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  • Proyecto Fin de Mster

    Mster en Investigacin en Ingeniera de Procesos Qumicos

    Simulacin del proceso de produccin de biodiesel a partir

    de aceites vegetales en condiciones sper-crticas

    MEMORIA

    Autor: Martha Franco

    Director: Maria Angels Larrayoz

    Convocatoria: Febrero 2013

  • Simulacin del proceso de produccin de biodiesel a partir de aceites vegetales en condiciones sper-crticas

    Resumen

    Franco G., Martha C. Simulacin del proceso de produccin de biodiesel a partir de aceites vegetales en condiciones sper-crticas Universitat Politecnica de Catalunya. Mster Universitario en Investigacin en Ingeniera de Procesos Qumicos. Barcelona. 2013

    Se realiz la simulacin del proceso de produccin de biodiesel bajo condiciones

    sper-crticas utilizando el programa Aspen Plus, y basando las condiciones de operacin

    en el sistema experimental utilizado a escala piloto. El objetivo principal de la investigacin

    es modelar la composicin y el comportamiento de distintos aceites bajo las condiciones

    utilizadas a escala piloto, con el propsito de evaluar las propiedades y la composicin del

    combustible obtenido, as como el consumo energtico del proceso simulado. La reaccin

    en escala piloto se llev a cabo en un reactor continuo a 190C y 250 bar. La relacin molar

    metanol: aceite utilizada fue de 25:1, empleando dixido de carbono como co-solvente. La

    reaccin se llev a cabo para los aceites de Crotn, Linaza, Girasol, Soja, Maz y Canola

    cuya composicin fue aproximada a cuatro triglicridos: trioleina, trilinoleina, tripalmitina y

    triestearina. Para ello, se estimaron las propiedades de estos triglicridos y de sus

    correspondientes steres metlicos y se introdujeron al simulador. El modelo simulado

    permite estimar la composicin del biodiesel producido de acuerdo con la composicin del

    aceite utilizado, as como tambin la densidad y la viscosidad del combustible, de acuerdo

    con la composicin del mismo y el rendimiento esperado. Asimismo, el consumo de energa

    del proceso simulado es menor al reportado previamente en la literatura para procesos de

    produccin de biodiesel en condiciones sper-crticas. El uso de dixido de carbono como

    co-solvente permite disminuir el punto crtico del metanol y utilizar condiciones de reaccin

    menos severas, resultando en una disminucin de los requerimientos energticos del

    proceso.

  • Simulacin del proceso de produccin de biodiesel a partir de aceites vegetales en condiciones sper-crticas

    ndice

    1. Introduccin .................................................................................................................... 7

    1.1 Principios de la produccin de biodiesel ......................................................................... 8

    1.2 Propiedades del biodiesel ............................................................................................. 11

    1.3 Mezclas de biodiesel .................................................................................................... 15

    1.4 Materias primas utilizadas para la produccin de biodiesel ........................................... 16

    1.5 Simulacin del proceso de produccin de biodiesel ...................................................... 19

    2. Metodologa .................................................................................................................. 21

    2.1. Objetivos generales ............................................................................................... 21

    2.2. Descripcin del proceso y las condiciones empleadas a escala piloto ................... 21

    2.3. Modelado del proceso utilizado a escala piloto ...................................................... 23

    2.3.1. Seleccin de los componentes utilizados ........................................................... 23

    2.3.2. Estimacin de las propiedades ........................................................................... 26

    2.3.3. Seleccin del mtodo termodinmico ................................................................. 29

    2.3.4. Capacidad de la planta y condiciones de operacin ........................................... 31

    3. Anlisis de resultados ................................................................................................... 32

    3.1. Modelo desarrollado .............................................................................................. 32

    3.2. Calidad del biodiesel obtenido ............................................................................... 41

    3.3. Consumo de energa ............................................................................................. 43

    4. Conclusiones ................................................................................................................ 47

    5. Anexos ......................................................................................................................... 48

    5.1. Estimacin de la temperatura normal de ebullicin ................................................ 48

    5.2. Estimacin de las propiedades crticas .................................................................. 50

    5.3. Estimacin del factor acntrico .............................................................................. 50

    5.1. Estimacin de la entalpa de formacin de gas ideal ............................................. 51

    5.2. Resumen de resultados ......................................................................................... 52

    6. Referencias Bibliogrficas ............................................................................................ 76

  • Simulacin del proceso de produccin de biodiesel a partir de aceites vegetales en condiciones sper-crticas

    ndice de Tablas

    Tabla 1. Estndar de calidad para biodiesel (B100) de acuerdo con la ASTM D6751 [14] .. 12

    Tabla 2. Estndar de calidad para biodiesel EN 14214 ....................................................... 15

    Tabla 3. Composicin de los aceites seleccionados ........................................................... 24

    Tabla 4. Distribucin de la composicin de los cidos grasos segn el porcentaje de

    saturacin de la cadena carbonada ..................................................................................... 24

    Tabla 5. Aproximacin de la composicin del aceite de crotn ........................................... 24

    Tabla 6. Aproximacin de la composicin del aceite de linaza ............................................ 25

    Tabla 7. Aproximacin de la composicin del aceite de girasol ........................................... 25

    Tabla 8. Aproximacin de la composicin del aceite de soja ............................................... 25

    Tabla 9. Aproximacin de la composicin del aceite de maz ............................................ 25

    Tabla 10. Aproximacin de la composicin del aceite de canola ......................................... 26

    Tabla 11. Temperatura normal de ebullicin de la trioleina .................................................. 27

    Tabla 12. Propiedades de los cidos grasos utilizados ........................................................ 28

    Tabla 13. Propiedades de los steres metlicos ................................................................... 29

    Tabla 14. Equipos de proceso y condiciones de operacin ................................................. 31

    Tabla 15. Condiciones de operacin del reactor .................................................................. 32

    Tabla 16. Rendimiento obtenido a escala piloto .................................................................. 34

    Tabla 17. Balance de masa produccin de biodiesel a partir de aceite de Crotn.

    Peng Robinson .................................................................................................................... 35

    Tabla 18. Balance de masa produccin de biodiesel a partir de aceite de Crotn.

    RK-Aspen ............................................................................................................................ 36

    Tabla 19. Balance de masa produccin de biodiesel a partir de aceite de Linaza.

    Peng-Robinson .................................................................................................................... 36

    Tabla 20. Balance de masa produccin de biodiesel a partir de aceite de linaza.

    RK- Aspen ........................................................................................................................... 37

    Tabla 21. Balance de masa produccin de biodiesel a partir de aceite de Girasol.

    Peng- Robinson ................................................................................................................... 37

    Tabla 22. Balance de masa produccin de biodiesel a partir de aceite de Girasol.

    RK-Aspen ............................................................................................................................ 38

    Tabla 23. Balance de masa produccin de biodiesel a partir de aceite de Soja. Peng

    Robinson ............................................................................................................................. 38

    Tabla 24. Balance de masa produccin de biodiesel a partir de aceite de Soja.

    RK- Aspen ........................................................................................................................... 39

    Tabla 25. Balance d