Estudio de la mezcla etilenglicol-glicerol en destilación extractiva como agente de separación para la obtención de etanol

Abstract

La destilación extractiva es una técnica de separación de mezclas azeotrópicas usando una agente de separación, el cual modifica la volatilidad de los componentes de la mezcla, el agente de separación debe de tener propiedades específicas que puedan mejorar las condiciones operativas y conseguir una alta pureza de los productos. La deshidratación de etanol por destilación extractiva ha sido probada usando glicoles y algunos derivados de estos. Específicamente, el etilenglicol y el glicerol han demostrado ser los más competitivos en términos de separación, accesibilidad y consumo energético. Sin embargo, cuando el glicerol es usado, la columna y tuberías presentan problemas hidráulicos dada su alta viscosidad, pero su consumo energético es menor que el obtenido en el caso del uso de etilenglicol. Por esto mismo, es de esperar que al adicionar etilenglicol al glicerol la viscosidad del agente de separación disminuya, al mismo tiempo, el consumo energético del proceso respecto al proceso que usa etilenglicol será menor. Adicionalmente, algunas ventajas respecto al costo del agente de separación, factor de separación, entre otras pueden ser obtenidas. En este trabajo, se estudia la mezcla etilenglicol-glicerol como agente de separación desde el punto de vista computacional y experimental. Inicialmente se muestra como la mezcla permite obtener un comportamiento del diagrama pseudo-binario para el sistema etanol-agua similar al obtenido con etilenglicol puro. Se presenta un proceso óptimo desde el punto de vista económico y se evalúa la controlabilidad del mismo. Finalmente, se realizó una validación experimental del sistema usando una columna piloto con concentración de glicerol desde 0% hasta 40% molar.

Abstract: Extractive distillation (ED) is a technique to separate azeotropic mixtures using a separating agent, which modifies the relative volatility of the mixture. The separating agent must have specific properties that can improve the operating conditions and get high purity products. Ethanol dehydration by means of extractive distillation has been tested using some glycols or derivatives as entrainers. In particular, ethylene glycol and glycerol have demonstrated to be the most competitive in terms of separation, accessibility and energy consumption. However, when glycerol is used, the column present hydraulic problems due to its high viscosity, nevertheless the energy consumption in this case is lower than ED using ethylene glycol as entrainer. It is expected that a mixture of ethylene glycol and glycerol will decrease the viscosity of the separating agent and, at the same time, the energy consumption of the process. Additionally, some advantages regarding to the entrainer cost, separation factor, among others can be obtained. In this work, Ethyleneglycol-glycerol mixture as separating agent is studied, using a computational and experimental focus. First, a pseudobinary diagram for the system ethanol-water using the mixed solvents and the experimental validation using a pilot column with mixtures ethylene-glycol glycerol among 0% and 40 mol% of glycerol were made. In the other hand, an industrial extractive distillation system was simulated and optimized, finally, the controllability of the system was studied