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5-1-2019

INFORME VISITA OXYRIS INGENIERÍA DE PROCESOS

Integrantes: Irene Balseca, Jorge Velastegui UNIVERSIDAD DE BARCELONA MÁSTER INGENIERÍA QUIÍMICA DOCENTE: DR. DAVID CURCÓ

1. Introducción Se realizó una visita técnica a la planta de Oxiris, para comprender la producción industrial de antioxidantes. Oxiris Chemicals S.A es una empresa líder en la fabricación de antioxidantes fenólicos, hechos en España. Estos se comercializan bajo la marca IONOL y son utilizados en la producción y transformación de productos para una gran variedad de sectores industriales, tales como plásticos, caucho, lubricantes, combustibles, fragancias, cosméticos, tintas de impresión, alimentos, entre otros. Durante la visita técnica a la planta industrial, se pudo observar el proceso de fabricación de los antioxidantes BHA y BHT, conocer sobre sus usos y propiedades.

2. Marco teórico Los antioxidantes son aditivos que se añaden a procesos industriales para evitar la oxidación del producto final y poder extender su vida útil. En los alimentos, son necesarios para preservar sus propiedades por mayor tiempo, impedir la evaporación de vitaminas y evitar que se vuelvan rancios. Esto generalmente se logra mediante la conservación de las grasas (generalmente en las carnes), debido a que la oxidación de las grasas una de las formas más rápidas en la que los alimentos se deterioran. Los antioxidantes fenólicos producidos por Oxiris son el butilhidroxianisol (BHA) y el butilhidroxitolueno (BHT). Estos antioxidantes son muy utilizados en la industria alimenticia, debido a su alto porcentaje de efectividad en grasas animales. Sin embargo, tienen menor efectividad en grasas y aceites vegetales.

Imagen 1. Estructura química antioxidantes BHT y BHA El BHA es un antioxidante sintético, que se obtiene como derivado en la industria petrolífera. Se forma a partir del 4-metoxifenol e isobutileno. Es soluble en grasas e insoluble en agua. Es altamente utilizado para productos que deben llegar a elevadas temperaturas ya que no se degrada con el calor. El objetivo del BHA es prevenir la oxidación de las grasas en los alimentos. El BHA se añade para preservar alimentos fritos, carnes o alimentos con grasa, además de cosméticos y plásticos. Generalmente se adiciona al proceso en combinación con otros antioxidantes, para poder así minimizar su dosis y para potenciar sus efectos. (Morrison, 1984) El BHT también es un antioxidante sintético obtenido en la industria petrolífera. Comercialmente, es producido por la alquilación del para-cresol con isobutileno. Muestra las mismas propiedades del BHA, siendo soluble en grasas y resistente al calor. Se usa en combinación con el BHA ya que muestran un efecto sinérgico y pueden dosificarse en cantidad menor que si fueran añadidos por separado. El BHT es utilizado 1

como un antioxidante para preservar y estabilizar sabor, color y valor nutricional de alimentos. El BHT se adiciona en la producción de bebidas lácteas, cereales y galletas, y también en cosmética, medicinas y productos del hogar. El BHT también es utilizado en la producción de plásticos, para prevenir la oxidación y formación de radicales libres, que alteran la estructura molecular de materiales plásticos. También tiene aplicaciones en la industria petrolera y sus productos derivados. Se añade a la gasolina para evitar la producción de grumos, que pueden obstruir las líneas de combustible y así provocar daños mecánicos. Ambos antioxidantes tienen nivel de toxicidad alto y muestran una serie de posibles efectos secundarios. En grandes dosis, pueden provocar hiperactividad, asma, urticaria, alergias, aumento del colesterol en la sangre, insomnio y problemas de metabolismo en el hígado. Estudios realizados han demostrados que a largo plazo pueden ser cancerígenos en seres humanos, por lo que su empleo es cuestionado a pesar de ser altanamente eficientes y económicamente muy viables. (Packer & Cadenas, 1997) Ambos son contaminantes hormonales que podrían producir alteración en la fertilidad, daños en tiroides, problemas en el desarrollo y mutaciones. Por esta razón, no se recomienda su ingesta en niños y mujeres embarazados. El BHA y BHT están prohibidos en Australia, Japón, Reino Unido y algunas partes de Estados Unidos. Sin embargo, aún están permitidos en Europa.

3. Procedimiento producción BHT y BHA

Esquema 1. Diagrama de flujo producción BHT y BHA (Mukhopadhyay, 2005) 2

Proceso:

1. La síntesis del BHT se utiliza p-cresol e isobutanol como materia prima y agregando ácido sulfúrico como catalizador 2. La preparación del antioxidante BHT se lleva a cabo en un reactor por medio de una reacción de alquilación Friedel-Crafts, la síntesis se efectúa a una temperatura de 70-80 grados Celsius con una velocidad de mezcla de 800 rpm. El proceso comprende dos etapas, en la primera la reacción de alquilación se realiza en vacío a una temperatura constante y una segunda etapa se la realiza bajo presión atmosférica. Durante la primera hora se logra una conversión del 70% del p-cresol alcanzado una estabilidad a la octava hora (termina la síntesis). 3. El uso del ácido sulfúrico concentrado como catalizador produce una gran cantidad de aguas residuales lo cual debe ser tratada para minimizar su impacto en el medio ambiente (desecho pasa a planta de tratamiento de agua), además corroe gravemente el equipo. En esta etapa se añade agua e IPA (Alcohol isopropílico) lo cual ayudara a la decantación de subproductos generados por la acción del catalizador. 4. Se realizará filtración para separar los subproductos que se originan en el proceso de síntesis de BHT (Step 2,3) 5. Se forman cristales granulares blancos de BHT por medio de una cristalización a una temperatura de 10 – 20 grados centígrados. 6. Se realizará centrifugación con el objetivo de separar los cristales formados de la corriente líquida. En un proceso adicional se separan compuestos de esta mezcla por la adición de energía calorífica obteniendo IPA y otros antioxidantes. 7. Proceso de secado y análisis de calidad 8. Packaging de producto final y almacenamiento.

4. Caminos de reacción obtención BHT y BHA Reacciones

Proceso síntesis BHT Se hace reaccionar p-metilfenol con zinc y se disminuye la temperatura hasta 70 grados centígrados. Posteriormente se añade isobutileno llevando la reacción a una temperatura entre 95 – 105 C (proceso de 2 a 3 horas) (Beijing Patent No. CN106495992, 2017)

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El 4-metilfenol (p-cresol) se sometió a alquilación haciéndolo reaccionar con isobutileno (gas) en presencia de un catalizador ácido (ácido sulfúrico al 98%)

Reacciones

Proceso síntesis BHA La metilación de la hidroquinona en tratamiento con alcohol terc-butílico y ácido fosfórico genera dos productos intermedios de 3-BHA y 2-BHA. Adicional el BHA se puede sintetizar mediante la terbutilación de 4metoxifenol sobre sílice o alúmina a 150 grados Celsius (K.K.Verma, R.P.Tripathi, IndiraBajaj, OmPrakash, & D.B.Parihar, 2001) Alquilación de Friedel-Crafts de pmetoxifenol con 2-metilpropeno en presencia de un catalizador ácido

5. Estudio cualitativo sustancias involucradas en el proceso de producción I.

Isobutileno Utilizado en el proceso de producción de BHT, el cual es recibido/almacenado en un área exclusiva separado de agentes oxidantes, halógenos, ácidos y con una correcta ventilación. Este compuesto es inyectado directamente al proceso de producción siendo transportado por tuberías. Recomendaciones: 1. Crear una frecuencia (mensual) para la inspección de elementos de seguridad (duchas de emergencia, extintores, etc.) la cual se la realice mediante el uso de un formato evaluando los aspectos más importantes (estado, caducidad, etc.).

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2. 3. 4. 5.

II.

Dicha ruta terminará con la ejecución de una OTC (orden de trabajo correctiva) para solventar cualquier inconveniente encontrado. Instalar válvulas neumáticas para la alimentación de isobutileno al proceso, esto evitará golpes de ariete (se evidencia problema en planta) en las tuberías. Colocar en las áreas de almacenaje y uso de isobutileno un medidor de O2 con una alerta sonora para detección de fugas de producto. Todos los elementos eléctricos del área de almacenaje deberán ser a prueba de explosión. Para la disposición del isobutileno se utilizará una válvula con un sistema de seguridad que no permita un contraflujo.

p-metilfenol Materia prima solida utilizada para la síntesis de BHT almacenada en bodega con una correcta ventilación dentro de recipientes sellados sin presencia de agentes oxidantes. Consecuencias graves por ingesta, contacto con la piel y ojos (irritación) Recomendaciones: 1. Crear una frecuencia (mensual) para la inspección de elementos de seguridad (duchas de emergencia, extintores, etc.) la cual se la realice mediante el uso de un formato evaluando los aspectos más importantes (estado, caducidad, etc.). Dicha ruta terminará con la ejecución de una OTC (orden de trabajo correctiva) para solventar cualquier inconveniente encontrado. 2. Mantener un stock mínimo de EPPs en almacén (traje de seguridad, guantes de nitrilo, máscara facial) con el fin de asegurar manipulación correcta de este elemento. 3. Evaluación de procedimientos de uso y ergonomía en el área de trabajo. 4. Correcta identificación.

III.

Ácido sulfúrico – 98% Líquido transparente e incoloro utilizado como catalizador en producción de BHT El almacenamiento se lo realiza en canecas debidamente identificadas dentro de un dique de contención para evitar derrames y contaminación ambiental. Graves consecuencias por ingesta, inhalación, contacto con piel y ojos. Niveles de toxicidad altos en medios acuáticos con gran afectación a animales y plantas. Recomendaciones: 1. Crear una frecuencia (mensual) para la inspección de elementos de seguridad (duchas de emergencia, extintores, etc.) la cual se la realice mediante el uso de un formato evaluando los aspectos más importantes (estado, caducidad, etc.). Dicha ruta terminará con la ejecución de una OTC (orden de trabajo correctiva) para solventar cualquier inconveniente encontrado. 5

2. Inspección de disposición de material para contención de derrames (arena). 3. Mantener un stock mínimo de EPPs en almacén (traje de seguridad, guantes de nitrilo, máscara facial) con el fin de asegurar manipulación correcta de este elemento. 4. Definir procedimientos para tratamiento de envases contaminados de ácido sulfúrico. 5. Capacitación a funcionarios involucrados con la manipulación de esta sustancia. IV.

Ácido fosfórico Liquido incoloro e inodoro el cual es almacenado en canecas plásticas debidamente identificadas en un espacio con buena ventilación lejos de fuentes de calor y separado de metales (puede liberar hidrógeno el cual es explosivo). Altamente tóxico para peces y en contacto con el agua libera gases inflamables. Recomendaciones: 1. Crear una frecuencia (mensual) para la inspección de elementos de seguridad (duchas de emergencia, extintores, etc.) la cual se la realice mediante el uso de un formato evaluando los aspectos más importantes (estado, caducidad, etc.). Dicha ruta terminará con la ejecución de una OTC (orden de trabajo correctiva) para solventar cualquier inconveniente encontrado. 2. Inspección de disposición de material para contención de derrames (arena). 3. Mantener un stock mínimo de EPPs en almacén (traje de seguridad, guantes de nitrilo, máscara facial) con el fin de asegurar manipulación correcta de este elemento. 4. Definir procedimientos para tratamiento de envases contaminados de ácido fosfórico. 5. Capacitación a funcionarios involucrados con la manipulación de esta sustancia.

6. Regla de Lipinski y aplicación en antioxidantes BHT e IHT La regla de Lipinski, también llamada la regla de cinco, fue formulada por Christopher Lipinski junto a colaboradores de Pfizer Pharmaceutics en el año 1997, basándose en que la mayoría de los compuestos químicos utilizados en medicamentos son moléculas pequeñas y lipofílicas. Esta regla evalúa cualitativamente un compuesto químico, para encontrar qué tan apropiado es para cumplir una determinada función una vez ingerido por seres humanos como medicamento de forma oral. Las moléculas deben tener una adecuada absorción y permeación en sistemas biológicos, para poder convertirse en candidatos a medicamentos de uso oral. Debido a esto, las moléculas deben cumplir las siguientes consideraciones: 1. 2. 3. 4.

Su peso molecular debe ser menor o igual a 500 uma Puede contener hasta 10 aceptores de puentes de hidrógeno Debe contener 5 o menos donadores de puentes de hidrógeno Su coeficiente de reparto octanol-agua (log P) debe ser menor o igual a 5 6

5. Debe tener 5 o menos enlaces rotables El cumplimiento de la regla de 5 asegura que el compuesto va a tener una adecuada difusión y podrá ser absorbido del intestino a la sangre. Si dos de los parámetros se encuentran fuera de rango, se prevé que el compuesto tendrá una pobre absorción y permeabilidad. Como en toda regla, también existen excepciones. Los productos naturales, especialmente los de origen vegetal, rompen la regla de Lipinski. Esto se explica por la evolución de las especies y el desarrollo de sistemas biológicos complejos para evitar la absorción de algunos compuestos. Otros productos que son excepción son aquellos de alto peso molecular, por encima de 700 Da. Estos compuestos suelen ser macrólidos o péptidos cíclicos, que tienen una buena biodisponibilidad oral pero no cumplen con la regla de 5. La regla de Lipinski forma una parte importante en el desarrollo de productos farmacéuticos a partir de compuestos químicos de los que ya se conocen sus propiedades y ha sido demostradas. Se han realizado análisis de acuerdo con la regla de Lipinski para encontrar y evaluar los parámetros del BHT. Mediante estos, se descubrió que todos los análogos del BHT violan uno de los parámetros de la regla de cinco (LogP>5), a pesar de que sí son solubles en solventes próticos. Gracias al área de superficie polar predictiva y al porcentaje de absorción de estos componentes, se puede concluir que tendrán una buena capacidad para penetrar las membranas celulares. Por lo tanto, se verifica que el BHT combate los procesos de peroxidación de lípidos. (Lipinski, Lombardo, & Feeney, 1997)

7. Bibliografía Jiaoyang, G. (2017). Beijing Patente nº CN106495992. Obtenido de https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?CC=CN&NR=106495 992&KC=&FT=E&locale=en_EP K.K.Verma, R.P.Tripathi, IndiraBajaj, OmPrakash, & D.B.Parihar. (2001). Studies on the synthesis of butylated hydroxyanisole. Defence Science Laboratory, India. Lipinski, C., Lombardo, F., & Feeney, B. D. (1997). Experimental and computational approaches to estimate solubility and permeability in drug discovery and development settings. Morrison, J. D. (1984). Asymmetric Synthesis. New York. Mukhopadhyay, A. K. (2005). Industrial chemical cresols and downstream derivates. Mumbai, India. Packer, L., & Cadenas, E. (1997). Handbook of synthetic antioxidants. Hong Kong.

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