Análisis técnico-económico de la producción de isopreno a partir de azúcares
El presente Trabajo de Fin de Máster desarrolla el diseño conceptual y simulación, en Aspen Plus, de una planta integrada para la producción de isopreno a partir de isobutanol renovable. El objetivo es aportar conocimiento sobre alternativas de origen biológicos que sustituyan las rutas actuales bas...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis de maestría |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad de Sevilla (US) |
| Repositorio: | idUS. Depósito de Investigación de la Universidad de Sevilla |
| OAI Identifier: | oai:idus.us.es:11441/180721 |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/11441/180721 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Isopreno Azúcares Isobutanol Metilbutiraldehído |
| Sumario: | El presente Trabajo de Fin de Máster desarrolla el diseño conceptual y simulación, en Aspen Plus, de una planta integrada para la producción de isopreno a partir de isobutanol renovable. El objetivo es aportar conocimiento sobre alternativas de origen biológicos que sustituyan las rutas actuales basadas en materias primas fósiles. La ruta propuesta consta de dos procesos principales. En el primero, el isobutanol obtenido a partir de la fermentación de azucares, se deshidrata sobre gamma-alúmina a 325ºC y 5 bar, alcanzado un 85% de conversión y un 95% de selectividad a isobuteno. La corriente obtenida se somete a un tren de separación donde en primer lugar, se separa el isobuteno junto con los isómeros (productos secundarios). Tras una destilación reactiva, se obtiene el isobuteno y como subproducto los isómeros. Por otra parte, el isobutanol y el agua, se envía a un tren de separación de dos columnas con un decantador en el medio, donde se separa el azeótropo isobutanol-agua. El isobutanol no reaccionado, se recircula a la entrada del reactor. En el segundo proceso, el isobuteno reacciona con formaldehído mediante una condensación tipo prins en fase gaseosa a 300ºC y 1 bar, con relación molar iC4H8/CH2O de 7:1, logrando un 83% de conversión del formaldehído y un 72% de selectividad al isopreno. Se selecciona la variante de una sola etapa, se encuentra en desarrollo, debido a su potencialidad. La corriente obtenida a la salida del reactor se envía a un proceso de separación. Primero se recupera y recicla el formaldehído no reaccionado mediante absorción con agua. Posteriormente, la corriente gaseosa se le quita el agua mediante adsorción, y el restante se envía a un tren de columnas de destilación. En la primera, se obtiene isobuteno que se recircula a la entrada del reactor y en la segunda se purifica el isopreno. En el proceso, se logra obtener isopreno al 99%p/p. Se obtiene una corriente residual de agua con componentes orgánicos cerca del 1%, que se deberá tratar adecuadamente antes de su disposición final. También se obtiene un subproducto valorizable, 3-metilbutiraldehído. Ambos procesos se modelaron en Aspen Plus empleado el método termodinámico NRTL y complementado con Peng-Robinson en los equipos que operaban principalmente con corrientes gaseosas. También se realizó la integración energética con la metodología pinch en Aspen Energy Analyzer. Se identificaron y añadieron dos intercambiadores de proceso, lo que ayudo a reducir el consumo de servicios. El modelo permitió cerrar los balances de materia y energía, integrar térmicamente cada proceso. Los resultados confirman la viabilidad técnica de la ruta biológica a través de isobutanol y sienta base para futuras evaluaciones económicas y ambientales. |
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