Simulación del proceso de producción de etanol anhidro desde mucílago de cacao CCN-51 Zona 6: Ecuador

El bioetanol se ha convertido en el biocombustible líquido más producido en el mundo y en Ecuador se permite su mezcla con gasolina hasta en un 10%. En este país los recursos biomásicos son abundantes y una muestra son los residuos de cacao, cuya producción ha aumentado año con año debido a su creciente demanda en el mercado internacional. El objetivo de este trabajo es simular el proceso de producción de bioetanol anhidro a partir de mucílago de cacao CCN-51, residuo agrícola con una alta concentración de azúcares fermentables. Se usó el software Aspen Plus® para simular los procesos de fermentación, recuperación, destilación, rectificación y deshidratación de una planta piloto. Se calculó una capacidad de 1000 litros de mucílago por semana. Estudios previos caracterizaron la materia prima determinando concentración de azúcares, cinética de fermentación y tecnologías de deshidratación. Se utilizó el método termodinámico NRTL y el esquema tecnológico basado en el proceso de producción de etanol a partir de caña de azúcar. Se utiliza dos modelos para la fermentación: uno para invertir sacarosa, y otro para fermentar glucosa y fructosa, usando una conversión del 99% en 47 horas. Se diseñó una columna da absorción para recuperar con agua el 98% del etanol de la corriente de ventilación del reactor. Obteniendo valores de reflujo, número de etapas y etapa de alimentación con el modelo de DSTWU, se logró simular una columna de destilación con 9 etapas que concentra el etanol de 16% a 70% v/v y otra de rectificación con 27 etapas que concentra hasta el 92% v/v. Luego, se modeló la destilación extractiva con glicerina, usando una relación 3:1 en una columna de 2 etapas para obtener etanol al 97,54% v/v y un lecho de adsorción simulado en Aspen Adsorption® obtuvo etanol al 99,6% v/v. Finalmente, se hizo una evaluación económica con el software para estimar costes de capital.

Bioethanol has become the most produced liquid biofuel worldwide and in Ecuador it’s allowed to be mixed with gas sharing up to 10% of the composition. Here, bioresources are abundant like crop residues from cocoa, whose production has raised intensely in recent years due to its high demand on international market. The objective of this work is to simulate the production process of dehydrated ethanol from CCN-51 cocoa mucilage, a non-profitable waste from cacao plantations. Aspen Plus® was used to simulate fermentations, ethanol recovery, distillation, rectification and dehydration. A 1000 liters mucilage treatment capacity per week for the plant was calculated. Previous studies determined parameters like sugar concentrations, fermentation kinetics and dehydration technology analysis, which are required to conduct the simulation. The NRTL thermodynamic method and technological scheme for production of ethanol from sugar cane were applied. As for the fermentation process, two models were set, one for sucrose inversion, and another for glucose and fructose conversion to ethanol with a conversion factor of 99% during 47 hours. An absorption column was designed in order to recover 98% of ethanol in ventilation stream coming from the reactor. Using the DSTWU model, values for reflux, stages number and feed stage were calculated to simulate a 9 stages distillation column which concentrates ethanol solution from 16% to 70% v/v, and a 27 stages rectification column which does it to 92% v/v. Then, an extractive column was modeled using the 3:1 relation for glycerol and ethanol, which is dehydrated to 97,54% v/v. Aspen Adsorption® was used to define a bed with molecular sieves to dehydrate ethanol to 99,6% v/v. Finally, an economic analysis with Aspen was carried out to estimate capital costs.

Ingeniero Químico

Cuenca