Profil technologique: Production d’acide polylactique à partir de maïs – Génie chimique
Par Intratec Solutions |
L’acide polylactique (PLA, polylactide; figure 1) est un polyester aliphatique thermoplastique qui est dérivé d’un certain nombre de matières premières renouvelables, telles que l’amidon et la canne à sucre, par fermentation bactérienne. Le PLA est un matériau semi-cristallin ou amorphe, rigide, résilient et résistant à la lumière ultraviolette, avec des caractéristiques similaires aux plastiques courants de l’industrie pétrochimique, tels que le polyéthylène, le polypropylène et le polystyrène. Le PLA est utilisé dans les films plastiques, les bouteilles et les dispositifs médicaux biodégradables. Il figure parmi les plastiques biosourcés les plus consommés au monde.
Figure 1. Le PLA est un polyester aliphatique dérivé de matières premières renouvelables
Le PLA absorbe rapidement l’humidité de l’atmosphère et est également sensible à la température (les températures de stockage doivent être inférieures à 122 ° F). Afin de préserver les propriétés et les caractéristiques du PLA, l’exposition à l’air ambiant (non séché) doit être minimisée. Le PLA est généralement livré dans des conteneurs résistants à l’humidité, y compris des boîtes doublées d’aluminium, ce qui peut empêcher la reprise d’humidité pendant le transport et le stockage. Le PLA est principalement utilisé dans les emballages, les textiles, les tissus non tissés, l’électronique, les pièces automobiles, les dispositifs médicaux et la coutellerie. L’emballage est le plus grand marché d’applications pour le PLA, et se développera probablement à mesure que de nouveaux mélanges de PLA résistants à la chaleur seront développés.
Procédé d’acide polylactique
La production de PLA à partir de maïs (figure 2) comprend trois sections principales: (1) hydrolyse de l’amidon; (2) la fermentation du glucose; et (3) polymérisation de l’acide lactique.
Figure 2. Le diagramme montre le processus de production du PLA, à partir du maïs
Hydrolyse de l’amidon. Le maïs décortiqué est acheminé vers des nettoyeurs de grains, puis envoyé dans des cuves de trempage, où il est trempé dans une solution diluée de dioxyde de soufre, produite dans un brûleur à soufre. La bouillie de matière solide obtenue est soumise à une séquence d’opérations unitaires pour récupérer la fécule de maïs, tandis que l’eau de trempage est concentrée dans des évaporateurs et envoyée sous forme de liqueur de trempage de maïs (CSL) aux étapes de traitement en aval. L’amidon est ensuite mélangé avec des enzymes et du carbonate de sodium dans la zone d’hydrolyse pour le convertir en glucose, qui est envoyé à l’étape de fermentation.
Fermentation du glucose. La fermentation est effectuée dans un fermenteur à double enveloppe agité, alimenté en glucose, CSL et carbonate de sodium. Le bouillon de fermentation est envoyé à une étape d’ultrafiltration pour éliminer les débris cellulaires, concentré dans un évaporateur, puis à une colonne d’extraction pour extraire l’acide lactique (LA) dans une phase organique, qui est acheminé vers une colonne de distillation pour séparer le solvant d’extraction de LA. Le flux riche en LA est ensuite ré-extrait avec de l’eau chaude dans un train d’extraction, générant une phase organique pauvre en LA, qui est recyclée vers la première étape d’extraction, et une phase aqueuse riche en LA qui est concentrée dans un évaporateur et envoyée. à l’étape de polymérisation.
Polymérisation d’acide lactique. Le courant LA concentré est introduit dans un réacteur de prépolymère, où il forme du PLA de bas poids moléculaire et de l’eau, qui est éliminé et éliminé. Le PLA de bas poids moléculaire est envoyé au dépolymériseur et cassé en molécules de lactide (le diester de lactone cyclique dérivé de l’acide lactique), qui sont purifiées dans une colonne de séchage et dans une colonne d’élimination de méso-lactide. Le lactide est introduit dans un réacteur de polymérisation, formant du PLA, qui est envoyé vers un dévolatilisateur pour éliminer le lactide n’ayant pas réagi. Le PLA est acheminé vers une étape d’extrusion puis emballé dans des sacs pour le stockage.
Voies de production
Ce polyester biodégradable peut être synthétisé par deux voies principales. La principale voie de production du PLA de haut poids moléculaire est basée sur une polycondensation initiale d’acide lactique, suivie d’une dépolymérisation à pression réduite et d’une étape de polymérisation par ouverture de cycle. L’autre voie est basée sur une polymérisation directe de l’acide lactique par polycondensation. La plupart des entreprises utilisent la voie indirecte, car la production de polymères de haut poids moléculaire est difficile par polymérisation directe.
Edité par Scott Jenkins
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