{"id":633,"date":"2017-12-07T10:13:18","date_gmt":"2017-12-07T12:13:18","guid":{"rendered":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/microfluidicaeengenhariaquimica\/?p=633"},"modified":"2017-12-11T10:47:23","modified_gmt":"2017-12-11T12:47:23","slug":"miniaturizacao-das-plantas-quimicas-parte-2-microfluidica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/microfluidicaeengenhariaquimica\/miniaturizacao-das-plantas-quimicas-parte-2-microfluidica\/","title":{"rendered":"Miniaturiza\u00e7\u00e3o das plantas qu\u00edmicas – Parte 2: Microflu\u00eddica"},"content":{"rendered":"
\"\"<\/a>

Microdispositivo\/evaporador desenvolvido para evapora\u00e7\u00e3o de \u00e1lcool em excesso no biodiesel.<\/p><\/div>\n

Na semana passada, n\u00f3s come\u00e7amos a entender como as atuais plantas qu\u00edmicas poder\u00e3o ser reduzidas em tamanho, consumir menos energia, al\u00e9m de gerar menos res\u00edduos, mas mantendo sua capacidade de produ\u00e7\u00e3o. Se voc\u00ea n\u00e3o leu ainda, corre l\u00e1 ou clique aqui<\/a>, kkkk, para lembrar ou aprender o que \u00e9 intensifica\u00e7\u00e3o de processos e o que isso tem a haver com a redu\u00e7\u00e3o do tamanho de equipamentos.<\/p>\n

N\u00f3s vimos que a primeira defini\u00e7\u00e3o de intensifica\u00e7\u00e3o de processos (PI), definia esse conceito como uma\u00a0estrat\u00e9gia de redu\u00e7\u00e3o no tamanho de uma planta qu\u00edmica de modo a atingir um determinado objetivo de produ\u00e7\u00e3o. Segundo essa defini\u00e7\u00e3o,\u00a0 a redu\u00e7\u00e3o no tamanho poderia ocorrer pela diminui\u00e7\u00e3o do tamanho das pe\u00e7as individuais ou pela redu\u00e7\u00e3o no n\u00famero de unidades envolvidas, sendo essa\u00a0redu\u00e7\u00e3o de volume na ordem de 100 ou mais.<\/p>\n

Na \u00e9poca dessa defini\u00e7\u00e3o, uma redu\u00e7\u00e3o de volume na ordem de 100 ou mais era extremamente dificil de ser alcan\u00e7ar. Por\u00e9m, microdispositivos est\u00e3o bem mais comuns nos nossos dias e nos tem possibilitado alcan\u00e7ar ou mesmo ultrapassar essa ordem de redu\u00e7\u00e3o. Ent\u00e3o, nessa publica\u00e7\u00e3o, n\u00f3s vamos ver alguns exemplos de aplica\u00e7\u00f5es de microdispositivos em intensifica\u00e7\u00e3o de processos.<\/p>\n

Intensifica\u00e7\u00e3o de processos atrav\u00e9s de microdispositivos na engenharia qu\u00edmica<\/h2>\n
\"\"<\/a>

Microrreator com 13 canais de 1500 \u00b5m de largura, 200 \u00b5m de altura e um comprimento longitudinal de 411 mm, fabricados em PDMS para s\u00edntese de biodiesel.<\/p><\/div>\n

Recentemente, nosso grupo de pesquisa demonstrou como microdispositivos podem ser mais eficientes do que os equipamentos convencionais para a s\u00edntese e purifica\u00e7\u00e3o de biodiesel. Em um estudo publicado na Chemical Engineering Journal<\/em><\/a> [1] n\u00f3s comparamos a rea\u00e7\u00e3o de s\u00edntese de biodiesel nos sistemas\u00a0batelada e em microrreatores, i.e., dispositivos compostos por microcanais interligados, em que pequenas quantidades de reagentes s\u00e3o manipuladas, reagindo por um tempo determinado (para mais informa\u00e7\u00f5es sobre microrreatores clique aqui<\/a>).<\/p>\n

As maiores porcentagens de \u00e9steres et\u00edlicos (quantidade de biodiesel) obtidas para o reator batelada e para o microrreator foram de 94,1% e 95,8%, respectivamente. Apesar dos valores obtidos nos dois sistemas serem pr\u00f3ximos, o tempo reacional do sistema batelada foi de 180 min contra 1 min do sistema de microrreator. E se analisarmos os volumes do sistema, a redu\u00e7\u00e3o \u00e9 ainda maior. O volume do reator batelada era de 2 x 10-3<\/sup> m3<\/sup>, enquanto o volume aproximado do microrreator era de 1.2 x 10-7<\/sup> m3<\/sup>, o que significa uma redu\u00e7\u00e3o de aproximadamente 17000 vezes!<\/p>\n

N\u00f3s tamb\u00e9m exploramos a utiliza\u00e7\u00e3o de microdispositivos na remo\u00e7\u00e3o do excesso de \u00e1lcool do biodiesel, normalmente realizada em rotaevaporadores em laborat\u00f3rio e em colunas de destila\u00e7\u00e3o na escala industrial. Nessas colunas, a mistura \u00e1lcool\/biodiesel, introduzida em um ponto definido na coluna, \u00e9 submetida a aquecimento e o \u00e1lcool vaporizado sa\u00ed pela extremidade superior, retornando \u00e0 fase l\u00edquida por resfriamento, na forma de refluxo. O que n\u00f3s demonstramos, tanto experimentalmente [2] quanto numericamente [3] \u00e9 que esse processo poder ser realizado, com alta efici\u00eancia, com o emprego de microtrocadores de calor. Os estudos foram publicados na Chemical Engineering Research and Design<\/a><\/em> e na Chemical Engineering Transactions<\/a><\/em>.<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

O microdispositivo utilizado nos experimentos possuiu 30 mm de comprimento longitudinal, com uma altura de 210 \u00b5m. O n\u00famero dos canais foram iguais a 15 e a largura de cada canal foi de 0,5 mm, com uma separa\u00e7\u00e3o entre eles de 0,5 mm. O comprimento de cada canal foi de 20 mm. Os microdispositivos foram fabricados em Polidimetilsiloxano (PDMS).\u00a0Os resultados experimentais mostraram uma\u00a0efici\u00eancia de 82% quando a mistura de etanol\/biodiesel \u00e9 bombeada a uma taxa de 0,6 ml min-1<\/sup>, temperatura de 100 \u00b0C e uma raz\u00e3o molar de 2 com uma \u00fanica passagem atrav\u00e9s do microdispositivo, isto \u00e9, n\u00e3o h\u00e1 refluxo de qualquer dos componentes nos microcanais. Quando o trabalho foi publicado, o pessoal do jornal da UNICAMP fez uma mat\u00e9ria bem legal sobre o microdispositivo. Voc\u00ea pode ler esse texto clicando aqui<\/a>.<\/p>\n

Voc\u00ea tamb\u00e9m pode entrar em mais detalhes sobre aplica\u00e7\u00e3o de microrreatores em PI lendo o trabalho de Pohar e Plazl de 2009 [4].<\/p>\n

Intensifica\u00e7\u00e3o de processos atrav\u00e9s de microdispositivos na \u00e1rea farmac\u00eautica<\/h2>\n

Aqui no blog n\u00f3s temos v\u00e1rias postagens sobre o uso de microdispositivos na medicina e\u00a0\u00e1reas afins. Por isso, vamos falar um pouco de PI atrav\u00e9s de microdispositivos nessas \u00e1reas. Escolhi dois exemplos bastante interessantes.<\/p>\n

\"\"<\/a>

Diagrama esquem\u00e1tico do trabalho de Wu et al. (a) e a imagem (b) do dispositivo de eletropray coaxial est\u00e1tico micromixer. Diagramas esquem\u00e1ticos do micromisturador est\u00e1tico (c) e a pel\u00edcula divis\u00f3ria (d) (unidade: mm).\u00a0Reprinted with permission from Wu et al. Copyright. 2012 American Chemical Society<\/p><\/div>\n

Wu et al<\/em>. [5] desenvolveram uma t\u00e9cnica chamada micromisturador est\u00e1tico- eletrospray coaxial<\/em> para sintetizar um sistema nanoterap\u00eautico integrado com capacidade de imagem diagn\u00f3stica e fun\u00e7\u00f5es terap\u00eauticas, os theranostic lipoplexes<\/em>, os quais s\u00e3o utilizados para melhorar os atuais tratamentos contra o c\u00e2ncer.<\/p>\n

Entretanto a produ\u00e7\u00e3o desses sistemas uniformes com m\u00faltiplos componentes de forma reprodut\u00edvel \u00e9 uma tarefa desafiadora. M\u00e9todos na escala convencional n\u00e3o conseguem atingir esse objetivo devido \u00e0 sua natureza intr\u00ednseca e aleat\u00f3ria.<\/p>\n

Utilizando microdispositivos fabricados com PMMA (Polimetil-metacrilato) e otimizados por simula\u00e7\u00f5es num\u00e9ricas realizadas com o software ANSYS CFX, os pesquisadores produziram theranostic lipoplexes<\/em> carregados com ponto qu\u00e2ntico (QD605) e oligodesoxinucle\u00f3tidos anti-sentido marcados com Cy5 (Cy5-G3139) de forma bem controlada.<\/p>\n

Qin et al<\/em>. [6] investigaram a s\u00edntese do composto Ginkgolide B <\/em>(utilizado no tratamento da doen\u00e7a de Alzheimer entre outras doen\u00e7as) em um microrreator catal\u00edtico. \u00a0No processo convencional (reator batelada), os autores do estudo obtiveram um rendimento de 46,2%. Quando a rea\u00e7\u00e3o foi realizada no microrreator o rendimento foi de 94,1% em um tempo de rea\u00e7\u00e3o de 3 min. Os autores atribu\u00edram essa significativa melhora \u00e0 melhor mistura, maior transfer\u00eancia de massa e calor no sistema miniaturizado.<\/p>\n

\"\"

S\u00edntese do Ginkgolide B em um microrreator catal\u00edtico. Cr\u00e9dito: Qin et al., 2016.<\/p><\/div>\n

Eu tamb\u00e9m indico o trabalho de Marques e Fernandes de 2011 [7] que forneceram uma vis\u00e3o geral de aplica\u00e7\u00f5es de dispositivos microflu\u00eddicos para a intensifica\u00e7\u00e3o do processo em biotecnologia.<\/p>\n

Desses exemplos, observamos como a microflu\u00eddica pode ser utilizada na intensifica\u00e7\u00e3o de processos e alcan\u00e7ar elevadas redu\u00e7\u00f5es de volume nos equipamentos em engenharia qu\u00edmica.<\/p>\n

Claro que o volume produzido de um composto ou subst\u00e2ncia por um microdispositivo \u00e9 muito reduzido. Por isso, v\u00e1rios pesquisadores vem trabalhando no scale-up<\/em> ou aumento de escala desses microdispositivos, que em teoria resolveria esse problema. Mais isso \u00e9 assunto para um outro post!<\/p>\n

At\u00e9 a pr\u00f3xima querido leitor!<\/p>\n

\u00a4\u00a4\u00a4\u00a4<\/span><\/strong><\/p>\n

Conhe\u00e7a e curta a nossa p\u00e1gina no Facebook<\/a><\/p>\n

J\u00e1 segue a gente no Instagram<\/a>?<\/p>\n

Siga-nos no Twitter<\/a>, Facebook <\/a>ou Instagram<\/a><\/p>\n

Ou nos envie um e-mail para: harrison.santana@gmail.com<\/p>\n

\n

[1] S. Santana, D.S. Tortola, E.M. Reis, J.L. Silva and O.P. Taranto. Transesterification reaction of sunflower oil and etanol for biodiesel synthesis in microchannel reactor: Experimental and simulation studies. Chemical Engineering Journal, v. 302, p. 752-762, 2016.<\/p>\n

[2] S. Santana, G.B. Sanchez and O.P.Taranto. Evaporation of excess alcohol in biodiesel in a microchannel heat exchanger with Peltier module. Chemical Engineering Research & Design, v. 124, p. 20-28, 2017.<\/p>\n

[3] L. Silva Jr., H.S. Santana, G.B. Sanchez and O.P. Taranto. Numerical Simulation of Excess Ethanol Evaporation from Biodiesel in a Micro Heat-Exchanger. Chemical Engineering Transactions, v.57, p.1123-1128, 2017.<\/p>\n

[4] Pohar and I. Plazl. Process intensification through microreactor application. Chemical and Biochemical Engineering Quarterly, v. 23, p.537-544, 2009.<\/p>\n

[5] Qin, Y. et al<\/em>. Continuous synthesis of ginkgolide B derivatives in a micro-flow\u00a0system. Tetrahedron Letters<\/em>, 57, 1243\u20131246, 2016.<\/p>\n

[6] Wu, Y. et al<\/em>. Static Micromixer\u2013Coaxial Electrospray Synthesis of Theranostic Lipoplexes. ACS Nano,\u00a06<\/em>\u00a0(3), 2245\u20132252, 2012.<\/p>\n

[7] Marques, M. P. C. e Fernandes, P. Microfluidic Devices: Useful Tools for Bioprocess Intensification. Molecules, 2011, 16.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Na semana passada, n\u00f3s come\u00e7amos a entender como as atuais plantas qu\u00edmicas poder\u00e3o ser reduzidas em tamanho, consumir menos energia, al\u00e9m de gerar menos res\u00edduos, mas mantendo sua capacidade de produ\u00e7\u00e3o. Se voc\u00ea n\u00e3o leu ainda, corre l\u00e1 ou clique aqui, kkkk, para lembrar ou aprender o que \u00e9 intensifica\u00e7\u00e3o de processos e o que isso tem a haver com a redu\u00e7\u00e3o do tamanho de equipamentos. N\u00f3s vimos que a primeira defini\u00e7\u00e3o de intensifica\u00e7\u00e3o de processos (PI), definia esse conceito como uma\u00a0estrat\u00e9gia de redu\u00e7\u00e3o no tamanho de uma planta qu\u00edmica de modo a atingir um determinado objetivo de produ\u00e7\u00e3o. Segundo essa defini\u00e7\u00e3o,\u00a0 a redu\u00e7\u00e3o no tamanho poderia ocorrer pela diminui\u00e7\u00e3o do tamanho das pe\u00e7as individuais ou pela redu\u00e7\u00e3o no n\u00famero de unidades envolvidas, sendo essa\u00a0redu\u00e7\u00e3o de volume na ordem de 100 ou mais. Na \u00e9poca dessa defini\u00e7\u00e3o, uma redu\u00e7\u00e3o de volume na ordem de 100 ou mais era extremamente dificil \u2026 Continue lendo → <\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":167,"featured_media":639,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_monsterinsights_skip_tracking":false,"pgc_sgb_lightbox_settings":"","_vp_format_video_url":"","_vp_image_focal_point":[],"footnotes":""},"categories":[21,22,18],"tags":[9,12,10,11],"class_list":["post-633","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-engenharia-quimica","category-microfluidica","category-microrreatores","tag-engenharia-quimica","tag-microfluidica","tag-processos-quimicos","tag-reacao"],"jetpack_featured_media_url":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/microfluidicaeengenhariaquimica\/wp-content\/uploads\/sites\/107\/2017\/11\/img_PESQU_microdispositivo_capa-JU_20170711.jpg","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/microfluidicaeengenhariaquimica\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/633","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/microfluidicaeengenhariaquimica\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/microfluidicaeengenhariaquimica\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/microfluidicaeengenhariaquimica\/wp-json\/wp\/v2\/users\/167"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/microfluidicaeengenhariaquimica\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=633"}],"version-history":[{"count":24,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/microfluidicaeengenhariaquimica\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/633\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":666,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/microfluidicaeengenhariaquimica\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/633\/revisions\/666"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/microfluidicaeengenhariaquimica\/wp-json\/wp\/v2\/media\/639"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/microfluidicaeengenhariaquimica\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=633"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/microfluidicaeengenhariaquimica\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=633"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/microfluidicaeengenhariaquimica\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=633"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}