Equilibrio líquido-vapor para el sistema cuaternario Agua-Acetona-Butanol-Etanol a Presiones Bajas

Liquid-vapor equilibrium for the Water-Acetone-Butanol-Ethanol quaternary system at Low Pressures

Debido a la existencia de un comportamiento o interacción no ideal del etanol, butanol y acetona en soluciones acuosas, se presenta en este trabajo un método para predecir aquellas propiedades en mezcla que dependen de la composición, temperatura y presión, especialmente la actividad y la fugacidad. Estas propiedades son importantes para estimar constantes de equilibrio, constantes de velocidad de transferencia y reacción química, dimensionamiento y diseño de equipos de proceso. Actualmente, el biobutanol se considera un sustituto del bioetanol como biocombustible al presentar ventajas como mayor capacidad calorífica y menor presión de vapor. Su obtención se realiza a partir de la fermentación Acetona-Butanol-Etanol (ABE), donde sus productos mayoritarios son acetona, butanol y etanol en una relación molar 3:6:1, respectivamente. Por ello, se calculó el equilibrio líquido-vapor para el sistema cuaternario agua-acetona-butanol-etanol a presiones reducidas de 0.1, 0.5 y 1 kPa, con el propósito de evaluar el comportamiento de los azeótropos (agua-butanol y agua-etanol), los cuales como bien se conocen limitan la aplicación de un proceso de separación. Se utilizó el modelo Non Random Two Liquid (NRTL) para calcular el coeficiente de actividad de los componentes en fase líquida, las ecuaciones del virial para calcular el coeficiente de fugacidad de los componentes en fase de vapor y el algoritmo Rachford y Rice para el punto de roció. De esta manera, se pudo demostrar que a presiones bajas el azeótropo que se forma entre agua y butanol desaparece paulatinamente mientras se reduce la presión. Por tanto, se recomienda utilizar una presión de 0.1 kPa para la destilación al vacío y 0,5 kPa para la pervaporacion. Estos valores están condicionados a la estabilidad del medio de separación (membrana en el caso de la pervaporación) y a la evaluación económica del proceso.

1. INTRODUCCIÓN

Actualmente, el butanol es un compuesto de gran interés en la industria química, debido a sus múltiples aplicaciones. Entre estas se destaca su uso como biocombustible alternativo al etanol dado su mayor contenido energético (2,510.2 kJ/mol para el butanol y 1,278.6 kJ/mol para el etanol); menor calor de vaporización (7.85 kJ/mol para el butanol y 19.62 kJ/mol para el etanol) lo que hace que el butanol presente menos pérdidas por evaporación al ambiente[1][2], mayor solubilidad en la gasolina y diésel debido a sus dos grupos metilenos adicionales, lo que hace al butanol más apolar y por ello más afin con estos combustibles [3] y por último el butanol presenta mayor viscosidad que el etanol (2.544 mPa para el butanol y 1.088 mPa para el etanol), lo que representa un menor desgaste de los pistones y por consiguiente aumenta la vida útil del motor. Igualmente, debido a su alta solubilidad en disolventes orgánicos (cetonas, aldehídos, ésteres e hidrocarburos alifáticos y aromáticos), el butanol es ampliamente utilizado en el sector de pinturas, farmacéutico, automotriz, textil, entre otros.