Desarrollo y aplicación de un modelo computacional del arranque y operación de un proceso de adsorción por cambios oscilatorios de presión para la deshidratación de etanol azeotrópico (2014)
La producción de biocombustibles es un tema importante en el contexto industrial colombiano, debido al rumbo que ha elegido el gobierno para posicionar al país como un productor líder a nivel mundial. Aunque existen varias alternativas tecnológicas para obtener etanol anhidro, como exige la legislación colombiana, todos los ingenios han adoptado un esquema de dos etapas. La separación inicia con una rectificación mediante destilación y finaliza con un proceso de adsorción. Debido a la importancia que tiene el mejoramiento del proceso de deshidratación, para la academia e industria nacional, el presente trabajo se realizó con el objetivo de comparar diferentes estrategias de operación para la deshidratación de etanol azeotrópico mediante el proceso de adsorción por cambios de presión. El trabajo comenzó con el desarrollo y validación de un modelo computacional, que posteriormente dio lugar a la selección de las variables de proceso involucradas en diferentes estrategias de operación. Por último, se identificaron ventajas y desventajas de cada estrategia. Un modelo matemático asistido por computadora se utilizó para analizar el proceso y los fenómenos que ocurren durante la operación de deshidratación con adsorbentes, adicionalmente, se diseñó y construyó una unidad piloto de PSA. El modelo fue implementado con el software Matlab®, que posee todas las herramientas matemáticas necesarias para integrar el modelo. La naturaleza cíclica y dinámica de la operación responde a un sistema dependiente del tiempo, específicamente a un sistema de ecuaciones diferenciales parciales. Por medio de una búsqueda bibliográfica y estudios numéricos se concluyó que el método de líneas con una discretización upwind es el más adecuado para el sistema en cuestión. El modelo, que incluye fenómenos convectivos y difusivos, describe satisfactoriamente el comportamiento de curvas de ruptura de adsorción de agua con zeolita 3A. Con el programa desarrollado se analizó la influencia de varias aperturas de válvulas en las etapas de presurización y despresurización, y la forma como estas afectan el tiempo de vida de las partículas de adsorbente. La operación, y especialmente el arranque, fueron estudiados con el fin de obtener estrategias que mejoren la eficiencia de la operación y reduzcan situaciones de riesgo. Por último, se realizó el diseño, construcción e instalación de una unidad piloto de PSA para la deshidratación de etanol.