ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS DE

PURIFICACIÓN DE BIOPRODUCTOS (PARADIGMAS)

Dr. Agustin Jaime Castro Montoya

Facultad de Ingeniería Química

Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo

ajcastrofiq@gmail.com

Saltillo, Coahuila 29 Agosto 2017

1er Ciclo de Conferencias sobre Biotecnología

para Bioenergía y Bioproductos (CCBBB)

0. Mi primer paradigma…y de los elefantes

…como es posible de que no se pueda soltar Como es posible que no se pueda separar a un bajo costo?

Paradigmas . . . 1. Materias primas

EUA produce aprox. 89 millones de toneladas/año de químicos orgánicos y lubricantes.

. . . Desafortunadamente la mayoría a partir de materias primas de origen fósil (petróleo y gas natural).

¡¡¡Base Aceite!!!

Applied Bioch. and Biotech., (2004), Vol. 113-116, pag. 871-885

Paradigmas . . . 2. Desarrollo económico

Antes del siglo XX: Basado en biomasa y minerales

Siglo XX: Basado en petróleo

Incertidumbre: Suministro y precios Insostenible: No renovable Impacto al ambiente: Generación de CO2

Después del siglo XX: ¿De nuevo en la biomasa?

¡¡¡BASE AGUA!!!

ALGUNOS BIOPRODUCTOS… Joseph J. Bozell and Gene R. Petersen, “Technology development for the

production of biobased products from biorefinery carbohydrates—the US

Department of Energy’s “Top 10” revisited, Green Chem., 2010, 12, 539–554

Proceso de producción de bioproductos

Sugar

Biomass

Starch

Biomass

Ejemplo

Bioetanol

4. Paradigma de la separación etanol-agua

Etapas del proceso de investigación científica

3. Paradigma: “revisión del estado del

arte”

¿Es bueno?

Destilación en diferentes modalidades

ESQUEMA GENERAL DE LA CONCENTRACIÓN

Y RECTIFICACIÓN DEL BIOETANOL

C.A. Cardona, Ó.J. Sánchez, L.F. Gutiérrez, Process synthesis for fuel

ethanol production, CRC Press Taylor & Francis Group, 2010

DIAGRAMA DE LA DESHIDRATACIÓN DEL

ETANOL POR DESTILACIÓN A VACÍO

DESHIDRATACIÓN DE ETANOL POR DESTILACIÓN AZEOTRÓPICA USANDO BENCENO

DESHIDRATACIÓN DEL ETANOL POR DESTILACIÓN

EXTRACTIVA CON ETILENGLICOL

Destilación Extractiva Acoplamiento térmico

Destilación Extractiva Corr. lateral

Destilación Extractiva Corr. lateral y pared dividida

ESQUEMA DE DESHIDRATACIÓN DE ETANOL CON

TAMICES MOLECULARES (ADSORCION)

DIAGRAMA DE PERVAPORACIÓN PARA DESHIDRATACIÓN DEL ETANOL

DIAGRAMA EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO

F

E1

C1C2

C

B2

S

E2

B1

D2D1

M

B3

RB4

Energía para la Separación Pureza producto de 99.9 % en peso

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0 5 10 15 20 25 30 35

Co

nsu

mo

en

erg

ía, K

j/k

g

% peso etanol alimentacón

是否有更多的选择？ ¿Hay mas opciones?

当然，化学反应

¡¡¡Está en chino!!!

Una Alternativa: Sistemas Reactivos Hidratación de Alquenos

Hidratación de Oxide de Etileno

C2H40 + H2O = C2H6O2

∆Hr = -80x103 KJ/kmol

Hidratación de Etileno

C2H4 + H2O = C2H5OH

∆Hr = -43.4x103 KJ/kmol

Método sintético de producción de etanol

Desarrollo del Modelo en ASPEN

REACTOR

S1

COLUMNA

CC

TURB

SALFERM

OXETIL

SALREAC

ENLIB

S2

EREB ETANOL

ETILG

AGUA

VAPOR

COND

ELECW

Otra alternativa: Aqueous two-phases systems (ATPS)

Separación líquido-líquido

Gran potencial: extracción y purificación

Aplicación: proteínas, enzimas, anticuerpos, virus, ácidos

nucleicos, metales, compuestos bajo peso molecular, etc

Altos rendimientos

Fácil de escalar

Económico

Amigable al ambiente

No existe aplicación comercial

Grilo et al, Partitioning in aqueous two-phase systems: fundamentals, applications and

trends. Sep Purif Rev. 2016;45:68–80

Iqbal et al, Aqueous two-phase system (ATPS): an overview and advances in its

applications, Biological Procedures Online (2016) 18:18

LIQUID-LIQUID TERNARY SINGLE EQUILIBRIUM

STAGE

Liquid Feed

Extract out

Liquid-Liquid Extraction

F, XA(F), XB, T, P

R, XA (R), XB (R), XC (R), T, P

Raffinate out

E, XA (E), XB (E), XC (E), T, P

Solvent Feed

S, XC(S),T, P

Algunos: ATPS

• Pocos datos experimentales

• No líneas de unión para etanol

Yun Wang, Shiping Hu, Yongsheng Yan,, Weisheng Guan, Liquidliquid equilibrium of

potassium/sodium carbonate C 2-propanol/ethanol C water aqueous two-phase systems and

correlation at 298.15 K, CALPHAD: Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry

33 (2009) 726731

Yun Wang, Yanli Mao, Juan Han,† Yan Liu, and Yongsheng Yan, Liquid-Liquid Equilibrium of

Potassium Phosphate/Potassium Citrate/Sodium Citrate + Ethanol Aqueous Two-Phase Systems

at (298.15 and 313.15) K and Correlation, J. Chem. Eng. Data 2010, 55, 5621–5626

Hirotake Katayama and Masahito Miyahara, Liquid-Liquid Phase Equilibria of (Ethanol or

Methanol + Water) Containing either Dipotassium Hydrogen Phosphate or Sodium

Dihydrogen Phosphate, J. Chem. Eng. Data 2006, 51, 914-918

• Fases en equilibrio binarias

• Faltan mas datos experementales

• Fases en equilibrio ternarias

¿Extrapolando líneas de unión?

Conclusiones El proceso preliminar propuesto (ATPS) para la separación etanol-agua parece ventajoso. Siempre hay un camino alterno, hay que encontrarlo.