Recuperación de 1,3-propanodiol y 1,4-butanodiol mediante sistemas acuosos de dos fases y extracción centrífuga

Abstract

This research addresses the recovery of high value-added bioproducts, specifically 1,4-butanediol (BDO) and 1,3-propanediol (PDO), which are key compounds in the polymer, solvent, and chemical industries. The feasibility of aqueous two-phase systems (ATPS) combined with centrifugal extraction was evaluated as an alternative to traditional separation processes for the recovery of BDO and PDO. The liquid-liquid equilibrium of ternary systems with different inorganic salts (K2CO3, K2HPO4, KF, and NaH2PO4) was studied, and it was found that K2HPO4 was able to concentrate aqueous BDO solutions from 12.5 to 84.58 % w/w and PDO solutions from 13.5 to 73.56 % w/w. The use of the centrifugal extractor enabled phase separation without altering the equilibrium, showing potential for continuous processes. Experimental data were fitted with the ENRTL-RK thermodynamic model in Aspen Plus®, allowing simulation of the ATPS-distillation route and estimation of energy requirements, which revealed a reduction in consumption for BDO compared to sequential distillation, while for PDO an increase was observed due to its low recovery in the organic phase. In conclusion, the results confirm that ATPS efficiency depends on solute affinity and its initial recovery, establishing key criteria for selecting more competitive separation routes in diol purification.

Esta investigación aborda la recuperación de bioproductos de alto valor agregado, específicamente 1,4-butanodiol (BDO) y 1,3-propanodiol (PDO), compuestos clave en la industria de polímeros, solventes y otros productos químicos. Se evaluó la viabilidad de sistemas acuosos de dos fases (ATPS) combinados con extracción centrífuga para la recuperación de BDO y PDO, mediante una alternativa frente a los procesos tradicionales de separación. Se estudió el equilibrio líquido-líquido de sistemas ternarios con diferentes sales inorgánicas (K2CO3, K2HPO4, KF y NaH2PO4) y se identificó que el K2HPO4 logró concentrar soluciones acuosas de BDO del 12.5 al 84.58 % m/m y de PDO del 13.5 al 73.56 % m/m. El uso del extractor centrífugo permitió separar las fases sin alterar el equilibrio, mostrando potencial para procesos continuos. Los datos experimentales se ajustaron con el modelo ENRTL-RK en Aspen Plus®, lo que posibilitó simular la ruta ATPS-destilación y estimar los requerimientos energéticos, evidenciando una reducción en el consumo para el BDO respecto a la destilación secuencial, mientras que para el PDO se observó un incremento debido a su baja recuperación en la fase orgánica. En conclusión, los resultados confirman que la eficiencia de los ATPS depende de la afinidad del soluto y su recuperación inicial, estableciendo criterios clave para seleccionar rutas de separación más competitivas en la purificación de dioles.