Recuperación de bioetanol de disoluciones acuosas para la obtención de biocombustibles mediante ciclos de adsorción- desorción

Resumen

Este trabajo se enmarca dentro del campo de la producción de biocombustibles, concretamente bioetanol. La producción de bioetanol se lleva a cabo principalmente a partir de la fermentación de almidones, azúcares y celulosas, que producen mezclas acuosas con un bajo contenido alcohólico (~ 10% etanol). La purificación y enriquecimiento en alcohol de estas mezclas etanol-agua se lleva a cabo en la actualidad empleando la destilación como proceso de separación, cuyo consumo energético es elevado respecto al contenido energético del producto conseguido. Por ello, es interesante el estudio de la separación de las mezclas etanol-agua utilizando procesos alternativos que energéticamente sean más sostenibles. El objetivo del presente trabajo es, por tanto, el modelado y diseño de un proceso de separación de mezclas etanol-agua por adsorción para la producción de bioetanol de alta pureza. Se han estudiado diversos adsorbentes hidrofóbicos comerciales y selectivos hacia el etanol (compuesto minoritario) de diversa naturaleza, como son las zeolitas (zeolita beta), los carbones (carbón activado BPL) y las resinas poliméricas (resinas poliméricas SP-70 y SP-207). El proceso propuesto consiste en ciclos de adsorción-desorción de mezclas etanol-agua con regeneración por purga con aire y temperatura (Concentration Thermal Swing Adsorption, CTSA). Consta de cinco etapas (acondicionamiento con agua, adsorción, recuperación de lavado, lavado con etanol y regeneración), y mejora el propuesto por Rao M.B. y Sircar S. (Sep. Sci. Technol., 27, 1875¿1887, 1992). Permite una alta recuperación de producto, empleando tiempos de regeneración aceptables para un proceso industrial y un consumo energético reducido. Para la consecución del objetivo propuesto, se han estudiado el equilibrio y la cinética de adsorción tanto en fase líquida como en fase vapor. De este estudio se han obtenido los parámetros característicos empleados en el posterior modelado del proceso. Para cada adsorbente se ha propuesto y validado un modelo que describe cada etapa del proceso y que permite el diseño del proceso cíclico de separación de mezclas etanol-agua para la producción de bioetanol. Además, se ha estudiado la influencia de la temperatura y caudal de aire en la etapa de regeneración del adsorbente sobre el consumo energético y productividad del proceso.