Захтеви за пројектовање постројења за производњу алкил гликозида заснованог на Фишеровој синтези у великој мери зависе од врсте коришћеног угљеног хидрата и дужине ланца коришћеног алкохола. Први пут је представљена производња алкил гликозида растворљивих у води на бази октанола/деканола и додеканола/тетрадеканола. Алкил полигликозиди који су, за дати DP, нерастворљиви у води због коришћеног алкохола (број C атома у алкил групи ≥16) обрађени су одвојено.
Под условима синтезе алкил полиглукозида катализоване киселином, генеришу се секундарни производи као што су полиглукозни етар и обојене нечистоће. Полиглукоза је аморфна супстанца која се формира полимеризацијом гликозила током процеса синтезе. Врста и концентрација секундарне реакције зависе од параметара процеса, као што су температура, притисак, време реакције, катализатор итд. Један од проблема који је решен развојем индустријске производње алкил полигликозида последњих година је минимизирање формирања секундарних производа повезаних са синтезом.
Генерално, алкил гликозиди на бази кратког ланца (C8/10-OH) и ниског DP (велико предозирање алкохолом) имају најмање проблема са производњом. У фази реакције, са повећањем вишка алкохола, смањује се производња секундарних производа. Смањује се термички стрес и уклања вишак алкохола током формирања производа пиролизе.
Фишерова гликозидација се може описати као процес у коме глукоза реагује релативно брзо у првом кораку и постиже се равнотежа олигомера. Након овог корака следи спора разградња алкил гликозида. Процес разградње укључује кораке као што су деалкилација и полимеризација, који, при повећаним концентрацијама, неповратно формирају термодинамички стабилнију полиглукозу. Реакциона смеша која прелази оптимално време реакције назива се прекомерна реакција. Ако се реакција прерано прекине, резултујућа реакциона смеша садржи велике количине резидуалне глукозе.
Губитак активних супстанци алкил глукозида у реакционој смеши има добру везу са формирањем полиглукозе. У случају прекомерне реакције, реакциона смеша постепено поново постаје полифазна кроз таложење полиглукозе. Стога, квалитет производа и принос производа су озбиљно погођени временом завршетка реакције. Полазећи од чврсте глукозе, алкил гликозиди у секундарним производима имају мањи садржај, што омогућава да се друге поларне компоненте (полиглукоза) и преостали угљени хидрати филтрирају из реактивне смеше која никада није у потпуности реаговала.
У оптимизованом процесу, концентрација производа етерификације је релативно ниска (у зависности од температуре реакције, времена, врсте катализатора и концентрације итд.).
Слика 4 приказује типичан ток директне реакције декстрозе и масног алкохола (C12/14-OH).
Температура и притисак реакционих параметара су уско повезани једни са другима у Фишеровој реакцији гликације. Да би се произвели алкил полигликозиди са ниским садржајем секундарних производа, притисак и температура морају бити прилагођени једни другима и строго контролисани.
Алкил полигликозиди имају мало секундарних производа услед ниских реакционих температура (<100℃) у ацетализацији. Међутим, ниске температуре доводе до релативно дугих времена реакције (у зависности од дужине ланца алкохола) и ниске специфичне ефикасности реактора. Релативно високе реакционе температуре (>100℃, типично 110-120℃) могу довести до промена боје угљених хидрата. Уклањањем реакционих производа са нижим тачкама кључања (вода у директној синтези, алкохоли кратког ланца у процесу трансацетализације) из реакционе смеше, равнотежа ацетализације се помера на страну производа. Ако се релативно велика количина воде производи по јединици времена, на пример високим реакционим температурама, мора се обезбедити ефикасно уклањање ове воде из реакционе смеше. Ово минимизира секундарне реакције (посебно формирање полидекстрозе) које се одвијају у присуству воде. Ефикасност испаравања реакционе фазе зависи не само од притиска, већ и од површине испаравања итд. Типични реакциони притисци у варијантама трансацетализације и директне синтезе су између 20 и 100 mbar.
Још један важан фактор оптимизације је развој селективних катализатора у процесу гликозидације, чиме се инхибира, на пример, формирање полиглукозе и етерификација. Као што је већ поменуто, ацетал или реверзни ацетал у Фишеровој синтези катализују киселине. У принципу, било која киселина довољне јачине је погодна за ову сврху, као што су сумпорна киселина, п-толуен и алкил бензенсулфонска киселина и сулфонска ћилибарна киселина. Брзина реакције зависи од киселости и концентрације киселине у алкохолу. Секундарне реакције које такође могу бити катализоване киселинама (нпр. формирање полиглукозе) одвијају се првенствено у поларној фази (трагови воде) реакционе смеше, а алкил ланци који се могу редуковати употребом хидрофобних киселина (нпр. алкил бензенсулфонска киселина) растварају се првенствено у мање поларној фази реакционе смеше.
Након реакције, киселински катализатор се неутралише одговарајућом базом, као што су натријум хидроксид и магнезијум оксид. Неутрализована реакциона смеша је бледожути раствор који садржи 50 до 80 процената масних алкохола. Висок садржај масних алкохола је последица моларног односа угљених хидрата и масних алкохола. Овај однос се подешава да би се добио специфичан DP за индустријске алкил полигликозиде и обично је између 1:2 и 1:6.
Вишак масног алкохола се уклања вакуумском дестилацијом. Важни гранични услови укључују:
– Садржај преосталог масног алкохола у производу мора бити<1% због осталог
Мудра растворљивост и мирис су негативно погођени.
- Да би се минимизирало стварање нежељених производа пиролизе или компоненти које мењају боју, термичко напрезање и време задржавања циљног производа морају бити што је могуће нижи у зависности од дужине ланца алкохола.
- Моногликозид не сме ући у дестилат јер се дестилат рециклира у реакцији као чисти масни алкохол.
У случају додеканола/тетрадеканола, ови захтеви се користе за уклањање вишка масних алкохола, што се углавном задовољава вишестепеном детилацијом. Важно је напоменути да се са смањењем садржаја масних алкохола вискозност значајно повећава. Ово очигледно нарушава пренос топлоте и масе у завршној фази дестилације.
Стога су пожељнији танки или краткодометни испаривачи. У овим испаривачима, механички покретни филм обезбеђује већу ефикасност од испаравања и краће време задржавања производа, као и добар вакуум. Коначни производ након дестилације је готово чист алкил полигликозид, који се акумулира као чврста супстанца са тачком топљења од 70℃ до 150℃. Главни кораци процеса синтезе алкила су сумирани на слици 5.
У зависности од коришћеног производног процеса, у производњи алкил полигликозида се акумулира један или два тока алкохолног циклуса; вишак масних алкохола, док се алкохоли кратког ланца могу скоро потпуно регенерисати. Ови алкохоли се могу поново користити у наредним реакцијама. Потреба за пречишћавањем или учесталост којом се кораци пречишћавања морају спроводити зависи од нечистоћа акумулираних у алкохолу. То у великој мери зависи од квалитета претходних корака процеса (на пример реакције, уклањања алкохола).
Након уклањања масног алкохола, активна супстанца алкил полигликозида се директно раствара у води тако да се формира високо вискозна паста алкил полигликозида од 50 до 70%. У наредним корацима рафинирања, ова паста се прерађује у производ задовољавајућег квалитета у складу са захтевима везаним за перформансе. Ови кораци рафинирања могу обухватити бељење производа, подешавање карактеристика производа, као што су pH вредност и садржај активне супстанце, и микробну стабилизацију. У патентној литератури постоји много примера редуктивног и оксидативног бељења и двостепених процеса оксидативног бељења и редуктивне стабилизације. Напор, а самим тим и трошкови укључени у ове процесне кораке за добијање одређених карактеристика квалитета, као што је боја, зависе од захтева за перформансама, од почетних материјала, потребног DP-а и квалитета процесних корака.
Слика 6 илуструје индустријски процес производње дуголанчаних алкил полигликозида (C12/14 APG) путем директне синтезе)
Време објаве: 13. октобар 2020.