Studies on adsorption equilibrium and kinetics in ion exchange resins applied to the continuous chromatographic separation of fructose and glucose present in cashew apple syrup

The cashew crop is considered one of the most important socio-economic activity in Northeastern Brazil. Despite being used industrially for the production of pulp, drinks and sweets, the cashew apple shows high levels of waste. A little more than 10% of crop is exploited commercially. In this context, adding value to products derived from the cashew apple - such as fructose and glucose syrups - may indicate alternative economical routes for producing regions, by consuming the surplus not absorbed by the market of juices and sweets. The simulated moving bed is one of the most innovative technologies that performs continuous chromatographic separation of isomers. One of the key points of this technology is the choice of operating conditions (flows and switching times) that provides adequate separation. This work presents studies of adsorption equilibrium of synthetic solutions of fructose and glucose, under overloaded conditions of concentration, aiming at the separation of these sugars in simulated moving bed for the production of high-fructose and high-glicose syrups. The adsorption isotherms were obtained by frontal analysis, using synthetic solutions with fructose and glucose concentrations ranging from 10 to 120g / L, at temperatures of 30, 40 and 60 ° C, using the ion exchange resins Dowex MTO 99Ca and Diaion UBK 555. The breakthrough curves of synthetic solutions were compared with those obtained from the cashew syrup for validation of data, tha sake of model validation. Tha measured isotherms were non-linear and well described by the Langmuir model. The dispersive transport model was used to reproduce the behavior of breakthrough curves and to estimate mass transfer parameters, using the gPROMS commercial solver. Adsorption data were used to generate the region of complete separation (flowrate ratios in sections 2 and 3) of a simulated moving bed (SMB unit), based on the equilibrium theory (the triangle method), in order to predict operating conditions in a pilot unit.A cajucultura é considerada uma das atividades sócio-econômicas mais importantes da região Nordeste do Brasil. Apesar de ser empregado industrialmente para fabricação de polpa, bebidas e doces, o pedúnculo do caju apresenta altíssimos níveis de desperdício. Pouco mais de 10% da produção agrícola é explorada comercialmente. Neste contexto, a obtenção de produtos de valor agregado a partir do pedúnculo do caju – como xaropes de frutose e glicose – pode indicar rotas econômicas alternativas para as regiões produtoras, aproveitando a produção excedentária não absorvida pelo mercado de sucos e doces industrializados. O leito móvel simulado constitui uma das mais inovadoras tecnologias cromatográficas que realiza separação de isômeros de forma contínua. Um dos pontoschave desta tecnologia é a escolha adequada das condições de operação (vazões e tempos de troca) que propiciem uma separação adequada. Este trabalho apresenta estudos de equilíbrio de adsorção de soluções sintéticas de frutose e glicose, em condições de sobrecarga de concentração, visando à separação destes açúcares em leito móvel simulado para a produção de xaropes de caju enriquecidos em frutose e glicose. As isotermas de adsorção foram obtidas por cromatografia frontal, utilizando soluções sintéticas de frutose e glicose com concentração variando de 10 a 120g/L, nas temperaturas de 30, 40 e 60 ºC, utilizando as resinas de troca iônica Dowex MTO 99Ca e Diaion UBK 555. As curvas de ruptura (breakthrough) das soluções sintéticas foram confrontadas com curvas de breakthrough obtidas a partir do xarope de caju para validação do modelo. A partir das mesmas, foram obtidas isotermas não-lineares bem descritas pelo modelo de Langmuir. O modelo do transporte dispersivo foi empregado para reproduzir o comportamento das curvas de breakthrough e para estimar parâmetros de transferência de massa, utilizando o solver comercial gPROMS. Os dados de equilíbrio de adsorção foram utilizados para gerar a região de completa separação (razões de vazão nas zonas 2 e 3) em uma unidade de leito móvel simulado (LMS), com base na Teoria do Equilíbrio (método do triângulo) para predição das condições de operação numa unidade piloto