Recuperation of free fatty acids in ion exchange resins.

Resumo: Alguns óleos vegetais são sensíveis às condições drásticas do processo de refino, físico ou químico, podendo apresentar problemas ao serem submetidos a estes processos, tais como perda de substâncias desejáveis, como os nutracêuticos, escurecimento do óleo, além de perdas elevadas de óleo neutro. A extração líquido-líquido vem sendo estudada como alternativa aos métodos tradicionais de desacidificação destes óleos, pois utiliza condições brandas de processo, mas apresenta como desvantagem a necessidade de recuperação do solvente usado para a desacidificação, para sua futura reutilização. Resinas de troca iônica podem ser utilizadas como complemento da extração liquido-liquido, permitindo separar na corrente de extrato os ácidos graxos livres extraídos do solvente utilizado na extração, de forma a recuperá-lo. Ambos os processos se complementam, pois atingem os mesmos objetivos de mínima demanda de energia e mínima perda de óleo neutro, além de potencialmente poderem reduzir a perda de nutracêuticos em alguns óleos, já que utilizam condições mais brandas de processo se comparado a métodos de desacidificação convencionais. Este trabalho estudou o comportamento de equilíbrio e cinético de troca iônica em batelada para a separação dos ácidos graxos livres de um sistema modelo contendo ácido oléico + etanol, que representa a corrente de extrato da extração liquido-liquido. O comportamento em leito fixo também foi estudado para o mesmo sistema citado acima, assim como para um sistema modelo mais complexo, envolvendo etanol + ácido oléico + óleo de arroz + g - orizanol. Inicialmente diferentes tipos de resina foram testadas a fim de determinar qual a melhor resina a ser empregada nos ensaios. A resina aniônica forte foi a resina que apresentou melhor resultado para a remoção de ácidos graxos da solução etanólica. Os estudos de equilíbrio foram conduzidos empregando-se a técnica de adsorção em batelada, sendo analisada a influência de dois fatores, o teor de água na solução etanólica e a temperatura do processo. Os dados de equilíbrio foram modelados segundo a isoterma de Langmuir, concluindo-se que tanto a temperatura como o teor de água da solução, na faixa investigada, não influenciaram os parâmetros de equilíbrio obtidos. Desta forma, para os demais estudos o teor de água no etanol assim como a temperatura do processo foram fixados (etanol azeotrópico e 25oC) nas condições mais vantajosas operacionalmente. Os estudos de cinética também foram conduzidos empregando-se a técnica de adsorção em batelada, sendo analisada a influência de dois fatores, o grau de agitação do sistema e a concentração inicial de ácido oléico na solução. Para os maiores níveis de agitação, o número de rotações do agitador não afetou as curvas cinéticas, indicando que a resistência externa à transferência de massa é desprezível. Deste modo, as curvas cinéticas permitiram determinar a difusividade efetiva, Def, nos poros da resina. Nos estudos em leito fixo para o sistema modelo simples (ácido oléico + etanol) um planejamento experimental completo (22), com análise por superfície de resposta, foi empregado para avaliar a influência de dois fatores, a vazão de alimentação e a concentração inicial de ácido oléico na solução. O objetivo deste estudo foi obter as curvas de ruptura, com as quais foi possível otimizar o processo de remoção de ácidos graxos em coluna de resina de troca iônica, a partir da busca de condições de operação ideais para maximizar a função resposta do planejamento experimental (eficiência de recuperação do soluto x eficiência de utilização da resina/ tempo de ruptura). Constatou-se que, tanto a vazão como a concentração inicial da solução, nas faixas estudadas, exercem efeitos positivos sobre a função resposta escolhida. Por fim, um estudo de caráter qualitativo foi realizado em leito fixo para o sistema modelo contendo etanol + ácido oléico + óleo de arroz + g - orizanol, obtendo-se as curvas de ruptura para cada componente presente na solução.Abstract: The drastic operational conditions used in the chemical or physical refining of edible oils can in some cases lead to losses of nutraceutical compounds, high losses of neutral oil or even to the darkening of the end product. Liquid-liquid extration can be used as an alternative refining process, since mild operation conditions are employed in this case. But it requires the recovery of the solvent, so that the extractant can be used again. Ion exchange resins can be employed as a complement to the liquid-liquid extraction, allowing the separation of the free fatty acids from the extract phase and the recovery of the solvent. This work investigate the equilibrium and cinetic behaviour of ion exchange in batch systems for separation of free fatty acids from a model system containing ethanol + oleic acid, that represents the extract stream of the liquid-liquid process. The behaviour in fixed bed was studied too, for the same system mentioned before and for a more complex model system containing ethanol + oleic acid + rice oil + g - oryzanol. Initially different types of resins were tested. The strong anion exchange resin were selected as the best one for the removal of the free fatty acid from the ethanolic solutions. The equilibrium experiments were conducted in a equilibrium cell, being investigated the influence of 2 parameters, the water content in the ethanolic solutions and the temperature. The equilibrium data were used for adjusting the parameters of the Langmuir Isotherm. It was verified that the temperature as well as the water content in the ethanolic solutions did not influence the Langmuir parameters. For this reason the water content in ethanol and the temperature were fixed (azeotropic ethanol and 25oC) in the best operational conditions. The kinetic studies were conducted using the adsortion in a batch way, being investigated the influence of 2 parameters, the stirring of the system and the initial oleic acid concentration in the solution. At the higher levels of stirring the external resistence to mass transfer were negligible and the effective diffusivity, Def, was estimated. A factorial design was used for the experiments conducted in fixed resin bed. By surface response analysis, the effect, upon the breakthrough curves, of two factors, feed stream and oleic acid content in feed stream, were investigated. The process was optimized using a objective function defined in terms of the efficiencies of solute recovery and resin saturation per breakthrough time. Both factors, feed stream and feed concentration, have positive effects upon the objective function. The breakthrough curves were also determined for a multicomponent system containing ethanol + oleic acid + rice brain oil + g - oryzanol