Ingeniería del equilibrio entre fases en biorrefinerías de base oleaginosa
La tendencia en el procesamiento de recursos renovables está guiada por los 12 principios de la química verde. Entre ellos, tal vez el más importante, está la premisa de maximizar economía atómica en el procesamiento de biomasa, dado que varios de los restantes, al fin y al cabo, contribuyen a es...
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| Autor principal: | |
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| Otros Autores: | |
| Formato: | tesis doctoral |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2017
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://repositoriodigital.uns.edu.ar/handle/123456789/3814 |
| Aporte de: |
| Sumario: | La tendencia en el procesamiento de recursos renovables está guiada por los 12 principios
de la química verde. Entre ellos, tal vez el más importante, está la premisa de maximizar
economía atómica en el procesamiento de biomasa, dado que varios de los restantes, al fin
y al cabo, contribuyen a este principio. En concordancia con esta tendencia, hace ya más de
una década se acuñó el concepto de biorrefinerías, como polos procesadores de biomasa
para la obtención de alimentos, materiales, combustibles y compuestos de alto valor
agregado. En esta tesis, el objetivo está puesto en el procesamiento específico de aceites y
derivados, que constituyen actualmente la principal materia prima de las biorrefinerías de
base oleaginosa. En tal sentido, estas biorrefinerías ya tienen enclaves industriales, sobre
la base de los polos de extracción de aceite, que en algunos países como Argentina
incorporaron la producción de biodiésel.
El desarrollo de tecnologías sustentables tendientes a mejorar el rendimiento en el
procesamiento de aceites vegetales, evitando procesos fisicoquímicos que generan
importantes mermas en la producción, contribuyen no sólo a la economía del proceso sino
a alcanzar el concepto de residuos cero que deberían cumplir las biorrefinerías del futuro.
En tal sentido, los procesos intensificados por presión, también llamados procesos
supercríticos, han mostrado ser muy eficientes en el procesamiento de grasas y aceites. En
consecuencia, pueden ser una tecnología clave para la modernización de dichos polos
industriales.
En ese contexto, esta tesis evalúa el uso de tecnologías a alta presión en el diseño
conceptual de procesos para la producción de acilglicéridos de ácidos grasos, surfactantes
de alto valor agregado, según sea su calidad. Para alcanzar este objetivo general fue
necesario el desarrollo de herramientas termodinámicas que permitieran simular las
unidades bajo estudio, esenciales para realizar una adecuada ingeniería del equilibrio
entre fases. Los principios de esta última permiten diseñar escenarios de fases factibles
para un correcto diseño y operación de unidades de procesamiento que utilicen gases
densos no contaminantes como solventes.
En los Capítulos 1 y 2 se introducen los aspectos generales que conciernen a las
biorrefinerías de base oleaginosa y a las tecnologías supercríticas, por su potencial para
llevar a cabo procesos reactivos y de purificación en forma eficiente. En el primer caso,
también se revisan alcances del mercado vinculado a productos oleoquímicos y
tecnologías convencionales para su producción.
En el Capítulo 3, se presenta la extensión del modelo termodinámico GCA-EoS a mezclas
típicas en la producción comercial de biodiésel. Esta herramienta se usa en los estudios
subsiguientes para evaluar resultados experimentales y simular unidades de
procesamiento. En lo que refiere a herramientas termodinámicas, también fue necesario
en esta tesis desarrollar un modelo predictivo para densidades de mezcla en la
transesterificación supercrítica de biodiésel. En este caso se seleccionó la RK-PR y los
resultados alcanzados se presentan en el Capítulo 4.
Son también objetivos de esta tesis el desarrollo de tecnologías para la síntesis y
purificación de acilglicéridos. En tal sentido, los Capítulos 4 y 5 presentan resultados
experimentales de transesterificación supercrítica parcial de aceites vegetales. En
particular, el Capítulo 4 discute los resultados obtenidos en un reactor continuo, en tanto
el 5 en un reactor discontinuo. Estos últimos fueron utilizados para el desarrollo de un
modelo cinético de la reacción, el cual fue verificado con los datos obtenidos en el reactor
continuo.
Por último, los Capítulos 6 y 7 muestran los resultados de estudios de fraccionamiento de
mezclas de acilglicéridos de ésteres con CO2 líquido y supercrítico, respectivamente. En el
Capítulo 6 se desarrolló una unidad experimental para el fraccionamiento de muestras líquidas viscosas utilizando gases licuados como solvente. En el caso de fraccionamiento
con CO2 supercrítico, también se estudió el efecto de adicionar propano al solvente, con el
objetivo de aumentar su capacidad.
Esta tesis presenta múltiples aportes novedosos al campo de la oleoquímica. En primer
lugar se realizó el ajuste de un modelo a contribución grupal para la simulación y
optimización de plantas de biodiésel, permitiendo evaluar materias primas de distintos
orígenes y calidad. Además, esta tesis presenta el desarrollo de un modelo predictivo para
el cálculo de densidades de mezclas asociadas a la reacción de transesterificación
supercrítica de aceites vegetales. Esto resulta crucial para el diseño de reactores
supercríticos; así como para el desarrollo de modelos cinéticos, también realizado en esta
tesis. Los tres modelos se sustentan en un extenso trabajo experimental para obtener
nuevos datos cinéticos y de fraccionamiento asociados a la producción supercrítica de
acilglicéridos de ácidos grasos. Por último, también se efectúa una contribución de interés
mediante el diseño de unidades experimentales utilizadas en el fraccionamiento a baja
temperatura de mezclas termolábiles, viscosas y de baja volatilidad, usando gases
licuados. |
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