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

• Autores: Alicia García Sanz
• Directores de la Tesis: José Antonio Delgado Dobladez (dir. tes.), Vicente Ismael Águeda Maté (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Número de páginas: 205
• Tribunal Calificador de la Tesis: José Luis Sotelo Sancho (presid.), María Angeles Uguina Zamorano (secret.), M. Aránzazu García Martín (voc.), Mercedes Ballesteros Perdices (voc.), Eloy Santiago Sanz Pérez (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Ingeniería y tecnología químicas
      • Procesos químicos
    • Tecnología industrial
      • Ingeniería de procesos
    • Tecnología metalúrgica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense (pdf)
• Resumen
  • español

    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.

  • English

    The present work belongs to one of the research areas of the Catalysis and Separation Processes Group of the Chemical Engineering Department (Complutense University of Madrid). This research has been funded by the Fundamental Research Projects Program of the National R+D+i Plan through CTQ contract 2009-08838 PPQ. Energy is usually associated with growth and quality of life. The International Energy Agency in its latest International Energy Outlook 2016 forecasts an increase of aproximately 48% in global energy consumption by 2040 (Sieminsk A., 2016), which means a carbon dioxide emissions rise of approximately 34% (compared to 2016). Moreover, it shows that fossil fuels (oil, natural gas and coal) will remain as the main energy sources (78% of all). Although fossil fuels consumption will grow, renewable energy sources will experience the highest annual growth (2.6% per year), due to the current environmental policies that aims to reduce carbon dioxide emissions. Nevertheless, this increase will be insufficient to achieve the proposed emission reduction targets. After the Paris Agreement reached at the 21st International Conference on Climate Change (COP21, December 2015), the signatory countries committed to reduce carbon dioxide emissions by the year 2100. The agreement established an maximum increase of 2 °C on Earth’s temperature, taking as reference the preindustrial era (intending in the future to lower the limit to 1.5 °C)...