| Summary: | FREITAS, A. V. Utilização de membranas de contato (Hollow fiber) para extração e re-extração de ácido capróico. 2016. 109 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. === Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-09-15T19:04:34Z
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Previous issue date: 2016-07-22 === Caproic acid or hexanoic acid has a wide range of applications in the pharmaceutical,
chemical and food industries. The utilization of a fermentative production route has been
studied as an alternative to petrochemical route, which relies on non-renewable resources. In
the fermentative route, it is essential to provide a continuous caproic acid extraction from the
biotic medium, because the accumulation of this acid inhibits microorganisms. In this study,
the extraction and re-extraction of caproic acid by contact membranes are investigated in
detail. This extraction system involves reactive and diffusive processes in two stages: i) the
extraction step, where caproic acid passes through selectivity to an extraction solution
(mineral oil + 3% trioctylphosphine (TOPO)); ii) the re-extraction step, where the caproic
acid passes through affinity to an alkaline solution (0.5M H3BO3, pH ≥ 9.0). This type of
extraction system has advantages over conventional liquid-liquid extraction of organic acids,
because the membrane has hydrophobic characteristics, and acts as a physical barrier, which
prevents the liquid phases dispersion. LIQUICEL two membranes are used (model 2.5 x 8.0
Extra-Flow), with surface area of 1.4 m², volume of the inner hull of 0.15 L (150 ml) and
volume of the outer hull of 0.40 L (400ml). Each membrane has 800 hollow fibers of
polypropylene (internal diameter 0.24 mm, length 15 cm, 0.03 mm thick wall and 0.03 mM of
pore size of the membrane with 40% porosity). The mass transfer rates of membrane system
were determined for different operating conditions from the effluent using a bioreactor and a
pure (caproic acid diluted in water) effluents. In these experiments the caproic acid
concentrations ranged between 0.1 and 2.5 g.L-1, which is a representative range for reactors
operated at pH 5.5. The flow rates of the acidic and alkaline solutions ranged from 9,2 a 219,4
m.d-1. During the assays, pH, and caproic acid concentrations were monitored. The
experiments using synthetic effluent showed that mass transfer rates in the extraction
membranes are 9,5 g.m-2.h-1, and achieved extraction efficiency of 96%. Using the bioreactor
effluent, the mass transfer rates were 3,67 g.m-2.h-1, and extraction effiency was 43%.
Additionally, from these tests, it is possible to observe that the extraction rates are directly
proportional to the liquid velocity in the external parts of the membranes. These results
confirm that the maximum rates of extraction and re-extraction of the contact membrane
system are in a feasible range to be used together with anaerobic reactors for producing
caproic acid. === Ácido Caproico, ou hexanóico, tem uma ampla gama de aplicações nas indústrias
farmacêutica, química e alimentícia. A utilização de uma via de produção fermentativa tem
sido estudada como uma alternativa à via petroquímica, que depende de recursos não
renováveis. Na via fermentativa é essencial um processo contínuo de extração de ácido
capróico a partir do meio biótico, uma vez que a acumulação deste ácido inibe a microbiota.
Neste trabalho, a extração e re-extração do ácido capróico por membranas de contato são
investigadas. O sistema de extração envolve processos difusivos e reativos e em duas etapas:
i) uma etapa de extração, em que o ácido capróico é transferido através de seletividade para a
solução de extração (óleo mineral + 3% de trioctilfosfina (TOPO)); ii) uma etapa de reextração,
na qual o ácido caproico passa para uma solução alcalina (0,5 M de ácido bórico
(H3BO3), pH ≥ 9,0) por afinidade. Este tipo de extração tem vantagens em relação à extração
líquido-líquido convencional de ácidos orgânicos, pois a membrana possui características
hidrofóbicas, que atua como uma barreira física impedindo a dispersão das fases líquidas.
São utilizadas duas membranas Liquicel (modelo 2,5 x 8,0 Extra-Flow), com área superficial
de 1,4 m², volume do casco interno de 0,15 L (15 0ml) e volume do casco externo de 0,40 L
(400 ml). Cada membrana possui 800 fibras ocas de polipropileno (com diâmetro interno de
0,24 mm, 15 cm de comprimento, 0,03 μm de espessura da parede e 0,03 μm de tamanho dos
poros da membrana com 40% de porosidade). As taxas de transferência de massa do sistema
de membrana foram determinadas para diferentes condições de funcionamento a partir de um
efluente oriundo de um biorreator e um efluente sintético (ácido capróico diluído em água).
Nestes experimentos as concentrações de ácido capróico variaram de 0,1 a 2,5 g/L, que é uma
faixa representativa para os reatores operados com pH 5,5. As vazões das soluções ácidas e
alcalinas variaram de 9,2 m.d-1 a 219,4 m.d-1. Durante os testes, o pH e as concentrações de
ácido capróico foram monitorados. Os experimentos utilizando solução pura mostram taxas
de transferência de massa máxima nas membranas de extração 9,5 g.m-2.h-1, com uma
eficiência de 96%. Utilizando o efluente oriundo de um biorreator essas taxas de transferência
de massa máxima foi 3,67 g.m-2.h-1, com uma eficiência de 43%. Adicionalmente, a partir
destes experimentos, é possível observar que as taxas de extração são diretamente
proporcionais à velocidade do líquido nas partes externas das membranas. Estes resultados
confirmam que as taxas máximas de extração e re-extração do sistema de membrana de
contato estão em uma faixa que pode viabilizar a utilização deste sistema em conjunto com
reatores anaeróbios que produzem ácido capróico.
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