Захтеви за пројектовање постројења за производњу алкил гликозида заснованог на Фисхер синтези у великој мери зависе од врсте употребљених угљених хидрата и дужине ланца употребљеног алкохола. Прво је уведена производња алкил гликозида растворљивих у води на бази октанола/деканола и додеканола/тетрадеканола. . Алкил полигликозиди који су, за дати ДП, нерастворљиви у води због коришћеног алкохола (број Ц атома у алкил хијану≥16) обрађују се посебно.
Под условима синтезе алкил полиглукозида катализоване киселином, настају секундарни производи као што су полиглукозни етар и обојене нечистоће. Полиглукоза је аморфна супстанца настала 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 се решава развојем индустријске производње алкил полигликозида последњих година је минимизирање формирања секундарних производа везаних за синтезу.
Генерално, алкил гликозиди на бази алкохола (Ц8/10-ОХ) кратког ланца (Ц8/10-ОХ) и ниског ДП (велика предозирања алкохола) имају најмање проблема са производњом. У фази реакције, са повећањем вишка алкохола, производња секундарних производа се смањује. Смањује термички стрес и уклања вишак алкохола током формирања производа пиролизе.
Фисхерова гликозидација се може описати као процес у којем глукоза реагује релативно брзо у првом кораку и постиже се равнотежа олигомера. Овај корак је праћен спором разградњом алкил гликозида. Процес деградације укључује кораке као што су деалкилација и полимеризација, који се на повећане концентрације, иреверзибилно формира термодинамички стабилнију полиглукозу. Реакциона смеша која прелази оптимално време реакције назива се прекомерна реакција. Ако се реакција прекине пре времена, настала реакциона смеша садржи велике количине заостале глукозе.
Губитак активних супстанци алкил глукозида у реакционој смеши има добар однос са формирањем полиглукозе. У случају прекомерне реакције, реакциона смеша постепено поново постаје полифазна кроз таложење полиглукозе. Због тога су квалитет производа и принос производа озбиљно погођени временом завршетка реакције. Почевши од чврсте глукозе, алкил гликозиди у секундарним производима су нижег садржаја, 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, типа катализатора и концентрације, итд.).
Слика 4 приказује типичан ток директне реакције декстрозе и масног алкохола (Ц12/14-ОХ).
Температура и притисак реакционих параметара су уско повезани једни са другима у Фишеровој реакцији гликације. Да би се произвели алкил полигликозиди са ниским секундарним производима, притисак и температура морају бити међусобно прилагођени и строго контролисани.
Алкил полигликозиди са мало секундарних производа узроковани ниским температурама реакције (<100℃) у ацетализацији. Међутим, ниске температуре доводе до релативно дугог времена реакције (у зависности од дужине ланца алкохола) и ниске специфичне ефикасности реактора. Релативно високе температуре реакције (>100℃, типично 110-120℃) могу довести до промене боје угљених хидрата. Уклањањем реакционих производа нижег кључања (вода у директној синтези, кратколанчани алкохоли у процесу трансацетализације) из реакционе смеше, равнотежа ацетализације се помера на страну производа. Ако се у јединици времена производи релативно велика количина воде, на пример при високим реакционим температурама, мора се обезбедити ефикасно уклањање ове воде из реакционе смеше. Ово минимизира секундарне реакције (нарочито формирање полидекстрозе) које се одвијају у присуству воде. Ефикасност испаравања у фази реакције не зависи само од притиска, већ и од површине испаравања, итд. Типични реакциони притисци у варијантама трансацетализације и директне синтезе су између 20 и 100мбар.
Други 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 катализован је киселинама. У принципу, свака киселина довољне јачине је погодна за ову сврху, као што су сумпорна киселина, п-толуен и алкил бензенсулфонска киселина и сулфонска јантарна киселина. Брзина реакције зависи од киселости и концентрације киселине у алкохолу. Секундарне реакције које такође могу бити катализоване киселинама ( на пример, формирање полиглукозе) се јавља првенствено у поларној фази (вода у траговима) реакционе смеше, а алкилни ланци који се могу редуковати употребом хидрофобних киселина (нпр. алкил бензенсулфонска киселина) растварају се првенствено у мање поларној фази реакциона смеша.
После реакције, кисели катализатор се неутралише одговарајућом базом, као што је натријум хидроксид и магнезијум оксид. Неутрализована реакциона смеша је бледо жути раствор који садржи 50 до 80 процената масних алкохола. Висок садржај масног алкохола је последица моларног односа угљених хидрата и масних алкохола. Овај однос се прилагођава да би се добио специфичан ДП 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 резидуалног масног алкохола у производу мора бити<1% јер друго
мудра растворљивост и мирис негативно утичу.
- Да би се минимизирало стварање нежељених продуката пиролизе или компоненти које мењају боју, термичко напрезање и време задржавања циљног производа морају бити што је могуће ниже у зависности од дужине ланца алкохола.
- Моногликозид не сме да уђе у дестилат јер се дестилат у реакцији рециклира као чисти масни алкохол.
У случају додеканола/тетрадеканола, ови захтеви се користе за уклањање вишка масних алкохола, који су у великој мери задовољавајући вишестепеном детилацијом. Важно је напоменути да како се садржај масних алкохола смањује, вискозност се значајно повећава. Ово очигледно нарушава пренос топлоте и масе у завршној фази дестилације.
Стога се преферирају испаривачи танког или кратког домета. 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 скоро чист алкил полигликозид, који се акумулира као чврста супстанца са тачком топљења од 70 ℃ до 150 ℃. Главни кораци процеса синтезе алкила су сажети на слици 5.
У зависности од коришћеног производног процеса, један или два тока алкохолног циклуса се акумулирају у производњи алкил полигликозида; вишак масних алкохола, док се кратколанчани алкохоли могу скоро потпуно повратити. Ови алкохоли се могу поново користити у наредним реакцијама. Потреба за пречишћавањем или учесталост са којом се морају извршити кораци пречишћавања зависи од нечистоћа акумулираних у алкохолу. Ово у великој мери зависи од квалитета претходних корака процеса (на пример реакција, уклањање алкохола).
Након уклањања масног алкохола, активна супстанца алкил полигликозида се директно раствара у води тако да се формира високо вискозна паста од 50 до 70 % алкил полигликозида. У наредним корацима рафинирања, ова паста се прерађује у производ задовољавајућег квалитета у складу са захтевима везаним за перформансе. Ови кораци рафинирања могу да обухватају бељење производа, прилагођавање карактеристика производа, као што су Пх 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 кораке процеса да се добију одређене карактеристике квалитета, као што је боја, зависе од захтева за перформансе, од полазних материјала, потребног ДП-а и квалитета корака процеса.
Слика 6 илуструје процес индустријске производње за дуголанчане алкил полигликозиде (Ц12/14 АПГ) директном синтезом)
Време објаве: 13.10.2020