Síntesis del biodiesel en condiciones supercríticas
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Síntesis del biodiesel en Síntesis del biodiesel en condiciones supercríticascondiciones supercríticas
Fuidos supercríticosFuidos supercríticos
• Definición: es una sustancia que se encuentra a unas condiciones operativas de presión y temperatura superiores a las de su punto crítico. Técnicamente un fluido supercrítico (FSC) es un gas pero no un vapor. El término gas se entiende como aquella” fase que se confine en un volumen dado”. Mientras que un vapor se define como un “gas cuya temperatura es inferior a la crítica”. Esta es una definición propuesta por Thomas Andrews en 1869 y continúa siendo aceptada hoy día. Se puede decir que un fluido supercrítico se encuentra en mitad del camino entre un gas y un líquido.
Fluidos supercríticosFluidos supercríticos
Propiedades de fluidos supercríticosPropiedades de fluidos supercríticos
Propiedades de fluidos supercríticosPropiedades de fluidos supercríticos
Propiedad Gas FSC Líquido
Densidad (kg/m3) 1 100-800 1000
Viscosidad (cP) 0.01 0.05-0.1 0.5-1.0
Difusividad (mm2/s) 1-10 0.01-0.1 0.001
•Teniendo en cuenta estas características, los FSC se convierten en disolventes ideales puesto que su enorme difusividad les permite penetrar perfectamente a través de matrices porosas y su capacidad de solvatación modulable les permite una gran versatilidad y selectividad según las condiciones de presión y temperatura a las que se sometan.•Extracción (especialmente de productos naturales): no deja residuos, se obtienen extractos de alta pureza y no requiere altas temperatura.
•Precipitación: obtención de cristales con morfología muy uniforme y alta pureza y libres de residuos de disolvente.
•Como medio de reacción: la existencia de una sola fase permite una óptima transferencia de masa y de energía.
Fluido Temperatura Crítica
[°C]
Presión Crítica [bar]
Densidad Crítica[kg/m3]
Etileno 9.3 50.4 220
Xenón 16.6 58.4 120
Dióxido de Carbono 31.1 73.8 470
Etano 32.2 48.8 200
Óxido Nitroso 36.5 71.7 450
Propano 96.7 42.5 220
Amoníaco 132.5 112.8 240
I-Propanol 235.2 47.6 270
Metanol 239.5 81.0 270
Agua 374.2 220.5 320
Tolueno 318.6 41.1 290
Propiedades críticas de diferentes fluidos.Propiedades críticas de diferentes fluidos.
• Proceso de producción de biodieselTransesterificación de triglicéridos con metanol
a)Catalizadores( catálisis homogénea)-Álcalis(la mayoría): NaOH, KOH, CH3ONa
-Ácidos: H2SO4
b)Post-tratamientos:lavado con H2O de las fases
-Recuperación del catalizador
-Eliminación de productos de saponificación generados
Resultado:: Generación de efluentes contaminantesGeneración de efluentes contaminantes
c)Materias Primasc)Materias Primas Ácidos grasos > 0,5%: Provocan -Consumo de catalizador Conversión de reacción baja -Formación de jabones Dificultan la separación de la glicerina y
hay que eliminarlos
H2O: Provoca
-Hidrólisis de los triglicéridos con liberación de ácidos grasos y consumo de catalizador.
d) Características de la reacción Estequiometrícamente:-3 moles de metanol/mol de aceite 3 moles de ésteres +1mol de glicerinaPor tratarse de una reacción de equilibrio:-6:1 moles de metanol/mol de aceite
Biodiesel por un proceso supercríticoBiodiesel por un proceso supercrítico• Proceso sin usar catalizadores es el que utiliza un elevado ratio de alcohol Proceso sin usar catalizadores es el que utiliza un elevado ratio de alcohol
aceite(42:1). Bajo condiciones supercríticas(350 a 400ºC y presiones > 80 aceite(42:1). Bajo condiciones supercríticas(350 a 400ºC y presiones > 80 atm) la reacción se completa en 4 min.atm) la reacción se completa en 4 min.
Reactor Supercrítico
Triglicéridos’
Alcohol
MetanolEstéres
Sales
Diagrama básico del proceso de FSC Internacional Society for Diagrama básico del proceso de FSC Internacional Society for the Advancement of supercritical fluids. Franciathe Advancement of supercritical fluids. Francia
Calentamiento
FSC
Temperatura
Presión
Condensación
Compresión
Descompresión
Proceso de FSC
Separación
Beneficios del proceso Beneficios del proceso supercríticosupercrítico-No necesita uso de catalizadores-No se forman jabones-No es necesario el lavado de las fases Ni para recuperar el catalizador Ni para eliminar los productos de la saponificación-No se generan efluentes contaminantes Proceso respetuoso con el medio ambiente• -Se obtienen elevados rendimientos de biodiesel>
95%• -Se tratan satisfactoriamente aceites o grasas con
elevado contenido de H2O
Beneficios del proceso Beneficios del proceso supercríticosupercrítico
Obtención de biodiesel con metanol Obtención de biodiesel con metanol supercríticosupercrítico
• Mezcla metanol aceite : es homogénea
c)Materias Primasc)Materias Primas-Aceites vegetales refinados (<0,06% de H2O)Soja, Colza, Girasol,Algodón.Inconveniente: son caros y compiten con la alimentación
Necesidad de buscar fuentes de triglicéridos más baratas y que no compitan con la alimentación.
-Ac. de semillas no comestibles. Jatropa-Ac. vegetales de friturasInconveniente: elevado contenido de H2O
•Jatropha curcas (jatropa, piñón manso): especie rústica y de gran plasticidad fenotípica, que posee alto porcentaje de aceite fácilmente extraíble. Su biodiesel es de gran calidad y de fácil obtención.
Curva de burbuja y rocío para una mezcla Curva de burbuja y rocío para una mezcla MeOH-Ác.Linoleico Con UNISIMMeOH-Ác.Linoleico Con UNISIM
Reactores
• Acción de co-solventes (propano,heptano,COAcción de co-solventes (propano,heptano,CO22))--Temperatura de reacción 280°C-Presión de operación 10-20 MPa-Proporción molar metanol/aceite 24-Proporción molar co-solvente/ metanol 0,05• Uso de reactores tubularesUso de reactores tubulares--Reactor microtubo dReactor microtubo dii=0,76 mm a T=cte.=0,76 mm a T=cte.Aumenta el rendimiento del Biodiesel a cualquier temperatura--Reactor tubular con calentamiento gradualReactor tubular con calentamiento gradualMenor descomposición térmica de las cadenas grasasCondición de reacción P=32 MPa, MeOH/aceite=40, t=25min. T=100320°C-Reactor tubular con condiciones más severas-Reactor tubular con condiciones más severasCondición de reacción P=30 MPa, MeOH/aceite=9, t=6min. T=400°CDescomposición térmica de parte de ésteres metílicos de < PM(C4-C14) mejora μ del Biodiesel< costo de bombeo-precalentamiento y recuperación del MeOH en exceso ya que la cantidad
es <-Nuestro reactor tubularNuestro reactor tubularP=12 MPa-320°C –Diámetro interno 3,87mm-Largo 32m-Caudal másico=13g/min-t=26min.P=12 MPa-320°C –Diámetro interno 3,87mm-Largo 32m-Caudal másico=13g/min-t=26min.
Verificación de conversión
UNISIM
PoliuretanoPoliuretanoGlicerina CH2OH
CHOH
CH2OH