MX2013002287A - Proceso para eliminar impurezas de aceite de triacilglicerol. - Google Patents

Proceso para eliminar impurezas de aceite de triacilglicerol.

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Abstract

La presente invención se dirige a un proceso para retirar impurezas de aceite triacilglicerol incluyendo mezclar el aceite y un agente fluídico, bombear la mezcla a través de un aparato de cavitación hidrodinámica de flujo pasante en una presión de bomba de entrada predeterminada, crear cavitación hidrodinámica en la mezcla, mantener la cavitación hidrodinámica por un periodo de tiempo predeterminado, mover las impurezas del aceite al agente fluídico y después separar el agente fluídico del aceite. Las impurezas pueden incluir fitosteroles, esterol glucósidos, esterol glucósidos acilados en cuyo caso el agente fluídico es agua, un hidróxido alcalino, una base inorgánica, una base orgánica, ácido fosfórico, ácido cítrico, ácido acético, o una mezcla de los mismos. Las impurezas también pueden incluir fosfatidas, en cuyo caso el agente fluídico comprende agua y una enzima tal como una fosfolipasa, una aciltransferasa lípida o una mezcla de las mismas.

Description

PROCESO PARA ELIMINAR IMPUREZAS DE ACEITE DE TRIACILGLICEROL DESCRIPCIÓN ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La invención en general se refiere a métodos para refinar aceite de triacilglicerol y se basa en utilizar cavitación hidrodinámica de flujo pasante. La invención utiliza la energía desprendida por la implosión de burbujas de cavitación para purificar aceites y mejorar el valor comercial de subproductos recolectados. En forma más particular, la presente invención se refiere a reducir' los niveles de esterol glucósidos (SGs) y esterol glucósidos acilados (ASGs) y fosfolípidos hidrolizables con enzimas que pueden seguirse por producción de biodiesel a través transesterificación . Los concentrados residuales que se obtienen de la invención pueden utilizarse como aditivos de alimentos que reducen el colesterol en la sangre, en producción de productos farmacéuticos o para otros propósitos. La invención encuentra aplicación en industrias de biocombustibles, químicas, de alimentos, farmacéuticas y otras .
Aceites vegetales crudos comprenden primordialmente triacilgliceroles (TAG) y contienen impurezas tales como fosfolípidos ( fosfatidas ) , ácidos grasos libres (FFA = free fatty acids), compuestos de sabor anormal, carotenos, clorofila y otros pigmentos, ceras, aluminio, calcio, cobre, hierro, magnesio y otros metales y fitoesteroles . Las impurezas afectan negativamente la calidad de los productos de aceite y derivados de aceite y deben retirarse antes de uso.
El aceite crudo puede producirse por extracción con solvente o por compresión de semillas, ya sea con o sin calentamiento. El prensado en caliente produce el mejor rendimiento pero resulta en deterioro del aceite y la acumulación de fosfatidas no hidratables (NHP = non-hydratable phosphatides ) , por ejemplo sales de calcio y magnesio de ácido fosfatidico (PA = phosphatidic acid) y fosfatidil etanolamina (PE = phosphatidyl ethanolamine) debido a la acción de enzimas que son activas a 57-85°C. PE puede hidratarse si tiene una carga neta. PA tiene una estructura principal glicerol usualmente con un ácido graso saturado, un ácido insaturado y un grupo fosfato conectado a los carbonos 1, 2 y 3, de manera correspondiente. Para asegurar una alta calidad de aceite, productores de aceite evitan exponer semillas a temperaturas alrededor de 55°C-80°C y tratarlas con vapor a aproximadamente 150°C para desactivar fosfolipasas y reducir el nivel de sal PA por 25-50% (Cmolik y Pokorny, 2000; Gunstone et al., 2007).
Los métodos para refinado de aceite dependen del tipo de aceite y usualmente comprenden desengomado, blanqueo y desodorización. El desengomado es la eliminación de fósforo presente en la forma de fosfatidas hidratables y no hidratables. El desengomado con agua proporciona aceite refinado con una concentración de fósforo mayor a 200 ppm y puede ser seguido por refinado con álcali, blanqueo y desodorización o por desengomado con ácido, desengomado seco y refinado físico o por desengomado enzimático (Clausen, 2001), blanqueo y refinado físico. Hay númerjosas variaciones de métodos de refinado de aceite, dependiendo de la cantidad del aceite y otras condiciones. Además, el aceite puede ser hidrogenado para dar por resultado un producto estable.
Cada etapa de refinado resulta en algo de pérdida del aceite. (Racicot and Handel, 1982; Cvengros, 1995; Cmolik and Pokorny, 2000). El rendimiento del aceite puede incrementarse al utilizar enzimas en lugar de reactivos químicos. Por ejemplo, fosfolipasa C hidroliza fosfatidilcolina (PC), liberando el fosfato éster soluble en agua de colina y diacilglicerol (DAG) . La conversión de fosfolípidos a DAG aumenta el rendimiento de aceite debido a la acumulación de DAG en la fase de aceite y mínimo atrapamiento de aceite neutro en gomas que comprenden lecitina hidratada. PC se convierte por fosfolipasas Al y A2 en lisofosfatidilcolina y FFA. Aciltransferasa lípida (LAT) cataliza disociación de PC en lisofosfatidilcolina y FFA, que pueden formar ésteres con los esteróles libres presentes en aceite. De acuerdo con esto, PE se convierte por fosfolipasas Al y A2 y LAT en lisofosfatidiletanolamina (LPE) y FFA o estéril ésteres. LPE es un regulador de crecimiento de plantas que puede aislarse como un subproducto valioso. Fosfolipasa C cataliza la hidrólisis de PE en etanolamina-fosfato y DAG. Fosfatidilinositol (PI) puede hidratarse sobre un amplio intervalo de pH y se convierte por fosfolipasas Al y A2 y LAT a lisofosfatidilinositol . Sin embargo, PI no se hidroliza por fosfolipasa C. Fosfolipasas Al y A2 y LAT convierten sales alcalinas de PA en sales de ácido lisofosfatidico . Sales alcalinas de PA no se afectan por fosfolipasa C.
Ya que las fosfolipasas Al y A2 y LAT son solubles en agua, actúan en las fosfatidas situadas en la inferíase de aceite/agua. Como consecuencia, el desengomado enzimático requiere de larga duración, agitación de alta cizalla para sostener la gran área superficial ; de aceite/agua y altas velocidades de transferencia de masa y frena con la coalescencia de la dispersión de agua-enaceite. Los productores de aceite no utilizan emulsificantes para la estabilización de dispersiones a una escala industrial debido a su alto costo.
SGs son derivados de esterol, en donde una unidad carbohidrato (arabinosa, glucosa, etc.) se liga al grupo hidroxilo grupo de campesterol , brassicaesterol, dihidrositoesterol, sitoesterol, stigmaesterol u otros esteróles con enlace éter. En ASGs, que son muy solubles en aceites vegetales, el carbohidrato carbono-6 se esterifica con un ácido graso de cadena larga. Fitoesteroles son abundantes en plantas y pueden aislarse fácilmente. (Sugawara y Miyazawa, 1999) . Son mediadores de tensión celular y poseen propiedades ánticáncer. SGs se reportó que exhiben un efecto neurotóxico y son un factor potencial causal en la patología neuronal motriz previamente asociada con consumo de cicádea y complejo de demencia de parkinsonismo-esclerosis lateral amiotrófica. (Khabazian et al, 2002; Ly et al, 2006; Bradford and Awad, 2007; Tabata et al, 2008) SGs no son solubles en biodiesel o diesel y, por lo tanto no pueden ser forzados a través de un filtro de motor diésel, resultando en un sistema de combustible taponado. SG cristaliza a aproximadamente 35 ppm a temperatura ambiente lo que lleva a la formación de turbiedad en biodiesel. SGs y ASGs se funden a aproximadamente 240 y 250-300°C y promueven la cristalización de otros compuestos presentes en biodiesel a temperaturas frías al volverse los cristales de siembra para grandes aglomerados. De esta manera, es necesario reducir el contenido de ASG y SG de material de alimentación de aceite antes de la producción de biocombustible .
El nivel de ASG y SG en biodiesel cae como resultado de almacenamiento de biodiesel debido a la sedimentación de aglomerados. ASG puede convertirse en SG durante la transesterificación catalizada por base, por ejemplo en metanólisis catalizada por álcali (Lepage, 1 964) . La hidrólisis ácida de ambos SG y ASG libera los esteróles libres correspondientes, que no son solubles en biodiesel. LAT cataliza la conversión de esteróles libres en estéril ésteres.
Aceite de palma crudo, de soya, de maíz y girasol contienen hasta 2 , 500, 2, 300, 500 y 300 ppm de SGs, respectivamente. El contenido de SG de biocombustible de palma y de soya es 55-275 y 0-158 ppm, de manera correspondiente. (Van Hoed et al., 2008) para evaluar el nivel de contaminación y capacidad de filtrado de biodiesel, ASTM D2068-08 "Standard Test Method : for Determining Filter Blocking Tendency" y ASTM D6751-09a "Standard Specificación for Biodiesel Fuel Blend Stock (Bl 00) for Middle Distillate Fuels" se emplean. El valor de la Tendencia a Bloqueo de Filtros (FBT = Filter Blocking Tendency) del biodiesel de soya con -70 ppm de SG es aproximadamente quince. El valor para FBT de biodiesel filtrado con tierra de diatomáceas con -20 ppm de SG es cercano a uno. El residuo pegajoso retenido por los filtros en las plantas de biocombustible de palma y soya contiene hasta 50 y 25% de SG y ASG, de manera correspondiente. SGs exhibe alta capacidad de adsorción hacia metil ásteres de ácidos grasos que resulta en su atrapamiento. (Van Hoed et al., 2008).
La purificación de aceite antes de producción de biocombustible reduce tanto la concentración de fósforo como fitosterol en el producto final. Aunque los SGs pueden retirarse utilizando filtración, absorción o destilación (Manjula y Subramanian, 2006; Bondioli et al., 2008), los fabricantes de biodiesel están especialmente interesados en el desarrollo de un método efectivo en costo, de alto rendimiento que reduce los niveles de fósforo, SGs y ASGs en la materia prima de aceite y permite la recuperación de concentrados residuales valiosos.
La mayoría de los aceites vegetales pueden ser purificados de acuerdo con la presente invención incluyendo aceites de acai, almendras, cacahuete, aguacate, espino cerval, camelina, calumbán o camirio, cañóla, anacardo, ricino, cítricos, manteca de cacao, coco, maíz, semilla de algodón, prímula, semilla de uva, maní, avellanas, cáñamo, jojoba, semillas de lino, nueces de macadamia, semilla de hierba de la pradera (Limnanthes alba) , mongongo, mostaza, ojón, oliva, palma, papaya, maní, pacanas, piñones, pistache, semilla de amapola, rábano, colza, salvado de arroz, cártamo, ajonjolí, soya, girasol, tung, y nuez. La invención también aplica a aceite de algas, grasas de animales, grasas de aves, grasas de pescados, sebo y grasa.
Se conoce que el aumento tanto en presión como temperatura y el mezclado vigoroso que se proporciona ¡ por la cavitación pueden iniciar y/o acelerar reacciones y procesos químicos. Aunque condiciones extremas pueden ser desventajosas, el resultado de un tratamiento de cavitación controlado optimizado siempre es benéfico. Por lo tanto, la mejora en rendimiento de reacción mediante energía desprendida por el colapso de burbujas de cavitación generadas, ha encontrado numerosas aplicaciones.
La cavitación puede ser hidrodinámica, acústica, ultrasónica, inducida por radiación de luz, generada por inyección de vapor, etc. Aplicación simultanea de métodos de generación de cavitación mejora la eficiencia (Moulton y Mounts, 1999; Young, 1999; Gogate, 2008; Mahulkar et al., 2008) .
Si el flujo de fluido se dirige en un aparato de cavitación hidrodinámica de flujo pasante a adecuada velocidad, las burbujas llenas con vapor se formaraán dentro del flujo debido a la caída en presión hidrolítica. Las burbujas colapsan en una zona de baja velocidad y alta presión, provocando marcados aumentos tanto en presión como en temperatura, la formación de corrientes de alta velocidad y ondas de choque, vigorosas fuerzas de cizalla, y el desprendimiento de una cantidad substancial de energía. Este proceso activa átomos, moléculas, iones y/o radicales situados en las burbujas y líquido circundante e inicia reacciones y procesos químicos. La implosión de burbujas también puede resultar en la emisión de luz, que favorece foto reacciones y generación de radicales.
El fenómeno de cavitación se categoriza por el número de cavitación Cv, definido como: Cv = (P Pv)/0.5pV2, en donde P es la presión corriente debajo de una restricción, Pv es la presión de vapor del fluido, p es la densidad del fluido, y V es la velocidad del fluido en el orificio. La cavitación inicia a Cv = 1, y Cv <1 implica un alto grado de cavitación. El número de eventos de cavitación en una unidad de flujo es otro parámetro importante. (Suslick, 1989; Didenko et al., 1999; Suslick et al., 1 999; Young, 1999; Gogate, 2008; Passandideh-Fard and Roohi, 2008; Zhang et al., 2008) Numerosos aparatos hidrodinámicos de flujo pasante se conocen. Ver, por ejemplo, la Patente de los E.U.A. Número 6,705,396 otorgada a Ivannikov et al., la Patente de los E.U.A. Número 7,338,551 otorgada a Kozyuk y la Patente de los E.U.A. Número 7,762,715 otorgada a Gordon et al.
Con el costo de energía y consideraciones de salud para los humanos que se incrementan rápidamente, es altamente conveniente el desarrollar una tecnología ambientalmente amigable de bajo costo para la eliminación de fosfolípidos, SGs y ASGs de aceites. Para lograr un mayor posible margen de utilidad, es necesario disminuir el tiempo, consumo de energía y pérdida de aceite durante el refinado. Los métodos de la técnica previa no ofrecen las tecnologías más eficientes para purificar aceites en la cantidad más corta de tiempo posible. Como resultado, existe la demanda por un método avanzado para la rápida eliminación de fitoesteroles y fosfolípidos del aceite a baja energía y costo de agente, que resulta en productos con calidades avanzadas, de preferencia utilizando la cavitación del flujo pasante. La presente invención proporciona estos métodos mientras que suministra aceite purificado dentro de un tiempo de procesamiento muy corto. No ocurre acumulación de material de desecho nocivo al ambiente, y los concentrados residuales producidos son adecuados para procesamiento corriente abajo.
La invención proporciona un método de purificación de aceite con base en generar cavitación en un flujo de aceite dentro de al menos una cámara de aparato de cavitación, de preferencia en una cantidad de las cámaras colocadas consecutivamente. Esta meta se logra a través de la aplicación de aparatos de cavitación dirigidos a la purificación expresa de aceites. De acuerdo con la presente invención, el método comprende alimentar una mezcla fluidica de aceite y agente en el dispositivo de cavitación hidrodinámica de flujo pasante utilizando una presión de entrada predeterminada sostenida por una bomba y aplicar condiciones selectas y agentes adicionales, ' si se requieren .
COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención se dirige al método de procesar aceite de TAG, grasa, sebo y cera con un flujo sencillo y múltiple de una sola etapa o múltiples etapas a través del aparato de cavitación hidrodinámico, incluyendo un aparato de cavitación de estator-rotor y un aparato de cavitación de colisión de chorro de alta velocidad (alta energía) .
La cavitación hidrodinámica reduce significativamente el nivel de impurezas en aceite, permitiendo refinado rápido de alta eficiencia. El tratamiento empieza con proporcionar un aparato de cavitación. A continuación, aceite líquido se mezcla con un agente (por ejemplo, la solución acuosa de hidróxido de sodio para eliminación de ASG y SG o la solución' de fosfolipasa Al para la eliminación de fosfatidas) y la mezcla se bombea a una presión adecuada en el pasaje del dispositivo en donde la presión del flujo alterna en el modo diseñado y por lo tanto se crean características de cavitación en la mezcla. La cavitación separa temporalmente los constituyentes de alto punto de ebullición del aceite de los gases atrapados, vapor de agua y los vapores de compuestos de bajo punto de ebullición que pueden encontrarse en las burbujas de cavitación. La implosión de estas burbujas mezcla completamente el aceite y agua, incrementando el área superficial de contacto de los dos líquidos inmiscibles. Ya que ASG y SG son compuestos de alto punto de ebullición, probablemente juegan un papel como los núcleos de burbujas y de esta manera se someten a todo el impacto de las implosiones. La mezcla pierde características de cavitación en la cámara de extremo del aparato de cavitación y el aceite purificado y la capa enriquecida con impurezas, se separan por sedimentación gravitacional , decantación estática, centrifugación, filtración, destilación, congelamiento, absorción ; u otro procedimiento, o sus combinaciones. En algunos casos,' la purificación de aceites con la cavitación hidrodinámica de flujo pasante puede ser llevada a cabo al utilizar agua sin agente agregado o seguido por agitación mecánica para completar las reacciones enzimáticas.
El residuo que contiene el fitosterol separado varía en apariencia y volumen, dependiendo de la temperatura, agente, los niveles iniciales de SG y ASG en el aceite, la proporción de agua-a-aceite, la' presión de entrada del aparato de cavitación, el procedimiento de separación y otras condiciones. Con hidróxido de sodio, la separación por centrifugado puede resultar en la formación de tres capas. Ácidos diluidos fosfórico, cítrico y otros dividen el enlace éter desprendiendo esteróles libres.
La purificación asistida por cavitación hidrodinámica del aceite de ASG y SG proporciona vigoroso mezclado y una interfase de agua/aceite extremadamente grande, requiere sólo una cantidad relativamente pequeña de agente y puede fácilmente aumentarse en escala para permitir alto rendimiento. La purificación asistida por cavitación puede realizarse a temperatura ambiente o a una temperatura por debajo de la temperatura ambiente, lo que evita que ácido graso insaturado se deteriore y ahorre energía. Bajo condiciones de cavitación optimizadas, no se observan significantes degradación o desactivación de fosfolipasas o LAT, lo que garantiza el resultado esperado de refinado enzimático.
Se conoce que el contenido del aceite de lecitina producida mediante métodos convencionales es muy alto alcanzando 35%. Para liberar el aceite TAG atrapado en las gomas e incrementar el rendimiento de aceite, las gomas aisladas pueden ser licuadas al disolver en agua, hexano u otros solventes, utilizando incrementada temperatura, reactivos convenientes y agitación mecánica y procesado con el dispositivo de cavitación hidrodinámica de flujo pasante mientras que se aplican enzimas que actúan en fosfatidas o agentes adecuados.
La presente invención se dirige a un proceso para retirar impurezas de aceite de triacilglicerol . El proceso empieza con mezclado del aceite y un agente fluídico para formar una mezcla fluidica que tiene una fase de aceite y una fase de agua. Esta mezcla fluidica después se bombea a través de un aparato de cavitación hidrodinámica de flujo pasante, de una sola o múltiples etapas. En este aparato, la cavitación hidrodinámica es creada en la mezcla fluida al bombear la mezcla fluida a una presión de bomba de entrada predeterminada. La cavitación hidrodinámica! se mantiene en la mezcla fluidica por un periodo de tiempo predeterminado. Durante la cavitación hidrodinámica, las impurezas se mueven desde la fase de aceite a la fase de agua. Finalmente, la fase de agua que contiene ' las impurezas se separa de la fase de aceite.
En esta invención, el aceite puede incluir aceite, grasa, sebo o cera derivados de algas, plantas, animales de tipo silvestre, mutados o genéticamente alterados unicelulares o multicelulares o sus mezclas. El aceite puede ser crudo, refinado, prensado, extraído, filtrado o deshidratado. Además, el aceite puede ser licuado antes de realizar la etapa de mezclado. El aceite también puede ser una mezcla de múltiples fases de líquidos inmiscibles, solutos, ácidos, bases, sales o gases que comprenden una dispersión, una emulsión, una suspensión, un sólido fundido, un gas en una condición supercrítica o una mezcla de los mismos.
El aparato de cavitación hidrodinámica de flujo pasante de preferencia comprende un aparato de cavitación hidrodinámica de colisión por chorro de alta energía, o un aparato de cavitación hidrodinámica de rotor y un estator giratorio.
La mezcla fluídica en al menos una región dentro del aparato de cavitación hidrodinámico tiene un número de cavitación menor que o igual a uno. Este número de cavitación se calcula utilizando la ecuación: Cv = (P -Pv)/0.5pV2, en donde Cv es el número de cavitación, P es la presión fluida corriente abajo de una restricción, Pv es la presión de vapor de la mezcla fluídica, p es la densidad de la mezcla fluídica y V es la velocidad de la mezcla fluídica en la restricción.
La etapa de separación puede realizarse por absorción, centrifugación, decantación, destilación, extracción, filtración, congelamiento, precipitado, sedimentación, o sus combinaciones. La etapa ; de mantenimiento puede comprender la etapa de repetir, el bombeo y crear etapas una o más veces en uno o más aparatos de cavitación hidrodinámica.
La etapa de mezclado puede incluir el diluir el aceite con un solvente orgánico. El proceso también puede incluir cavitar el aceite antes de realizar la etapa de mezclado. La mezcla fluidica puede calentarse o enfriarse antes de realizar la etapa de bombeo. Gas amoniaco, nitrógeno, dióxido de carbono o una mezcla de los mismos puede introducirse a la mezcla fluidica antes o durante las etapas de bombeo, creación y/o mantenimiento. El aceite de preferencia se desgasifica antes de realizar las etapas de bombeo, creación y/o mantenimiento.
Reactivos, óxidos, nitruros, cerámicas, plásticos, politetrafluoroetileno, nanodiamantes, nanotubos o sus combinaciones, pueden ser inmovilizados sobre las paredes interiores del aparato de cavitación hidrodinámica o sobre un inserto desprendible configurado para inserción en el aparato de cavitación hidrodinámica. Una membrana selectiva y/o tierra decolorante puede colocarse en una cámara de extremo del aparato de cavitación hidrodinámica o en una cámara ubicada corriente abajo del aparato de cavitación hidrodinámica.
La mezcla fluidica puede ser sometida a cavitación acústica durante el proceso de la invención. Además, la mezcla fluidica puede someterse a un campo externo eléctrico y/o magnético para mejorar la purificación asistida por cavitación hidrodinámica.
En una modalidad particularmente preferida, ; las impurezas comprenden fitosteroles , esterol glucósidos y/o esterol glucósidos acilados. En esta modalidad preferida, el agente fluidico es agua que comprende 0.1 -1 0% v/v de la mezcla fluidica. El agua de preferencia es agua dulce o agua blanda purificada por osmosis inversa, desionizada, destilada o de otra forma acondicionada. El agente fluidico también puede comprender una solución de un hidróxido alcalino que comprende hidróxido de sodio o hidróxido de potasio. Una base inorgánica, una base orgánica o una mezcla de las mismas. En forma alterna, el agente fluidico puede comprender una solución de ácido fosfórico, ácido cítrico, ácido acético o una mezcla de los mismos.
La etapa de separación ya que se refiere a impurezas de fitosterol, puede llevarse a cabo en forma contemporánea con la etapa de mantenimiento. La etapa de separación como se refiere a esterol glucósidos, esterol glucósidos acilados y/o concentrados enriquecidos con derivado de los mismos, puede comprender las etapas, de: licuar los esterol glucósidos separados, esterol glucósidos acilados y/o con sus concentrados enriquecidos con derivado por precalentamiento y/o tratamiento de los mismos , con solventes y/o agentes de fluidificado; agregar enzimás o agentes químicos a los esterol glucósidos licuados, esterol glucósidos acilados, y/o sus concentrados enriquecidos con derivado; someter los esterol glucósidos licuados, esterol glucósidos acilados y/o concentrados enriquecidos con ^ derivados de los mismos combinados con enzimas o agentes químicos, a cavitación hidrodinámica de flujo pasante; y liberar el aceite atrapado en los esterol glucósidos fluidificados, esterol glucósidos acilados y/o sus concentrados enriquecidos con derivados.
En una segunda modalidad particularmente preferida, las impurezas comprenden fosfatidas y el agente fluídico comprende agua y una enzima. La enzima puede ser kósher (cashrut). En esta modalidad preferida, la enzima puede comprender una fosfolipasa, una aoiltransferasa lípida o una mezcla de las mismas. La fosfolipasa puede ser una fosfolipasa A bacteriana de levadura de planta o animal de tipo silvestre mutada o recombinante, fosfolipasa ; Al, fosfolipasa A2, fosfolipasa B, lisofosfolipasa, fosfolipasa C, fosfolipasa D, fosfodiesterasa, aciltransferasa lípida, fosfodiesterasa o una mezcla de las mismas.
El aceite puede mezclarse con agua y la mezcla someterse a cavitación hidrodinámica seguido por la adición de la enzima que comprende fosfolipasa, aciltransferasa lípida o su mezcla. La enzima de preferencia se inmoviliza en un cartucho extraíble, rejilla, filtro, inserto, superficie interior, magneto, partículas magnéticas, partículas metálicas, partículas de plástico, nanopartículas, nanotubos, nanodiamantes, nanopartículas carbonáceas, partículas y/o portadores colocados en sitios deseados dentro del aparato de cavitación hidrodinámica. La mezcla fluídica de preferencia se calienta o enfría a una temperatura en el intervalo de 40-60°C para actividad enzimática óptima.
El proceso además puede comprender las etapas de: reaccionar las fosfatidas en mezcla fluídica con la enzima; agitar la mezcla fluídica por un periodo de tiempo predeterminado para permitir completar la reacción de fosfatida; y detener la reacción de fosfatida. La reacción de fosfatida puede detenerse por calentamiento; cambio de pH; aplicar un inhibidor, proteasa o agente quelante que forma un complejo con el co-factor de enzima; llevar a cabo mezclado de alta cizalla; cavitación ultrasónica y/o someter a cavitación hidrodinámica.
La etapa de separación comprende la etapa, de retirar las fosfatidas reaccionadas. Las fosfatidas reaccionadas pueden retirarse por absorción, centrifugación, decantación, extracción, filtración, congelamiento, filtración de membrana o sedimentación. La etapa de separación en lo que se refiere a las fos'fatidas retiradas, además puede comprender las etapas de: licuar las fosfatidas retiradas por precalentamiento de las fosfatidas retiradas y/o agregar solventes y agentes de licuado a las fosfatidas retiradas; someter las fosfatidas licuadas a cavitación hidrodinámica de flujo pasante; y liberar aceites neutros atrapados y liberar diacil gliceroles y ácidos grasos en las fosfatidas licuadas. En forma alterna, la etapa de separación en lo que se refiere a las fosfatidas retiradas, además puede comprender las etapas de: licuar las fosfatidas retiradas por precalentamiento de las fosfatidas retiradas y/o agregar solventes y agentes de licuado a las fosfatidas retiradas; agregar agentes de desprendimiento y/o aciltransferasa lipida, lipasa, fosfolipasa o una mezcla de las mismas, a las fosfatidas licuadas; liberar aceites atrapados en las fosfatidas licuadas.
La presente invención también se dirige a un método para generar cavitación en una mezcla de flujo de aceite y agente que resulta en la producción de aceite refinado de ASG, SG y fósforo. Esta meta se logra a través del diseño de los aparatos de cavitación dirigidos a acelerar la purificación seguido por separación del residuo enriquecido con impurezas del aceite. De acuerdo con la presente invención, el método comprende alimentar aceite líquido y solución de agente o su mezcla en el aparato de cavitación hidrodinámica de flujo pasante de una sola o múltiples etapas con una bomba y controlar lá cavitación al variar la presión de la bomba de entrada y continuar la aplicación de ese tratamiento por un periodo de tiempo suficiente para obtener el aceite refinado. El término aceite incluye pero no está limitado a aceite triacilglicerol homogéneo o heterogéneo, grasa, sebo y cera existente en una fase liquida antes de cavitación, producido por bacterias, levaduras, algas, plantas, animales, aves, peces y otras procariotas o eucariotas de tipo silvestre, mutados o de ingeniería genética, un sistema de dos fases o de múltiples fases que comprende aceite, agua y/u otros líquidos inmiscibles, soluciones de sales, ácidos, bases, enzimas, gases y/u otros solutos, dispersiones, emulsiones, suspensiones, sólidos fundidos, gases en estado supercrítico y sus mezclas. El fluido puede calentarse, enfriarse, desgasificarse o saturarse con nitrógeno, dióxido de carbono y otros gases o sus mezclas.
De acuerdo con esto, además de los objetos y ventajas de la expedita purificación de aceite aquí descrita, varios objetos y ventajas de la presente invención son: (1) Proporcionar un método para obtener aceite TAG refinado adecuado para consumo humano y la producción de biodiésel libre de turbiedad de calidad ASTM; (2) Proporcionar un método para retirar ASG y SG de aceite en una forma dramáticamente rápida ejemplificada sin emplear temperatura y presión elevadas asociadas con métodos convencionales; (3) Proporcionar un método para mejorar el rendimiento de aceite al someter aceite y fosfolipasa o solución lipida de aciltransferasa a cavitación hidrodinámica seguido al someter el residuo separado (los geles insoluoles' en aceites de hinchado formados por fosfolipidos hidratados que precipitan del aceite) a un tratamiento de cavitación subsecuente; (4) Proporciona un método en donde dos o más aparatos de cavitación se emplean para dar por resultado una alta producción .
Los objetos de la presente invención se logran al alimentar una mezcla de aceite y agente en un aparato de cavitación hidrodinámica para llevar a cabo la conversión de impurezas y la extracción de los productos correspondientes con una fase de agua. Cavitación hidrodinámica involucra la formación de burbujas de vapor de compuestos volátiles dentro del flujo de la mezcla acelerado a una velocidad adecuada con una bomba. El fenómeno se denomina cavitación, debido a que se forman cavidades cuando la presión de flujo se reduce a la presión de vapor de los compuestos volátiles en el fluido. Las burbujas se expanden y colapsan, alcanzando una región de superior presión. La implosión provoca un aumento localizado en la presión y temperatura e intensas fuerzas de cizalla, resultando en completo mezclado y la aceleración de velocidades de reacción.
Es una decisión de costo de equipo, que tipo de aparato de cavitación hidrodinámica de flujo¦ pasante se emplea ya que la cantidad de configuraciones son factibles, ya sea para refinado a gran escala o a pequeña escala. Un enfoque para el mejor resultado es crear cavitación intensa uniformemente a través del flujo, evitando el desperdicio de energía. En forma ideal, la energía aplicada deberá ser optimizada cuando la cavitación todavía ocurre de manera eficiente y es mínimo el gasto de energía. Otros objetos y ventajas de la presente invención serán aparentes a partir de la siguiente descripción detallada, cuando se ven en conjunto con los dibujos acompañantes, que establecen las modalidades de la presente invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los dibujos acompañantes ilustran la invención. En estos dibujos: La Figura 1 es una vista en perspectiva de! una modalidad preferida del presente dispositivo de cavitación de múltiples etapas.
La Figura 2 es una vista en sección transversal que se toma sobre la línea 2-2 de la Figura 1.
La Figura 3 es una vista en sección transversal del disco tipo mezclador de paletas horizontal de alta velocidad Turbulizer tomado sobre la linea 3-3 de la Figura 2.
La Figura 4 es una vista en sección transversal de la boquilla de múltiples chorros radial que se toma sobre la linea 4-4 de la Figura 2.
La Figura 5 es una vista en sección transversal del cuerpo cilindrico que se toma sobre las lineas 5-5 de la Figura 2.
La Figura 6 es una vista lateral del cuerpo cilindrico .
La Figura 7 es una vista en primer plano de la cámara de trabajo interior frontal y cámara de vórtice toroidal que ilustra flujo de fluido.
La Figura 8 es una vista en primer plano dé la cámara de trabajo interior posterior y cámara de torbellino toroidal que ilustra el flujo de fluido.
La Figura 9 es una vista en sección transversal de diversas formas del cuerpo hemiesférico .
La Figura 10 es una vista en sección transversal de otra modalidad preferida del dispositivo de cavitación hidrodinámica del flujo pasante de múltiples etapas.
La Figura 11 es una vista en sección transversal que se toma la linea 11-11 de la Figura 10.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Con referencia a las figuras anexas, se describe un método para la creación de cavitación en un flujo de aceite-agua que resulta en puntos localizados de presión incrementada, calor y vigoroso mezclado para refinar aceite. El método utiliza un aparato de cavitación hidrodinámica de flujo pasante para llevar a cabo eliminación o extracción de ASG, SG y/o fosfolipido : del aceite. El calor local intenso desprendido debido a la comprensión de vapor y la formación de micro chorros, que acompañan la implosión de burbujas, activa moléculas contenidas en capas adyacentes de fluido circundante y mejora la transferencia de masa, de esta manera promoviendo las reacciones objetivo y desplazando impurezas modificadas a la fase de agua.
Un aparato de cavitación de flujo pasante preferido deberá ser fabricado de material inerte, por ejemplo acero inoxidable. Para mejorar su resistencia a agentes corrosivos, la superficie interior puede revestirse con óxidos, nitruros, cerámicas, plásticos, politetrafluoroetileno (PTFE), nanodiamantes, nanotubos y otros compuestos convenientes, materiales, compuestos, partículas, nanopartículas y sus combinaciones. El aparato puede optimizarse por endurecimiento, anodizado y otras tecnologías. En otra modalidad, se inmovilizan agentes en los insertos y/o la superficie interior del dispositivo o se soportan por magnetos, partículas magnéticas u otras conectadas en un sitio deseado. El aparato de cavitación puede proporcionarse con un filtro, membrana selectiva o absorbente para dar por resultado incluso mejor eliminación de impurezas.
El dispositivo de cavitación de flujo pasante ilustrado en las Figuras 1 y 2 comprende un alojamiento de acero 22, que se conecta a los tubos de entrada 24 y salida 26 para conexión directa a una tubería industrial (no mostrada) . El dispositivo 20 de preferencia tiene una simetría en espejo tal como desde la entrada 24 a un punto medio 27 se repite en reversa desde el punto medio 27 a una salida 26. La siguiente descripción seguirá la simetría en espejo y se describe tanto para la entrada 24 como la salida 26 hacia el punto medio 27, en forma simultánea.
Considerando flujo de izquierda a derecha, las boquillas de múltiples chorros en disco frontal y1 de extremo 28, 30 sirven como las paredes frontal y posterior de cámaras de trabajo exterior 32, 34 y se ubican tras la tubería de entrada 24 y frente a la tubería de salida 26. Las boquillas de múltiples chorros 28, 30 se equipan con canales de restricción y expansión 36 que se distribuyen uniformemente sobre las superficies de los discos que son las boquillas de múltiples chorros 28, 30. Las cámaras de trabajo 32, 34 comprenden conos radiales 38, 44 y conos de guía centrales 42, 43, que se conectan a boquillas de múltiples chorros radiales 44, 46. Las boquillas; de múltiples chorros radiales 44, 46 caracterizan tanto canales de restricción como expansión 48. Los canales 48 se dispersan uniformemente sobre la superficie de perímetro radial de las boquillas 44, 46, que dirigen el flujo a las cámaras de trabajo interiores 50, 52.
Las guías de flujo 54, 56 que dirigen la ruta de flujo desde el perímetro a un centro del dispositivo 20 limitan las cámaras 50, 52. La sección transversal de las guías de flujo 54, 56 en general tiene una configuración en forma de S. Un cuerpo hemi-esférico 58, 60 con un nicho superior 62 se monta en las cámaras de trabajo 50, 52 contra la boquilla de múltiples chorros 44, 46. El disco Turbulizer 64, 66 (Figura. 3) con guías curvas 68 y orificio central 69 se ubica tras las guías 54, 56 en la cámara de torbellino 70. La cámara de torbellino 70 se forma de la pared interior del alojamiento 22 y un cuerpo cilindrico colocado en el centro. La cámara de torbellino 70 dirige el flujo desde el orificio 69 del disco frontal. Los orificios 69 en los discos 64, 66 son coaxiales. Sus diámetros son iguales a los de los orificios en las guías 54, 56. El punto medio 27 está dentro de la cámara de torbellino 70.
La Figura 3 es un diagrama que muestra los discos 64, 66 con guías curvas 68 y orificios centrales 69. Un lado interior de las boquillas de múltiples chorros radiales 44, 46 se ilustra en la Figura 4. Los canales 48 dejan en el alojamiento de las cámaras de trabajo 50, 52 el cuerpo hemi-esférico 58, 60 con el nicho superior 62., La Figura 5 muestra una vista en sección transversal del cuerpo cilindrico 72, que se proporciona con las guías perimetrales superficiales 74 que sirven como los canales para flujo de fluido. La Figura 6 es un dibujo de una modalidad preferida para las guías 74 del cuerpo cilindrico 72. Las Figuras 7 y 8 ilustran la unión entre las cámaras de trabajo 50, 52 y los discos 64, 66 e ilustran el flujo de fluido. En la unión entre las guías 54, 56 y los discos ^ 64, 66 están cámaras de torbellino toroidales 76 que se conectan a los orificios 69 y cámaras de trabajo 50,, 52.
La Figura 9 es una ilustración esquemática simplificada que muestran las diversas modalidades para el nicho 62 : , una hemiesfera, un toroide, y una parábola.
El presente dispositivo de cavitación de flujo pasante (Figura 2) opera como sigue. Fluido, por ejemplo, una emulsión dispersa en bruto, se bombea a la tubería de entrada 24. El fluido se mueve a la boquilla de múltiples chorros 28 y pasa a través de sus canales 36, que tienen tanto constricciones como expansiones. Fluir a través de los canales 36 provoca la formación de vórtices o torbellinos, flujos desprendidos y cavitación. Partículas de la emulsión se someten a fuerzas de cizalla, y mejoran la calidad de emulsión. Cuando las burbujas de cavitación alcanzan la cámara de trabajo 32, pulsan y colapsan. La implosión de la burbuja resulta en presión y temperatura incrementadas y formación de chorros locales que actúan en las partículas de emulsión, mejorando adicionalmenté la homogeneidad de la emulsión. Después, el flujo continua a un cono de convergencia formado por el cono radial 38 y el cono central 42 que se monta en la boquilla de múltiples chorros radiales 44. El flujo se acelera conforme pasa a través del cono de convergencia y después entra a los canales 48, que poseen tanto constricciones como expansiones para generar vórtices, flujos desprendidos y cavitación en el flujo de fluido.
Después de pasar a través de la boquilla de múltiples chorros radial 44, el flujo desplaza al interior de la cámara de trabajo 50 en donde pulsan y se someten a implosión las burbujas de cavitación. Cuando el flujo de fluido se mueve sobre la superficie del cuerpo semi-esférico 58 desprende de los bordes?filosos del nicho superior 62 generando vórtices toroidales y una zona de cavitación dentro del extremo de la cámara de trabajo' 50. Este campo de cavitación se caracteriza por una alta intensidad y una gran concentración de cavidades. El extremo de la guia de flujo 54 se configura como una boquilla de restricción. El orificio 69 en el disco 6:4 se conforma como una boquilla de expansión al inicio y se ubica un resonador toroidal 76 en la ubicación de restricción.
Cuando el fluido fluye sobre el sitio de conexión de la guia de flujo 54 al disco 64, entra las ranuras de anillo o resonador toroidal 76. El principio de trabajo del resonador toroidal 76 se basa en una alta sensibilidad de un flujo simétrico a una presión lateral. El cambiar la presión en el punto de origen de chorro resultará en alteración angular del flujo de fluido. El fluido es forzado fuera del resonador toroidal 76 ; por porciones discretas, que generan pulsaciones dinámicas, vórtices rellenos y cavitación. La frecuencia de un resonador toroidal depende de su diámetro (Agranat et al., 1987).
El flujo sale de la cámara de trabajo 150, acelerado debido al paso a través del orificio 69 en el disco frontal 64 y después entra a los canales ubicados entre las guias 68 en el disco frontal 64 en la cámara de torbellino 70. Para mantener el flujo de fluido en un estado de torbellino y evitar que se mueva en un plano paralelo al eje central del cavitador, las guias 74 se proporcionan en la superficie del cilindro 72 para dirigir el flujo de los canales 78 y sostener el estado de flujo espiral (Figura 5) . En la cámara de torbellino 70, las burbujas de cavitación son accionadas por fuerzas centrifugas y de Coriolis. Como resultado, la presión fluidica aumenta y colapsa las burbujas.
La dirección del flujo que desciende por los canales 78 formado por las guias 74 que se proporcionan e la superficie de cilindro 72, se determina por el ángulo de paso con respecto al eje central del dispositivo de cavitación 20. Para evitar que el flujo siga la ruta recta, deben cumplirse ciertos requerimientos. Lineas que son paralelas al eje principal y pasan a través de cualquier punto en la superficie de una guia 74 deberá intersecar la guia adyacente. En la Figura 6, una linea recta paralela al eje central, pasa a través de un punto a en la guia 74 e interseca la guia adyacente 74 en el punto b. Entre más guias que son intersecadas por una linea recta (puntos c, a y b) , mejor se gira el flujo en la cámara de torbellino 70. El número de guias 74 que pueden ser intersecadas por una linea, se limita debido al requerimiento de que el área total de los canales guia 78 sea igual al área del orificio central 69 de los discos 64, 66. El área en sección transversal total de los canales 78 puede calcularse al multiplicar el número de canales poir la altura y ancho.
Después de pasar a través de los canales' 78, el flujo de fluido se desplaza sobre la superficie de las guias de torbellino 68 y entra al orificio 69 en el disco posterior 66. Esto dirige el flujo sobre el eje central del dispositivo 20. Cuando el flujo de fluido pasa el disco posterior 66 y la guia posterior 56 entra al resonador toroidal posterior 76, el principio de trabajo de lo cual se describió anteriormente. El flujo acelerado cae en el nicho superior 62 del cuerpo hemi-esférico posterior 60, formando zonas de cavitación de torbellino toroidal pulsante (Dudzinskii and Nazarenko, 1996; Nazarenko, 1998). La frecuencia de pulsación y la forma de la zona de cavitación dependen de las propiedades de fluido, gasto de flujo y la forma de nicho. Las modalidades preferidas para el nicho 62 se describieron anteriormente.
Flujo fluidico pasa a través de la región del resonador toroidal 76 y nicho 62 y entra a la cámara de trabajo 52 limita por la pared interior de la guia posterior 56 y el cuerpo semi-esférico posterior 60, que dirige flujo desde el centro al perímetro. Las cavidades desprendidas de la región de flujo toroidal implosionan en la cámara de trabajo 52. Después de pasar a la cámara de trabajo 52, el flujo de fluido entra a los canales 48 de la boquilla de múltiples chorros radial posterior 46 que se proporciona con las constricciones y las expansiones. Esto genera torbellinos, chorros de flujo desprendidos y cavitación. Cuando el flujo de fluido se mueve en la cámara de trabajo 34, disminuye la velocidad de flujo, la presión aumenta y se llevan a cabo pulsación e implosión de las burbujas. Después, el flujo pasa a través de las constricciones y las expansiones 36 de la boquilla de múltiples chorros posterior 30 seguido por generación de vórtices, chorros de flujo desprendidos y cavitación. Las partículas de emulsión que se someten al proceso; de cavitación son de tamaño reducido y sus superficies se modifican. Las burbujas de cavitación pulsan y se someten a implosión dentro de la cámara de trabajo 34, llevando a fuerza de cizalla y formación de chorro local. Después, sale el flujo de fluido del dispositivo de cavitación a través de la tubería de salida 26.
Esta modalidad preferida del dispositivo proporciona al menos once zonas de cavitación: (1) la boquilla de múltiples chorros frontal 28; (2) la boquilla de múltiples chorros radial, frontal 44; (3) el nicho superior 62 en el cuerpo hemi-esférico frontal 58; (4) la cámara de torbellino toroidal frontal 76; (5) el orificio 69 y guías curvadas 68 del disco frontal 64; (6) la cámara de torbellino 70; (7) el orificio 69 y guías curvas 68' del disco posterior 66; (8) la cámara de torbellino toroidal posterior 76; (9) el nicho superior 62 en el cuerpo hemi- esférico posterior 60; (10) la boquilla de múltiples chorros radial posterior 46; y (11) la boquilla de múltiples chorros de extremo posterior 30. El diseño del dispositivo permite dos, cuatro, seis o incluso más regiones de cavitación simétricas a espejo. El plano de simetría de espejo pasa a través del punto medio 27 de la cámara de torbellino 70 situada entre los discos 64, 66.
Una de las numerosas ventajas de la modalidad preferida es su versatilidad respecto a alimentación de fluido. El dispositivo 20 puede conectarse a una bomba de cualquier extremo y es especialmente conveniente para aplicaciones tecnológicas con una demanda para inversión de la dirección de flujo. El dispositivo 20 puede incorporarse en una tubería sin riesgo alguno de confusión de entrada con salida. El beneficio principal del presente dispositivo de cavitación de flujo pasante 10 es la interfase de las zonas de generación de cavitación y torbellino con ' las cámaras de trabajo de superior presión para la implosión de las burbujas de cavitación.
La Figura 10 es un dibujo que muestra una modalidad alterna para un sistema de cavitación de múltiples etapas de flujo pasante 80, que proporciona tantas como diez zonas 82 para generación y colapso de las burbujas de cavitación y comprende diez cámaras de trabajo idénticas 84 y diez boquillas de múltiples chorros 86 que difieren respecto a las áreas de pasaje en sección transversal creadas por sus canales 88.
Cuando se alimenta fluido en el dispositivo de cavitación 80 a través de una bomba de desplazamiento u otros medios, el gasto de flujo es el mismo dentro de los canales de boquillas de múltiples chorros secuencialmente ubicados idénticos 88. De esta manera, es posible reducir el gasto de flujo de fluido dentro de los canales de boquillas de múltiples chorros corriente abajo cercanas, mientras que mantiene la cavitación al mismo nivel. Cuando el flujo de fluido pasa a través de la boquilla de múltiples chorros frontal 86 y la cámara de trabajo 84, las cavidades se someten a implosión y aumenta la temperatura del fluido. La temperatura incrementada y la amplificación de los núcleos facilitan el inicio de eventos de cavitación en zonas de cavitación corriente abajo. Por lo tanto, el mismo número de cavitación y la misma concentración de burbujas de cavitación pueden lograrse dentro de las zonas corriente abajo con la velocidad de flujo inferior' dentro de las cámaras de boquilla 88.
Durante el procesamiento del fluido en múltiples etapas, la resistencia hidráulica se reduce al satisfacer la siguiente condición: El área de canal en sección transversal ( Sn ) de cada boquilla de múltiples chorros¡ es menor que la siguiente boquilla de múltiples chorros ( Sn+1 ) que sigue la ruta de flujo, de acuerdo con la ecuación: 1.0 < Sn+1Sn < 1.1, en donde n = l, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ó 9. Esto ayuda a ahorrar energía requerida para bombear un flujo de fluido a través del sistema de cavitación de múltiples zonas. Para regresar en escala las partes del dispositivo de cavitación, por ejemplo, la boquilla de múltiples chorros 86, es necesario colocar los canales 88 para paso de fluido lo más cercanamente posible. El número de canales 88 de la boquilla de múltiples chorros 86 se limita por la relación del área total de las aberturas en sección transversal más grandes de los canales (Sd) al área superficial de la boquilla de múltiples chorros (SD): Sd /SD= 0.8, en donde {k es el número de canales de la boquilla de múltiples chorros ; St = M] /4 , grande de los canales I y diámetro de boquilla de múltiples chorros.
En cualquier modalidad que maneja un fluido de múltiples componentes, la composición de los vapores de la burbuja de cavitación no es uniforme. Las cavidades se enriquecen con los vapores del o de los compuestos que ! son más volátiles bajo las condiciones dadas. La implosión de la burbuja libera energía que desplaza o dirige reacciones químicas y/o calienta el fluido. La materia procesada contiene los productos de estas reacciones, los compuestos químicos recientemente formados. El tamaño de las cavidades depende de la naturaleza del fluido bajo el tratamiento, el diseño de ingeniería del dispositivo de cavitación y otras condiciones tales como la velocidad de un flujo sostenido por una bomba. En la práctica, la presión de una bomba se incrementa hasta que se alcanza una adecuada intensidad del campo de cavitación. Además para determinar el tamaño, concentración y composición de las burbujas, y como consecuencia, la cantidad de energía liberada, la presión de entrada regula el resultado de las reacciones químicas. Entre más rápido se mueve el flujo, más pequeño será el número de cavitación. Un número de cavitación menor (en especial cuando es menor a uno) implica un alto grado de cavitación. La modalidad preferida de la presente invención optimiza la cavitación para realizar alteración uniformé de fluidos al aplicar la presión de bomba más conveniente. Si se aplica demasiada energía o el tiempo de tratamiento es muy prolongado, entonces se incrementa el costo de procesamiento. Al aplicar cavitación hidrodinámica a una presión de bomba diseñada para generar cavitación y conversión química uniformemente a través del fluido, el cambio en propiedades físicas y químicas se lleva a cabo y el resultado deseable se obtiene.
Los dispositivos ilustrados en las Figuras 1 - 11 i se emplean para poner en efecto el método, de acuerdo con la presente invención. De acuerdo con la presente invención, el fluido puede ser tratado ya sea en forma continua o periódica, al pasar a través de los dispositivos de múltiples etapas 20, 80 que comprende las zonas de generación de burbujas y vórtices o torbellinos, asi como las cámaras de trabajo de superior presión. Los sistemas pueden colocarse en cualquier punto alrededor de un sitio de producción, columna de refinado de aceite o cualquier otra instalación. El dispositivo puede fijarse en posición o ser móvil. La colocación de un dispositivo puede combinarse con la colocación de otro dispositivo en serie o en paralelo. En la práctica, es necesario considerar el costo del dispositivo, su capacidad de producción y gastos de operación y mantenimiento. Habrá de enfatizarse que un operador del dispositivo de cavitación no se requiere que use los productos de seguridad de alto desempeño para protección de audición, tales como orejeras o tapones de oídos, como sería el caso de una cavitación acústica de alta frecuencia.
La implosión de las burbujas de cavitación resultan en la formación de numerosas micro burbujas. Tanto la presión como la temperatura del vapor contenido en estas burbujas son significantes. Si el fluido, que se enriquece con estas burbujas pasa a una zona de menor presión, las burbujas jugarán el papel de núcleos y expanden mejorando la intensidad del campo de cavitación (Zhang and Chai, 2001) . La multiplicación, expansión e implosión repetidas de las cavidades reducen el umbral de cavitación. Las burbujas crecen de los núcleos, cuyo volumen es mayor que el de los núcleos originalmente presentes. Esto intensifica el procesamiento y permite llevar a cabo reacciones químicas selectivas. Esto hace al presente dispositivo único y especialmente conveniente para el tratamiento de fluidos viscosos de múltiples componentes tales como petróleo, aceites, grasa fundida de animales, extractos celulares y otros materiales de alimentación de un valor económico elevado.
Con radiación sónica y ultrasónica, los resultados son mixtos, a menos que la cavitación sea uniforme a través del líquido. Sin embargo, crear una cavitación incluso acústica en grandes tanques comerciales es un reto particular. El presente dispositivo logra rápida alteración de los fluidos utilizando la cavitación' de múltiples etapas. La cavitación empleada de acuerdo con la modalidad preferida de la presente invención se logra con una presión de bomba seleccionada del intervalo de aproximadamente 345 a 34,475 kPa (aproximadamente 50 a 5, 000 psi) . La presión óptima produce una cantidad suficiente de cavidades para lograr un alto grado de tratamiento. Sin embargo, como una persona familiarizada en la técnica puede imaginarse, diferentes fluidos requieren diferentes energías logradas a través de cavitación a: fin de que proceda su alteración. Por lo tanto, el intervalo de 345 a 34,475 kPa (aproximadamente 50 a 5, 000 psi) de ninguna manera es limitado para utilizar la presente invención. La energía liberada debido a la implosión de burbujas durante cavitación hidrodinámica de flujo pasante, activa las moléculas forzándolas a reaccionar y formar nuevos compuestos. El resultado es un producto mejorado con superior valor comercial cuyos componentes son más fáciles de manejar.
La purificación de aceite a partir de fósforo catalizado por aciltransferasa lípida, puede ser coincidente o realizarse después de la hidrólisis ácida de ASGs y SGs para liberar estéril ésteres de ácidos grasos. Las burbujas generadas durante este tratamiento comprenden vapores de los compuestos que son volátiles bajo las condiciones establecidas, incluyendo aquellos a retirarse durante etapas de purificación corriente abajo. La energía liberada debido a la implosión de burbujas de cavitación disocia la estructura del agua y aceite mezclándolas completamente y mejorando de manera significativa la transferencia de masa, acelerando las reacciones objetivo. Las dispersiones ultrafinas producidas al utilizar un aparato de cavitación de flujo pasante, son relativamente estables y no coalescen rápidamente. Proporcionan un área superficial de contacto aceite/agua muy grande que puede conservarse a través de agitación mecánica convencional subsecuente. Un aparato de cavitación hidrodinámica puede colocarse en el sitio de producción de aceite, instaláción de almacenamiento o planta de biodiesel. Todavía otra posibilidad existe en donde el aparato es móvil.
El tamaño de las burbujas de cavitación depende de las propiedades de la mezcla fluídica, diseño del dispositivo de cavitación, la velocidad de flujo sostenida por una bomba, temperatura y otras condiciones. En la práctica, la presión de la bomba se incrementa hasta que se alcanza el nivel de cavitación requerido. La presión de entrada afecta el tamaño, concentración y composición de las burbujas y de esta manera la composición del aqeite procesado. De preferencia, la cavitación se optimiza para purificar de manera eficiente el aceite al aplicar la presión más conveniente. El resultado conveniente se obtiene al generar cavitación hidrodinámica con un número de cavitación óptimo y densidad consistentes a través del flujo.
Los aparatos hidrodinámicos de flujo pasante se diseñan para la purificación expresa de grandes volúmenes de aceite. Los aparatos pueden colocarse en forma secuencial o ensamblados en sistemas de patines ¡para incrementar en escala la capacidad. La colocación de un dispositivo puede combinarse con la colocación de otroi. El tratamiento asistido por cavitación hidrodinámica del aceite puede ser repetido tantas veces como se requiera para lograr el resultado deseado. La implosión de cavidades resulta en la formación de microburbuj as deformadas, que se vuelven núcleos después de moverse a la zona de presión reducida, mejorando la densidad de campo de cavitación y reduciendo el umbral de cavitación. Esto hace que el aparato de cavitación de múltiples etapas sea especialmente adecuado para refinado de aceite de alta calidad. . Los aparatos pueden ser fácilmente montados y transportados, siendo los adecuados para ubicaciones en campo y remotas. En la práctica, es necesario considerar el costo de un dispositivo, su capacidad de producción y la energía, mantenimiento y costo de operación subsecuentes.; Un operador de un aparato de cavitación hidrodinámica no se requiere que use protección auditiva, como sería en el caso de un aparato de cavitación acústica.
Un enfoque práctico para el mejor resultadoi del proceso es ajustar una presión de entrada que proporcione suficiente energía de implosión de burbujas para mezclar aceite y agente y transferir impurezas a la fase de agua. La cantidad de solución de agente agregada al aceite depende del nivel de contaminación, pero de preferencia es relativamente pequeña. Aceite y agente pueden cavitar a la temperatura ambiente o pueden ser precalentados o enfriados. Aceite y agente de preferencia se cavitan a una presión de bomba de 172.4 a 34, 475 kPa (25 a 5, 000 psi) . El aceite también puede ser sometido a cavitación en la ausencia de agente seguido por purificación asistida por cavitación en la presencia de un agente conveniente.. Una persona con destreza en la técnica comprenderá que diferentes aceites requieren diferentes condiciones para realizar purificación eficiente y la presión de la bomba de 172.4 a 34,475 kPa (25 a 5,000 psi) no limita la aplicación de esta invención.
La aplicación de cavitación hidrodinámica de flujo pasante no se limita a la eliminación de fósforo, ASGs y SGs del aceite, para hacerlo adecuado para consumo de humanos y producción de biocombustible . FFA, metales, compuesto de azufre, carbohidratos, liposacáridos, proteínas, aldehidos, cetonas, terpenos, carotenos, clorofila y otras impurezas, también pueden eliminarse. De ser necesario, ácido fosfórico, ácido cítrico u otros agentes pueden agregarse para modificar ASG y SG y facilitar su eliminación.
Los objetivos de la presente invención se logran >']¦ al alimentar una mezcla de aceite líquido y solución de agente en un aparato de cavitación hidrodinámica de flujo pasante, para llevar a cabo reacciones químicas y enzimáticas que favorecen el refinado. La cavitación hidrodinámica involucra la formación de burbujas de vapor en el flujo de aceite-agua acelerado con una bomba. Cuando la presión del fluido se reduce a la presión del vapor del agua u otros compuestos volátiles en el fluido, se forman burbujas que se expanden y después colapsan en una región de alta presión corriente abajo. El colapso produce marcados saltos en presión y temperatura y fuerzas de cizalla, resultando en mejorada transferencia de masa y superiores velocidades de reacción.
Los siguientes ejemplos se dan para ilustrar la presente invención y no habrán de considerarse como limitación ya sea en el alcance o espíritu de la invención.
Ejemplo 1 Diez litros de aceite de palma RBD que contienen 430 ppm de ASG, 11 ppm de SG y FFA al 0.045%, se mezclaron con 2.2% v/v de una solución de hidróxido de sodio al 10% en agua y sometieron a cavitación hidrodinámica de flujo pasante de un solo paso, al utilizar tres aparatos de 11 etapas colocados en serie y operados a una presión de bomba de entrada de 5860.8 kPa (850 psi) a una temperatura de 90 grados C. La mezcla cavitada se agitó por siete minutos, las fases de aceite y agua se separaron por centrifugación y la fase de aceite se analizó como se describe en otra parte (Verleyena et al., 2002). El aceite de refinado por cavitación contiene 61 ppm de ASG, 14 ppm de SG y FFA 0.045%. ASG probablemente se retira parcialmente como SG después de la descomposición inducida con base. No se observó cambio en el nivel de FFA. Por lo tanto, se concluye que el aceite de palma puede refinarse eficientemente por el método de cavitación, hidrodinámica expreso descrito, que proporciona aceite adecuado para la producción de biodiesel libre de turbiedad.
Ejemplo 2 Diez litros de aceite de palma RBD que contiene 430 ppm de ASG, 11 ppm de SG y FFA a 0.045% se mezclan con 2.46% v/v de una solución de hidróxido de sodio al 10% en agua y someten a la cavitación hidrodinámica de flujo pasante al utilizar tres aparatos de 11 etapas colocados en serie y operados a una presión de bomba de entrada de 5860.8 kPa (850 psi) a una temperatura de 90 grados C. La mezcla cavitada se agitó por siete minutos, fases aceite y agua se separaron por centrifugación y la fase de aceite se analizó como se describe en otra parte (Verleyena et al., 2002). El aceite refinado por cavitación contiene 17' ppm de ASG, 6 ppm de SG y FFA a 0.045%. De esta manera se concluye, que el método de cavitación hidrodinámica expreso descrito logra una reducción significante de ambos niveles de ASG como SG, proporcionando un aceite adecuado para la producción de biodiesel libre de turbiedad que cumple con los requerimientos de AST . Habrá de notarse que no se observó cambio en nivel de FFA similar al Ejemplo 1.
Ejemplo 3 Para llevar a cabo desengomado enzimático convencional, 2.1 6 g de solución de ácido cítrico al 30% se agregan a 1 kg de aceite de soya crudo que contiene 650.00 ppm de P, 46.40 ppm de Ca, 64.70 ppm de Mg y FFA a 0.80% a 80-85 grados C. La mezcla se somete a fuerzas de alta cizalla y después se agita suavemente por quince minutos. Después 1.45 g de solución NaOH al 14% por 1 kg de aceite se agrega y la mezcla se formula vigorosamente por un minuto, se enfría a 50-55 grados C y 100 ppm de fosforilasa Al Lecitasa Ultra en agua al 2% se introduce. Después de otra agitación a 300-350 rpm y 50-55 grados C por una hora, la mezcla se calentó a 80-85 grados C seguido por centrifugación. El aceite refinado por este método de desengomado enzimático convencional contiene 2.18 ppm de P y FFA al 0.70%. Para llevar a cabo un desengomado enzimático asistido por cavitación hidrodinámica comparable con enzimas cavitadas que retienen completa actividad, agua 1.56% v/v se agrega al aceite de soya que contiene 650.00 ppm de P, 46.40 ppm de Ca, 64.70 ppm de Mg y FFA al 0.80% seguido por tratamiento de cavitación hidrodinámico de flujo pasante de esta mezcla al utilizar tres aparatos de 11 etapas colocados en serie y operados a la presión de bomba de entrada de 5516 kPa (800 psi) . La mezcla se maduró a 80 grados C por veinte minutos, enfria a 50-55 grados C y 100 ppm de fosforilasa Al Lecitasa Ultra en agua 1% v/v se agrega seguido por un segundo tratamiento de cavitación hidrodinámica de flujo pasante de un solo paso de la mezcla resultante al utilizar tres aparatos de 11 etapas colocados en serie y operados a una presión de bomba de entrada de 5516 kPa (800 psi) . La mezcla se centrifugó después de una rápida agitación mecánica a 50-55 grados C por una hora. El aceite refinado por este método de desengomado enzimático asistido por cavitación hidrodinámica contiene 2.99 ppm de P, 1.49 ppm de Ca, 0.76 ppm de Mg y FFA a 1.06%, confirmando la superior eficiencia del tratamiento combinado incluso con las etapas de adición de ácido cítrico y NaOH omitidas. El aceite refinado que se somete a la cavitación después de la adición de 100 ppm de fosfolipasa que contiene FFA a 1.06%, que es substancialmente superior cuando se compara con FFA a 0.70% obtenida por procesamiento convencional con 100 pprrv de enzima. Habrá de notarse que ni el ácido cítrico ni NaOH se emplean en el último tratamiento. La cavitación hidrodinámica no solo incrementa significativamente el rendimiento del aceite sino gue elimina la necesidad por utilizar productos guíndeos fuertes. La invención proporciona un método novedoso para retirar fosfatidas hidrolizables con LAT y fosfolipasa de aceite e incrementa el rendimiento sin hacer mayor cambios a las condiciones de procesamiento convencionales.
Ejemplo 4 Aceite de soya crudo gue contiene 650.00 ppm de P, 46.40 ppm de Ca, 64.70 ppm de Mg y FFA a 0.80%, se calienta a 80-85 grados C y agua 1.56% v/v se agrega seguido por mezclado con alta cizalla por veinte minutos. La mezcla se enfría a 50-55 grados C y 100 pprtí de fosforilasa Al Lecitasa Ultra en agua 1% v/v se introducen. Después de mezclado con alta cizalla por dos minutos y suave agitación por una hora, la mezcla se calienta a 810-85 grados C seguido por centrifugación. El aceite de soya refinado por este método de desengomado enzimático en la ausencia de ácido cítrico y NaOH contiene 10.2 ppm de P y FFA a 0.90%. Sin embargo, cuando agua 1.56% v/v se agrega al mismo aceite de soya crudo que contiene 650.00 ppm de P, 46.40 ppm de Ca, 64.70 ppm de Mg y FFA a 0.80%, seguido por tratamiento de cavitación hidrodinámica de flujo pasante de esta mezcla al utilizar tres aparatos de 11 etapas colocados en serie y operados a la presión de bombá de entrada de 5,516 kPa (800 psi) y mezclado de alta cizalla a 80 grados C por veinte minutos, después de lo cual la mezcla se enfria a 50-55 grados C y 100 ppm de fosforilasa Aa Lecitasa Ultra en agua al 1% v/v se agrega y la mezcla se agita vigorosamente por una hora seguido por centrifugación, el aceite de soya refinado por este desengomado enzimático asistido por cavitación hidrodinámica en la ausencia de ácido cítrico y NaOH contiene solo 2.94 ppm de P, 1.76 ppm de Ca, 0.67 ppm de Mg y FFA a 1.17%. De esta manera la cavitación hidrodinámica de aceite y agua antes de introducir fosfolipasa es altamente benéfica, debido a que disocia las estructuras de agua y aceite permitiendo mucha mayor área interfacial aceite/agua al generar dispersiones ultrafinas. Combinando la cavitación hidrodinámica de aceite y agua con el desengomado enzimático subsecuente reduce significativamente el costo de reactivos y conserva energía mientras que proporciona el aceite de refinado de fósforo y metales y produce el superior rendimiento. Sin duda, el nivel de FFA aumentó de 0.80 a 1.17%, sugiriendo: un rendimiento de aceite significativamente superior.
Ejemplo 5 Para llevar a cabo el desengomado enzimático asistido por cavitación, una solución de ácido cítrico al 50% se agrega a aceite de soya crudo para crear una solución en porcentaje de 0.03325% v/v. El aceite de soya crudo contiene 650.00 ppm de P, 46.40 ppm de Ca, 64.70 ppm de Mg y FFA a 0.80%. Esta mezcla se trata utilizando el proceso de cavitación hidrodinámica de flujo pasante de la presente invención al utilizar tres aparatos de 11 etapas colocados en serie y operados a una presión de bomba de 5,516 kPa (800 psi) y suave mezclado a 80 grados C por treinta minutos. La mezcla se somete a alta cizalla y después se agita suavemente por quince minutos. Después, agua 1.56% v/v se agregan y la mezla se cavita de nuevo, mantenida a 80 grados C por veinte minutos, enfriado a 50-55 grados C y 1 00 ppm de fosforilasa Al Lecitasa Ultra en agua 1% v/v se agrega. Después de agitar a 50-55 grados C por una hora, la mezcla se centrifuga. El aceite refinado por este método contiene 1.20 ppm de P, 3.30 ppm de Ca, 0.11 ppm de Mg y FFA a 0.89%. Cuando el tratamiento anterior se repite con 50 ppm de fosforilasa, el aceite refinado contiene 0.81 ppm de P, 0.18 ppm de Ca, 0.07 ppm de Mg y FFA a 0.83%. Con base en la comparación de estos datos, puede concluirse que la cavitación hidrodinámica permite un aumento significante de rendimiento de aceite mientras que recorta el uso de fosfolipasa en al menos 50%.
Ejemplo 6 Para propósitos de comparación, desengomado asistido por cavitación se lleva a cabo en la ausencia de enzimas utilizando una solución de ácido cítrico al 50% ;„ agregada a aceite de soya crudo para crear una solución en porcentaje de 0.03325% v/v. El aceite de soya crudo contiene 650.00 ppm de P, 46.40 ppm de Ca, 64.70 ppm de Mg y FFA a 0.80%. La mezcla se agitó suavemente a 80 grad¡os C por 30 min seguido por la adición de agua 1 .56% v/v. La mezcla se somete a un tratamiento de cavitación hidrodinámica de flujo pasante de un solo paso al utilizar tres aparatos de 11 etapas que se colocaron en serie y operaron a una presión de bomba de entrada de 5,516 kPa (800 psi) y centrifugaron después de maduración a 80 grados C por veinte minutos. El aceite refinado por este método contiene 3.15 ppm de P, 0.38 ppm de Ca, 0.26 ppm de Mg y solo FFA a 0.51%.
En un experimento similar, una solución de ácido cítrico al 50% se agrega a aceite de soya para crear una solución con porcentaje 0.03325% v/v. El aceite de soya contiene 650.00 ppm de P, 46.40 ppm de Ca, 64.70 ppm de Mg y FFA a 0.80% y la mezcla se sometió a un tratamiento de cavitación hidrodinámico de flujo pasante de un solo paso utilizando tres aparatos de 11 etapas que se colocaron en serie y operaron a una presión de bomba de entrada de 5,516 kPa (800 psi) seguido por agitación a 80 grados C por treinta minutos y la adición de agua 1.56% v/v. Después, la mezcla se somete de nuevo a un tratamiento de cavitación hidrodinámica de flujo pasante de un solo paso al utilizar tres aparatos de 11 etapas colocados en serie y operados a una presión de bomba de entrada de 5,516 kPa (800 psi) y centrifugaron después de maduración a 80 grados C por veinte minutos. El aceite refinado por este método contiene 6.80 ppm de P, 0.73 ppm de Ca, 0.56 ppm de Mg y FFA a 0.53%. De esta manera, no se observa aumento en rendimiento y las concentraciones de fósforo fueron superiores que aquellas obtenidas con el tratamiento combinado de cavitación y enzimas.
La modalidad preferida del sistema de cavitación que es especialmente adecuada para eliminar ASGs y SGs de aceite triacilglicerol utilizando el proceso descrito aquí son los tres dispositivos de 11 etapas que se colocan en serie y operan a una presión de bomba de 5,516 a 8,274 kPa (800-1,200 psi). En esta modalidad preferida, la temperatura de la solución de aceite y agente está en un intervalo de 10-90 grados C y el agente fluidico comprende una solución en por ciento de 0.1-5% v/v.
La modalidad preferida del sistema de cavitación que es especialmente conveniente para la eliminación enzimática de fosfatidas a partir de aceite triacilglicerol utilizando el proceso aquí descrito solo tres dispositivos de 11 etapas que se colocan en serie y operan a una presión de bomba de entrada de 5,516-8,274 kPa (800-1,200 psi) En .·* la modalidad preferida, la temperatura de la solución de '·¦<· aceite y enzima está en el intervalo de 40-60 grados C y la fase de agua que contiene enzimas comprende solución con por ciento 0.1 -5% v/v.
El aceite purificado y el residuo o gomas enriquecidas con ASG- y/o SG se separan por centrifugación a temperatura ambiente o a otras temperaturas, por ejemplo a 10 grados C. A menudo, no se requiere neutralización antes de la transesterificación del aceite purificado de fitosteroles por cavitación hidrodinámica. Con la caja cantidad de agua agregada durante la purificación asistida por cavitación, el contenido de humedad resultante del aceite purificado es bajo y no se requiere secado.
Aunque las descripciones dadas anteriormente contienen mucha especificidad, esto no habrá de considerarse como limitante del alcance de la invención sino que simplemente proporciona ilustraciones de algunas de las modalidades actualmente preferidas de la presente invención que ofrecen muchos usos potenciales. El calor localizado desprendido debido a compresión de gas y micro chorros que acompañan la implosión de burbujas mezcla el aceite y agua, de esta manera dirigiendo transferencia de masa, reacciones y la modificación y extracción de impurezas, asi como otros procesos. Muchas otras modalidades de la presente invención son posibles, que serán aparentes para aquellos con destreza en la técnica. Por ejemplo, hay muchas técnicas para crear cavitación en flujos de mezcla fluídica además de los descritos aquí. De acuerdo con esto, el alcance de la invención deberá, ser determinado solamente por las reivindicaciones anexas y sus equivalentes legales, en vez de por los ejemplos dados.
La presente invención utiliza energía desprendida durante la implosión de las burbujas de cavitación para purificar el aceite. Cavitación hidrodinámica es la formación de burbujas llenas con vapor en el flujo de fluido seguido por el colapso de estas burbujas en una zona de alta presión. En la práctica, el proceso se realiza como sigue: el fluido se alimenta al aparato de cavitación de pasaje de entrada con una bomba. En zonas localizadas, la velocidad de flujo aumenta, provocando que caiga la presión de fluido de acuerdo con la ley de Bernoulli. Esta caída de presión lleva a la formación de burbujas llenas con vapores de compuestos que hierven bajo las condiciones dadas, es decir, la presión de fluido cae por debajo de la presión de vapor. Cuando la presión en el flujo se incrementa, las burbujas colapsan, exponiendo el vapor que se encuentra en su interior y la capa del medio circundante a la presión y temperatura incrementadas, fuerzas; de cizallas, ondas de choque, vibración acústica y radiación electromagnética. Estos factores resultan en alteraciones a los componentes fluidos y reacciones que se llevan a ¡cabo dentro de las burbujas que colapsan o/y en las capas adyacentes del fluido.
De acuerdo con la presente invención, la intensidad del campo de cavitación se controla utilizando adecuadamente diseñados dispositivo, presión de entrada, temperatura y composición del medio fluido. Por ejemplo, la alta viscosidad de aceite puede reducirse al agregar solventes o surfactantes o sus mezclas, por calentamiento, aplicando campos externos eléctricos o magnéticos o cualquier combinación de los mismos.
La presente invención crea condiciones benéficas que no pueden ser duplicadas. La eficiencia de método puede ser adicionalmente mejorada por las aplicaciones consecutivas de alta presión, calor elevado, turbulencia y mezclado vigoroso que se aplican en una forma de flujo pasante dentro de un corto periodo. Las modalidades preferidas de la presente invención aplican niveles optimizados tanto de presión como calor mediante una cavitación hidrodinámica controlada. El proceso es independiente de condiciones externas y proporciona un método altamente efectivo de purificación de aceite a través de la eliminación de compuestos que contienen fósforo, ASG y SG.
Beneficios económicos importantes pueden ser experimentados a través de la implementación de esta invención. El uso optimizado de cavitación hidrodinámica de flujo pasante permite una reducción de los costos de equipo, manejo y energía ya que produce aceite adecuado para la producción de biodiesel libre de turbiedad con calidad ASTM. Purificación asistida por cavitación no presenta amenazas ambientales y es económicamente factible. La combinación de la simplicidad tecnológica y la factibilidad económica hace este método atractivo tanto para productores de biodiesel pequeños y grandes como refinerías de aceite.
Las modalidades detalladas de la presente invención se describen aquí. Sin embargo, habrá de entenderse que las modalidades descritas son solamente ejemplares de la invención, que puede ser incorporada en diversas formas. Por lo tanto, los detalles aquí descritos no habrán de ser interpretados como limitantes, sino solo como la base para las reivindicaciones y enseñar a , una persona con destreza en la técnica en como emplear la invención. Los efectos benéficos que se logran a través de la presente invención no pueden lograrse a través de cavitación acústica, en donde las burbujas atenúan las ondas de sonido, limitando la distancia efectiva del generador de onda de sonido. Además, radiación ultrasónica modifica un medio en sitios específicos, dependiendo de* los patrones de frecuencia e interferencia. La presente invención supera estas limitaciones, purificando aceite de manera uniforme. Mientras que se han descrito las modalidades preferidas, se entenderá que no hay intención por limitar la invención por dicha descripción, sino más bien se pretende cubrir modificaciones que caen dentro: del espíritu y alcance de esta invención. Diversas modificaciones pueden realizarse sin apartarse del alcance y espíritu de la invención. De acuerdo con esto, la invención no habrá de limitarse, excepto por ; las reivindicaciones anexas.

Claims (38)

'¦¦ REIVINDICACIONES
1. Un proceso para retirar impurezas de aceite de triacilglicerol, caracterizado porque comprende las etapas de: mezclar el aceite y un agente fluidico para formar una mezcla fluidica que tiene una fase de aceite y una fase de agua; bombear la mezcla fluidica a través de un aparato de cavitación hidrodinámica de flujo pasante de una sola o múltiples etapas, crear cavitación hidrodinámica en la mezcla fluidica al bombear la mezcla fluidica a una presión de bomba de entrada predeterminada; mantener la cavitación hidrodinámica en la mezcla fluidica por un periodo de tiempo predeterminado; mover las impurezas de la fase de aceite a la fase de agua; y separar la fase de agua de la fase de aceite.
2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aceite incluye aceite, grasas, sebo o cera, derivados de algas, plantas, animales de tipo silvestre mutados o genéticamente alteradas unicelulares o multicelulares o sus mezclas.
3. El proceso de conformidad con . la reivindicación 1, caracterizado porque el aceite es crudo, refinado, prensado, extraído, filtrado o deshidratado.
4. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aceite se licúa antes de realizar la etapa de mezclado. V ' 59
5. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aceite comprende una mezcla de múltiples fases de líquidos inmiscibles, solutos, ácidos, bases, sales o gases que comprenden una dispersión, una emulsión, una suspensión, un sólido fundido, un gas en una condición supercrítica o una mezcla de los mismos.
6. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aparato de cavitación hidrodinámica de flujo pasante comprende un aparato de cavitación hidrodinámica de colisión por chorro de alta energía o un aparato de cavitación hidrodinámica de rotor-estator, de centrifugado.
7. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la mezcla fluídica dentro de al menos una región dentro del aparato de cavitación hidrodinámica tiene un número de cavitación menor que o igual que a uno cuando se calcula utilizando la ecuación: Cv = (P -Pv)/0.5pV2, en donde Cv es el número de cavitación, P es la presión del fluido corriente abajo de una restricción, Pv es la presión de vapor de la mezcla fluídica, p es la densidad de la mezcla fluídica y V es la velocidad de la mezcla fluídica en la restricción.
8. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de separación se realiza por absorción, centrifugación, decantación, destilación, extracción, filtración, congelado, sedimentación, depósito o sus combinaciones.
9. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de mantenimiento además comprende la etapa de repetir las etapas de bombeo y creación, una o más veces en uno o más aparatos de cavitación hidrodinámica.
10. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de mezclado incluye diluir el aceite con un solvente orgánico.
11. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende la etapa de someter a cavitación el aceite antes de: realizar la etapa de mezclado.
12. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la mezcla fluidica se calienta o enfria antes de realizar la etapa de bombeo.
13. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende la etapa de introducir gas amoniaco, nitrógeno, dióxido de carbono o una mezcla de los mismos a la mezcla fluidica antes o durante las etapas de bombeo, creación y/o mantenimiento.
El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende la etapa de reactivos de movilización, óxidos, nitruros, cerámicas, plásticos, politetrafluoroetiíeno, nanodiamantes, nanotubos o sus combinaciones en las paredes interiores del aparato de cavitación hidrodinámica o sobre un inserto desprendible configurado para inserción en el aparato de cavitación hidrodinámica.
15. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende la etapa de colocar una membrana selectiva y/o agente de blanqueo en una cámara de extremo del aparato de cavitación hidrodinámica o en una cámara situada corriente abajo del aparato de cavitación hidrodinámica.
16. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aceite se desgasifica antes de realizar las etapas de bombeo, creación y/o mantenimiento.
17. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende la etapa de someter la mezcla fluidica cavitación acústica;
18. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende la etapa de someter la mezcla fluidica a un campo externo eléctrico y/o magnético, para mejorar la purificación asistida por cavitación hidrodinámica.
19. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las impurezas comprenden fitoesteroles, esterol glucósidos y/o esterol glucósidos acilados.
20. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el agente fluidico es agua que comprende 0.1 - 10% v/v de la mezcla fluidica.
21. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el agua es destilada, desionizada, purificada por osmosis inversa, agua blanda o agua acondicionada.
22. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el agente fluidico es una solución de un hidróxido alcalino que comprende hidróxido de sodio o hidróxido de potasio, una base inorgánica, una base orgánica o una mezcla de las mismas.
23. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque el agente fluidico es una solución de ácido fosfórico, ácido cítrico, ácido acético o una mezcla de los mismos.
24. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la etapa de separación en lo que se refiere a impurezas de fitoesterol, se lleva a cabo en forma contemporánea con la etapa de mantenimiento.
25. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque la etapa de separación, relacionada a esterol glucósidos, esterol glucósidos acilados y/o concentrados enriquecidos con derivados de los mismos, además comprende las etapas de: licuar los esterol glucósidos separados, esterol glucósidos acilados y/o concentrados enriquecidos con derivados de j los mismos por precalentamiento y/o tratamiento de los mismos con solventes y/o agentes licuados; agregar enzimas o agentes químicos a los esterol glucósidos licuados, esterol glucósidos acilados y/o concentrados enriquecidos con derivado de los mismos; someter los esterol glucósidos licuados, esterol glucósidos acilados y/o sus concentrados enriquecidos con derivados combinados con las enzimas o agentes químicos a cavitación hidrodinámica de flujo pasante; y liberar aceite atrapado en los esterol glucósidos licuados, esterol glucósidos acilados, y/o sus concentrados enriquecidos con derivados.
26. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las impurezas comprenden fosfatidas y el agente fluídico comprende agua y una enzima.
27. El proceso de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la mezcla fluídica se calienta o enfría a una temperatura en el intervalo de i?; 40-60°C para actividad enzimática óptima.
28. El proceso de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la enzima comprende una fosfolipasa, una aciltransferasa lípida o una mezcla de las mismas.
29. El proceso de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la fosfolipasa es una fosfolipasa A, fosfolipasa Al, fosfolipasa A2, fosfolipasa B, lipofosfolipasa, fosfolipasa C, fosfolipasa D, fosfodiesterasa, aciltransferasa lipida, fosfodiesterasa bacteriana de tipo silvestre mutada o recombinante, de levadura, planta o animal o una mezcla de las mismas.
30. El proceso de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque la enzima es kosher.
31. El proceso de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque el aceite se mezcla con agua y la mezcla se somete a cavitación hidrodinámica seguido por adición de la fosfolipasa, aciltransferasa lípida o mezcla de las mismas.
32. El. proceso de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque además comprende las etapas de: reaccionar las fosfatidas en la mezcla fluídica con la enzima; agitar la mezcla fluídica por un periodo de tiempo predeterminado para permitir completar la reacción de fosfatida; y detener la reacción de fosfatida.
33. El proceso de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque la reacción de fosfatida se detiene por calentamiento; cambiar el pH; aplicar un inhibidor, proteasa o agente de quelación que forma un complejo con el co-factor de enzima; llevar a cabo mezclado con alta cizalla; cavitación ultrasónica y/o someter a cavitación hidrodinámica.
34. El proceso de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque la etapa de separación comprende la etapa de retirar las fosfatidas reaccionadas .
35. El proceso de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado porque las fosfatidas reaccionadas se retiran por absorción, centrifugación, decantado, extracción, filtración, congelado, filtración con membrana o sedimentación.
36. El proceso de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado porque la etapa de separación como se refiere a las fosfatidas retiradas, además comprende las etapas de: licuar las fosfatidas retiradas por precalentamiento de las fosfatidas retiradas y/o agregar solventes y agentes de licuado a las fosfatidas retiradas; someter las fosfatidas licuadas a cavitación hidrodinámica de flujo pasante; y desprender aceites neutros atrapados y liberar diacilgliceroles y ácidos grasos en las fosfatidas licuadas.
37. El proceso de conformidad con , la reivindicación 34, caracterizado porque la etapa de separación como se refiere a las fosfatidas retiradas, además comprende las etapas de: licuar las fosfatidas retiradas por precalentamiento de las fosfatidas retiradas y/o agregar solventes y agentes de licuado a las fosfatidas retiradas; agregar agentes de liberación y/o aciltransferasa lipida, lipasa, fosfolipasa o una mezcla de las mismas a las fosfatidas licuadas; y liberar aceites atrapados en las fosfatidas licuadas.
38. El proceso de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque además comprende la etapa de inmovilizar la enzima en un cartucho desprendible, rejilla, filtro, inserto, superficie interior, magneto, partículas magnéticas, partículas de metal, partículas de plástico, nanopartículas , nanotubos, nanodiamantes , nanopartículas carbonáceas, partículas y/o portadores colocados en sitios deseados dentro del aparato de cavitación hidrodinámica.
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