ES2796555T3 - Procedimiento de purificación de la vainillina natural - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de purificación de la vainillina natural que comprende al menos una etapa en la que se evapora la vainillina natural.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de purificación de la vainillina natural
La presente invención se refiere a un procedimiento de purificación de la vainillina natural.
La vainillina se puede obtener por dos vías distintas:
• una vía denominada natural, basada en un procedimiento biotécnico que comprende en particular el cultivo de un microorganismo (hongos, bacterias, etc.) apto para permitir la biotransformación de un sustrato de fermentación en vainillina. Se conoce en particular del documento EP0885968 y del documento EP0761817, tal procedimiento, en el que el sustrato de fermentación es el ácido ferúlico. Este procedimiento lleva a la preparación de una vainillina denominada vainillina natural;
• una vía denominada sintética, que comprende reacciones químicas clásicas a partir del guaiacol que no hace intervenir microorganismos. Este procedimiento lleva a la preparación de una vainillina denominada vainillina sintética.
Actualmente, la vainillina natural, obtenida por la vía denominada natural, se purifica por extracción mediante un disolvente seguida de una cristalización. Este procedimiento lleva a una vainillina en límite de especificación: pureza media, coloreada, y a un rendimiento del orden del 90%. La etapa de cristalización tiene el inconveniente de necesitar el uso de disolventes orgánicos. El uso de tales disolventes, aunque autorizado, puede presentar inconvenientes desde un punto de vista toxicológico y/o medioambiental.
Ahora bien, actualmente, nadie es capaz de proporcionar un procedimiento de purificación de la vainillina natural que no necesite el uso de disolvente orgánico de cristalización.
Los documentos FR 2933974, CN 101417930, Converti et al. Braz. Journ. Microbiology, 2010, 41(3), 519-530, Chang et al. Phytochemistry 1998, 49(7), 2133-2136, CN 1112545, CN 102452912, US 6133003, US 5262315, US 5017388, Boddeker et al. Journ. Membrane Science 1997, 137(1), 155-158 describen procedimientos de preparación de vainillina de cualquier origen, pero ninguno de estos documentos describe el procedimiento de purificación según la presente invención.
Se conocen procedimientos de purificación de la vainillina sintética por destilación. Sin embargo, los flujos en final de procedimiento de preparación de la vainillina por vía natural o por vía sintética son bien distintos. El flujo en la salida del procedimiento de preparación de la vainillina natural comprende típicamente vainillina natural, alcohol vanílico y un disolvente, preferiblemente un disolvente alimentario, por ejemplo el acetato de etilo. Este flujo puede también comprender ácido vanílico, ácido ferúlico, guaiacol, ácido benzoico, dímeros y trímeros, derivados del guaiacol y agua. El flujo en la salida del procedimiento de preparación de la vainillina sintética comprende típicamente vainillina sintética, orto-vainillina, trímeros, guaiacol y DFG (diformaldehído guaiacol). La manera de aprehender estos diferentes flujos es por lo tanto distinta.
Un objetivo de la presente invención es por lo tanto proporcionar un procedimiento de purificación de la vainillina natural, en particular que no necesita el uso de disolvente.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento de purificación de la vainillina natural que sea de realización simple y que se pueda llevar a cabo de manera continua para ser compatible con procedimientos industriales. En particular, la presente invención busca la implantación de un procedimiento de purificación de la vainillina natural que lleva a un rendimiento superior al 90%, preferiblemente superior al 95%.
Otro objetivo más de la presente invención es proporcionar un procedimiento de purificación de la vainillina natural modulable que permite obtener, según las especificaciones buscadas:
• Una vainillina natural muy pura, por ejemplo de una pureza superior o igual al 99%; o
• Una vainillina natural de pureza menor, por ejemplo de pureza de 96 a 98,9% y que posee, de por la presencia de ciertas impurezas, propiedades organolépticas diferentes de aquellas de la vainillina natural muy pura y que se acercan a las propiedades organolépticas de la vainilla en rama. El procedimiento según la invención permite por lo tanto ventajosamente controlar el porcentaje de impurezas residuales y en particular aquellas que tienen una influencia positiva sobre la calidad organoléptica de la vainillina natural final.
La vainillina natural es un producto termosensible (en particular formación de trímeros por calentamiento de la vainillina), otro objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento de purificación que conserve todas las propiedades de la vainillina.
También sería ventajoso proporcionar un procedimiento de purificación de la vainillina natural más respetuoso con el medio ambiente y que permita obtener una vainillina natural muy pura y de color muy débil sin degradación de sus propiedades. Otros objetivos más aparecerán con la lectura de la descripción de la invención que sigue.
La vainillina natural, y obtenida por el procedimiento de la invención, es una sustancia aromatizante natural según el artículo 9.2.c) del reglamento CE1334/2008. Es decir una sustancia aromatizante obtenida mediante procedimientos físicos, enzimáticos o microbiológicos a partir de materias de origen vegetal, animal o microbiológico tal cual, o después de su transformación para el consumo humano mediante uno o varios procedimientos tradicionales de preparación de los productos alimentarios. Una sustancia aromatizante natural corresponde a una sustancia que está naturalmente presente y que se ha identificado en la naturaleza.
La invención se refiere por tanto a un método de purificación de vainillina natural que comprende al menos una etapa en la que se evapora la vainillina natural.
La Solicitante ha descubierto, sorprendentemente, que un nuevo procedimiento de purificación de vainillina natural permite obtener un producto de pureza superior o igual al 99% en peso y que tiene un color inferior o igual a 100 Hazen en disolución etanólica a 10% en peso.
Este procedimiento permite, cuando se aplica a una vainillina natural de partida que tiene un grado de pureza del 95 al 99% en peso, obtener una vainillina muy débilmente coloreada con un rendimiento superior o igual al 95% en peso con respecto a la cantidad inicial de vainillina presente en el producto de partida.
En el ámbito de la presente invención, se entiende por «procedimiento para producir vainillina natural» unos procedimientos para preparar vainillina por medios biotecnológicos. Tales procedimientos comprenden en particular el cultivo de un microorganismo apto para permitir la biotransformación de un sustrato de fermentación en vainillina. Se conoce en particular del documento EP0885968 y del documento EP0761817, tal procedimiento, en el que el sustrato de fermentación es el ácido ferúlico.
En el contexto de la presente invención, el término "vainillina natural" significa la vainillina obtenida por procedimientos de preparación como se definen anteriormente.
En el contexto de la presente invención, se entiende por «impurezas ultraligeras» o impurezas «ultraligeras» compuestos cuya volatilidad es superior a la de la vainillina natural en las condiciones de presión y temperatura consideradas. La relación entre la presión de vapor de los ultraligeros y la presión de vapor de la vainillina está entre 60 y 200 a 134°C (o a la temperatura de destilación). Entre las impurezas ultraligeras se puede citar el acetato de etilo.
Por impurezas «ligeras» o «light» se entienden compuestos cuya volatilidad relativa es intermedia entre la de los ultraligeros y la de la vainillina natural en las condiciones de presión y temperatura consideradas. Entre las impurezas ligeras se pueden mencionar el ácido benzoico y el guaiacol.
Por «impurezas pesadas» o los «pesados» se entienden compuestos cuya volatilidad relativa es más baja que la de la vainillina natural en las condiciones de presión y temperatura consideradas. La relación entre la presión de vapor de los pesados y la tensión de vapor de la vainillina está comprendida entre 0,3 y 0,7 a 150°C (o a la temperatura de destilación). Entre las impurezas pesadas, se pueden citar los dímeros, trímeros de vainillina (es decir, compuestos que tienen un esqueleto que tiene dos, respectivamente tres, grupos fenilo, escogiéndose ventajosamente los dímeros de entre los difenilmetanos), el alcohol vanílico, el ácido vanílico, el ácido ferúlico, los benzoatos , en particular benzoato de sodio, derivados de guaiacol, por ejemplo 4-metil guaiacol y 4-etil guaiacol.
De manera general, la volatilidad es la capacidad de una sustancia para evaporarse.
Un flujo resultante de un procedimiento de producción de vainillina natural, comprendiendo dicha corriente vainillina natural y al menos alcohol vanílico, puede ser purificada por destilación permitiendo la separación de la vainillina natural del alcohol vanílico.
Al final del procedimiento de preparación de vainillina natural, se obtiene un flujo líquido (F1) que comprende la vainillina natural, los ultraligeros, los ligeros y los pesados. En una realización particular los ultraligeros representan del 50 al 90% en peso del flujo (F1), los ligeros representan del 0,1 al 10% en peso del flujo (F1), los pesados representan del 0,1 al 15% en peso del flujo (F1), la vainillina natural representa del 5 al 35 % en peso del flujo (F1). Preferiblemente, los ultraligeros representan del 60 al 80% en peso del flujo (F1), los ligeros representan del 0,5 al 5% en peso del flujo (F1), los pesados representan del 1 al 10% en peso del flujo (F1), la vainillina natural representa del 10 al 30% en peso del flujo (F1).
La composición del flujo (F1) de partida se da a título indicativo y el procedimiento de purificación por destilación también es adecuado para mezclas que comprenden más o menos vainillina natural.
En una realización particular, el flujo (F1) comprende:
• de 5 a 35% en peso de vainillina natural, en particular de 10 a 30% en peso;
• de 0,05 a 10% en peso de alcohol vanílico, en particular de 0,1 a 5% en peso;
• de 0,0 a 2% en peso de ácido vanílico, en particular de 0,01 a 0,6% en peso;
• de 0,0 a 2% en peso de ácido ferúlico, en particular de 0,01 a 0,9% en peso;
• de 0,0 a 2% en peso de guaiacol , en particular de 0,01 a 0,6% en peso;
• de 0,0 a 5% en peso de dímeros y de trímeros, preferentemente de 0,05 a 5% en peso de dímeros y de trímeros, en particular de 0,1 a 5% en peso; siendo los dímeros y los trímeros unos compuestos que tienen un esqueleto que tiene respectivamente dos o tres grupos fenilo, escogiéndose ventajosamente los dímeros de entre los difenilmetanos;
• de 0,0 a 5% en peso de diversos compuestos orgánicos también biosintetizados (como por ejemplo 4-metil guaiacol, 4-etil guaiacol y/o 4-vinil guaiacol), preferiblemente de 0,01 a 5% en peso, en particular de 0,05 a 1% en peso;
• de 0,0 a 10% en peso de ácido benzoico, preferiblemente de 0,01 a 10% en peso de ácido benzoico, especialmente de 0,05 a 5% en peso;
• de 0,0 a 5% en peso de agua, preferentemente de 0,01 a 5% en peso de agua, especialmente de 0,05 a 3% en peso;
• siendo el complemento hasta 100% en peso un disolvente alimentario, por ejemplo acetato de etilo.
Preferiblemente, la presión de trabajo durante la destilación está comprendida entre 2 y 10 mbar, preferiblemente entre 3 y 6 mbar, por ejemplo es de 4 mbar.
En el contexto de la presente invención, se entiende por «presión de funcionamiento» la presión en la cabeza de la columna de destilación.
Ventajosamente, la pérdida de carga en la columna de destilación debe ser lo más baja posible. Preferiblemente, la pérdida de carga está comprendida entre 1 y 10 mbar, preferiblemente entre 2 y 8 mbar, por ejemplo, la pérdida de carga es de 3 o 4 mbar.
En el contexto de la presente invención, y salvo que se indique lo contrario, la expresión «comprendido entre x e y» incluye los valores x e y. En el contexto de la invención, esta expresión también significa “de x a y”.
En el procedimiento de purificación por destilación se utilizan una o más columnas de destilación.
Preferentemente, la o las columnas de destilación comprenden de 7 a 40 platos teóricos, preferentemente de 12 a 30 platos teóricos.
Ventajosamente, el procedimiento de purificación por destilación permite obtener una vainillina natural de pureza superior o igual al 96%, preferentemente superior o igual al 98%.
En una realización, el procedimiento de purificación por destilación permite obtener una vainillina natural muy pura, en particular de una pureza superior o igual al 99% y que contiene preferentemente menos de 1000 ppm de alcohol vanílico. Esta realización se puede obtener adaptando los parámetros de destilación.
En otra realización, el procedimiento de purificación por destilación permite obtener una vainillina natural de menor pureza, por ejemplo de una pureza del 96 al 98,9% y que comprende impurezas que confieren al flujo de vainillina natural obtenida propiedades organolépticas diferentes a las de la vainillina natural muy pura y próximas a las de vainilla en rama. En esta realización, el flujo final de vainillina natural puede comprender hasta un 3% en peso de impurezas. Entre las impurezas, se encuentran mayoritariamente alcohol vanílico, y los dímeros y/o trímeros, en particular los difenilmetanos, que pueden representar hasta un 1 % en peso del flujo, y minoritariamente ácido vanílico, guaiacol, ácido benzoico y compuestos orgánicos biosintetizados, que pueden estar presentes cada uno hasta 500 ppm en el flujo. Esta realización se puede obtener adaptando los parámetros de destilación.
En el ámbito del procedimiento de purificación por destilación, puede ocurrir una reacción química de trimerización de la vainillina que afecta el rendimiento en vainillina.
El procedimiento de purificación de la vainillina natural por destilación se puede llevar a cabo de diferentes formas:
• por destilación discontinua;
• por destilación continua; o
• por destilación continua en una columna de pared divisoria («Divided Wall Column» - DWC).
Destilación discontinua
En una realización, el procedimiento de purificación por destilación se lleva a cabo mediante destilación discontinua. El procedimiento comprende entonces diferentes operaciones unitarias de destilación que permiten la separación de manera distinta de los ultraligeros, de los ligeros, de la vainillina y de los pesados.
En el procedimiento discontinuo, el flujo (F1) se carga en una columna de destilación. El procedimiento permite recuperar:
• en una primera fracción los ultraligeros;
• en una segunda fracción, los ligeros que pueden comprender eventualmente vainillina natural en baja concentración;
• en una tercera fracción, el flujo que comprende vainillina natural; y
• en el pelete de destilación, los pesados que pueden comprender eventualmente vainillina natural en baja concentración.
En esta realización, se entiende por «baja concentración» una concentración preferentemente como máximo del 10%, preferentemente como máximo del 5%, por ejemplo como máximo del 3% en peso con respecto al peso total de la fracción.
La primera, segunda y tercera fracciones pueden recuperarse ventajosamente por condensación utilizando dispositivos convencionales conocidos por el experto en la materia.
El experto en la materia es perfectamente capaz de fijar los parámetros de destilación tales como, en particular, el diámetro de la columna, la altura de la columna y el relleno. Se recuerda simplemente lo siguiente. El tamaño (en particular el diámetro) de las columnas de destilación depende del flujo circulante y de la presión interna. Por lo tanto, su dimensionamiento se hará principalmente en función del flujo de la mezcla a tratar. Se precisa que la columna se puede ser rellena indiferentemente con bandejas o con relleno ordenado o tejido, como se conoce perfectamente por el experto en la materia. Una vez determinada la instalación, el experto en la materia ajusta los parámetros de funcionamiento de la columna.
Preferentemente, la columna de destilación comprende de 7 a 30 platos teóricos, preferentemente de 5 a 15 platos teóricos, por ejemplo de 7 a 10 platos teóricos.
Preferiblemente, el relleno de la columna es un relleno tejido con una superficie de 400 a 600 m2/m3.
Este procedimiento de destilación permite obtener vainillina natural con un rendimiento del 90% al 95%, preferentemente del 90% al 93%.
En una realización, el procedimiento de purificación por destilación permite obtener una vainillina natural muy pura, en particular de una pureza superior o igual al 99% y que contiene preferentemente menos de 1000 ppm de alcohol vainílico.
En otra realización, el procedimiento de purificación por destilación permite obtener una vainillina natural de menor pureza, por ejemplo de una pureza del 96 al 98,9% y que comprende impurezas que confieren al flujo de vainillina natural obtenida propiedades organolépticas diferentes a las de la vainillina natural muy pura y próximas a las de vainilla en rama. En esta realización, el flujo final de vainillina natural puede comprender hasta un 3% en peso de impurezas. Entre las impurezas, se encuentran mayoritariamente alcohol vanílico, y los dímeros y/o trímeros, en particular los difenilmetanos, que pueden representar hasta un 1 % en peso del flujo, y minoritariamente ácido vanílico, guaiacol, ácido benzoico y compuestos orgánicos biosintetizados, que pueden estar presentes cada uno hasta 500 ppm en el flujo.
Destilación continua
En una realización, el procedimiento de purificación por destilación se lleva a cabo mediante destilación continua.
Separación de cabezas / separación de cola
En una realización particular, el procedimiento llevado a cabo por destilación continua comprende las siguientes etapas:
a) en una primera etapa, el flujo (F1) se trata para eliminar los ultraligeros (flujo (F11)) que contiene y más particularmente el acetato de etilo, comprendiendo el flujo así obtenido vainillina natural, ligeros y pesados se denomina flujo (F2);
b) en una segunda etapa, el flujo (F2) se alimenta a una primera columna de destilación, lo que permite recuperar en la cabeza de destilación un flujo (F12) que comprende ligeros y que comprende eventualmente una baja concentración de vainillina natural, y en el fondo de la destilación un flujo (F13) que comprende vainillina natural y pesados, y que comprende eventualmente una baja concentración de ligeros;
c) el flujo (F13) se alimenta de forma continua a una segunda columna de destilación que permite recuperar un flujo (F14) en la cabeza de destilación que comprende vainillina natural, y en el fondo de la destilación un flujo (F15) que comprende pesados y eventualmente una baja concentración de vainillina natural.
El experto en la materia es perfectamente capaz de fijar los parámetros de destilación tales como, en particular, el diámetro de la columna, la altura de la columna y el relleno. Se recuerda simplemente lo siguiente. El tamaño (en particular el diámetro) de las columnas de destilación depende del flujo circulante y de la presión interna. Por lo tanto, su dimensionamiento se hará principalmente en función del flujo de la mezcla a tratar. Se precisa que la columna se puede ser rellena indiferentemente con bandejas o con relleno ordenado o tejido, como se conoce perfectamente por el experto en la materia. Una vez determinada la instalación, el experto en la materia ajusta los parámetros de funcionamiento de la columna.
En esta realización, se entiende por «baja concentración» una concentración preferentemente como máximo del 5%, preferentemente como máximo del 3%, por ejemplo como máximo del 2% en peso con respecto al peso total de la fracción.
Según una realización preferida del esquema separación de cabezas/separación de colas, al menos una parte del flujo (F15) se mezcla con el flujo (F14) para poder hacer variar la composición final de un flujo de vainillina natural purificada.
Preferiblemente, el flujo (F12) a la cabeza de la destilación en la etapa b) comprende los ligeros, y en particular ácido benzoico, guaiacol y opcionalmente una baja concentración de vainillina natural.
Preferentemente, la columna de destilación de la etapa b) comprende de 20 a 35 platos teóricos, preferentemente de 23 a 30 platos teóricos. La columna de destilación de la etapa b) comprende en particular de 8 a 15 platos teóricos para la sección de concentración y de 12 a 20 platos teóricos para la sección de agotamiento, preferentemente de 10 a 13 platos teóricos para la sección de concentración y de 13 a 17 platos teóricos para la sección de agotamiento.
La columna de destilación de la etapa b) puede ser una columna de destilación equipada con un relleno ordenado sobre una altura de 2x2600 mm a 2x3000 mm (2600 mm a 3000 mm para cada una de las secciones de concentración y de agotamiento). El relleno de la columna es preferiblemente un relleno tejido debido a las muy bajas presiones de realización.
En la columna de la etapa b), la presión de trabajo está preferentemente comprendida entre 2 y 10 mbar, preferentemente entre 3 y 6 mbar. La pérdida de carga es preferentemente de 1 a 10 mbar, preferentemente de 1 a 8 mbar. Durante la etapa b) la tasa de reflujo está comprendida entre 10 y 30, preferiblemente entre 15 y 25.
La tasa de reflujo se define con respecto al flujo de material reinyectado desde la cabeza de la columna hacia el interior de la columna (es decir, el caudal de reflujo) y del flujo que sale realmente de la cabeza de la columna.
El punto de alimentación del flujo (F2) se escoge de manera conocida por el experto en la materia, se escoge en particular de modo que se eviten los retromezclados. Preferiblemente, el punto de alimentación se encuentra en la parte superior de la sección de agotamiento.
La relación de flujo de destilación (caudal del flujo (F12)) sobre el caudal de alimentación (caudal de flujo (F2)) es preferentemente de 0,05 a 0,5.
El caudal de reflujo es preferentemente de 1,4 a 3 veces el caudal de alimentación, por ejemplo, es 2 veces el caudal de alimentación.
Preferiblemente durante la etapa b), la temperatura del fondo de la columna está comprendida entre 100°C y 160°C, en particular entre 120°C y 150°C. Preferiblemente durante la etapa b) la temperatura en la cabeza de la columna está comprendida entre 80°C y 120°C, preferiblemente entre 90°C y 110°C.
El tiempo de estancia de la vainillina en el fondo de la columna de la etapa b) está comprendido entre 30 minutos y 5 horas, es por ejemplo de 3 horas.
La destilación se inicia ajustando el caudal de flujo (F12) para mantener una temperatura sensible de preferiblemente 100 a 160°C. La diferencia de temperatura entre la parte superior (temperatura de vapores) y la parte inferior (temperatura del líquido) está preferentemente comprendida entre 35 y 45°C.
Para llevar a cabo la destilación de la etapa b), el aporte de calorías en el fondo de la columna se puede llevar a cabo en particular mediante una caldera de película descendente o de película rascada, mediante un intercambiador tubularcalandra calentado con vapor o mediante un fluido caloportador, mediante serpentines de calentamiento alimentados con vapor o con un fluido caloportador, o por cualquier otro dispositivo equivalente, preferiblemente con un fluido caloportador. Preferentemente, la energía para la destilación está proporcionada por una caldera de tipo de película descendente, un tubo y calandra de circulación forzada o un tubo y calandra de termosifón.
El flujo (F13) del fondo de la columna al final de la etapa b) se envía hacia la columna de destilación de la etapa c) también denominada columna de separación de colas.
Preferiblemente, la columna de la etapa c) comprende de 10 a 30 platos teóricos, preferiblemente de 15 a 25 platos teóricos. La columna de destilación de la etapa c) comprende en particular de 4 a 14 platos teóricos para la sección de agotamiento y de 6 a 16 platos teóricos para la sección de concentración.
Preferiblemente, la columna de la etapa c) está equipada, por ejemplo, con un relleno ordenado tejido. El punto de entrada del flujo (F13) se encuentra entre el quinto y el decimoquinto plato teórico partiendo del fondo de la columna de destilación.
En la columna de la etapa c), la presión de trabajo está preferentemente comprendida entre 2 y 10 mbar, preferentemente entre 3 y 6 mbar, por ejemplo 4 mbar. La pérdida de carga es preferiblemente de 1 a 10 mbar, preferiblemente de 1 a 8 mbar, por ejemplo es de 4 mbar. Durante la etapa c) la tasa de reflujo está comprendida entre 2 y 10, preferiblemente entre 2,5 y 6, y es por ejemplo de 3.
La tasa del caudal de destilación (caudal del flujo (F14)) sobre el caudal de alimentación (caudal de flujo (F2)) es preferentemente de 0,5 a 0,95.
El caudal de reflujo es preferentemente de 1,4 a 3 veces el caudal de alimentación, por ejemplo, es 2 veces el caudal de alimentación.
Preferiblemente:
• el caudal de flujo (F1) es de 150 a 220 kg/h;
• el caudal de flujo (F11) es de 100 a 180 kg/h;
• el caudal de flujo (F2) es de 40 a 55 kg/h;
• el caudal de flujo (F12) es de 3 a 6 kg/h;
• el caudal de flujo (F13) es de 34 a 52 kg/h;
• el caudal de flujo (F14) es de 20 a 60 kg/h;
Preferiblemente durante la etapa c), la temperatura del fondo de la columna está comprendida entre 160°C y 200°C, en particular entre 170°C y 190°C. Preferiblemente durante la etapa c) la temperatura en la cabeza de la columna está comprendida entre 100°C y 160°C, preferiblemente entre 110°C y 140°C.
El tiempo de estanca de la vainillina en el fondo de la columna de la etapa c) está comprendido entre 15 minutos y 15 horas, preferentemente entre 30 minutos y 15 horas, más preferentemente entre 7 y 15 horas. Para reducir este tiempo de estancia entre 15 minutos y 8 horas y limitar la degradación de la vainillina natural, que es termosensible, puede ser ventajoso añadir en el fondo de la columna un cuerpo muerto. Los cuerpos muertos son bien conocidos por el experto en la materia, pueden consistir en particular en bolas de vidrio.
Para llevar a cabo la destilación de la etapa c), el aporte de calorías en el fondo de la columna se puede llevar a cabo en particular mediante una caldera de película descendente o de película rascada, mediante un intercambiador tubularcalandra calentado con vapor o mediante un fluido caloportador, mediante serpentines de calentamiento alimentados con vapor o con un fluido caloportador, o por cualquier otro dispositivo equivalente, preferiblemente con un fluido caloportador. Preferiblemente, la energía para la destilación es suministrada por un tubos y calandra forzada o un intercambiador raspado.
En una realización, el procedimiento de purificación por destilación permite obtener una vainillina natural muy pura, en particular de una pureza superior o igual al 99% y que contiene preferentemente menos de 1000 ppm de alcohol vanílico. Esta realización se puede obtener adaptando los parámetros de destilación, en particular la relación del caudal de destilación (F14) y del caudal de alimentación (F2) está comprendida entonces preferentemente entre 0,67 y 0,734.
En otra realización, el procedimiento de purificación por destilación permite obtener una vainillina natural de menor pureza, por ejemplo de una pureza del 96 al 98,9% y que comprende impurezas que confieren al flujo de vainillina natural obtenida propiedades organolépticas diferentes a las de la vainillina natural muy pura y próximas a las de vainilla en rama. En esta realización, el flujo final de vainillina natural puede comprender hasta un 3% en peso de impurezas. Entre las impurezas, se encuentran mayoritariamente alcohol vanílico, y los dímeros y/o trímeros, en particular los difenilmetanos, que pueden representar hasta un 1 % en peso del flujo, y minoritariamente ácido vanílico, guaiacol, ácido benzoico y compuestos orgánicos biosintetizados, que pueden estar presentes cada uno hasta 500 ppm en el flujo. Esta realización se puede obtener adaptando los parámetros de destilación, en particular la relación del caudal de destilación (F14) y del caudal de alimentación (F2) está comprendida entonces preferentemente entre 0,735 y 0,8.
Un dispositivo para llevar a cabo este procedimiento de purificación por destilación comprende:
• un primer dispositivo de separación (1) de los ultraligeros, en particular el acetato de etilo, de un flujo (F1) que entra en dicho primer dispositivo, siendo este primer dispositivo en particular un intercambiador de película descendente o un reactor encamisado;
• Un medio para conectar el primer dispositivo a una primera columna de destilación (2) para transferir el flujo que sale del primer dispositivo (F2) hacia la entrada de dicha primera columna;
• una primera columna de destilación (2) de separación, por un lado, de los ligeros y, por otro lado, de la vainillina natural y de los pesados, comprendiendo dicha primera columna una entrada de flujo (F2) procedente del primer dispositivo y una salida en la cabeza de la columna que comprende los ligeros (F12), y una salida en el fondo de columna que comprende la vainillina natural y los pesados (F13);
• Un medio para conectar la primera columna a una segunda columna de destilación (3) para transferir el flujo que sale del fondo de la primera columna hacia la entrada de dicha segunda columna;
• una segunda columna de destilación (3) para separar, por un lado, la vainillina natural y por otro lado los pesados, comprendiendo dicha segunda columna una entrada para una flujo (F13) de la primera columna y una salida en la cabeza de la columna que comprende la vainillina natural (F14), y una salida en la parte inferior de la columna que comprende los pesados (F15).
El dispositivo también puede contener una bomba (4) que permite transferir el flujo procedente del primer dispositivo hacia la primera columna de destilación.
El dispositivo también puede contener un condensador conectado a una de las salidas del primer dispositivo y que permite recuperar los ultraligeros, y/o un condensador conectado a la cabeza de la columna (2) que permite recuperar los ligeros, y/o un condensador conectado a la cabeza de columna (3) que permite recuperar la vainillina natural.
Las características relativas al primer dispositivo y a las columnas de destilación se especifican anteriormente.
Separación de colas/separación de cabezas
En una realización particular, el procedimiento llevado a cabo por destilación continua comprende las siguientes etapas:
a) en una primera etapa, el flujo (F1) se trata para eliminar los ultraligeros (flujo (F11)) que contiene y más particularmente el acetato de etilo, comprendiendo el flujo así obtenido vainillina natural, pesados y ligeros se denomina flujo (F2);
b) en una segunda etapa, el flujo (F2) se alimenta a una primera columna de destilación, lo que permite recuperar en la cabeza de destilación un flujo (F22) que comprende los ligeros y la vainillina natural y eventualmente una baja concentración de pesados, y en el fondo de la destilación un flujo (F23) que comprende los pesados, en particular alcohol vanílico, y eventualmente una baja concentración de vainillina natural;
c) el flujo (F22) se alimenta de forma continua a una segunda columna de destilación que permite recuperar un flujo (F24) en la cabeza de destilación que comprende los ligeros y eventualmente una baja concentración de vainillina natural, y en el fondo de destilación, un flujo (F25) que comprende vainillina natural y eventualmente una baja concentración de ligeros y/o de pesados.
En esta realización, se entiende por «baja concentración» una concentración preferentemente como máximo del 10%, preferentemente como máximo del 5%, por ejemplo como máximo del 3% en peso con respecto al peso total de la fracción.
Según una realización preferida del esquema separación de colas/separación de cabezas, al menos una parte del flujo (F23) se mezcla con el flujo (F25) para poder hacer variar la composición final de un flujo de vainillina natural purificada.
Preferiblemente, el flujo (F22) en la cabeza de destilación en la etapa (b) comprende los ligeros, en particular ácido benzoico, guaiacol; vainillina natural y eventualmente una baja concentración de pesados. En el fondo de la destilación (F23) se encuentran los pesados, en particular el alcohol vanílico y eventualmente una baja concentración de vainillina natural.
El experto en la materia es perfectamente capaz de fijar los parámetros de destilación tales como, en particular, el diámetro de la columna, la altura de la columna y el relleno. Se recuerda simplemente lo siguiente. El tamaño (en particular el diámetro) de las columnas de destilación depende del flujo circulante y de la presión interna. Por lo tanto, su dimensionamiento se hará principalmente en función del flujo de la mezcla a tratar. Se precisa que la columna se puede ser rellena indiferentemente con bandejas o con relleno ordenado o tejido, como se conoce perfectamente por el experto en la materia. Una vez determinada la instalación, el experto en la materia ajusta los parámetros de funcionamiento de la columna.
Preferiblemente, la columna de la etapa b) comprende de 10 a 30 platos teóricos, preferiblemente de 15 a 25 platos teóricos. La columna de destilación de la etapa b) comprende en particular de 4 a 14 platos teóricos para la sección de agotamiento y de 6 a 16 platos teóricos para la sección de concentración.
Preferiblemente, la columna de la etapa b) está equipada, por ejemplo, con un relleno ordenado tejido. El punto de entrada del flujo (F2) se encuentra entre el quinto y el decimoquinto plato teórico partiendo del fondo.
En la columna de la etapa b), la presión de trabajo está preferentemente comprendida entre 2 y 10 mbar, preferentemente entre 3 y 6 mbar, por ejemplo 4 mbar. La pérdida de carga es preferiblemente de 1 a 10 mbar, preferiblemente de 1 a 8 mbar, por ejemplo es de 4 mbar. Durante la etapa b) la tasa de reflujo está comprendida entre 2 y 10, preferiblemente entre 2,5 y 6, y es por ejemplo de 3.
La tasa del caudal de destilación (caudal del flujo (F22)) sobre el caudal de alimentación (caudal de flujo (F2)) es preferentemente de 0,5 a 0,95.
El caudal de reflujo es preferentemente de 1,4 a 3 veces el caudal de alimentación, por ejemplo, es 2 veces el caudal de alimentación.
Preferiblemente durante la etapa b), la temperatura del fondo de la columna está comprendida entre 160°C y 200°C, en particular entre 170°C y 190°C. Preferiblemente durante la etapa b) la temperatura en la cabeza de la columna está comprendida entre 100°C y 160°C, preferiblemente entre 110°C y 140°C.
El tiempo de estanca de la vainillina en el fondo de la columna de la etapa b) está comprendido entre 15 minutos y 15 horas, preferentemente entre 30 minutos y 15 horas y de manera más preferida entre 7 y 15 horas. Para reducir este tiempo de estancia entre 15 minutos y 8 horas y limitar la degradación de la vainillina natural, que es termosensible, puede ser ventajoso añadir en el fondo de la columna un cuerpo muerto. Los cuerpos muertos son bien conocidos por el experto en la materia, pueden consistir en particular en bolas de vidrio.
Para llevar a cabo la destilación de la etapa b), el aporte de calorías en el fondo de la columna se puede llevar a cabo en particular mediante una caldera de película descendente o de película rascada, mediante un intercambiador tubularcalandra calentado con vapor o mediante un fluido caloportador, mediante serpentines de calentamiento alimentados con vapor o con un fluido caloportador, o por cualquier otro dispositivo equivalente, preferiblemente con un fluido caloportador. Preferiblemente, la energía para la destilación es suministrada por un tubos y calandra forzada o un intercambiador raspado.
El flujo (F22) en cabeza de columna al final de la etapa b) se envía hacia la columna de destilación de la etapa c) también denominada columna de separación de cabezas. Este flujo puede ser enviado en forma líquida, siendo los vapores que provienen de la columna de la etapa b) totalmente condensados con la ayuda de un condensador, o en forma de vapor, siendo los vapores que provienen de la columna de la etapa b) parcialmente condensados con la ayuda de un condensador parcial. Preferiblemente, el flujo (F22) se envía hacia la columna de destilación de la etapa c) en fase vapor. Esto permite ventajosamente un ahorro directo de vapor vivo para la columna de destilación de la etapa c). Así, la presión de trabajo de la columna de destilación de la etapa b) debe ser mayor que la de la columna de destilación de la etapa c), y se coloca un condensador parcial entre la columna de destilación de la etapa b) y la de la etapa c). El condensador parcial puede ser cualquier tipo de condensador conocido por el experto en la materia, por ejemplo puede ser un condensador de tipo tubos y calandra.
Preferiblemente, el flujo (F24) en la cabeza de destilación de la etapa c) comprende los ligeros, en particular ácido benzoico y guaiacol, y eventualmente vainillina natural en baja concentración.
Preferentemente, la columna de destilación de la etapa c) comprende de 20 a 35 platos teóricos, preferentemente de 23 a 30 platos teóricos. La columna de destilación de la etapa b) comprende en particular de 8 a 15 platos teóricos para la sección de concentración y de 12 a 20 platos teóricos para la sección de agotamiento, preferentemente de 10 a 13 platos teóricos para la sección de concentración y de 13 a 17 platos teóricos para la sección de agotamiento. La columna de destilación c) puede ser una columna de destilación equipada con un relleno ordenado sobre una altura de 2x2600 mm a 2x3000 mm (2600 a 3000 mm para cada una de las secciones de agotamiento y de concentración). El relleno de la columna es preferiblemente un relleno tejido debido a las muy bajas presiones de realización.
En la columna de la etapa c), la presión de trabajo está preferentemente comprendida entre 2 y 10 mbar, preferentemente entre 3 y 6 mbar, por ejemplo 4 mbar. La pérdida de carga es preferiblemente de 1 a 10 mbar, preferiblemente de 1 a 8 mbar, por ejemplo es de 4 mbar. Durante la etapa c) la tasa de reflujo está comprendida entre 10 y 30, preferiblemente entre 15 y 25, y es por ejemplo de 20.
El punto de alimentación del flujo (F22) se escoge de manera conocida por el experto en la materia, se escoge en particular de modo que se eviten los retromezclados. Preferiblemente, el punto de alimentación se encuentra en la parte superior de la sección de agotamiento.
La relación de flujo de destilación (caudal del flujo (F24)) sobre el caudal de alimentación (caudal de flujo (F2)) es preferentemente de 0,05 a 0,5.
El caudal de reflujo es preferentemente de 1,4 a 3 veces el caudal de alimentación, por ejemplo, es 2 veces el caudal de alimentación.
Preferiblemente durante la etapa c), la temperatura del fondo de la columna está comprendida entre 100°C y 160°C, en particular entre 120°C y 150°C. Preferiblemente durante la etapa c) la temperatura en la cabeza de la columna está comprendida entre 80°C y 120°C, preferiblemente entre 90°C y 110°C.
El tiempo de estancia de la vainillina en el fondo de la columna de la etapa c) está comprendido entre 30 minutos y 5 horas, es por ejemplo de 3 horas.
La destilación se inicia ajustando el caudal de flujo (F22) para mantener una temperatura sensible de 100 a 160°C. La diferencia de temperatura entre la parte superior (temperatura de vapores) y la parte inferior (temperatura del líquido) está comprendida entre 35 y 45°C.
Para llevar a cabo la destilación de la etapa c), el aporte de calorías en el fondo de la columna se puede llevar a cabo en particular mediante una caldera de película descendente o de película rascada, mediante un intercambiador tubularcalandra calentado con vapor o mediante un fluido caloportador, mediante serpentines de calentamiento alimentados con vapor o con un fluido caloportador, o por cualquier otro dispositivo equivalente, preferiblemente con un fluido caloportador. Preferentemente, la energía para la destilación está proporcionada por una caldera de tipo de película descendente, un tubo y calandra de circulación forzada o un tubo y calandra de termosifón.
Preferiblemente:
• el caudal de flujo (F1) es de 150 a 220 kg/h;
• el caudal de flujo (F11) es de 100 a 180 kg/h;
• el caudal de flujo (F2) es de 40 a 55 kg/h;
• el caudal de flujo (F22) es de 33 a 52 kg/h;
• el caudal de flujo (F23) es de 7 a 17 kg/h;
• el caudal de flujo (F25) es de 20 a 60 kg/h;
En una realización, el procedimiento de purificación por destilación permite obtener una vainillina natural muy pura, en particular de una pureza superior o igual al 99% y que contiene preferentemente menos de 1000 ppm de alcohol vanílico. Esta realización se puede obtener adaptando los parámetros de destilación, en particular la relación del caudal de destilación (F24) y del caudal de alimentación (F2) está comprendida entonces preferentemente entre 0,06 y 0,083.
En otra realización, el procedimiento de purificación por destilación permite obtener una vainillina natural de menor pureza, por ejemplo de una pureza del 96 al 98,9% y que comprende impurezas que confieren al flujo de vainillina natural obtenida propiedades organolépticas diferentes a las de la vainillina natural muy pura y próximas a las de vainilla en rama. En esta realización, el flujo final de vainillina natural puede comprender hasta un 3% en peso de impurezas. Entre las impurezas, se encuentran mayoritariamente alcohol vanílico, y los dímeros y/o trímeros, en particular los difenilmetanos, que pueden representar hasta un 1 % en peso del flujo, y minoritariamente ácido vanílico, guaiacol, ácido benzoico y compuestos orgánicos biosintetizados, que pueden estar presentes cada uno hasta 500 ppm en el flujo. Esta realización se puede obtener adaptando los parámetros de destilación, en particular la relación del caudal de destilación (F24) y del caudal de alimentación (F2) está comprendida entonces preferentemente entre 0,084 y 0,1.
Un dispositivo para llevar a cabo este procedimiento de purificación por destilación comprende:
• un primer dispositivo (1) de separación de los ultraligeros, en particular el acetato de etilo, de un flujo (F1) que entra en dicho primer dispositivo, siendo este primer dispositivo en particular un intercambiador de película descendente o un reactor encamisado;
• Un medio para conectar el primer dispositivo a una primera columna de destilación (5) para transferir el flujo (F2) que sale del primer dispositivo hacia la entrada de dicha primera columna;
• una primera columna de destilación (5) para separar por un lado los ligeros y la vainillina, y por otro lado los pesados, comprendiendo dicha primera columna una entrada de flujo (F2) que proviene del primer dispositivo y una salida en cabeza de la columna que comprende los ligeros y la vainillina natural (F22), y una salida en la parte inferior de la columna que comprende los pesados (F23);
• un medio para conectar la primera columna a una segunda columna de destilación (6) para transferir el flujo (F22) que sale de la cabeza de la primera columna hacia la entrada de la segunda columna;
• una segunda columna de destilación (6) para separar, por un lado, la vainillina natural y por otro lado los ligeros, comprendiendo dicha segunda columna una entrada para un flujo (F22) que proviene de la primera columna y una salida en la cabeza de la columna que comprende los ligeros (F24), y una salida en la parte inferior de la columna que comprende la vainillina natural (F25).
El dispositivo también puede contener una bomba (4) que permite transferir el flujo procedente del primer dispositivo hacia la primera columna de destilación.
El dispositivo también puede contener un condensador conectado a una de las salidas del primer dispositivo y que permite recuperar los ultraligeros, y/o un condensador conectado a la cabeza de la columna (6) que permite recuperar los ligeros.
En el caso en el que el flujo de entrada de la segunda columna de destilación se introduzca en fase vapor, el dispositivo comprende además un condensador parcial que conecta la cabeza de columna de la primera columna (5) y el punto de alimentación de la segunda columna (6).
En el caso en el que el flujo de entrada de la segunda columna de destilación se introduzca en fase líquida, el dispositivo comprende además un condensador que conecta la cabeza de columna de la primera columna (5) y el punto de alimentación de la segunda columna (6).
Las características relativas al primer dispositivo, el condensador y a las columnas de destilación se especifican anteriormente.
La realización que comprende el uso de un condensador parcial permite un importante ahorro energético, particularmente en el contexto de una producción importante.
Destilación continua por columna de pared divisoria (o DWC)
En una realización, el procedimiento de purificación por destilación se lleva a cabo mediante destilación continua con la ayuda de una columna de pared divisoria.
El procedimiento llevado a cabo por destilación continua por columna de pared divisoria comprende las siguientes etapas:
a) en una primera etapa, el flujo (F1) se trata para eliminar los ultraligeros (flujo (F11)) que contiene y más particularmente el acetato de etilo, comprendiendo el flujo resultante la vainillina natural, los ligeros y los pesados así obtenido se denomina flujo (F2);
b) en un segundo etapa, el flujo (F2) se alimenta a una columna de pared divisoria que permite recuperar en la parte superior de la columna un flujo (F32) que comprende los ligeros y eventualmente una baja concentración de vainillina natural, en la parte inferior de la columna un flujo (F34) que comprende los pesados, y en particular el alcohol vanílico, y eventualmente una baja concentración de vainillina natural, siendo la vainillina recuperada en forma de flujo (F33) por extracción lateral, pudiendo comprender eventualmente este flujo una baja concentración de ligeros y/o de pesados.
En esta realización, se entiende por «baja concentración» una concentración preferentemente como máximo del 10%, preferentemente como máximo del 5%, por ejemplo como máximo del 3% en peso con respecto al peso total de la fracción.
La extracción lateral se puede llevar a cabo en fase líquida y/o en fase de vapor. Esto se puede llevar a cabo mediante cualquier método conocido por el experto en la materia. Por ejemplo:
• en fase líquida, un tampón de relleno puede ser reemplazado por un tanque de recuperación de desbordamiento;
• en fase de vapor, por una unión con un condensador lateral cuya presión de ventilación está en equilibrio con la presión de cabeza;
De manera ventajosa, la extracción lateral en fase de vapor evita arrastrar los pesados en el flujo de vainillina natural obtenida.
Ventajosamente, la extracción lateral en fase líquida permite un ahorro energético ya que la extracción de entalpía es mucho menos importante que una extracción en fase de vapor.
La extracción en fase de vapor permite ventajosamente aumentar la pureza de la vainillina obtenida. La extracción en fase líquida permite, por su parte, de manera ventajosa, conservar las impurezas en el flujo de vainillina natural final, lo que permite obtener así diferentes propiedades organolépticas.
De manera ventajosa, el procedimiento de purificación por destilación puede comprender dos extracciones laterales simultáneas, una extracción lateral en líquido y una extracción lateral en fase de vapor. Esto permite, en una sola etapa de destilación, recoger flujos de vainillina natural de diferente pureza y por lo tanto que poseen diferentes propiedades organolépticas.
En el contexto de la purificación por destilación, se entiende por columna de pared divisoria una columna de destilación que comprende un segmento de separación interna vertical que separa la columna en dos media-columnas de geometría y volumen independientes entre sí, una media-columna primaria en la que tiene lugar la alimentación del flujo (F2), y una media-columna secundaria en la que tiene lugar la extracción del flujo (F34), las dos media-columnas se comunican entre sí, no yendo el segmento de separación de un extremo al otro de la columna .
Preferentemente, la columna de pared divisoria es tal que la media-columna primaria comprende entre 18 y 30 platos teóricos, preferentemente entre 25 y 30 platos teóricos, por ejemplo 27 platos teóricos; y la media-columna secundaria comprende entre 18 y 25 platos teóricos, preferentemente entre 20 y 25 platos teóricos, por ejemplo 23 platos teóricos. Preferiblemente, la media-columna primaria comprende de 10 a 20 platos teóricos para la sección de agotamiento, y de 8 a 10 platos teóricos para la sección de concentración. Preferiblemente, la media-columna secundaria comprende de 10 a 20 platos teóricos por encima del punto de extracción lateral en fase de vapor, y de 10 a 15 platos teóricos por debajo del punto de extracción en fase de vapor. La extracción de la fase líquida es de 1 a 4 platos por debajo de la extracción de la fase de vapor.
Preferiblemente, la presión de trabajo de la columna de pared divisoria está comprendida entre 2 y 10 mbar, preferiblemente entre 3 y 6 mbar, por ejemplo 4 mbar. La pérdida de carga debe ser preferentemente idéntica en cada una de las dos media-columnas que forman la columna de pared divisoria, para ello se adapta el diámetro de cada media-columna. La pérdida de carga en cada media-columna es de 0,5 a 2,5 mbar.
La tasa de reflujo en cada media-columna de la columna de pared divisoria, idéntica o diferente, está preferentemente comprendida entre 2 y 10, preferentemente entre 2,7 y 6.
Preferiblemente, la alimentación del flujo (F2) tiene lugar entre el décimo y el vigésimo plato teórico de la mediacolumna primaria, contándose los platos desde abajo hacia arriba. La vainillina se extrae en el lateral de la columna de pared divisoria preferiblemente entre el cuarto y el decimoquinto plato teórico de la media-columna secundaria, contándose los platos desde abajo hacia arriba.
Preferentemente, el segmento de separación comprende un orificio que permite el paso de un flujo enriquecido en vainillina desde la media-columna primaria hacia la media-columna secundaria. El orificio está preferentemente situado al menos dos platos teóricos por encima de la alimentación con respecto a la media-columna primaria, preferentemente está entre 2 y 5 platos por encima de la alimentación, contándose los platos con respecto a la media-columna primaria. El tamaño del orificio se determina para dejar parar un flujo enriquecido en vainillina y pobre en ligeros, el tamaño del orificio se puede determinar por el experto en la materia. Es preferiblemente de 5 a 20 mm, por ejemplo de 8 a 15 mm, en particular tiene aproximadamente 10 mm de ancho sobre la anchura del segmento de separación.
El tiempo de estancia en el fondo de la columna es preferentemente de 30 minutos a 13 horas, por ejemplo 8 horas. Para reducir este tiempo de estancia entre 1 y 7 horas y limitar la degradación de la vainillina natural, que es termosensible, puede ser ventajoso añadir en el fondo de la columna un cuerpo muerto. Los cuerpos muertos son bien conocidos por el experto en la materia, pueden consistir en particular en bolas de vidrio.
Para llevar a cabo la destilación, el aporte de calorías en el fondo de la columna se puede llevar a cabo en particular mediante una caldera de película descendente o de película rascada, mediante un intercambiador tubular-calandra calentado con vapor o mediante un fluido caloportador, mediante serpentines de calentamiento alimentados con vapor o con un fluido caloportador, o por cualquier otro dispositivo equivalente, preferiblemente con un fluido caloportador. Preferiblemente, la relación caudal de extracción lateral total (vapor y/o líquido) con respecto al caudal del flujo (F2) es de 0,5 a 0,95.
Preferiblemente:
• el caudal de flujo (F1) es de 150 a 220 kg/h;
• el caudal de flujo
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kg/h;
• el caudal de flujo
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g/h;
• el caudal de flujo (F33) en fase de vapor es de 20 a 60 kg/h.
Cuando la columna comprende una extracción doble de vapor y de líquido, el caudal del flujo de vapor es de 35 a 45 kg/h, y el caudal del flujo de líquido es de 1,0 a 2,5 kg/h.
En una realización, el procedimiento de purificación por destilación permite obtener una vainillina natural muy pura, en particular de una pureza superior o igual al 99% y que contiene preferentemente menos de 1000 ppm de alcohol vanílico. Esta realización se obtiene extrayendo vainillina natural en forma de vapor. La relación del caudal de destilación (F33) y del caudal de alimentación (F2) está comprendida entonces preferentemente entre 0,5 y 0,734. En otra realización, el procedimiento de purificación por destilación permite obtener una vainillina natural de menor pureza, por ejemplo de una pureza del 96 al 98,9% y que comprende impurezas que confieren al flujo de vainillina natural obtenida propiedades organolépticas diferentes a las de la vainillina natural muy pura y próximas a las de vainilla en rama. En esta realización, el flujo final de vainillina natural puede comprender hasta un 3% en peso de impurezas. Entre las impurezas, se encuentran mayoritariamente alcohol vanílico, y los dímeros y/o trímeros, en particular los difenilmetanos, que pueden representar hasta un 1% en peso del flujo, y minoritariamente ácido vanílico, guaiacol, ácido benzoico y compuestos orgánicos biosintetizados, que pueden estar presentes cada uno hasta 500 ppm en el flujo. La relación del caudal de destilación (F33) y del caudal de alimentación (F2) está comprendida entonces preferentemente entre 0,736 y 0,76.
El procedimiento también permite obtener, mediante una sola etapa de destilación, vainillina muy pura, con una pureza superior o igual al 99%, y presentando la vainillina una pureza del 96 al 98,9% cuando se prevén dos extracciones laterales, una extracción en fase de vapor que permite obtener vainillina con una pureza superior al 99%, y una extracción en fase líquida que permite recuperar la vainillina con una pureza del 96 al 98,9%.
Un dispositivo para llevar a cabo este procedimiento que comprende:
• un primer dispositivo (1) de separación de los ultraligeros, en particular el acetato de etilo, de un flujo (F1) que entra en dicho primer dispositivo, siendo este primer dispositivo en particular un intercambiador de película descendente o un reactor encamisado;
• un medio para conectar el primer dispositivo a una columna de destilación de pared divisoria (7) para transferir el flujo que sale del primer dispositivo (F2) hacia la entrada de dicha columna de pared divisoria;
• una columna de destilación de pared divisoria (7) para separar ligeros, pesados y vainillina natural, comprendiendo dicha columna de pared divisoria una entrada del flujo (F2) que proviene del primer dispositivo, y una salida en la cabeza de la columna que comprende ligeros (F32), una salida en la parte inferior de la columna que comprende los pesados (F34), y uno o dos dispositivos de extracción lateral de vainillina natural (F33).
El dispositivo también contiene una bomba (4) que permite transferir el flujo procedente del primer dispositivo hacia la columna de pared divisoria.
La columna de pared divisoria comprende un segmento interno (8) que separa la columna en dos media-columnas (71) y (72). El segmento comprende un orificio (9) tal como se ha descrito anteriormente.
Las características relativas al primer dispositivo y a la columna de pared divisoria se especifican anteriormente. El método por columna de pared divisoria es la variante preferida.
De manera general, en los procedimientos de purificación por destilación, la etapa a) se puede llevar a cabo, por ejemplo, mediante un intercambiador de película descendente o un reactor de doble pared (o reactor encamisado), preferiblemente un intercambiador de película descendente.
Se entiende por evaporador de película descendente (también denominado evaporador de película humectante) un aparato constituido de una cámara generalmente cilíndrica que comprende un haz de tubos verticales; siendo dichos tubos calentados externamente por circulación de vapor en dicha cámara. El flujo (F1) se alimenta por la parte superior y cae sobre un sistema de distribución, por ejemplo con un desagüe que permite una buena repartición del líquido en la parte superior de los tubos para constituir una película de líquido de un grosor fino, generalmente inferior a 1 mm, preferentemente comprendido entre 0,3 y 0,5 mm. Durante este etapa previa, la presión de trabajo es preferiblemente la presión atmosférica.
La superficie del intercambiador es preferentemente de 0,3 a 0,6 m2 para un caudal de alimentación de aproximadamente 200 kg/h. Para un caudal diferente, el experto en la materia es capaz, en base a sus conocimientos generales, de determinar la superficie del intercambiador.
Los ultraligeros, en particular el acetato de etilo, se pueden recuperar con la ayuda de un condensador para su uso posterior.
En la parte baja del evaporador de película descendente, una bomba de recuperación permite enviar el flujo de líquido (F2) recuperado a la salida de la columna de destilación de la etapa b) también denominada columna de pared divisoria. El flujo (F2) corresponde al flujo (F1) sustancial o totalmente libre de ultraligeros. El flujo (F2) puede contener eventualmente trazas de ultraligeros que quedarán atrapados en la trampa en frío de la columna de la etapa b). En un primer aspecto, la invención tiene por objeto un procedimiento de purificación de vainillina natural que tiene una pureza que oscila de 95 a 99% en peso para obtener vainillina natural cuyo color en disolución etanólica al 10% en peso es menor o igual a 100 Hazen, que comprende las siguientes etapas:
(a) fundir la vainillina natural;
(b) someter la vainillina fundida procedente de la etapa (a) a una etapa de evaporación al vacío;
(c) recuperar un condensado de vainillina natural purificada. En este aspecto particular, se utiliza una vainillina natural que tiene una pureza que oscila del 95 al 99% en peso, es decir que comprende del 95 al 99% en peso de vainillina natural. Puede comprender además, típicamente, de 1 a 5% en peso de impurezas que comprenden oligómeros fenólicos. Entre las impurezas que comprenden oligómeros fenólicos, se pueden citar en particular los dímeros y trímeros de la vainillina.
Por lo tanto, la vainillina natural utilizada en el procedimiento según la invención se ha purificado generalmente previamente, para alcanzar el grado de pureza del 95 al 99% en peso.
Tal purificación se puede llevar a cabo mediante cualquier método conocido que permite alcanzar, a partir de una vainillina natural bruta, es decir directamente resultante de la biosíntesis, tal grado de pureza. Preferiblemente, la vainillina se ha purificado previamente por destilación, en particular tal como se ha descrito anteriormente. Llegado el caso, se puede llevar a cabo una extracción por disolvente orgánico eventualmente seguida por una precipitación o cristalización de la vainillina natural para llevar a cabo tal purificación.
De manera preferida, el procedimiento según la invención utiliza una vainillina natural obtenida por destilación de vainillina natural bruta resultante de un procedimiento de biosíntesis.
Preferiblemente, esta etapa de purificación preliminar habrá permitido eliminar, entre otras cosas, los compuestos cuya volatilidad es superior a la de la vainillina natural en las condiciones de presión y de temperatura consideradas. Estos compuestos, que resultan de procedimientos para la preparación de vainillina natural, pueden ser, entre otros, ácido benzoico, alcohol vanílico, guaiacol y un disolvente, preferentemente un disolvente alimentario tal como el acetato de etilo.
Por volatilidad, se designa de manera conocida en sí la capacidad de una sustancia para evaporizarse.
Según la invención, la vainillina natural bruta que resulta directamente de la biosíntesis comprende típicamente:
• vainillina natural en una proporción que puede oscilar del 5 a 35% en peso, en particular del 10 a 30% en peso;
• alcohol vanílico en una proporción que puede oscilar del 0,05 al 10% en peso, preferentemente del 0,1 al 5% en peso;
• ácido vanílico en una proporción que puede oscilar del 0 al
2% en peso, preferiblemente del 0,01 al 0,6% en peso;
• ácido ferúlico en una proporción que puede oscilar del 0 al
2% en peso, preferiblemente del 0,01 al 0,9 % en peso;
• guaiacol en una proporción que puede oscilar del 0 al 2% en peso, preferentemente del 0,01 al 0,6% en peso;
• dímeros y trímeros en una proporción que puede oscilar del 0 al 5% en peso, preferentemente del 0,05 al 5% en peso, más preferentemente del 0,1 al 5% en peso; siendo los dímeros y trímeros unos compuestos que tienen un esqueleto que tiene respectivamente dos o tres grupos fenilo, escogiéndose ventajosamente los dímeros de entre los difenilmetanos;
• diversos compuestos orgánicos también biosintetizados (como por ejemplo 4-metil guaiacol, 4-etil guaiacol y/o 4-vinil guaiacol) en una proporción que puede oscilar del 0,0 al 5% en peso, preferentemente del 0,01 al 5% en peso, más preferiblemente del 0,05 al 1% en peso;
• ácido benzoico en una proporción que puede oscilar del 0 al 10% en peso, preferentemente del 0,01 al 10% en peso, más preferentemente del 0,05 al 5% en peso;
• agua en una proporción que puede oscilar del 0 al 5% en peso, preferentemente del 0,01 al 5% en peso, más preferentemente del 0,05 al
3% en peso;
• el complemento hasta 100% en peso de un disolvente alimentario, en particular acetato de etilo.
Según la invención, preferentemente, el procedimiento de biosíntesis del que procede la vainilla natural utilizada en la invención confiere a esta vainillina natural propiedades organolépticas próximas a las de la vainilla en rama.
De manera particularmente preferida, el procedimiento según la invención utiliza una vainillina natural que tiene una pureza que oscila del 96 al 98,9% en peso.
Según otra característica de la invención, el procedimiento según la invención comprende una etapa suplementaria (d) que consiste en recuperar un residuo que comprende oligómeros fenólicos, tales como los descritos anteriormente.
En una realización preferida del procedimiento según la invención, la vainillina natural se funde durante la etapa (a) a una temperatura que oscila de 70 a 110°C y a presión atmosférica, más preferentemente a una temperatura que oscila de 75 a 100°C.
En el procedimiento según la invención, la etapa (a) se lleva a cabo ventajosamente bajo atmósfera de gas inerte, es decir que tiene preferentemente un contenido en oxígeno inferior o igual al 1% en volumen. Gases inertes adecuados son nitrógeno, argón, y sus mezclas.
Según otra característica del procedimiento según la invención, la etapa (b) de evaporación se lleva a cabo ventajosamente a una presión que oscila de 1 a 10 mbar y a una temperatura que oscila de 110 a 160°C.
Más preferentemente, la etapa (b) de evaporación se lleva a cabo bajo una presión que oscila de 1 a 6 mbar. También preferiblemente, la etapa (b) de evaporación se lleva a cabo a una temperatura que oscila de 115 a 135°C.
Según una realización particularmente ventajosa del procedimiento según la invención, la etapa (b) de la invención se lleva a cabo en un evaporador. Éste se puede escoger más particularmente de entre un evaporador de película raspada o un evaporador de película descendente. De manera particularmente preferida, la etapa (b) se lleva a cabo en un evaporador de película raspada.
Evaporadores que se pueden usar para este propósito son, por lo tanto, evaporadores de película delgada, tales como evaporadores de película descendente o raspada. Tales evaporadores están disponibles comercialmente, por ejemplo, de las compañías BUSS AG, GEA CANZLER o KUHNI, y son bien conocidos por el experto en la materia. En una variante particularmente preferida del procedimiento según la invención, se usa un evaporador de película raspada de recorrido corto, cuyo principio se basa en un tiempo corto de pasada del producto a evaporar. El evaporador de película raspada ha demostrado ser particularmente adecuado para una purificación por evaporación de la vainillina natural, y permite evitar cualquier degradación de este producto termosensible.
La vainillina natural fundida procedente de la etapa (a) se introduce entonces en tal evaporador. Una fina capa de fase líquida, que comprende la vainillina natural, se evapora sobre una superficie calentada y la fase líquida que comprende oligómeros fenólicos se raspa por medios mecánicos del tipo paletas o rodillos. Esta última se puede recuperar en un receptáculo específico.
El evaporador permite recuperar un efluente gaseoso que contiene la vainillina evaporada, el cual se condensa entonces para recuperar la vainillina purificada. Ventajosamente, el tiempo de paso de la vainillina natural en el evaporador es inferior o igual a 15 minutos, preferentemente inferior o igual a 10 minutos, más preferentemente inferior o igual a 5 minutos.
Según una característica del procedimiento según la invención, el condensado de vainillina natural recuperado en la etapa (c) tiene una pureza superior o igual al 99% en peso, preferentemente superior o igual al 99,5% en peso.
Ventajosamente, el condensado de vainillina natural purificado obtenido mediante el procedimiento según la invención se moldea mediante solidificación directa, preferentemente mediante escamado, formación de comprimidos o formación de perlas (aglomeración).
Una de las técnicas preferidas de moldeado del condensado de vainillina natural purificado es la técnica de escamado sobre cilindro o sobre una tira.
En esta técnica, el condensado de vainillina natural purificada se pone en contacto con un cilindro o una tira de metal a una temperatura de 50°C, después, raspando con un cuchillo la película sólida obtenida en el cilindro, el condensado se recupera en forma de escamas.
Otra técnica preferida es la formación de comprimidos, que consiste en un procedimiento de aglomeración de partículas sólidas por solidificación sobre una tira de formación de pastillas enfriada a 10°C. Así, el condensado de vainillina natural purificado está en forma de un sólido amorfo seco.
La formación de perlas es también una técnica de modelado preferida. Se trata de una técnica bien conocida por el experto en la materia que consiste en pulverizar el condensado de vainillina en un flujo de aire o de nitrógeno frío para obtener perlas sólidas o aglomerados (perlas).
El condensado de vainillina natural purificado también se puede afinar mediante molienda o tamizado. La operación de molienda, en particular, se puede llevar a cabo en un equipo convencional tales como un molino de paletas, un molino de brocas o un granulador.
El procedimiento según la invención tiene la ventaja de permitir obtener una vainillina de muy alta pureza (superior al 99% en peso) y muy débilmente coloreada.
Para caracterizar la coloración de la vainillina obtenida, se puede proceder por disolución de esta última en etanol, a una concentración del 10% en peso.
Así, el condensado de vainillina natural en disolución etanólica al 10% en peso tiene un color inferior o igual a 100 Hazen. El color de la disolución de vainillina se puede medir, en particular, según la norma ISO 6271 o la norma ASTM D1209. Se puede utilizar para este propósito un colorímetro Konica-Minolta CM-5.
También se describe la vainillina susceptible de ser obtenida por el procedimiento según la invención. Ésta se presenta en forma de un sólido amorfo cuyo color, en disolución etanólica al 10% en peso, es inferior o igual a 100 Hazen.
La Figura 1 representa un esquema de destilación continua de separación de cabezas/separación de colas de un flujo de vainillina natural (F1).
La Figura 2 representa un esquema de destilación continua de separación de colas/separación de cabezas de un flujo de vainillina natural (F1).
La Figura 3 representa un esquema de destilación continua en una columna de pared divisoria de un flujo de vainillina natural (F1).
La presente invención se ilustra de manera no limitativa mediante los ejemplos siguientes.
Ejemplos
Los siguientes ejemplos describen la destilación de un flujo de vainillina (F1) que comprende 20% en peso de vainillina natural; 4% en peso de pesados (ácido vanílico, alcohol vanílico, ácido ferúlico, 4-metil guaiacol, 4 etil guaiacol, dímeros y trímeros, benzoato de sodio); 0,5% en peso de agua; 2,5% en peso de ligeros (ácido benzoico y guaiacol); 73% en peso de ultraligeros (acetato de etilo).
Ejemplo 1: Destilación del flujo (F1) por destilación discontinua
180 kg del flujo (F1) se alimentan a la caldera de una columna de destilación de 700 mm de diámetro equipada con 10 platos teóricos, rellena con un relleno tejido con una superficie de 450 m2/m3. El fluido caloportador se fija al principio a 110°C, y el refrigerante es un aceite Gilotherm a 20°C. La columna se somete a reflujo total durante 3 horas. Se recupera así una primera fracción que comprende el acetato de etilo al caudal de 15 kg/hora con un reflujo de 0,5 durante 10 horas. La etapa de eliminación del acetato se termina cuando la presión de trabajo es de 4 mbar para un fluido caloportador de 160°C.
Se recupera entonces una segunda fracción que comprende los ligeros y 10% en peso de vainillina a un caudal de 2,4 kg/hora con una tasa de reflujo de 100 durante un tiempo de 4 horas.
La columna se devuelve a poner a reflujo total durante 1 hora cuando la temperatura de la cabeza de la columna alcanza 139°C, el caloportador se ajusta a 165°C para esto.
Se recupera entonces una fracción de vainillina natural que comprende vainillina natural que tiene una pureza del 98,2% y un caudal de 6,1 kg/hora con un reflujo de 30 durante un tiempo de 10 horas. La presión de trabajo es de 4 mbar. Después de 10 h, el caudal de destilado se reduce a 3 kg/hora y la tasa de reflujo se fija a 100. La duración de esta operación es de 0,5 horas. La destilación se detiene cuando la temperatura de cabeza alcanza 143°C, la carga que queda en el pelete es de aproximadamente 9,6 kg y comprende los pesados. El rendimiento de purificación es igual al 93%.
Ejemplo 2: Destilación del flujo (F1) por destilación continua separación de cabezas/separación de colas
El Ejemplo 2 se refiere a la Figura 1.
El flujo (F1) se alimenta al caudal de 200 kg/hora en la cabeza de un intercambiador de película descendente (1). Este intercambiador permite eliminar el acetato de etilo bajo un flujo (F11) al caudal de 146 kg/hora. El flujo (F11) se envía hacia un condensador (no representado) para la recuperación del acetato de etilo.
Un flujo (F2) se recupera a la salida del evaporador que corresponde al flujo (F1) sustancialmente libre de acetato de etilo. Las trazas de acetato de etilo presentes en el flujo (F2) se recuperan en la trampa en frío de una columna de destilación (2), permitiendo así proteger la columna (2). El flujo (F2) se envía hacia una columna de destilación (separación de cabezas) (2) por medio de una bomba de recuperación (4), parcialmente en reciclo, al caudal de 54 kg/hora. En la cabeza de la columna (2) se recupera un flujo (F12) al caudal de 5 kg/hora que comprende ácido benzoico, guaiacol y 3% en peso de vainillina. En la parte inferior de la columna (2) se recupera un flujo (F13) que comprende los pesados y la vainillina natural restante que se envía hacia una columna de separación de cabezas (3) al caudal de 49 kg/hora. En la cabeza de la columna (3) se recupera un flujo (F14) de vainillina natural que comprende 3% en peso de pesados constituidos esencialmente por alcohol vanílico y dímeros de los cuales el difenilmetano, a un caudal de 40 kg/hora. La pureza de la vainillina es igual al 97%. El rendimiento del procedimiento es igual al 97%. En la parte inferior de la columna (3) se recupera un flujo (F15), los pesados y 3% en peso de vainillina natural a un caudal de 9 kg/hora.
Las características del dispositivo son las siguientes:
• Intercambiador (1): Superficie = 0,5 m2.
• Columna (2)
Equipada con un relleno ordenado (tejido de bajo régimen) sobre una altura de 2x2600 mm
24 platos teóricos divididos en 11 platos para la sección de concentración y 13 platos para la sección de agotamiento
Columna de 4 metros de altura
Presión de trabajo: 4 mbar
Tasa de reflujo: 20
La columna se clasifica en un primer tiempo durante 5 h con una mezcla de vainillina (90% en peso), ácido benzoico (10% en peso). La destilación se inicia entonces ajustando el caudal de flujo (F12) para conservar una temperatura sensible de 140°C. La diferencia de temperatura entre la cabeza (temperatura vapores) y el la parte baja (temperatura del líquido) es de 39,6°C bajo 4 mbar. La columna está en reflujo total para la fase de clasificación.
La energía para la destilación se suministra por una caldera de tipo película descendente, un tubo y calandra a circulación forzada o un tubo y calandra a termosifón.
- Columna 3
Equipada de un relleno ordenado tejido de superficie de aproximadamente 450 m2/m3, sobre una altura de 2x4560 mm
El punto de alimentación se encuentra en la cuota Z=1500 mm
18 platos teóricos
Diámetro de 600 mm
Presión de trabajo: 4 mbar
La columna se somete a reflujo total con la ayuda de un pie de vainillina pura previamente fundida en horno Tasa de reflujo: 3
La relación [caudal de destilado]/[caudal de alimentación] es de 0,808
La diferencia de temperatura entre la cabeza (temperatura vapores) y la parte inferior (temperatura del líquido) es de 43°C bajo 4 mbar.
La energía para la destilación se suministra por un tubo y calandra de circulación forzada o un intercambiador raspado. La presión del lado calandra es de 16 mbar.
Ejemplo 3: Destilación del flujo (F1) por destilación continua separación de colas/separación de cabezas El Ejemplo 3 se refiere a la Figura 2.
El flujo (F1) se alimenta al caudal de 198,26 kg/hora en la cabeza de un intercambiador de película descendente (1). Este intercambiador permite eliminar el acetato de etilo bajo un flujo (F11) al caudal de 147 kg/hora. El flujo (F11) se envía hacia un condensador (no representado) para la recuperación del acetato de etilo.
Un flujo (F2) se recupera a la salida del evaporador que corresponde al flujo (F1) sustancialmente libre de acetato de etilo. Las trazas de acetato de etilo presentes en el flujo (F2) se recuperan en la trampa en frío de una columna de destilación (5), permitiendo así proteger la columna (5). El flujo (F2) se envía hacia una columna de destilación (separación de colas) (5) por medio de una bomba de recuperación (4), parcialmente en reciclo, al caudal de 51,26 kg/hora. En la parte inferior de la columna (5) se recupera un flujo (F23), que comprende los pesados y 3% en peso de vainillina.
En la cabeza de la columna (5) se recupera un flujo (F22) con un caudal de 44 kg/hora que comprende los ligeros, la vainillina restante y 2,5% en peso de pesados, que se envía hacia una columna de separación de cabezas (6) al caudal de 44 kg/hora. En la cabeza de la columna (6) se recupera un flujo (F24) que comprende los ligeros y 3% en peso de vainillina. En la parte inferior de la columna (6) se recupera un flujo (F25) de vainillina natural que comprende la vainillina y 2,5% en peso de pesados a un caudal de 38,6 kg/h. La vainillina obtenida tiene una pureza del 99,9% y el rendimiento de purificación es del 98,9%.
Las características del dispositivo son las siguientes:
• Intercambiador (1): Superficie = 0,5 m2.
• Columna (5)
Equipada de un relleno ordenado tejido de superficie de aproximadamente 450 m2/m3, sobre una altura de 2x4560 mm
El punto de alimentación se encuentra en la cuota Z=1500 mm
18 platos teóricos
Diámetro de 600 mm
Presión de trabajo: 4 mbar
Tasa de reflujo: 3
La relación [caudal de destilado]/[caudal de alimentación] es de 0.83
El caudal de reflujo es 2,49 veces el caudal de alimentación
La diferencia de temperatura entre la cabeza (temperatura vapores) y la parte inferior (temperatura del líquido) es de 26°C bajo 4 mbar.
La energía para la destilación se suministra por un tubo y calandra de circulación forzada o un intercambiador raspado. La presión del lado calandra es de 12 bar.
- Columna (6)
Equipada con un relleno ordenado (tejido de bajo régimen) sobre una altura de 2x2600 mm
24 platos teóricos divididos en 11 platos para la sección de concentración y 13 platos para la sección de agotamiento
Columna de 4 metros de altura
Presión de trabajo: 4 mbar
Tasa de reflujo: 20
La columna se clasifica en un primer tiempo durante 5 h con una mezcla de vainillina (90% en peso), ácido benzoico (10% en peso). Se inicia entonces la destilación ajustando el caudal de flujo (F24) para conservar una temperatura sensible de 140°C.
La diferencia de temperatura entre la cabeza (temperatura vapores) y la parte inferior (temperatura del líquido) es de 35°C bajo 4 mbar. La columna está en reflujo total para la fase de clasificación.
La energía para la destilación se suministra por una caldera de tipo película descendente, un tubo y calandra a circulación forzada o un tubo y calandra a termosifón. La presión del lado calandra es de 10 mbar.
Una alternativa consiste en alimentar la columna (6) en fase vapor: para ello se utiliza la condensación parcial vía un condensador parcial. Esta alternativa es un ahorro directo de vapor vivo para la columna (6). La columna (5) trabaja entonces a 5 mbar; la columna (6) se queda a 4 mbar. En este caso, la temperatura de la cabeza muestra 139°C. El condensador parcial incluye un bucle de regulación LIC que controla el caudal de reflujo. El caudal de vapor total que llega a la caldera se controla controlando la carga térmica en la caldera con la pérdida de carga de la columna (AP = 3 mbar). El condensador es un tubo y calandra horizontal que consta 80 tubos; de DN10 (DN: Diámetro Nominal en mm) y de longitud 1150 mm.
El refrigerante es un aceite Gilotherm a 85°C y a un caudal de 533 l/h.
La altura de líquido de consigna del LIC es de 165 mm. Esta emergencia permite obtener 44 kg/h de ventilaciones para 176 kg/h de fase vapor que entra al condensador. La válvula de purga de la ventilación del condensador se ajusta a 5 mbar (apertura si > 5 mbar). El caudal de vapor vivo a la entrada de la columna (6) se regula de manera a asegurar una pérdida de carga de 3,3 mbar.
Ejemplo 4: Destilación del flujo (F1) en una columna de pared divisoria con extracción en fase vapor El Ejemplo 4 se refiere a la Figura 3.
El flujo (F1) se alimenta al caudal de 200 kg/hora en la cabeza de un intercambiador de película descendente (1). Este intercambiador permite eliminar el acetato de etilo bajo un flujo (F11) al caudal de 147 kg/hora. El flujo (F11) se envía hacia un condensador (no representado) para la recuperación del acetato de etilo.
Un flujo (F2) se recupera a la salida del evaporador que corresponde al flujo (F1) sustancialmente libre de acetato de etilo. Las trazas de acetato de etilo presentes en el flujo (F2) se recuperan en la trampa en frío de una columna de destilación (7), permitiendo así proteger la bomba de la columna. El flujo (F2) se envía hacia una columna de destilación (7) al caudal de 53 kg/hora. Se recupera:
• un flujo (F32) que comprende los ligeros y 3% en peso de vainillina a un caudal de 5 kg/hora en cabeza de columna;
• un flujo (F33) en extracción lateral que comprende vainillina con una pureza del 98,9% y 1,1% en peso de pesados constituidos esencialmente por alcohol vanílico a un caudal de 39 kg/hora. El rendimiento del procedimiento de purificación es igual al 96,5%.
• un flujo (F34) en la parte inferior que comprende los pesados y 3% en peso de vainillina a un caudal de 8 kg/hora.
Las características del dispositivo son las siguientes:
• Intercambiador (1): Superficie = 0,5 m2.
• Columna (7)
Columna de pared divisoria equipada con un segmento divisorio (8) que delimita una media-columna primaria (71) y una media-columna secundaria (72)
• un relleno ordenado de superficie específica de 450 m2/m3 en la media-columna primaria (71) sobre una altura de 5410 mm y un relleno ordenado en la media-columna secundaria (72) sobre una altura de 4560 mm
La media-columna primaria tiene un número de platos de 27
La media-columna secundaria tiene un número de platos de 23
Presión de trabajo: 4 mbar
Tasa de reflujo: 3 en cada media-columna.
Un paso (9) en el segmento (8) con la cuota de 3110 mm permite enriquecer la sección de concentración de la 2a media-columna. La apertura del paso es una tira que no supera los 10 mm de ancho.
Una diferencia de temperatura entre la parte inferior y la cabeza de 74,9°C cuando la temperatura de cabeza se aproxima a los 116°C.
El caudal de reflujo de la sección aguas abajo representa 2,18 veces el caudal de alimentación (F2) y el de la sección aguas arriba representa el 25% del caudal de alimentación (F2).
La pérdida de carga de consigna es de 1,3 mbar para la columna.
La energía para la destilación se suministra por una caldera del tipo película raspada o de tubos y calandra a circulación forzada.
Ejemplo 5: Destilación del flujo (F1) en una columna de pared divisoria por doble extracción vapor/líquido El Ejemplo 5 se refiere a la Figura 3 a la que se le añade un punto de extracción de líquido suplementario.
El flujo (F1) se alimenta al caudal de 200 kg/hora en la cabeza de un intercambiador de película descendente (1). Este intercambiador permite eliminar el acetato de etilo bajo un flujo (F11) al caudal de 147 kg/hora. El flujo (F11) se envía hacia un condensador para la recuperación del acetato de etilo.
Un flujo (F2) se recupera a la salida del evaporador que corresponde al flujo (F1) sustancialmente libre de acetato de etilo. Las trazas de acetato de etilo presentes en el flujo (F2) se recuperan en la trampa en frío de una columna de destilación (7), permitiendo así proteger la bomba de la columna. El flujo (F2) se envía hacia una columna de destilación (7) al caudal de 53 kg/hora. Se recupera:
• un flujo (F32) que comprende los ligeros y 3% en peso de vainillina a un caudal de 5 kg/hora en cabeza de columna;
• un flujo (F33) en extracción lateral en fase vapor que comprende vainillina con una pureza del 99,8% y 0,2% en peso de pesados constituidos esencialmente por alcohol vanílico a un caudal de 38,2 kg/hora.
• un flujo (F35) (no representado) en extracción lateral en fase líquida que comprende vainillina con una pureza del 98% y 2% en peso de pesados a un caudal de 1,7 kg/hora;
• un flujo (F34) en la parte inferior que comprende los pesados y 3% en peso de vainillina a un caudal de 8 kg/hora.
El rendimiento global de la purificación es del 98,5%.
Las características del dispositivo son las siguientes:
• Intercambiador (1): Superficie = 0,5 m2.
• Columna (7)
Columna de pared divisoria equipada con un segmento divisorio (8) que delimita una media-columna primaria (71) y una media-columna secundaria (72)
• un relleno ordenado de superficie específica de 450 m2/m3 en la media-columna primaria (71) sobre una altura de 5410 mm y un relleno ordenado en la media-columna secundaria (72) sobre una altura de 4560 mm
La media-columna primaria tiene un número de platos de 27
La media-columna secundaria tiene un número de platos de 23
Presión de trabajo: 4 mbar
Tasa de reflujo: 3 en cada media-columna.
Un paso (9) en el segmento (8) con la cuota de 3110 mm permite enriquecer la sección de concentración de la 2a media-columna. La apertura del paso es una tira que no supera los 10 mm de ancho.
La extracción lateral en fase vapor se sitúa a 1200 mm con respecto a la base del lecho de relleno.
La extracción lateral en fase líquida se sitúa a 400 mm por debajo de la extracción lateral en fase vapor.
Una diferencia de temperatura entre la parte inferior y la cabeza de 74,9°C cuando la temperatura de cabeza se aproxima a los 116°C.
El caudal de reflujo de la sección aguas abajo representa 2,18 veces el caudal de alimentación (F2) y el de la sección aguas arriba representa el 25% del caudal de alimentación (F2).
La pérdida de carga de consigna es de 1,3 mbar para la columna.
La energía para la destilación se suministra por una caldera del tipo película raspada o de tubos y calandra a circulación forzada.
Ejemplo 6 - Purificación en evaporador de película raspada (según la invención):
10 kg de vainillina natural, que tienen una pureza del 98,5% en peso y una coloración de aproximadamente 5 Gardner (según la norma ASTM D1544) en disolución etanólica al 10% en peso, se funden en un horno, bajo nitrógeno, a 95 °C y a presión atmosférica. La vainillina natural fundida se añade entonces en un embudo de goteo controlado termostáticamente que alimenta un evaporador de película raspada de recorrido corto de 0,05 m2 (evaporador KDL-5 comercializado por la compañía UIC GmbH) a una temperatura de 135°C y bajo una presión de 3 mbar. La velocidad de rotación del evaporador es de 200 rpm y el tiempo de estancia de la vainillina en el evaporador es de 45 segundos. El caudal de alimentación utilizado es de 500 g/h de vainillina natural fundida.
Los vapores de vainillina natural se condensan a 100°C en el condensador interno del evaporador de película raspada, y el condensado líquido se dirige a una tira de formación de comprimido enfriada a 10°C. El residuo que comprende unos oligómeros fenólicos se extrae en un recipiente de residuos.
Los comprimidos se recuperan y después se pesan.
Al final del procedimiento según la invención, se obtienen 9,8 kg de vainillina natural purificada, es decir un rendimiento del 98% en peso, que tiene una pureza superior o igual al 99,5% en peso, y de color (en disolución etanólica al 10% en peso) igual a 60 Hazen (norma ISO 6271).
Ejemplo 7 (comparativo)
El mismo lote de vainillina natural que en el Ejemplo 6, que tiene una pureza del 98,5% en peso, se purificó por recristalización en una mezcla de agua/etanol (20/80 en peso).
Al final de la purificación por recristalización, se obtiene vainillina natural purificada, que tiene un grado de pureza igual al 98,8% en peso, con un rendimiento del 80% en peso. En disolución etanólica al 10% en peso, tiene una coloración de 4 Gardner (según la norma ASTM D1544), es decir muy superior a 500 Hazen.
En definitiva, el procedimiento según la invención permite obtener vainillina natural muy pura, con un mejor rendimiento, y sobretodo con una coloración mucho más débil (vainillina mucho más blanca).

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para purificar vainillina natural que tiene una pureza que oscila de 95 a 99% en peso para obtener vainillina natural cuyo color en disolución etanólica al 10% en peso es menor o igual a 100 Hazen, que comprende las siguientes etapas:
(a) fundir la vainillina natural;
(b) someter la vainillina fundida procedente de la etapa (a) a una etapa de evaporación al vacío;
(c) recuperar un condensado de vainillina natural purificada.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la etapa (b) se lleva a cabo en un evaporador, preferiblemente seleccionado entre un evaporador de película raspada o un evaporador de película descendente, más preferiblemente un evaporador de película raspada.
3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que el condensado de vainillina natural obtenido en la etapa (c) se moldea después por solidificación directa del condensado, preferiblemente por escamado, formación de comprimido o secado por atomización.
4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la vainillina natural se ha purificado previamente por destilación.
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la vainillina natural empleada es una vainillina natural bruta procedente de un procedimiento de biosíntesis.
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la vainillina natural empleada también comprende entre 1 % y 5% en peso de impurezas que comprenden oligómeros fenólicos.
7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la vainillina natural se funde durante la etapa (a) a una temperatura comprendida entre 70 y 110°C y a presión atmosférica.
8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la etapa (a) se lleva a cabo bajo una atmósfera de gas inerte, que tiene preferentemente un contenido de oxígeno inferior o igual al 1% en volumen.
9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el condensado de vainillina natural recuperado en la etapa (c) tiene una pureza superior o igual al 99% en peso, preferentemente superior o igual al 99,5% en peso.
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