Diseño de un proceso de producción de ácido acético a partir de Biomasa
ÍNDICE RESUMEN............................................................................................................................ 3 PRÓLOGO ........................................................................................................................... 7 CAPÍTULO 1 - INTRODUCCIÓ...
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Universidad Nacional de Tucumán , Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Departamento de Ingeniería Química
2025
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PROYECTO FINAL ÁCIDO ACÉTICO BIOMASA CAPTURA DE CO2 CARBONILACIÓN DE METANOL INTEGRACIÓN ENERGÉTICA |
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PROYECTO FINAL ÁCIDO ACÉTICO BIOMASA CAPTURA DE CO2 CARBONILACIÓN DE METANOL INTEGRACIÓN ENERGÉTICA Canseco, Eleonora Agustina Diseño de un proceso de producción de ácido acético a partir de Biomasa |
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PROYECTO FINAL ÁCIDO ACÉTICO BIOMASA CAPTURA DE CO2 CARBONILACIÓN DE METANOL INTEGRACIÓN ENERGÉTICA |
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ÍNDICE
RESUMEN............................................................................................................................ 3
PRÓLOGO ........................................................................................................................... 7
CAPÍTULO 1 - INTRODUCCIÓN................................................................................. 8
1. PROBLEMÁTICA AMBIENTAL: EL CAMBIO CLIMÁTICO.............................. 8
2. CONSECUENCIAS DE LOS GASES DE EFECTO INVERNADERO SOBRE LA
TEMPERATURA DE LA TIERRA ...................................................................................... 9
3. EFECTOS SOBRE LA SALUD................................................................................ 10
4. TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y UTILIZACIÓN DE CARBONO (CCU)...... 10
5. LA INDUSTRIA SUCROALCOHOLERA ARGENTINA ................................ 11
CAPÍTULO 2 - MATERIA PRIMA Y PRODUCTO DE INTERÉS ........................ 12
ÁCIDO ACÉTICO ............................................................................................................ 12
1.1 Importancia del ácido acético........................................................................... 13
2. VÍA DE OBTENCIÓN DEL ÁCIDO ACÉTICO.......................................................... 13
3. BAGAZO ................................................................................................................. 14
4. DIÓXIDO DE CARBONO ........................................................................................ 15
5. METANO................................................................................................................. 17
6. ANÁLISIS DEL POTENCIAL ECONÓMICO ............................................................ 17
CAPÍTULO 3 – DISEÑO DEL PROCESO .................................................................. 19
1. SIMULACIÓN DE PROCESOS ............................................................................... 19
2. ESCENARIO PROPUESTO.................................................................................... 19
3. ETAPA 1: UNIDAD DE CAPTURA DE CO2............................................................. 20
3.1 Cálculo de flujos y recuperación de CO2 en el proceso de captura ......... 21
3.2 Proceso de captura de CO2.................................................................................... 22
3.3 Cálculo de recuperación de CO2 ............................................................................ 25
4. ETAPA 2. PRODUCCIÓN DE GAS DE SÍNTESIS .................................................. 25
4.1. Modelo de reacción............................................................................................... 25
4.2. Factibilidad termodinámica.................................................................................... 26
4.3 Análisis del equilibrio químico ................................................................................ 26
4.4. Velocidad de reacción........................................................................................... 30
4.6. Eliminación y recirculación del agua ..................................................................... 33
5. ETAPA 3. SÍNTESIS DE METANOL ....................................................................... 37
5.1. Modelo de reacción............................................................................................... 37
5.2. Factibilidad termodinámica.................................................................................... 37
5.3. Cinética................................................................................................................. 38
5.4. Reactor 2 .............................................................................................................. 40
6
5.5. Reactor 3 .............................................................................................................. 43
6. ETAPA 4. SÍNTESIS DE ÁCIDO ACÉTICO............................................................. 46
6.1. Modelo de reacción............................................................................................... 46
6.2. Factibilidad termodinámica.................................................................................... 47
6.3. Tipo de operación ................................................................................................. 47
6.4. Velocidad de reacción........................................................................................... 48
7. ETAPA 5. SISTEMA DE SEPARACIÓN.................................................................. 51
CAPÍTULO 4 – INTEGRACIÓN ENERGÉTICA........................................................... 56
4.1. CORRIENTES DEL PROCESO Y CURVA COMPUESTA.............................. 56
4.2. CASCADA DE CALOR............................................................................................. 57
4.3. COMPARACIÓN ...................................................................................................... 58
4.4. RED DE INTERCAMBIO DE CALOR .............................................................. 59
CONCLUSIONES............................................................................................................... 62
BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................................. 63
ANEXO 1: CÁLCULO DE POROSIDADES DE LECHOS ................................... 67
ANEXO 2: CÁLCULO DE ENERGÍAS DE GIBBS DE REACCIÓN.................................... 69
REACTOR 1.................................................................................................................... 70
REACTORES 2 Y 3......................................................................................................... 71
REACTOR 4.................................................................................................................... 72 |
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Únzaga, Teresa del Valle |
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Únzaga, Teresa del Valle Canseco, Eleonora Agustina |
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I91-R383-123456789-17022025-09-01T12:35:26Z Diseño de un proceso de producción de ácido acético a partir de Biomasa Canseco, Eleonora Agustina Únzaga, Teresa del Valle PROYECTO FINAL ÁCIDO ACÉTICO BIOMASA CAPTURA DE CO2 CARBONILACIÓN DE METANOL INTEGRACIÓN ENERGÉTICA ÍNDICE RESUMEN............................................................................................................................ 3 PRÓLOGO ........................................................................................................................... 7 CAPÍTULO 1 - INTRODUCCIÓN................................................................................. 8 1. PROBLEMÁTICA AMBIENTAL: EL CAMBIO CLIMÁTICO.............................. 8 2. CONSECUENCIAS DE LOS GASES DE EFECTO INVERNADERO SOBRE LA TEMPERATURA DE LA TIERRA ...................................................................................... 9 3. EFECTOS SOBRE LA SALUD................................................................................ 10 4. TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y UTILIZACIÓN DE CARBONO (CCU)...... 10 5. LA INDUSTRIA SUCROALCOHOLERA ARGENTINA ................................ 11 CAPÍTULO 2 - MATERIA PRIMA Y PRODUCTO DE INTERÉS ........................ 12 ÁCIDO ACÉTICO ............................................................................................................ 12 1.1 Importancia del ácido acético........................................................................... 13 2. VÍA DE OBTENCIÓN DEL ÁCIDO ACÉTICO.......................................................... 13 3. BAGAZO ................................................................................................................. 14 4. DIÓXIDO DE CARBONO ........................................................................................ 15 5. METANO................................................................................................................. 17 6. ANÁLISIS DEL POTENCIAL ECONÓMICO ............................................................ 17 CAPÍTULO 3 – DISEÑO DEL PROCESO .................................................................. 19 1. SIMULACIÓN DE PROCESOS ............................................................................... 19 2. ESCENARIO PROPUESTO.................................................................................... 19 3. ETAPA 1: UNIDAD DE CAPTURA DE CO2............................................................. 20 3.1 Cálculo de flujos y recuperación de CO2 en el proceso de captura ......... 21 3.2 Proceso de captura de CO2.................................................................................... 22 3.3 Cálculo de recuperación de CO2 ............................................................................ 25 4. ETAPA 2. PRODUCCIÓN DE GAS DE SÍNTESIS .................................................. 25 4.1. Modelo de reacción............................................................................................... 25 4.2. Factibilidad termodinámica.................................................................................... 26 4.3 Análisis del equilibrio químico ................................................................................ 26 4.4. Velocidad de reacción........................................................................................... 30 4.6. Eliminación y recirculación del agua ..................................................................... 33 5. ETAPA 3. SÍNTESIS DE METANOL ....................................................................... 37 5.1. Modelo de reacción............................................................................................... 37 5.2. Factibilidad termodinámica.................................................................................... 37 5.3. Cinética................................................................................................................. 38 5.4. Reactor 2 .............................................................................................................. 40 6 5.5. Reactor 3 .............................................................................................................. 43 6. ETAPA 4. SÍNTESIS DE ÁCIDO ACÉTICO............................................................. 46 6.1. Modelo de reacción............................................................................................... 46 6.2. Factibilidad termodinámica.................................................................................... 47 6.3. Tipo de operación ................................................................................................. 47 6.4. Velocidad de reacción........................................................................................... 48 7. ETAPA 5. SISTEMA DE SEPARACIÓN.................................................................. 51 CAPÍTULO 4 – INTEGRACIÓN ENERGÉTICA........................................................... 56 4.1. CORRIENTES DEL PROCESO Y CURVA COMPUESTA.............................. 56 4.2. CASCADA DE CALOR............................................................................................. 57 4.3. COMPARACIÓN ...................................................................................................... 58 4.4. RED DE INTERCAMBIO DE CALOR .............................................................. 59 CONCLUSIONES............................................................................................................... 62 BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................................. 63 ANEXO 1: CÁLCULO DE POROSIDADES DE LECHOS ................................... 67 ANEXO 2: CÁLCULO DE ENERGÍAS DE GIBBS DE REACCIÓN.................................... 69 REACTOR 1.................................................................................................................... 70 REACTORES 2 Y 3......................................................................................................... 71 REACTOR 4.................................................................................................................... 72 RESUMEN Este trabajo final de carrera presenta el diseño de un proceso integrado para la producción de ácido acético a partir del CO2 proveniente de la combustión de biomasa, con el objetivo de evaluar la viabilidad técnica de una ruta de síntesis alternativa. La biomasa seleccionada es el bagazo de caña de azúcar, un residuo común de la industria sucroalcoholera argentina, que al ser utilizado como combustible genera dióxido de carbono (CO2). El esquema de proceso incluye cinco etapas principales: (1) captura de CO2 mediante absorción con una solución de monoetanolamina (MEA), (2) producción de gas de síntesis a partir de metano mediante reformado con vapor, (3) síntesis de metanol utilizando CO2 e hidrógeno, (4) síntesis de ácido acético a través de la carbonilación del metanol, y (5) separación y purificación del producto. Cada una de estas etapas fue modelada utilizando el simulador UniSim Design®, donde se llevaron a cabo análisis de equilibrio, cálculos de velocidad de reacción y balances de materia y energía. En la etapa de captura de CO2, se logró una alta eficiencia, obteniendo una recuperación global del 98,81% de CO2. El proceso de síntesis de ácido acético resultó en una producción de 12,245 kmol/h (equivalente a 695,46 kg/h) de ácido acético, con una pureza final del 86% y una recuperación del 96,79% de ácido acético en la etapa de separación. Además, se aplicaron herramientas de integración energética con el programa HINT v2.2® para optimizar el aprovechamiento energético, logrando reducir el requerimiento de calefacción en un 70,91% y el requerimiento de enfriamiento en un 73,81%, con una temperatura de corte de 404,75 K. Esta mejora se debe a la optimización en la recuperación de calor dentro del proceso, minimizando la necesidad de servicios auxiliares. En conclusión, este estudio demuestra la viabilidad técnica de un proceso innovador para la producción de ácido acético a partir de biomasa residual, lo que representa una alternativa prometedora para la valorización del CO2 biogénico y contribuye a la mitigación del cambio climático. 2025-08-12T12:13:39Z 2025 Thesis https://ridunt.unt.edu.ar/handle/123456789/1702 es application/pdf Universidad Nacional de Tucumán , Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Departamento de Ingeniería Química |