Simulación del sistema de destilación de la planta piloto de alcohol de la F.I.Q. para obtener bioetanol anhidro haciendo uso del software Chemcad v.6.2

Abstract

La destilación es una técnica común para la separación de corrientes líquidas con dos o más componentes y es una de las operaciones unitarias más importantes en la industria química. El diseño y control de una columna de destilación es de gran importancia, ya que permite obtener corrientes de producto con la pureza requerida, ya sea para la venta o para su utilización en otros procesos químicos. El proceso de destilación permite fraccionar los diferentes componentes de una mezcla en función de las volatilidades relativas de los mismos, con el fin de obtener composiciones específicas en el proceso para los productos de destilado y de fondos. Por esta razón, un sistema de control adecuado es fundamental en el cumplimiento de los requerimientos exigidos. El modelo dinámico de una columna de destilación se caracteriza por ser multivariable no lineal, con interacciones fuertes entre las variables, y sujeto a perturbaciones. 1 Uno de los productos más importantes de la destilación, en estos momentos, es el Etanol, que es una de las alternativas para disminuir la emisión de gases de efecto invernadero; pafses como Brasil, Sueciay Estados Unidos ya lo utilizan en su parque de automóviles. El etanol es un alcohol producido a través de la fermentación de los azúcares o delalmidón extraído de la biomasa de ciertos cultivos y de los desechos agrícolas oforestales. El etanol producido de estas materias primas también se denomina Bioetanol. En Estados Unidos se extrae del maíz; en Brasil, de la caña de azúcar; en España, de laremolacha, y en los países nórdicos, de la celulosa procedente de la madera. El Bioetanol mezclado en diversas proporciones con la gasolina puede ser utilizado como combustible en automóviles(85:15 es la más frecuente). Su uso no debería entrañarmayores problemas en los vehículos actuales producidos en serie, siendo necesario quepara el caso más complicado la modificación de ciertos elementos relativos a la inyeccióny al encendido, las juntas del motor y los conductores de combustible; sin que ello puedasignificar un coste excesivo. Hoy ya se fabrican coches preparados específicamente parautilizar tanto gasolina como diversas mezclas etanol/gasolina, son los denominados"coches flexibles" o "flexifuel". En países como Suecia, Canadá o Estados Unidos es preceptivo expender gasolinamezclada con un 5% de Bioetanol debido a sus propiedades antidetonantes, ya que eleva eloctanaje de las gasolinas en sustitución de otras sustancias de efectos nocivos. El Bioetanol, al ser un recurso renovable, minimiza la dependencia delas importaciones de combustible y, comparado con los combustibles tradicionales,produce menos emisiones contaminantes de gases de efecto invernadero, con unbalance global positivo ya que las emisiones de co2 se compensan al ser absorbidasdurante el proceso de regeneración de la materia vegetal que sirve de base para laproducción del Bioetanol. La producción de Bioetanol por fermentación provee una mezcla de etanolagua que tieneuna concentración de etanol de entre 4% mol y 6% mol, por lo que se hace pasar poruna etapa de concentración de donde se obtiene una mezcla etanol-agua con unaconcentración que no supera el 89.99% mol de etanol, a presión atmosférica. Entre las alternativas tecnológicas para generar un etanol anhidro están la destilación, laadsorción, la pervaporación y combinaciones de estas. La adsorción es un proceso en el cual se usa un sólido con una superficie interna muygrande (entre 500-1500 m2 /g) para eliminar una sustancia soluble en el agua, peroimplica inconvenientes como un elevado capital de inversión, la necesidad deregeneración y el remplazo periódico del tamiz molecular. La pervaporación es la evaporación selectiva de un componente de una alimentaciónlíquida al ponerla ésta en contacto con una membrana semipermeable, no se haexplotado comercialmente por lo que es costoso e implica una producción a pequeñaescala. La destilación es un método para separar mezclas mediante calor, aprovechando losdiferentes puntos de ebullición de cada una de las sustancias. Esta es la tecnología másusada a escala industrial para producir bioetanol anhidro en sus diversas variantes. La dificultad de separar la mezcla etanol-agua por destilación radica en sucomportamiento termodinámico, pues forma una mezcla azeotrópica; es decir unamezcla líquida de dos o más componentes que posee un único punto de ebullición, y queal pasar al estado vapor se comporta como un líquido puro, o sea como si fuese un solocomponente. Por lo que es necesario implementar técnicas de destilación no ideales. Una vez obtenido el etanol degrado técnico, es necesario purificarlopara su utilización en otroscampos, ya que el etanol forma unazeótropo con el agua, de formatal que ésta impide su total pureza. Para esto las técnicas de destilaciónconvencional para separarcomponentes con puntos de ebullicióncercanos no son prácticas nieconómicas, ya que requieren ungran número de platos y altas velocidades de reflujo; por tanto, unconsumo mayor de energía. El camino tradicional para romperun azeótropo ha sido, durantemucho tiempo, la destilación azeotrópica.Debido a que la mayoría deles agentes a utilizar en esta destilaciónson sustancias cancerígenaso clasificadas como contaminantesnocivos, se ha utilizado la destilaciónextractiva como un camino seguropara romper un azeótropo. El etanol y el agua son completamentemiscibles y cuando se destilanforman un azeótropo homogéneo depunto de ebullición mínimo; estohace que sea necesario separarlospara poder obtener bioetanol anhidro. El presente trabajo consiste en simular(utilizando el softwareChemcad)un proceso de destilación azeotrópica para obtener bioetanol anhidro, partiendode datos existentes a nivel industrial, conociendo así las condicionesa las cuales debe trabajarla columna,utilizando n-pentanol y logrando la separación del etanol.(INT)