Recuperación de ácidos orgánicos de mezclas acuosas mediante adsorción en lecho móvil simulado (SMB)

Resumen

La producción biotecnológica de ácidos orgánicos representa una alternativa ambientalmente sostenible en comparación con la síntesis basada en materias primas no renovables como el petróleo. Dentro de los ácidos orgánicos con amplia aplicación industrial y que serán objeto de estudio de la presente tesis están los ácidos acético, succínico, fórmico y cítrico. Todos ellos se pueden producir por vía fermentativa mediante el aprovechamiento de biomasa y residuos de diferentes actividades industriales. No obstante, la posterior separación del ácido orgánico del resto de compuestos del caldo de fermentación representa un gran desafío para este tipo de producción, ya que esta etapa puede representar hasta más del 50% del coste del proceso global. Por esta razón se requiere el desarrollo de procesos de separación eficaces y económicamente rentables, que hagan de la producción biológica una opción viable. En la presente investigación se ha utilizado la tecnología en Lecho Móvil Simulado, SMB, por sus siglas en ingles, un tipo de proceso cíclico de adsorción desarrollado en los años 60 por la empresa Universal Oil Product (UOP). Esta tecnología simula el contacto a contracorriente de la fase líquida y el adsorbente mediante el cambio periódico de las posiciones de las corrientes líquidas de entrada y salida del sistema, mediante el empleo de una válvula rotatoria. Por consiguiente, fueron dos los principales objetivos del presente estudio. El primero fue el diseño y optimización de procesos utilizando la tecnología en Lecho Móvil Simulado (SMB), para la separación de mezclas ácido acético/agua, ácido succínico/agua, ácido fórmico/agua y ácido cítrico/agua. El segundo objetivo fue el diseño y optimización de un proceso SMB para la separación de los ácidos acético, succínico y fórmico de una mezcla multicomponente (caldo de fermentación modelo). En ambos casos se ha utilizado la resina Reillex® 425 como adsorbente y metanol o agua (solo para el ácido acético) como desorbentes. Para el modelado y optimización de este tipo de procesos de adsorción cíclica, se requería la obtención previa de los parámetros cinéticos y de equilibrio mediante experimentación en lecho fijo. Los parámetros que completaban los modelos cinéticos que describían la adsorción y desorción en la columna, se introducían en un simulador SMB para validar la separación de mezclas ácido acético/agua, ácido succínico/agua, ácido fórmico/agua y ácido cítrico/agua en primer lugar y posteriormente se han utilizado para validar la separación de los ácidos acético, succínico y fórmico de una mezcla multicomponente. Se ha utilizado el método del trazado de líneas de alimentación constante y el método del volumen de separación para la optimización de los parámetros mj (relaciones entre el flujo de líquido y sólido en cada sección del SMB). Los parámetros para evaluar el rendimiento de la separación son la pureza (mayor o igual al 99%), la recuperación (mayor o igual al 95%), la productividad de los ácidos (la mayor posible) y el consumo de desorbente (el menor posible). Tanto con las mezclas monocomponente como con las mezclas multicomponente se obtienen buenos rendimientos de la separación. Por último, se han propuesto procesos de separación para la purificación del ácido orgánico (acético, succínico, fórmico o cítrico) y recuperación del desorbente (metanol) de las corrientes de extracto y refinado de los procesos SMB optimizados de las mezclas monocomponente y multicomponente.