Destilacion de Etanol

FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL, SISTEMAS E

INFORMÁTICA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA

INDUSTRIAL

TEMA:

“DESTILACIÓN DE ETANOL”

ALUMNOS:

MORALES RÍOS, DERLIS HUMERTO

NOREÑA NÚÑEZ, LUIS GERARDO

SAMANAMUD NATIVIDAD, RUBÉN ORLANDO

SANCHEZ MARIN, MARICELY YAZMIN

SIFUENTES SAAVEDRA, YUDITH

DOCENTE:

Ing. CARLOS MIGUEL CHUQUILIN TERAN

HUACHO-PERÚ

2015

DESTILACIÓN DE ETANOL

ÍNDICE

PRESENTACIÓN

INTRODUCCIÓN

CAPÍTULO I: GENERALIDADES

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO

2.1 RESEÑA HISTÓRICA

2.2 DEFINICIÓN DE DESTILACIÓN

2.3 TIPOS DE DESTILACIÓN

2.4 BEBIDAS QUE SE OBTIENEN POR DESTILACIÓN

CAPÍTULO III: DESTILACIÓN DE ETANOL

3.1 PRODUCCIÓN DE ETANOL ABSOLUTO POR DESTILACIÓN

EXTRACTIVA

3.2 DESHIDRATACIÓN DE ETANOL MEDIANTE DESTILACIÓN AZEOTRÓPICA

CAPÍTULO IV: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

REFERENCIAS ELECTRÓNICAS

BALANCE DE MATERIA 2


PRESENTACIÓN

El presente trabajo nos presenta el tema de la destilación del etanol

haciendo hincapié en que existen distintos tipos de destilación y cada

uno tienen sus característica especiales que nos hacen decantar al fin

de cuentas por uno u otro tipo dependiendo de las circunstancias.

Estas características que influyen en el proceso nos ayudan a

entender también la composición d sistemas, operaciones y flujos tanto

de entrada como de salida, algo fundamental para el curso pues se trata

de balance energético.

Esperamos que esta investigación sea de su agrado y le ayude a

disipar algunas dudas que tenga.

El grupo



INTRODUCCIÓN

A lo largo de varios años y cada vez con más fuerza, la industria química mundial

tiene como una de sus materias fundamentales el etanol. El cual se obtiene en

mezcla con el agua a partir de la fermentación. Pero como se sabe, la separación de

esta mezcla es difícil debido a sus afinidades químicas.

Generalmente y casi en el 95% de las industrias en el mundo, el etanol se obtiene

por la vida fermentativa de azucares, dando esto una mezcla de están- agua, la cual

se deberá separar con la mayor eficiencia posible y con la clara intención de

desplazar el punto azeotrópico de esta mezcla. Para ello se plantea una tecnología

sencilla y eficiente basada en la separación por destilación salina de la mezcla, con

el único fin de desplazar el azeótropo y obtener un alcohol etílico puro.

El presente trabajo está orientado principalmente a mostrar los proceso de

destilación del etanol, entre ellos encontramos el proceso de destilación salina,

utilizando como agente de separación el cloruro de calcio, por la que se pretende

mostrar las ventajas que trae este tipo de proceso de separación con respecto a los

procesos convencionales, dentro de los cuales destacamos la baja toxicidad y el

bajo consumo energético.



CAPÍTULO I:

GENERALIDADES



1.1ANTECEDENTES

El tetraetilo de plomo fue el aditivo que proporcionó por muchos años el octanaje

que requería la gasolina para evitar el común pistoneo, pero en los años setenta se

descubrió que la inhalación de los gases de combustión con este componente

tenía efectos negativos para la salud. Desde entonces se comenzó a reemplazarlo

con otros aditivos que proporcionaran los niveles de octanaje requeridos sin los

efectos negativos del uso del plomo.

En Nicaragua estamos llegando tarde, pero llegando al fin, al reemplazo del

tetraetilo de plomo. Los compuestos que proporcionaban estas características a las

gasolinas eran los llamados oxigenados, entre los cuales el más popular fue

el MTBE, el cual se produce mediante la reacción del metanol con isobutileno, pero

también el ETBA y el TAME, todos ellos derivados del petróleo. Ésta fue la solución

general hasta que, en los años noventa, se descubrió que el MTBE podría

tener propiedades cancerígenas. Sin que esto se haya probado concluyentemente,

la decisión más sabia resultaba tratar de reemplazarlo. Por ello los oxigenados han

sido prohibidos en muchas partes, la vanguardia ha sido California y se ha extendido

a más de la mitad de los Estados Unidos, y la tendencia es que estas prohibiciones

aumenten hasta reemplazar totalmente su uso. Sin entrar en la polémica sobre los

oxigenados, quiero destacar que en la actualidad el producto de moda para brindar

el octanaje requerido sin producir, hasta el momento, efectos nocivos para la salud

es el etanol, el cual puede obtenerse tanto del etano, derivado del petróleo y el gas

natural, como de la destilación de la glucosa contenida en muchos vegetales. Esto

ha hecho que sea el combustible de moda, ya que se puede combinar

su producción con planes de desarrollo agrícola.

En particular en nuestros países tropicales se piensa en el desarrollo de la caña de

azúcar. En tal sentido, hay proyectos para iniciar la producción de etanol a partir del

azúcar al menos en Colombia, Perú, Ecuador, El Salvador y ahora en Nicaragua.

Hay muchos antecedentes sobre el uso del etanol, pero entre ellos vale la pena

destacar el caso de Brasil. En los años ochenta se inició en ese país



un programa de sustitución de gasolina por alcohol, más para disminuir la

dependencia del petróleo que para proporcionar el octanaje. Esto llevó al uso de un

combustible llamado Pro-alcohol, con un alto contenido de etanol. Razones no

energéticas, como usar la producción de azúcar para aumentar el empleo en el

campo y frenar la migración rural-urbana, hicieron que Brasil mantuviera

estos programas fuertemente subsidiados. Pero en las últimas dos décadas Brasil

ha aumentado su producción petrolera hasta casi eliminar la dependencia extranjera

y, en paralelo, ha ido reduciendo el uso de etanol por razones económicas, ya que el

etanol tenía un precio de mercado de más del doble de la gasolina. Sin embargo, la

nueva pasión por el etanol y el aumento de los precios del petróleo han revivido en

Brasil los programas de etanol, en los cuales es toda una potencia. Líder mundial en

su producción y en la del azúcar, con 350 millones de toneladas

anuales (recuérdese tan sólo que la meta de la revolución cubana, que jamás logró,

eran 10 millones). Brasil dispone de infraestructura para la

producción, transporte y exportación de etanol, junto con un know how, que le

permiten mantener la supremacía, si no mundial, al menos en la región. Con estos

antecedentes, sería conveniente que en Nicaragua analizáramos con prudencia la

conveniencia de lanzarnos a un programa extensivo de producción de azúcar y

etanol, ya que no será fácil competir con una potencia como Brasil y podríamos estar

creando una nueva dependencia, más cuando tenemos alternativas con derivados

del petróleo que sí es nuestro fuerte.

1.2 OBJETIVOS

El objetivo general del presente trabajo es:

Conocer el proceso de destilación del etanol.

Los objetivos particulares son:

Identificar las partes que componen el proceso de destilación del etanol.

Llegar a conocer los tipos de destilación del etanol.



CAPÍTULO II:

MARCO TEÓRICO



2.1 RESEÑA HISTÓRICA

La destilación como una técnica de la química convencional tiene sus orígenes como muchas otras de la misma naturaleza, en los tiempos de la alquimia.

La alquimia se remonta hacia el año 300 antes de Cristo en la Antigua Grecia, recogiendo aportaciones egipcias y babilónicas. Su mayor esplendo en la antigüedad parece haberse alcanzado en Alejandría entre los años 200 – 300 después de Cristo, siendo posiblemente en esta época cuando se inventa el alambique, que los historiadores atribuyen a María la Judía, Zósimo de Panólis y su hermana Theosebeia.

Hay pruebas documentales de que los trabajos de estos alquimistas llegaron a los árabes y los aparatos que utilizaban para la destilación son descritos por Marco Graco en el siglo VIII, en el que puede considerarse el primer documento históricp sobre la destilación de vinos, aunque no indica nada sobre las características del destilado obtenido.

Los árabes recopilaron los conocimientos de los alquimistas existentes hasta la época en el llamado "Libro de Crates". Pero será la obra de Gerber (posible seudónimo de un grupo de alquimistas árabes), publicada hacia el año 850, y que fue traducida al latín con el título "De Summa Perfectionis", la que llevará a Europa el pensamiento y los métodos de la química.

Es indudable que la destilación para la obtención de alcohol es un descubrimiento árabe que algunos autores atribuyen a Ibn Yasid. Este descubrimiento no puede ser anterior al siglo X, puesto que la inmensa obra del filósofo árabe Avicena (980-1037), verdadera enciclopedia de los conocimientos de su época, no menciona el alcohol, aunque sí describe detalladamente el alambique y relaciona minuciosamente sus aplicaciones.

Por este tiempo Venecia comerciaba establemente con los árabes, por lo que parece natural que entre los estudiosos de la alquimia y de la química, existiese el interés por este aspecto característico del comportamiento de las sustancias.

Es indudable que la primera utilización del alcohol fue como sustancia medicinal. En el año 1.100, la escuela de Salerno (Italia), diferenciaba dos formas, el "aqua ardens" de 60 grados alcohólicos y el "aqua vitae" de 90 grados.

En el siglo XIII, se hablaba ya del "espíritu del vino", origen indudable del término "espirituosas" con que se generaliza la denominación de las bebidas alcohólicas. Ya hemos dicho que se le atribuían propiedades medicinales y hasta la virtud de



prolongar la vida; el término francés "eau de vie" (agua de vida) hace referencia a esta propiedad.

Sin embargo es imposible no encontrar en tales espirituosas reminiscencias de connotaciones rituales y mágicas profundamente arraigadas en los mismos orígenes de la civilización.

El médico paduano Michele Savonarola (1384-1462) escribe una obra "De arte confectionis aquae vitae" extrañándose de que los antiguos escritores no hablasen del agua maravillosa.

Sin embargo los destilados obtenidos debían tener un sabor poco agradable, puesto que, para su consumo medicinal solía macerarse con hierbas o frutas, práctica que continúa aún en nuestras comunidades rurales, para elaborar los tradicionales licores de Galicia.

Hay pruebas ciertas de que en el 1.600, la entonces potente Compañía de Jesús, dedicó una notable atención a los aguardientes. Utilizaban esta bebida para el consuelo de los que sufren y, casi consecuencia lógica, dedican una parte de sus no escasos recursos intelectuales, al estudio de nuevas materias alcohólicas y búsqueda de nuevas técnicas en el campo de la destilación.

En 1617, el agrónomo eclesiástico catalán Miguel Agustí, publica una obra en cuatro volúmenes con el título "Libro dels secrets d´agricoltura, casa rústica y pastoril" en la que describe detalladamente un alambique para obtener aguardiente de los orujos.

En 1663, su cofrade, el monje jesuita alemán Atanasio Kircher, publica un tratado de química en el que señala claramente a los orujos como materia alcoholígena, dándole carácter científico a su destilación.

El hecho de que los científicos se interesaran por la destilación de los orujos hace sospechar que, en esta época, funcionaban muchos alambiques en las residencias de los nobles y en las casas de los agricultores, para obtener de los orujos y de los residuos del vino después de la fermentación, su riqueza alcohólica residual, para mejorar un poco la calidad de vida. No debemos olvidar que de la asociación de estos destilados con hierbas y raíces se obtienen preciosos remedios médicos presentes tanto en la farmacopea oficial como en la casera.

Este desarrollo de la destilación de alcohol pronto llama la atención de los gobernantes que establecen cargas impositivas, con lo que los destilados, especialmente el obtenido por destilación de orujos, se dividen en dos ramas de producción, la legal y la clandestina, la que hasta no hace mucho, era una forma de obtener, a un menor precio, un bien considerado de primera necesidad.





2.2 DEFINICIÓN

La destilación es un método comúnmente utilizado para la purificación de líquidos y la separación de mezclas con el fin de obtener sus componentes individuales.

La destilación es una técnica de separación de sustancias que permite separar los distintos componentes de una mezcla. Esta técnica se basa fundamentalmente en los puntos de ebullición de cada uno de los componentes de la mezcla. Cuanto mayor sea la diferencia entre los puntos de ebullición de las sustancias de la mezcla, más eficaz será la separación de sus componentes; es decir, los componentes se obtendrán con un mayor grado de pureza.

La técnica consiste en calentar la mezcla hasta que ésta entra en ebullición. A medida que la mezcla se calienta, la temperatura aumenta hasta que alcanza la temperatura de la sustancia con punto de ebullición más bajo mientras que los otros componentes de la mezcla permanecen en su estado original. A continuación los vapores se dirigen hacia un condensador que los enfría y los pasa a estado líquido. El líquido destilado tendrá la misma composición que los vapores y; por lo tanto, con esta sencilla operación habremos conseguido enriquecer el líquido destilado en el componente más volátil (el de menor punto de ebullición). Por consiguiente, la mezcla sin destilar se habrá enriquecido con el componente menos volátil (el de mayor punto de ebullición).

Por ejemplo, el agua salada puede ser separada por destilación simple. En las figuras se ilustra el proceso de destilación.

Paso 1: La solución de agua y sal se calientan en un balón de destilación. Mientras es calentada la mezcla se generara vapor de agua.



Paso 2: El vapor de agua generado viaja por el tubo refrigerante convirtiendo el agua de estado gaseoso a estado líquido (condensación).

Paso 3: Finalmente la totalidad de agua se condensa en un recipiente separado. La sal no se evapora y se queda en el balón de destilación.

La destilación se utiliza ampliamente en la industria, permitiendo procesos como la obtención de bebidas alcohólicas, refinado del petróleo, obtención de productos petroquímicos de todo tipo y en muchos otros campos. Es uno de los procesos de separación más extendidos.



2.3 TIPOS DE DESTILACIÓN

Destilación simple

Es el método que se usa para la separación de líquidos con punto de ebullición inferior a 150ºC a presión atmosférica de impurezas no volátiles o de otros líquidos miscibles que presenten un punto de ebullición al menos 25ºC superior al primero de ellos. Es importante que la ebullición de la mezcla sea homogénea y no se produzcan proyecciones. Para evitar estas proyecciones suele introducirse en el interior del aparato de destilación nódulos de materia que no reaccione con los componentes. Normalmente se suelen utilizar pequeñas bolas de vidrio.

Destilación fraccionada

La destilación fraccionada es un proceso de destilación de mezclas muy complejas y con componentes de similar volatilidad. Consiste en que una parte del destilado vuelve del condensador y gotea por una larga columna a una serie de placas, y que al mismo tiempo el vapor que se dirige al condensador hace burbujear al líquido de esas placas. De esta forma, el vapor y el líquido interaccionan de forma que parte del agua del vapor se condensan y parte del alcohol del líquido se evapora. Así pues, la interacción en cada placa es equivalente a una redestilación, y si se construye una columna con el suficiente número de placas, se puede obtener un producto destilado de altísima pureza, como el alcohol de 96%; en una única destilación. Además, introduciendo gradualmente la disolución original de baja concentración del componente a destilar en un punto en mitad de la columna, se podrá separar prácticamente todo este componente del disolvente mientras desciende hasta la placa inferior, de forma que no se desperdicie nada del componente a destilar.

Este proceso se utiliza mucho en la industria, no sólo para mezclas simples de dos componentes, como alcohol y agua en los productos de fermentación, u oxígeno y nitrógeno en el aire líquido, sino también para mezclas más complejas como las que se encuentran en el alquitrán de hulla y en el petróleo. La columna fraccionadora que se usa con más frecuencia es la llamada torre de burbujeo, en la que las placas están dispuestas horizontalmente, separadas unos centímetros, y los vapores ascendentes suben por unas cápsulas de burbujeo a cada placa, donde burbujean a través del líquido. Las placas están escalonadas de forma que el líquido fluye de



izquierda a derecha en una placa, luego cae a la placa de abajo y allí fluye de derecha a izquierda. La interacción entre el líquido y el vapor puede ser incompleta debido a que puede producirse espuma y arrastre de forma que parte del líquido sea transportado por el vapor a la placa superior. En este caso, pueden ser necesarias cinco placas para hacer el trabajo de cuatro placas teóricas, que realizan cuatro destilaciones. Un equivalente barato de la torre de burbujeo es la llamada columna apilada, en la que el líquido fluye hacia abajo sobre una pila de anillos de barro o trocitos de tuberías de vidrio.

La única desventaja de la destilación fraccionada es que una gran parte, aproximadamente el 50%, del destilado condensado debe volver a la parte superior de la torre y eventualmente debe hervirse otra vez, con lo cual hay que suministrar más energía en forma de calor. Por otra parte, el funcionamiento continuo permite grandes ahorros de calor, porque el destilado que sale puede ser utilizado para precalentar la mezcla que entra.

Cuando la mezcla está formada por varios componentes, estos se extraen en distintos puntos a lo largo de la torre. Las torres de destilación industrial para petróleo tienen a menudo 100 placas, con al menos diez fracciones diferentes que son extraídas en los puntos adecuados. Se han utilizado torres de más de 500 placas para separar isótopos por destilación.

Se usa para separar componentes líquidos que difieren de en menos de 25º en su punto de ebullición. Cada uno de los componentes separados se les denomina fracciones. Al calentar la mezcla el vapor se va enriqueciendo en el componente más volátil, conforme asciende en la columna.

Destilación por vapor

Si dos líquidos insolubles se calientan, ninguno de los dos es afectado por la presencia del otro (mientras se les remueva para que el líquido más ligero no forme una capa impenetrable sobre el más pesado) y se evaporan en un grado determinado solamente por su propia volatilidad. Por lo tanto, dicha mezcla siempre hierve a una temperatura menor que la de cada componente por separado. El porcentaje de cada componente en el vapor sólo depende de su presión de vapor a esa temperatura. Este principio puede aplicarse a sustancias que podrían verse perjudicadas por el exceso de calor si fueran destiladas en la forma habitual.

Destilación al vacío



Otro método para destilar sustancias a temperaturas por debajo de su punto normal de ebullición es evacuar parcialmente el alambique. Por ejemplo, la anilina puede ser destilada a 100 °C extrayendo el 93% del aire del alambique. Este método es tan efectivo como la destilación por vapor, pero más caro. Cuanto mayor es el grado de vacío, menor es la temperatura de destilación. Si la destilación se efectúa en un vacío prácticamente perfecto, el proceso se llama destilación molecular. Este proceso se usa normalmente en la industria para purificar vitaminas y otros productos inestables. Se coloca la sustancia en una placa dentro de un espacio evacuado y se calienta. Permite destilar líquidos a temperaturas más bajas que en el la destilación fraccionada debido que la presión es menor que la atmosférica con lo que se evita en muchos casos la descomposición térmica de los materiales que se manipulan.

Destilación molecular centrífuga

Si una columna larga que contiene una mezcla de gases se cierra herméticamente y se coloca en posición vertical, se produce una separación parcial de los gases como resultado de la gravedad. En una centrifugadora de alta velocidad, o en un instrumento llamado vórtice, las fuerzas que separan los componentes más ligeros de los más pesados son miles de veces mayores que las de la gravedad, haciendo la separación más eficaz. Por ejemplo, la separación del hexafluoruro de uranio gaseoso, UF6, en moléculas que contienen dos isótopos diferentes del uranio, uranio 235 y uranio 238, puede ser llevada a cabo por medio de la destilación molecular centrífuga.

Sublimación

Si se destila una sustancia sólida, pasándola directamente a la fase de vapor y otra vez a la fase sólida sin que se forme un líquido en ningún momento, el proceso se llama sublimación. La sublimación no difiere de la destilación en ningún aspecto importante, excepto en el cuidado especial que se requiere para impedir que el sólido obstruya el aparato utilizado. La rectificación de dichos materiales es imposible. El yodo se purifica por sublimación.

Destilación destructiva

Cuando se calienta una sustancia a una temperatura elevada, descomponiéndose en varios productos valiosos, y esos productos se separan por fraccionamiento en la misma operación, el proceso se llama destilación destructiva. Las aplicaciones más importantes de este proceso son



la destilación destructiva del carbón para el coque, el alquitrán, el gas ciudad y el amoníaco, y la destilación destructiva de la madera para el carbón de leña, el ácido etanoico, la propanona y el metanol. Este último proceso ha sido ampliamente desplazado por procedimientos sintéticos para fabricar distintos subproductos. El craqueo del petróleo es similar a la destilación destructiva.

2.4 BEBIDAS ELABORADAS POR DESTILACIÓN

Las bebidas alcohólicas que incluyen destilación en su proceso de elaboración son muchas, y se distinguen las siguientes:



Whisky: Incluye todas sus variedades; Escocés (Scotch), Irlandés, Whiskies

Estadounidenses y Canadienses. Incluyen cierto añejamiento según sea su

productor. Se elaboran siempre a partir de cereales o malta.

Vodka: Los de Europa oriental y báltica se elaboran a base

de patatas y cereales, y los occidentales a partir de cerealessolamente.

Ron: Ron español o Rhum francés. Partiendo todos de la caña de azúcar, se

agrupan en tres variantes básicas. (1) los secos y de cuerpo liviano.

Producidos en Cuba, Puerto Rico, México, Argentina, Brasil y Paraguay; (2)

los de cuerpo intenso producidos principalmente en Jamaica, Barbados y

Demerara (Guyana Britanica); (3) los tipo Brandy pero aromáticos de Java e

Indonesia, Haití y Martinica.

Brandy o Cognac: A partir de la destilación de vino o fruta y añejado

en toneles de madera. Los más conocidos son los que han tenido origen en

Francia bajo el término de cognac y es el reconocido como destilación

de vino. Los de fruta parten

de manzanas,cereza, albaricoque (damasco), ciruela, etc. aunque son

bebidas conocidas no como brandy o cognac si no por las marcas del

producto terminado o nombre histórico que se les haya asignado.

La Slivovitza que derivan su nombre de la ciruela utilizada (Quetsch o

Mirabelle). El Barat Palinka que deriva del albaricoque y añejada en barriles

de madera. El Brandy de cereza que es también conocido como Kirsch en

Francia y Kirschwasser en Alemania y Suiza que no tiene añejamiento alguno

y por tanto color transparente.

Tequila: Obtenido a partir del mezcal o agave, variedades de cactus de

México y del desierto del sur de Estados Unidos de Norteamérica. Su

añejamiento aumenta su calidad. Se comercializa con graduaciones

alcohólicas que van desde los 37º hasta los 50º.

Oke (Okelehao): Parte de la destilación de melaza de caña de azucar, arroz y

jugo de una fruta local con la que también hacen una comida llamada Poi. Es

añejada en barriles de roble.



Ng ka py: Es una variedad de whisky chino de 43º hecho a partir

de mijo y hierbas aromáticas y envejecido en madera.

Aguardientes aromáticos: Este grupo incluye varias bebidas alcohólicas

de alta graduación (mayor a 40º). Aquí se encuentran la ginebra, la Zubrovka

y el Akvavit escandinavo, distinta al aquavitae escocess. La ginebra se

elabora a partir de cerealesaromatizados con bayas de enebro. La Zubrowka

(45º) pero aromatizada con ciertas variedades de hierbas aromáticas. El

Akvavit escandinavo (46º) que se produce en forma similar a la ginebra pero

incluye destilado de patata y se aromatiza con semillas decomino. La

variedad Danesa es incolora y se aromatiza con semilla de carvi. Las

variedades Noruegas y Suecas tienen tono rojizo, son mas dulces y picantes.

La variedad Finlandesa se aromatiza con canela. La cachaça brasileña

elabora a partir de caña de azúcar, con la diferencia que no incluye

añejamiento en madera y carece de aroma por lo que suele complementarse

con azucares y cítricos.

Licores: Es el grupo quizá de menor graduación alcohólica y que incluye las

bebidas más dulces y aromáticas. La cantidad de combinaciones y sabores

existente es ilimitada. En muchos casos es estandarizada y en otros es

asociado a una marca. Sugraduación alcohólica comienza en los 27º y

termina con los más fuertes en los 40º.



CAPÍTULO III:DESTILACIÓN DE

ETANOL



3.1 PRODUCCIÓN DE ETANOL POR DESTILACIÓN EXTRACTIVA

Una de las técnicas usadas en la industria para separar la mezcla azeotrópica etanol agua es la destilación extractiva, que puede llevarse a cabo con agentes de separación líquidos como glicoles, glicerol, furfural, etilenglicol y tolueno, ó agentes de separación sólidos como sales solubles.

• Destilación con agentes separadores líquidosLa destilación extractiva convencional con solventes líquidos requiere como mínimo una secuencia de 3 pasos, tal como se muestra en la figura siguiente. El primer paso consta de una destilación para llevar el etanol hasta una concentración cerca a su punto azeotrópico, en el segundo se realiza la destilación extractiva obteniéndose etanol anhidro como destilado y el tercero comprende la recuperación del solvente por destilación para ser recirculado al proceso.

Ejm: Producción De Etanol Por Destilación Extractiva Combinada Con Efecto Salino

La separación de mezclas azeotrópicas en fracciones de elevada pureza constituye uno de los problemas técnicos y económicos más importantes y retadores de la industria de procesos químicos. Las políticas ambientales obligan a desarrollar procesos rentables para la producción de etanol anhidro.

Las mezclas etanol-gasolina, poseen una baja tolerancia al agua, la cual disminuye al incrementar el porcentaje de etanol o la temperatura. Si la temperatura del motor de un vehículo baja y se sobrepasan los valores máximos permitidos de contenido de agua se forman dos fases se comienzan a generar problemas en el funcionamiento del motor. En este sentido, la producción de etanol anhidro se convierte en una prioridad a nivel ambiental, tecnológico y económico.

Tradicionalmente, la separación del sistema etanol-agua se hace con destilación azeotrópica, usando benceno, pentano o dietil éter como solventes, o mediante destilación extractiva empleando etilenglicol o gasolina; estas tecnologías, sin embargo, involucran altos costos de capital y de operación. El uso del pentano, por ejemplo, es efectivo pero requiere altas presiones, mientras que con etilenglicol la proporción del solvente en el alimento es demasiado alta, normalmente 5:1, lo que incrementa el consumo energético; además el etilenglicol es de difícil manejo por su toxicidad, ya que causa irritación de ojos, nariz y garganta y la exposición repetida puede causar daños a los riñones y al cerebro; por otra parte, éste es un líquido combustible cuyo punto de inflamabilidad es 111ºC y al incendiarse produce gases venenosos; además esta sustancia debe tratarse como un teratógeno, es



decir, un agente ambiental que causa anomalías morfológicas cuando hay exposición entre la tercera y la novena semana de gestación.

Para romper o desplazar el azeótropo también se puede aprovechar el efecto salino, el cual se presenta cuando una sal se disuelve en una solución de líquidos y altera el equilibrio termodinámico, e incluso puede afectar la solubilidad del sistema. Generalmente, dado que la sal es un componente no volátil, sólo está presente en la fase líquida mientras que el vapor en equilibrio tiene la mayor concentración del componente en el cual la sal es menos soluble. Los iones de la sal tienen tendencia a aglomerarse preferencialmente con moléculas de los componentes más polares, por eso la selectividad y la magnitud del efecto de la sal sobre la composición de la fase vapor depende de la diferencia de solubilidades individuales de la sal con los componentes líquidos.

La destilación extractiva con una combinación de sal y solvente como agente de separación (estudio que se inició en los años sesentas) permite obtener productos de alta pureza; este proceso integra destilación extractiva tradicional con el principio del efecto salino, en donde la disolución de la sal, la reutilización y el transporte son mejorados por el solvente, con la ventaja adicional de que la cantidad de agente de separación necesario se reduce en un 500%, lo cual disminuye los requerimientos energéticos de manera sustancial. Actualmente, se conocen varios procesos que usan sales disueltas en etilenglicol, sin embargo, considerando las restricciones que se deben tener por seguridad industrial con relación al manejo del etilenglicol dada su alta toxicidad, se está investigando otro tipo de solventes como agentes de separación que permitan desarrollar procesos factibles técnicamente, menos riesgosos y más rentables.

Inicialmente se mezcla etanol al 99.5% con el agente de separación, luego se carga en el destilador, y se comienza el calentamiento en la celda y la refrigeración en el condensador.

Resistencia eléctrica

Celda contenedora de la mezcla

Válvula toma muestra de fase líquida

Salida de vapor

Termopar conectado a controlador PID

Condensador

Acumulador de condensado


113

82

7549

6


Ducto para recirculación

Válvula toma muestra de fase vapor

Tubo de agitación

Cuando el acumulador del condensado se rebosa se genera un sobreflujo que permite que el destilador trabaje a reflujo total, después de 1 hora, cuando la temperatura se estabiliza, se toman las muestras de las dos fases y se inyectan al cromatógrafo. Para mantener constante el volumen de la mezcla y para variar su composición se adiciona agua y agente de separación, nuevamente, después de 1 hora se toman muestras y se continúa con este procedimiento hasta recorrer todas las composiciones requeridas.

A continuación el proceso



3.2 DESHIDRATACIÓN DE ETANOL MEDIANTE DESTILACIÓN AZEOTRÓPICA

Para la deshidratación de la mezcla azeotrópica etanol-agua se usa ampliamente esta tecnología, con agentes como benceno, pentano, ciclohexano y dietil-eter. Sin embargo su alto costo de capital, sus altos requerimientos energéticos, su gran sensibilidad a impurezas en la alimentación y el uso de químicos tóxicos como el benceno, ha causado su eliminación en las plantas modernas de etanol y su reemplazo en las ya existentes.

En la figura se muestra un esquema de destilación azeotrópica para la deshidratación de etanol con benceno o agentes similares. El caldo proveniente de la fermentación (8−10% de etanol en peso) es alimentado a una columna de destilación donde se concentra hasta un 93%, este destilado es luego llevado a la columna de deshidratación donde se obtiene por fondos etanol anhidro. El producto de cima, con una composición cercana a la del azeótropo ternario, es condensado en dos fases líquidas, la fase orgánica, rica en el agente separador se devuelve a la torre como reflujo, mientras la fase acuosa es decantada y alimentada a una columna de recuperación, donde se obtiene benceno y la mayor parte del etanol restante como destilado, para ser recirculados a la columna de deshidratación, la cual a su vez debe contar con una corriente de alimentación fresca de benceno.

Ejm: DESHIDRATACIÓN DE ETANOL MEDIANTE DESTILACIÓN AZEOTRÓPICA CON HIDROCARBUROS COMPONENTES DE LA GASOLINA

Siendo los azúcares la materia prima del proceso de obtención del bioetanol, podemos diferenciar tres fuentes de azúcar como materias primas básicas.



Azúcares, procedentes de la caña o la remolacha.

Cereales, en los que se produce la fermentación del almidón.

Biomasa, poseedora de celulosa y hemicelulosa.

La obtención del bioetanol podemos dividirla en cuatro etapas, no todas estrictamente necesarias:

Dilución. Las levaduras que producen la reacción en la que se obtiene el etanol, presentan toxicidades al mismo etanol, por lo que elevadas concentraciones del mismo, producen su muerte. Se añade agua a la mezcla de reacción para adecuar esta concentración a la óptima de trabajo de las levaduras.

Conversión. El almidón y la celulosa, no son digeridos directamente por las levaduras, requieren de un proceso previo a fin de convertirlos en azúcares.

Fermentación. Proceso anaeróbico realizado por levaduras en el que se convierten los azúcares en etanol y otros subproductos.

Deshidratación. Separación del bioetanol de la mezcla acuosa en el que se encuentra presente.

Una de las características más importantes del proceso es la flexibilidad en cuanto a la materia prima que entra al proceso. En general, es susceptible de entrar toda materia orgánica en gran contenido de azúcares. En un principio, se podría, que es necesario cultivar algún tipo de azúcar o cereal, para la entrada al proceso. Pero la posibilidad de reutilizar residuos orgánicos agrícolas o forestales, con alto contenido en biomasa amplía el abanico de posibilidades.

Es necesario destacar, no sólo la capacidad de utilizar materias primas de bajo coste, sino la posibilidad de eliminar gran cantidad de residuos, con problemas medioambientales en algunos casos. La hidrólisis ácida y la enzimática de estos residuos permiten extraer los azúcares contenidos en ella.



Uno de los objetivos de cualquier proceso industrial es la eliminación de cualquier tipo de residuo. El proceso de producción de bioetanol comentado anteriormente permitiría esta reducción de subproductos. Además de los residuos orgánicos se están utilizando residuos de destilerías y empresas vinícolas para reconcentrar el alcohol contenido.

Los subproductos que se podrían utilizar en el proceso en general, se destinan a dos usos actualmente:

Materiales lignocelulósicos: destinados a la valorización energética.

Materiales alimenticios: destinados a piensos de animales.

Críticas al uso del bioetanol

La mayor crítica que se realiza a la utilización del bioetanol como combustible es que el balance energético neto no es positivo. La energía contenida en el etanol como producto de consumo menos la energía necesaria para obtener ese etanol tiene un valor negativo. La cantidad de energía necesaria en el cultivo, la fertilización y procesado suelen considerarse superiores a la del quemado de etanol (Pimentel & Patzek, 2005), (Analysis National Center for Policy, 2002).

Como primera respuesta a las críticas se puede afirmar que por cada unidad de energía introducida en forma de bioetanol es una unidad menos que se introduce de combustibles fósiles, esto es lo más importante, sabemos que los combustibles fósiles tienen unas reservas limitadas y se van a acabar tarde o temprano.

También es importante definir bien las entradas y salidas del balance energético. Beneficios ambientales, desarrollos económicos y reciclado de residuos en general no se tienen en cuenta.

La variable tiempo es la mejor unidad de medida que tenemos. El tiempo empleado en formar las reservas de combustibles fósiles, comparado con la velocidad de consumo es insostenible. Hemos de ser capaces de llegar a balances energéticos positivos en los que la capacidad de producción sea igual al consumo en términos temporales.

Deshidratación de etanol

Como se ha comentado anteriormente, la última etapa de la obtención del bioetanol es la deshidratación. El etanol forma con el agua un azeótropo binario de mínimo punto de ebullición a 78,17ºC (1 atm) con un contenido en peso de alcohol del 95,6%. La destilación ordinaria del mismo no conduce a la obtención del etanol absoluto pues su punto de ebullición es 78,40ºC superior a la del azeótropo.



Extracción: Disolventes líquidos y Supercrítica. La extracción con disolventes requiere la inmiscibilidad de uno de los componentes a fin de extraer selectivamente el otro. La extracción supercrítica presenta grandes ventajas, tanto por la elevada solubilidad del etanol en el fluido supercrítico, como por la baja densidad y viscosidad del disolvente comparadas con las del líquido.

Tecnologías de membrana: Pervaporación y Ósmosis inversa. Menos utilizados que los anteriormente descritos. La pervaporación consiste en vaporizar la mezcla etanol + agua y hacerla pasar a través de una membrana hidrófila que produce la separación. En cuanto a la ósmosis inversa, su fundamento reside en hacer fluir selectivamente un componente a través de una membrana desde una zona de concentración más baja hasta otra de concentración más elevada, aplicando una presión superior a la osmótica.

Adsorción: Tamices moleculares y Agentes sólidos. El fundamento de este proceso estriba en la mayor afinidad que presentan algunos sólidos para retener un componente (adsorbato) de una mezcla que fluye a su través. Dicha técnica tiene un carácter semi-continuo puesto que cada ciclo de operación consta de dos etapas. Primera de adsorción del adsorbato y una segunda de regeneración del sólido.

D. Destilación: Azeotrópica y Extractiva. Mediante la adición de un tercer componente se modifican los coeficientes de actividad de los compuestos en la dirección oportuna y es posible separar el azeótropo.

Actualmente la deshidratación del etanol se lleva a cabo comercialmente mediante destilación azeotrópica o adsorción sobre tamices moleculares. Sin embargo, existen investigaciones y demostraciones comerciales de nuevas tecnologías para la deshidratación basadas en procesos de separación con membranas acoplados, normalmente a los procesos convencionales.

Adsorción sobre tamices moleculares

La adsorción sobre tamices moleculares se ha impuesto en la deshidratación de etanol como un proceso de bajo consumo energético. A este proceso se le denomina Pressure Swing Adsorption (PSA). Para llevarlo a cabo son necesarios dos lechos de adsorción formados por zeolitas especiales.



CAPÍTULO IV:CONCLUSIONES Y

RECOMENDACIONES



4.1 CONCLUSIONES

1. El proceso de producción de etanol por destilación es muy amplio. En el

presente trabajo hemos tratado la producción referente a dos tipos de

destilación específicos.

2. Es importante reconocer las partes que componen el proceso de destilación

del etanol, ya que nos ayuda a realizar un correcto balance energético una

vez hayan sido determinadas las entradas y salidas.

3. Los tipos de destilación presentados tienen diferencias entre sí, debido a

algunos factores que hemos reconocido en el desarrollo del trabajo.

4.2 RECOMENDACIONES

1. Se recomienda estudiar los tipos de destilación presentados y otros para

entender con mayor claridad el proceso industrial que se sigue para este

producto.

2. Recomendamos reconocer en cada etapa del proceso las partes más

importantes, como son las operaciones, los flujos de entrada y salida para poder

realizar un correcto balance energético.

3. Se recomienda analizar las diferencias que existen entre los tipos de

destilación para producir etanol, y así contribuir con la innovación, pudiendo

reducir los costos operativos sin descuidar la calidad del producto.



REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

PRODUCCIÓN DE ETANOL ABSOLUTO POR DESTILACIÓNEXTRACTIVA COMBINADA CON EFECTO SALINO, César Vásquez, Cristóbal Ruiz. Fondo Editorial Universidad Antioquía, Colombia 2006

DESHIDRATACIÓN DE ETANOL MEDIANTE DESTILACIÓN AZEOTRÓPICA CON HIDROCARBUROS COMPONENTES DE LA GASOLINA. ESTUDIO DE LA VIABILIDAD DEL PROCESO A ESCALA SEMI-PLANTA PILOTO, Richard Pedraza Berenguer. Tesis doctoral – Universidad Alicante 2012

REFERENCIAS ELECTRÓNICAS

HISTORIA DE LA DESTILACIÓN

http://www.alambiques.com/historia_de_la_destilacion.htm

¿QUÉ ES LA DESTILACIÓN?

https://www.tplaboratorioquimico.com/laboratorio-quimico/procedimientos-basicos-

de-laboratorio/que-es-la-destilacion.html

LA DESTILACIÓN

http://www.bedri.es/Comer_y_beber/Licores_caseros/La_destilacion.htm


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Destilacion de Etanol