Ir al menú de navegación principal Ir al contenido principal Ir al pie de página del sitio

Vol. 10 Núm. 1 (2019)
Vol 10, Núm. 1 (2019): Enero - Junio

Artículos de investigación / Research papers

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

https://doi.org/10.19053/01217488.v10.n1.2019.8063

Publicado 2018-12-27

  • Jorge Arturo Moreno Cascante
    • ,
  • Jairo Antonio Cubillos Lobo

Jorge Arturo Moreno Cascante
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

Jairo Antonio Cubillos Lobo
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

Resumen

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 capacidadcalorífica 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 límitan la aplicación de unproceso 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 defugacidad 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.

Palabras clave

Butanol, actividad, fugacidad, azeótropo, sistema cuaternario.

PDF

Citas

  1. P.H. Pfromm, V. Amanor-Boadu, R. Nelson, P. Vadlani, R. Madl, “Bio-butanol vs. bio-ethanol: A technical and economic assessment for corn and switchgrass fermented by yeast or Clostridium acetobutylicum”, Biomass Bioenerg, vol. 34, pp. 515-524, 2010. 10.1016/j.biombioe.2009.12.017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2009.12.017
  2. J.A. Moreno, J.A. Cubillos, "Biobutanol Como Combustible: Una Alternativa Alternativa Sustentable", Investigación Joven, vol.4, pp. 45–50, 2017
  3. C. Jin, M. Yao, H. Liu, C.F.F. Lee, J. Ji, “Progress in the production and application of n-butanol as a biofuel”, Renew. Sustain. Energ. Rev., vol. 15, pp. 4080-4106. 2011. 10.1016/j.rser.2011.06.001. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.06.001
  4. J. Zhang, L. Yu, M. Lin, Q. Yan, S.T. Yang, “n-Butanol production from sucrose and sugarcane juice by engineered Clostridium tyrobutyricum overexpressing sucrose catabolism genes and adhE2”, Bioresour. Technol., vol. 233, pp. 51–57, 2017. 10.1016/j.biortech.2017.02.079. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.02.079
  5. X. Kong, A. He, J. Zhao, H. Wu, J. Ma, C. Wei, W. Jin, M. Jiang, “Efficient acetone-butanol-ethanol (ABE) production by a butanol-tolerant mutant of Clostridium beijerinckii in a fermentation-pervaporation coupled process”, Biochem. Eng. J., vol. 105, pp. 90–96, 2016. 10.1016/j.bej.2015.09.013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bej.2015.09.013
  6. N. Abdehagh, F.H. Tezel, J. Thibault, “Separation techniques in butanol production: Challenges and developments”, Biomass Bioenerg., vol. 60, pp. 222–246, 2014. 10.1016/j.biombioe.2013.10.003. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2013.10.003
  7. I. Patraşcu, C.S. Bîldea, A.A. Kiss, “Eco-efficient butanol separation in the ABE fermentation process”, Sep. Purif. Technol., vol. 177, pp. 49–61, 2017. 10.1016/j.seppur.2016.12.008. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2016.12.008
  8. J.A. Cubillos, F. Bustamante, A. Acosta, "Modelación y simulación de un pervaporador acoplado a un proceso de sacarificación-fermentación para la producción de etanol", Rev. Fac. Ing. vol. 24, pp. 51-68, 2015. 10.19053/01211129.3848. DOI: https://doi.org/10.19053/01211129.3848
  9. R.H. Perry, “Perry’s Chemical Engineers' Handbook”, McGraw-Hill: New York, 1997, tomo IV, sección 17.
  10. G. Dalle Ave, T.A. Adams, “Techno-economic comparison of Acetone-Butanol-Ethanol fermentation using various extractants”, Energy Conv. Manag., vol. 156, pp. 288–300, 2018. 10.1016/j.enconman.2017.11.020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.11.020
  11. E.A. Crespo, L.P. Silva, M.A.R. Martins, L. Fernandez, J. Ortega, O. Ferreira, G. Sadowski, C. Held, S.P. Pinho, J.A.P. Coutinho, “Characterization and Modeling of the Liquid Phase of Deep Eutectic Solvents Based on Fatty Acids/Alcohols and Choline Chloride”, Ind. Eng. Chem. Res., vol. 56, pp. 12192–12202, 2017. 10.1021/acs.iecr.7b02382. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.iecr.7b02382
  12. E.J. Henley, J.D. Seader, “Equilibrium-Stage Separation Operations in Chemical Engineering”, John Wiley & Sons, New York, 1981, pp. 212-215.
  13. W. Kaminski, A. Górak, A. Kubiczek, “Modeling of liquid-liquid equilibrium in the quinary system of water, acetone, n-butanol, ethanol, and ionic liquid”, Fluid Phase Equilib., vol. 384, pp. 114–121, 2014. 10.1016/j.fluid.2014.10.017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fluid.2014.10.017
  14. J.P.M. Trusler, “The virial equation of state”, Exp. Thermodyn.,vol. 5, pp. 35–74, 2000. 10.1016/S1874-5644(00)80014-4. DOI: https://doi.org/10.1016/S1874-5644(00)80014-4
  15. G.W. Thomson, “The antoine equation for vapor-pressure data”, Chem. Rev., vol 38, pp. 1–39, 1946. 10.1021/cr60119a001. DOI: https://doi.org/10.1021/cr60119a001
  16. G. Reklaitis, “Balance De Materia Y Energia”, Interameri, Mexico, D.F., 1986. Pp 619-622.
  17. H.B. Callen, “Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics”, John Wiley & Sons, New York, 1995, pp. 11-212
  18. B.E. Poling, J.M. Prausnitz, J.P. O’Connell, “The properties of gases & liquids”, McGraw-Hill, 1988. Pp 8.1-8.204.
  19. S.C. Chapra, R.P. Canale, “Métodos Matemáticos Para Ingenieros”, McGraw-Hill, 2006, pp. 90-95.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.