Producción de alcohol carburante por destilación extractiva : simulación del proceso con glicerol

Production of fuel ethanol by extractive distillation : process simulation by glycerol

Este trabajo aborda el problema de la deshidratación a través de la simulación del proceso de destilación extractiva de etanol azeotrópico usando glicerol como agente de separación. Las simulaciones fueron realizadas con el simulador de procesos Aspen Plus®, versión 11.1, de Aspen Tech. El proceso simulado involucra dos columnas de destilación, una deshidratadora y una de recuperación de glicerol.

Los procesos de separación downstream en biotecnología hacen parte de las etapas que más inciden en el costo final del producto. En el mundo, la tendencia a reemplazar los combustibles fósiles por aquellos de origen renovable como el etanol, genera una demanda del mismo y la necesidad de optimizar los procesos de fermentación, tratamiento de vinazas y deshidratación. El presente trabajo aborda el problema de la deshidratación a través de la simulación del proceso de destilación extractiva de etanol azeotrópico utilizando glicerol como agente de separación. Las simulaciones fueron realizadas con el simulador de procesos Aspen Plus®, de Aspen Tech versión ll.l. El proceso simulado involucra dos columnas de destilación, una deshidratadora y una de recuperación de glicerol. Las restricciones de las simulaciones fueron la composición molar de etanol en el destilado de la columna deshidratadora y el consumo energético del proceso. Se evaluó el efecto de la relación molar de reflujo, la relación solvente alimento, la etapa de entrada de solvente y de alimento, la temperatura de entrada de solvente, sobre las restricciones elegidas. Los resultados muestran que el proceso de deshidratación de la mezcla etanol-agua con glicerol es eficiente desde el punto de vista energético.

Introducción

Actualmente, la deshidratación de etanol con fines carburantes es uno de los procesos más utilizados en el mundo. Las razones por las cuales el etanol se ha convertido en el compuesto oxigenado de mayor demanda se encuentran en sus propiedades físico-químicas y en  que, por ser un compuesto proveniente de materia prima biológica renovable, promete la sostenibilidad ambiental y económica del proceso (Stupiello, 2003).

Son muchos los estudios que se han enfocado en el desarrollo de técnicas para deshidratar etanol, entre los cuales se encuentran la destilación al vacío (Black, 1980), azeotrópica (Black, 1980; Chianese, 1990; Widagdo, 1996), y extractiva, como se reporta en muchos artículos (Black, 1980; Hanson, 1988; Meirelles, 1992; Lee, 1985; Pinto, 2000), la adsorción con tamices moleculares (Carmo, 1997; Jacques, 1999; K. Engineering, 1993; Madson, 1999), la preevaporación (Gurmukh, 1982) y  los procesos híbridos (Szitkai, 2002).

Una de las técnicas mas utilizadas en la industria es la destilación extractiva. Los bajos consumos energéticos que acarrea esta operación (Barba, 1985; Batista, 1997; Black, 1972; Ligero, 2003), acompañados de los competentes costos de inversión inicial y de operación (Trindade, 2003), hacen de la destilación extractiva una tecnología atractiva para deshidratar etanol.