Deshidratación de la mezcla acetona, butanol y etanol mediante sistemas acuosos de dos fases

Abstract

The use of inorganic salts as agents that form aqueous two-phasic systems (ATPS) was investigated to induce the separation of mixtures of bioproducts and water, forming two phases, one rich in bioproducts and the other rich in water and the agent-ATPS. A flow diagram of the dehydration process is analyzed to compare the energy requirements with traditional separation processes. The analyzed feed flow was based on a design of 312,362.12 kg/h composed of 97.50% water and 2.50% ABE product in mass fraction, the ABE product was studied in its mass ratio 2.5:6.5:1 of acetone, butanol and ethanol, respectively. Equilibrium data were obtained from the literature and experimentally. Different separation processes were designed and compared by energy analysis with the conventional separation technique. The salt recovery for recycling is the fundamental characteristic of the proposed dehydration, which can be achieved through a separation scheme that uses evaporation for recovery of salt, through a brine, which represents comparable energy saving of approximately 36%.

En esta investigación se propone un proceso alternativo para la deshidratación de la mezcla acetona/butanol/etanol (ABE) mediante sistemas acuosos de dos fases (ATPS), empleando sales inorgánicas, componente-ATPS, para formar una fase concentrada rica en el bioproducto ABE, reduciendo etapas en la deshidratación convencional para operar con menos energía. Utilizando datos de la bibliografía y complementándolas con datos experimentales se diseñó un proceso alternativo de deshidratación de un caldo de fermentación, formado por el 97.50% de agua y 2.5% de ABE, en concentración másica, el cual se comparó energéticamente con el proceso de separación convencional. La base de cálculo fue de una alimentación de 312,362.12 kg/h del caldo de fermentación. Se encontró que la característica dominante en la propuesta es la recuperación de sal. Se determinó que un proceso que usa KF y K2CO3 eran las sales que permiten lograr una buena deshidratación, con una alta pureza y una recuperación casi total. Se descubrió que la evaporación de efecto múltiple es un medio rentable para la recuperación de sal, ya que, aunque un salino logra ser más energéticamente eficiente aún tiene algunas cuestiones operativas a superar. El proceso de separación utilizando KF y evaporación para la recuperación de sal, en una salmuera, tienen requerimientos energéticos del 36% menores al método convencional. Con base en estos resultados, se hacen recomendaciones para optimizar el proceso propuesto para su posible uso en la recuperación de ABE de fermentaciones y también para investigar la aplicación de esta técnica de separación a otros sistemas.