
C.H., Fundamentals o Industrial Catalytic Process, (1997)
[3] Tacke, T., Degussa.
[4] Ramírez E., Zgarní, S.,
Larrayoz, M.A. & Recasens F., F. Chem. Eng.
TeTechnol.: Engineering in Life Science, Vol.2, 9, 2002,
p.257
[5] Harrod, M., 1996, patente
internacional, A1, WO9601304.
[6] Cama, Josep. Selecció d'un
co-solvent per a la hidrogenació d'olis vegetals en
CO_{2} supercrític: millora de la seguretat del procés. Barcelona,
Novembre 2006.
[7] A. Santana, M. J. Mayorga, A.
Huguet, B. Pina, F. Recasens and M. A.
Larrayoz, Trans-Free Hydrogenation of
Vegetable Fat in Vapor Phase Supercritical Modified CO_{2}. AlChE
Annual Meeting Philadelphia 2008 (EEUU) - 16^{th} -
21^{st} November (2008).
La presente invención relata una mejora en el
proceso de hidrogenación parcial de triglicéridos insaturados en
fase líquida a presión y a temperatura respecto el proceso realizado
en fase vapor a alta presión. Se innova adicionando un cosolvente al
solvente principal, esto permite trabajar con solventes menos
inflamables que los utilizados hasta el momento consiguiendo un
proceso más seguro además de permitir trabajar a temperaturas más
bajas.
Se obtienen cantidades de isómeros trans
inferiores al 10% en peso y cantidades de ácido oleico entre el 30 y
el 50% cuando el índice de yodo de la grasa obtenida es cercano a
100.
Debido a la cinética de la reacción y a los
experimentos llevados a cabo interesa trabajar en las siguientes
condiciones para reducir la formación de ácidos trans (ácido
elaidico) y en este tipo de montaje explicado a continuación:
\bullet T = 20-350ºC
\bullet P = 100-350 bar
\bullet WSHV = 10 - 2000 h^{-1}
\bullet g catalizador =
0,5-4
\bullet %H_{2} = 2-10%
Se utiliza una mezcla de
solvente-cosolvente, formada por CO_{2} y
preferentemente entre el 5-95% en volumen de un
cosolvente apolar preferiblemente alcano, en particular hexano.
Un cosolvente, entrainer o modificador se define
como un segundo solvente que se adiciona al principal con la
finalidad de aumentar la solubilidad del soluto en la mezcla.
Adicionando este segundo solvente se consigue
tener un medio de reacción homogéneo. Diferentes estudios sobre los
efectos de la adición de cosolvente rebelan que se disuelve
mayormente en la fase líquida. Como la densidad de la fase líquida
es generalmente mayor que la de fase gas, existen fuerzas
intermoleculares mayores que ejercen un mayor efecto sobre la
distribución de los componentes. Modificando así la fase líquida
haciéndola soluble en la fase gaseosa.
Se resumen los efectos de la influencia de la
adición de cosolvente al solvente principal:
\bullet La temperatura crítica del solvente y
por tanto la del proceso puede ser manipulada para satisfacer el
valor óptimo de la mezcla de alimentación.
\bullet La dependencia de la temperatura y la
presión sobre el poder del solvente principal se ve aumentada
\bullet Si los tamaños de las moléculas del
compuesto que actúa como cosolvente y soluto son similares da lugar
a una mayor afinidad entre ambos.
A partir de las investigaciones realizadas por
J. Cama sobre los cosolventes idóneos para el proceso de
hidrogenación con fluidos supercríticos, se encuentra una lista de
candidatos potenciales, aceptados todos obviamente por la
legislación alimentaria. [6] Esta lista comprende: gases
comprimidos, hidrocarburos, alcoholes, cetonas y ésteres. Para
reducir la lista de solventes proporcionada por J. Cama y encontrar
el óptimo se estudia la seguridad del proceso mediante el índice DOW
de incendio y explosión, el cual estima la probalidad de que se
produzca un accidente.
Ha de encontrarse la cantidad óptima de
cosolvente a añadir que haga que la solubilidad de todos los
componentes del sistema sea lo suficientemente buena para tener un
medio homogéneo de reacción; Y un aceptable aumento del índice de
incendio y explosión que haga que el proceso de peligrosidad sea
aceptable.
Los parámetros preferentes para la realización
del procedimiento de la invención son una presión comprendida entre
100 y 350 bar y una temperatura comprendida entre 20 y 350ºC.
La hidrogenación de la mezcla se puede realizar
en condiciones supercríticas o bien en condiciones subcríticas.
A continuación se hace la descripción de una
forma de realización preferida, pero no reivindicamos que sean las
condiciones óptimas para el proceso.
Hidrogenación parcial de aceite de girasol
utilizando un metal noble soportado en presencia de CO_{2} como
solvente principal y hexano como cosolvente.
En la figura 1 se muestra el flowsheet del
dispositivo experimental. Puede verse que consta como elementos
principales:
- 1.
- Bomba SC de la mezcla solvente-cosolvente
- 2.
- Regulador de presión
- 3.
- Tubo de mezcla estático
- 4.
- Bomba de aceite
- 5.
- Sistema gas booster
- 6.
- Controlador del flujo másico de H_{2}
- 7.
- Equipo calefactor
- 8.
- Reactor
- 9.
- Válvula de expansión
- 10.
- (11,12) Sistema de recogida
Junto con estos elementos, la planta comprende
los conductos y dispositivos de regulación, válvulas y control
apropiados.
Existen tres líneas independientes para la
alimentación de cada reactivo: hidrógeno, aceite vegetal y mezcla
CO_{2} - Hexano.
En la figura 2 nos da una primera orientación
sobre los mejores cosolventes para el sistema en equilibrio del
estudio. Esta figura es la envolvente de P, T del equilibrio líquido
- vapor para sistemas ternarios [7].
En la figura 3 se muestra el índice de incendio
y explosión para los solventes: propano, hexano y etanol.
En la figura 4 se muestra una representación de
la presión vs temperatura para una mezcla de proporciones constantes
de aceite, hidrógeno y solvente más cosolvente.
Donde X puede variar desde 5 - 95%, en
particular en la figura 4
X = 20%.
En la figura 5 pueden verse los resultados
cuanto al índice de yodo y contenido de los ácidos grasos a
diferentes temperaturas. Tal y como se puede ver en la figura al
aumentar la temperatura disminuye el índice de yodo, aumenta la
conversión y la cantidad de ácido elaídico (trans) obtenida
aumenta.
Al disminuir la temperatura se observa que la
cantidad de ácido oleico aumenta, hecho importante ya que se obtiene
entonces una producto de reacción más saludable.
El significado de la leyenda de esta figura:
- IV:
- índice de yodo
- E:
- ácido elaídico
- S:
- ácido estéarico
- O:
- ácido oleico
- L:
- ácido linoleico
Claims (10)
1. Procedimiento para la hidrogenación continua
de aceites vegetales en fase líquida a presión y baja temperatura
con obtención de una grasa con bajo contenido en isómero
trans que comprende las fases de:
- \circ
- Pasar una mezcla formada por un gas a alta presión y un cosolvente, a través de una bomba (1) hasta la llegada a un tubo estático de mezcla (3), junto con aceite vegetal, previamente impulsado por una bomba (4) e hidrógeno impulsado hacia la instalación con la ayuda de un multiplicador (5) para formar una mezcla de reacción cuyo producto será una grasa con bajo contenido en isómero trans;
- \circ
- Calentar en un serpentín (7) la mezcla de reactivos;
- \circ
- Realizar la reacción en el interior del reactor (8);
- \circ
- Pasar por una válvula de expansión (9) y;
- \circ
- Recoger los productos deseados de reacción (10).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque comprende las fases adicionales de:
- \circ
- Recuperación del cosolvente (12).
\vskip1.000000\baselineskip
3. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque como cosolvente
apolar se escoge un alcano, gases comprimidos, hidrocarburos,
alcoholes, cetonas y ésteres.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque dicho cosolvente es un alcano.
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado la mezcla de
solvente y cosolvente contiene una proporción de cosolvente
comprendida entre el 5 y 95% en volumen.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
hidrogenación se realiza a una presión comprendida entre 100 y 350
bar.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
hidrogenación se realiza a una temperatura comprendida entre 20 y
350ºC.
8. Procedimiento según la reivindicación 6 o la
7, caracterizado porque la hidrogenación se realiza en
condiciones subcríticas del solvente.
9. Procedimiento según la reivindicación 6 o la
7, caracterizado porque la hidrogenación se realiza en
condiciones supercríticas del solvente.
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cantidad
obtenida de ácido graso trans en la grasa obtenida mediante
el proceso de reacción se encuentra comprendido entre 0,5 - 10% en
peso.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES200901397A ES2350669B1 (es) | 2009-06-03 | 2009-06-03 | Proceso continuo de hidrogeneracion de aceites vegetales en fase liquida a presion y a temperatura con obtencion de una grasa con bajo contenido en isomero trans |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200901397A ES2350669B1 (es) | 2009-06-03 | 2009-06-03 | Proceso continuo de hidrogeneracion de aceites vegetales en fase liquida a presion y a temperatura con obtencion de una grasa con bajo contenido en isomero trans |
Publications (2)
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|---|---|
| ES2350669A1 true ES2350669A1 (es) | 2011-01-26 |
| ES2350669B1 ES2350669B1 (es) | 2011-11-15 |
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ID=43446265
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| ES200901397A Active ES2350669B1 (es) | 2009-06-03 | 2009-06-03 | Proceso continuo de hidrogeneracion de aceites vegetales en fase liquida a presion y a temperatura con obtencion de una grasa con bajo contenido en isomero trans |
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| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2350669B1 (es) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996001304A1 (en) * | 1994-07-01 | 1996-01-18 | Poul Möller Ledelses- Og Ingeniörrrådgivning Aps | Hydrogenation of substrate and products manufactured according to the process |
| ES2126884T3 (es) * | 1994-02-17 | 1999-04-01 | Degussa | Endurecimiento de grasas, acidos grasos o esteres de acidos grasos insaturados. |
| US6316646B1 (en) * | 1997-05-12 | 2001-11-13 | Degussa Ag | Process for the continuous catalytic transformation of organic compounds |
| EP1270710A1 (en) * | 2001-06-19 | 2003-01-02 | Feyecon Development & Implementation B.V. | A method of processing lipid materials |
-
2009
- 2009-06-03 ES ES200901397A patent/ES2350669B1/es active Active
Patent Citations (4)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2350669B1 (es) | 2011-11-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
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