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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
ESCUELA DE POSTGRADO
PROGRAMA DE MAESTRÍA
“DISEÑO DE UN SISTEMA DE DESHIDRATACIÓN MEDIANTE TAMICES MOLECULARES PARA OBTENER ALCOHOL
CARBURANTE Y CONCENTRACIÓN DE SU EFLUENTE VINAZA EN EVAPORADORES DE MULTIPLE EFECTO”
TESIS PARA OPTAR EL GRADO DE
MAESTRO EN INGENIERÍA QUÍMICA AMBIENTAL
Maestrista: Ing. ADOLFO GUERRERO ESCOBEDO
Asesor: Dr. JOSE SILVA VILLANUEVA
TRUJILLO – PERÚ
2016
JURADO DICTAMINADOR
Dr. Miguel Eduardo Hurtado Gastanadui
PRESIDENTE
Ms. Ramón Enrique Barrera Gutierrez
SECRETARIO
Dr. José Luis Silva Villanueva
MIEMBRO
DEDICATORIA
A Dios por darme las fuerzas, la sabiduría y salud e iluminar mi camino día a
día.
A mis padres Juan y Dora, quienes siempre me brindan amor, consejo, fortaleza
y aliento y gracias a ellos he podido desarrollarme personal y profesionalmente.
A mi esposa Esmeralda y mi hija Luciana, en quienes encuentro el amor y
motivación infinitos para salir adelante y gracias a ellas mi vida tiene sentido y
propósito.
INDICE DE CONTENIDO
RESUMEN ......................................................................................................... 1
SUMMARY ......................................................................................................... 2
I. INTRODUCCION ........................................................................................ 3
1.1 Situación del alcohol a nivel Mundial..................................................... 3
1.2 Producción mundial ............................................................................... 4
1.3 Justificación ........................................................................................... 7
1.3.1 Situación del alcohol a nivel nacional ............................................. 7
1.3.2 Importancia del etanol .................................................................... 9
1.4 Producción de Alcohol en el Perú ....................................................... 11
1.5 Impacto del Uso del Etanol como Carburante en el Medio Ambiente . 13
1.5.1 Aspectos Generales ..................................................................... 13
1.5.2 Los combustibles y la contaminación ambiental ........................... 13
1.5.3 Situación de los combustibles. Uso de oxigenantes ..................... 18
1.5.4 El Etanol Como Carburante: ......................................................... 20
1.6 Tecnologías de Deshidratación de Alcohol ......................................... 21
1.7 Tratamiento del efluente Vinaza .......................................................... 22
1.8 Problema ............................................................................................. 26
1.9 Hipótesis ............................................................................................. 26
1.10 Objetivos .......................................................................................... 26
1.10.1 Objetivo General ....................................................................... 26
1.10.2 Objetivos específicos................................................................. 27
II. MATERIALES Y METODOS ..................................................................... 28
2.1 Diseño de las Operaciones Unitarias: ................................................. 28
2.1.1 Concentración de la Vinaza .......................................................... 28
2.1.2 Deshidratación por Tamices Moleculares ..................................... 31
2.2 Balance de Materiales y de Energía:................................................... 34
2.2.1 Sistema de Concentración de Vinaza ........................................... 34
2.2.2 Tamiz Molecular ........................................................................... 37
III. RESULTADOS: ...................................................................................... 41
3.1 Concentración de Vinaza .................................................................... 41
3.2 Tamiz Molecular .................................................................................. 50
IV. DISCUSIONES ....................................................................................... 72
V. CONCLUSIONES ..................................................................................... 73
VI. RECOMENDACIONES .......................................................................... 75
VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: ...................................................... 76
ANEXO I. CALCULOS Y DETALLES DE LOS EQUIPOS PRINCIPALES
DISEÑADOS EN CHEMCAD ........................................................................... 80
INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Principales usos del alcohol etílico en la industria procesadora ........... 3
Tabla 2. Ranking mundial de producción de etanol por país .............................. 5
Tabla 3. Tipos de Alcoholes Etílicos Comerciales y grados de destilación ........ 6
Tabla 4. Producción de la Industria de Productos de Alimentos y Bebidas en el
Perú 2007 – 2012 ............................................................................................... 8
Tabla 5. Producción de Alcohol por Empresas en el Perú ............................... 12
Tabla 6. Emisión de contaminantes por vehículos ligeros en Brasil ................. 17
Tabla 7.Especificaciones Standard para el etanol combustible........................ 18
Tabla 8. Propiedades de los Oxigenantes de la Gasolina ................................ 19
Tabla 9.Propiedades del etanol como combustible .......................................... 20
Tabla 11. Análisis de Sensibilidad para el Sistema de Concentración de Vinaza
de 5 Efectos ..................................................................................................... 48
Tabla 12. Balance de Materiales y de Energía para el Sistema de Vaporización
de Alcohol Hidratado y Rectificación del Alcohol Permeado ............................ 52
Tabla 13. Balance de Materiales y de Energía para el Sistema de Enfriamiento
del Alcohol Anhidro procedente del Tamiz en la fase de Adsorción ................. 59
Tabla 14. Datos de Entrada y Resultados para el Diseño del Tamiz Molecular 68
INDICE DE GRAFICAS
Gráfica 1. Distribución del Consumo Mundial de Etanol - 2002 ......................... 3
Gráfica 2. Desarrollo del Mercado Mundial del Etanol proyectado hasta el 2023
........................................................................................................................... 4
Gráfica 3. Principales países productores de etanol .......................................... 6
Gráfica 4. Producción Anual de Alcohol Etílico Rectificado en el Perú .............. 8
Gráfica 5. Exportación de etanol en Millones de kg y Precio Anual Promedio . 10
Gráfica 6. Precio Promedio del Etanol y Biodiesel (US$ por HL) ..................... 10
Gráfica 7. Exportaciones Nacionales de Alcohol Etílico ................................... 11
Gráfica 8. Área de Transferencia de Calor de los Evaporadores y Consumo de
Vapor vs el Caudal de Vinaza a concentrar ..................................................... 49
Gráfica 9. Análisis de Sensibilidad para el cálculo del diámetro de la Columna
R1 ..................................................................................................................... 66
Gráfica 10.Análisis de Sensibilidad para el consumo de vapor en la Columna
Rectificadora R1 vs Producciones de Etanol.................................................... 67
Gráfica 11. Diámetro Seleccionado del Tamiz Molecular vs la Producción de
Etanol de la Planta Deshidratadora .................................................................. 71
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Esquema de Concentración de Vinaza de la Empresa Dedini - Brasil
......................................................................................................................... 30
Figura 2. Diagrama de Flujo para la Deshidratación del Alcohol Rectificado ... 33
Figura 3. Esquema del Sistema de Evaporación de Vinaza de Quíntuple Efecto
con Alimentación en Paralelo ........................................................................... 34
Figura 4. Diagrama del Sistema de Concentración de Vinaza de 5 Efectos en el
Software Chemcad ........................................................................................... 42
Figura 5. Columna Vaporizadora del Alcohol Hidratado y Rectificadora del
Alcohol Permeado ............................................................................................ 51
Figura 6. Sistema de enfriamiento y Vacío para la Solución Alcohólica
procedente del Tamiz en la fase de Regeneración .......................................... 57
Figura 7. Sistema de enfriamiento del Alcohol Anhidro procedente del Tamiz en
la fase de Adsorción ......................................................................................... 58
Figura 8. Plano del Tamiz Molecular ................................................................ 70
1
RESUMEN
La presente tesis, muestra el diseño de un Sistema de Deshidratación de
Alcohol Etílico de 95 °GL mediante Tamices Moleculares para obtener
Alcohol Carburante y Concentración de su Efluente Vinaza en Evaporadores
de Múltiple Efecto.
El objetivo general es diseñar un sistema de deshidratación usando
tamices moleculares y evaporadores de múltiple efecto para obtener alcohol
carburante y vinaza concentrada respectivamente. Al concentrar la vinaza se
reduce el caudal de este efluente facilitando su transporte hacia el campo ya
sea para una posterior reutilización en el regadío o compostaje.
Se expone el mercado actual del alcohol etílico en la región, el país y el
mundo, los beneficios de obtener alcohol deshidratado para la mezcla con
gasolinas en cuanto disminuye la contaminación del aire al evitar el uso de
aditivos a base de plomo y también los beneficios de concentrar vinaza.
Se describen rápidamente las tecnologías de deshidratación de Alcohol
Etílico y concentración de la vinaza.
En los resultados se presenta el número óptimo de evaporadores, el
Balance de Materiales y Energía, el Área de transferencia de Calor de los
evaporadores y detalles de diseño. Para facilitar los cálculos se emplea el
software de diseño de plantas Chemcad 6.0.
La presente Tesis es un aporte para la Industria Alcoholera ya que se
presenta detalles de diseño para distintos flujos de alimentación de vinaza a
tratar y alcohol etílico a deshidratar mediante análisis de sensibilidad, lo cual
servirá para distintos ingenios azucareros y alcoholeros del país como
Cartavio, Casagrande, Laredo, Tumán, Andahuasi, etc.
ASESOR AUTOR
Dr. José Silva Villanueva Ing. Adolfo Guerrero Escobedo
2
SUMMARY
This thesis shows the design of a dehydration system Ethyl Alcohol 95 °
GL by Molecular Sieves for Alcohol Fuel and its Effluent concentration stillage
in multiple effect evaporators.
The overall objective is to design a dewatering system using molecular
sieves and multiple effect evaporators for fuel alcohol and concentrated
stillage respectively. By concentrating the vinasse effluent flow it is reduced
facilitating the transport to the field either for later reuse in irrigation or
composted.
The current market in ethyl alcohol in the region, the country and the world
is exposed, the benefits of getting dehydrated alcohol for blending with
gasoline as reduces air pollution by avoiding the use of additives based on
lead and benefits stillage concentrate.
Dewatering technologies and ethyl alcohol concentration of vinasse
quickly described.
The optimal number of evaporators, the Materials and Energy Balance, the
heat transfer area of the evaporators and design details are presented in the
results. To facilitate the calculations the plant design software CHEMCAD 6.0
is used.
This thesis is a contribution to the Alcohol Industry as design details are
presented for different flows stillage feed to be treated and ethyl alcohol to
dehydrate by Sensitivity Analysis, which will serve for different sugar mills and
Alcohol in the country as Cartavio, Casagrande, Laredo, Tuman, Andahuasi,
etc.
3
I. INTRODUCCION
1.1 Situación del alcohol a nivel Mundial
A continuación se muestra las diversas aplicaciones del alcohol etílico para las
diversas industrias, así en la Tabla Nº 1 se presenta los principales usos del
etanol a nivel mundial.
Tabla 1. Principales usos del alcohol etílico en la industria procesadora
Aplicaciones
- Esteres
- Cadenas de Compuestos Orgánicos
- Detergentes
- Pinturas
- Cosméticos
- Jabones
- Perfumería
- Medicina
- Mezcla de Solventes
- Alimentos
- Aerosoles
Fuente: Instituto interamericano de cooperación para la agricultura de Nicaragua (IICA) – (1)
Gráfica 1. Distribución del Consumo Mundial de Etanol - 2002
Fuente: SE2T International – 2002 Elaboración: MAXIMIXE (3)
En el gráfico Nº 1 se presenta una división del consumo mundial de etanol,
que en su mayoría está destinado al área de transportes, debido a la
contaminación ambiental de hoy en día producto de los combustibles fósiles y
4
por el menor costo que el bioetanol significa. El sector industrial y la industria de
las bebidas también forman parte de esta división (3).
1.2 Producción mundial
En el Gráfico 2 se presenta la tendencia de producción a nivel mundial el
cual muestra un comportamiento ascendente, lo cual supone también una
demanda de mercado positiva. Cabe pensar que dicho comportamiento podría
atribuirse a la necesidad internacional de sustituir los combustibles tradicionales
debido a las sucesivas crisis que se experimentan en este campo, del mismo
modo. Todo parece indicar que la demanda de etanol en el mercado mundial
tenderá a acrecentarse en los próximos años.(6)
Gráfica 2. Desarrollo del Mercado Mundial del Etanol proyectado hasta el 2023
Fuente: Secretariados de la OCDE y la FAO (6)
El crecimiento en el uso del etanol es más acelerado como combustible que
como para bebidas o para usos industriales. La demanda de etanol para
combustible pasará de 10 billones de litros en el 2010 a 20 billones de litros para
el 2023.
5
En la Tabla Nº 2 se presenta un ranking de producción mundial de etanol,
disgregando la producción por países:
Tabla 2. Ranking mundial de producción de etanol por país
Producción Mundial de Etanol Combustible por País o Región
(Millones de Galones)
País 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
USA 6,521 9,309 10,938 13,298 13,948 13,300 13,300 14,300
Brasil 5,019 6,472 6,578 6,922 5,573 5,577 6,267 6,190
Europa 570 734 1,040 1,209 1,168 1,179 1,371 1,445
China 486 502 542 542 555 555 696 635
Canadá 211 238 291 357 462 449 523 510
Resto del
Mundo 315 389 914 985 698 752 1,272 1,490
Total 13,123 17,644 20,303 23,311 22,404 21,812 23,429 24,570
Fuente: F.O. Licht, citado en la Asociación de Combustibles Renovables, Informe de las
Perspectivas de la Industria de etanol 2007-2014. Disponible en
www.ethanolrfa.org/pages/annual-industry-outlook (5)
Se observa también que Estados Unidos, Brasil y Europa, encabezan
respectivamente la lista de principales países productores a nivel mundial.
En la Gráfica 3 se representa la producción total de los principales países
que participan en el mercado del etanol y claramente se distingue que los dos
países de mayor producción son Estados Unidos con casi 58,20 % y Brasil con
25,19 %. (5).
6
Gráfica 3. Principales países productores de etanol
Fuente: F.O. Licht, citado en la Asociación de Combustibles Renovables, Informe de las
Perspectivas de la Industria de etanol 2008-2014. Disponible en
www.ethanolrfa.org/pages/annual-industry-outlook (5)
Entre las clasificaciones comerciales del alcohol etílico tenemos las que
se muestran en la Tabla 3, la producción de ellos depende de la tecnología o
configuración de planta para producirlas. (4)
Tabla 3. Tipos de Alcoholes Etílicos Comerciales y grados de destilación
Tipo de Destilado Grado ºGL (% en
volumen)
Destilados,Brandy,Ron,grappa 70,0 – 85,0
Alcohol crudo o "Tout venant" 90,0 – 94,0
Alcohol Extraneutro 96,0 – 96,6
Alcohol anhidro o absoluto 99,5 – 99,9
Fuente: NTP.211.033:2003 (4)
7
1.3 Justificación
1.3.1 Situación del alcohol a nivel nacional
En este inciso se analizará el ámbito local en materia de producción, industria
y mercado, que involucra a los diversos fabricantes de etanol.
Melaza - Subproducto del azúcar
La miel final o melaza es un líquido denso y viscoso de color oscuro
producto final de la fabricación o refinación de la sacarosa procedente de la caña
de azúcar. Los componentes de la melaza son: agua (17 a 25 %), sacarosa (30
a 40 %), azucares reductores (10 a 25 %) y ceniza (7 a 15 %).
“El etanol se puede producir a partir de las mieles, mediante la
fermentación por acción de las levaduras El etanol se mezcla con la gasolina
para aumentar el octanaje y reducir la emisión de gases de efecto invernadero”.
(3)
Usos del etanol
“En el Perú existe amplia experiencia en la producción de alcohol
farmacéutico, alcohol rectificado, ron y huarapo.” “En el Perú la producción de
etanol se destina principalmente a la elaboración de bebidas, así como en la
industria química y cosméticos.”(3)
La Tabla Nº 4 muestra la producción de alcohol etílico en el Perú en lo que
respecta a la industria de alimentos y bebidas. (2)
8
Tabla 4. Producción de la Industria de Productos de Alimentos y Bebidas en el Perú 2007 – 2012
Fuente: Ministerio de la Producción - Viceministerio de MYPE e Industria. CIIU = Clasificación
Industrial Internacional Uniforme. Ministerio de Agricultura - Oficina de Estudios Económicos y
Estadísticos.(2)
El alcohol etílico rectificado de graduación alcohólica 96% v/v, se obtiene de un
proceso de destilación donde se le retiran impurezas volátiles y pesadas siendo
apto como materia prima para la elaboración de bebidas alcohólicas.
En la Gráfica 4, se presenta la producción de alcohol etílico rectificado en el Perú,
el cual se destina principalmente a la elaboración de bebidas. (7), (8), (9), (10),
(11).
Gráfica 4. Producción Anual de Alcohol Etílico Rectificado en el Perú
Fuente: Ministerio de la Producción (7) (8) (9) (10) (11) Elaboración: Propia
Cabe destacar que con la actual capacidad de producción de las
destilerías locales no se podría abastecer en el corto plazo la demanda externa
de etanol, por ello se requiere de nuevas inversiones para abastecer a largo
plazo el mercado exterior.
CIIUDivisión Producto 2010 P/ 2011 P/ 2012 P/ 2013 P/ 2014 P/Grupo15 Elaboración de Productos Alimenticios y Bebidas
155 Elaboración de Bebidas (Miles de litros)
Alcohol etílico rectificado 20 048 20 465 26 540 43 251 43 737
Vinos y espumantes 9 794 9 619 9 999 10 104 11 841Piscos 1 332 1 327 1 908 2 828 3 434Cerveza blanca 1 230 335 1 305 390 1 364 318 1 349 328 1 355 141
20.0 20.5
26.5
43.3 43.7
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
50.0
2010 2011 2012 2013 2014
Mill
on
es d
e Li
tro
s d
e A
lco
ho
l Etí
lico
9
1.3.2 Importancia del etanol
El Perú cuenta con ventajas comparativas para salir adelante como
productor de etanol con miras a la exportación. Entre ellas está la posibilidad de
producir alcohol mediante la caña de azúcar, ya que debido a esto, el proceso
es mucho más económico. La ventaja del clima de las principales zonas de
producción de caña de azúcar que se manifiesta en un mayor rendimiento por
hectárea 114.3 Tm./ha, superior al de Brasil y EE.UU. (72,87 y 72,52 Tm./ha.
respectivamente).
En la Selva, existen alrededor de dos millones de hectáreas
potencialmente disponibles para la producción de caña de azúcar. De acuerdo
con el convenio entre Petroperú y el Consorcio Coser & Colatino (Estados
Unidos) en 2013, se construiría un alcoholducto de 1,029 kilómetros para
transportar etanol desde el Huallaga hasta el puerto Bayóvar en Piura. (1)
En la Gráfica 5, se muestra las exportaciones de alcohol etílico sin
desnaturalizar que se realizaron de manera permanente a partir del 2010, como
resultado del inicio de operaciones comerciales hacia el exterior por parte del
Complejo Agroindustrial Cartavio S.A. y Quimpac S.A.
10
Gráfica 5. Exportación de etanol en Millones de kg y Precio Anual Promedio
Fuente: SUNAT
Gráfica 6. Precio Promedio del Etanol y Biodiesel (US$ por HL)
Fuente: Secretariados de la OCDE y de la FAO (6)
A partir del 2012 se han incrementado las exportaciones de etanol y el precio del
etanol tuvo un descenso en el año 2015 pero con una tendencia a la
recuperación en los años siguientes según se aprecia en la Gráfica 6. (6)
5140
96 10482
69
0.72
0.820.90
0.86
0.760.69
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0
20
40
60
80
100
120
2010 2011 2012 2013 2014 2015
Pre
cio
USD
/kg
MM
de
kg d
e Et
ano
l
Año
Exportación de etanol en Millones de kg y Precio anual promedio
11
Gráfica 7. Exportaciones Nacionales de Alcohol Etílico
Fuente: SUNAT
La Gráfica 7 muestra claramente que Holanda se ha convertido en el
principal importador de nuestro alcohol etílico con el 51% de la producción,
es decir que Perú ha diversificado los países a quienes exporta etanol.
El Decreto Supremo N° 021 – 2007 – EM Reglamento para
comercialización de biocombustibles en el Título II Artículo 7 establece que
el porcentaje de alcohol carburante en las gasolinas que se comercialicen en
el país será de 7,8 % y las mezclas que contengan 92,2% de gasolina y 7,8%
de alcohol carburante se denominan gasolinas ecológicas según su grado de
octanaje. (12)
1.4 Producción de Alcohol en el Perú
La Tabla Nº 5 muestra la producción de alcohol etílico en el país. En lo
que respecta a la región La Libertad, las empresas azucareras Cartavio,
Laredo, Casagrande, suman una capacidad instalada de 289,000 litros por día
de alcohol etílico. Las empresas que actualmente producen etanol al año 2016
son Caña Brava y Aurora. Casagrande ha instalado una planta de
deshidratación de alcohol con una capacidad de producción de 200,000 LPD y
12
Laredo mantiene aún en proyecto la instalación de una planta deshidratadora
por 150,000 LPD para poder satisfacer la demanda futura.
En función de la Ley 28054 la demanda de alcohol etílico aumentará
considerablemente y por lo tanto la generación de efluentes contaminantes
también.
En el siguiente cuadro se muestra la producción de Alcohol en la Región La
Libertad:
Tabla 5. Producción de Alcohol por Empresas en el Perú
*Fuente MINAG
Capacidad Instalada Producción
L/dia L/dia
Lambayeque
Andesa Pucalá 20,000 20,000
Vari - Ron Pomalca 12,000 10,000
Tumán 60,000 60,000
Alvarado 14,000 7,000
Naylan 5,500 3,500
La Libertad
Casa Grande 100,000 100,000
Cartavio 140,000 140,000
Destilerías Unidas 24,000 24,000
Laredo 25,000 25,000
Ancash
San Jacinto 42,000 42,000
Lima
Paramonga 20,000
Paramonga - Quimpac 15,000 10,000
Andahuasi 12,000 12,000
Piura
Caña Brava 470,000 380,000
Aurora 400,000
Total 1,359,500 833,500
EMPRESAS POR
DEPARTAMENTOS
13
1.5 Impacto del Uso del Etanol como Carburante en el Medio Ambiente
1.5.1 Aspectos Generales
La necesidad de encontrar alternativas menos contaminantes y ambientalmente
más sostenibles para la vida urbana es, a parte de una exigencia ética y
ecológica, factor determinante para el equilibrio para la gestión adecuada de las
políticas de desarrollo y de los sistemas productivos.
Los estudios relacionados con las causas de la generación de contaminantes,
las formas de control, los efectos sobre la salud, el medio ambiente y el clima,
así como con los costos asociados, tuvieron papel fundamental en la
comprensión de la gravedad de la contaminación generada por los vehículos.
La implementación de normas y regulaciones ambientales, en particular, las
orientadas a mejorar la calidad del aire, ha llevado a la industria automotriz a la
introducción de cambios tecnológicos y al desarrollo de dispositivos
anticontaminantes (desde los años 50), así como al desarrollo de calidades de
gasolinas que permitan cumplir las normas de emisiones atmosféricas que,
incluidas las vinculadas con los automóviles, se tornan cada vez más estrictas a
nivel mundial.
1.5.2 Los combustibles y la contaminación ambiental
Los problemas de contaminación ambiental en las grandes urbes se origina,
principalmente, por la combustión de las gasolinas y el diesel de los vehículos
que circulan, por tanto, la calidad de estos energéticos y las tecnologías usadas
en el desarrollo de los motores y en la reducción de los contaminantes emitidos,
permiten el control y la prevención de la contaminación en estas regiones.
El empleo de carburantes con alcohol y de mezclas alcohol-gasolina, en
sustitución de los derivados del petróleo, es una de las formas de mejorar la
calidad del aire, pero, además de los aspectos ambientales, los consumidores
14
exigen que los combustibles ofrezcan seguridad, autonomía y que permitan
circular a cualquier temperatura. Los propietarios de vehículos quieren
carburantes con precios accesibles, de fácil mantenimiento y disponibilidad,
como sucede con gasolina y poder recoger largas distancias con un solo tanque
lleno.
Los carburantes con alcohol deben satisfacer las exigencias anteriores para
poder competir con la gasolina, el diesel y otros para su sustitución. El metanol
y el etanol, que son los alcoholes más simples, se utilizan como carburantes,
aunque también es conocido que se emplean en otras aplicaciones.
Estos combustibles de alcohol son carburantes líquidos constituidos,
principalmente, por carbono, oxígeno e hidrógeno y que se queman como los
carburantes ligeros a base de petróleo y, además de poder ser utilizados en su
estado puro o mezclados con la gasolina, pueden mezclarse con agua.
Cuando hay agua en el depósito de almacenamiento o en el tanque del vehículo,
una parte del alcohol se mezclará con el agua más que con la gasolina y resultará
así una capa de gasolina en la parte superior y una capa de alcohol-agua en el
fondo. Este problema se presenta más en las mezclas que contienen metanol
que en las que contienen etanol. Se reporta que este problema no ocurre cuando
las concentraciones de metanol o etanol son elevadas.
El etanol, por su carácter renovable, así como por sus características de ser
favorable al ambiente, ha llevado a que su producción y utilización como
combustible directa o indirectamente (esta última a partir de su éter, el éter etil
tercbutílico, conocido como ETBE, se haya extendido a varios países del mundo.
El mercado internacional del etanol mueve alrededor de 4,0 mil millones de litros
por año y la producción mundial es de alrededor de 35,0 mil millones de litros
anuales, de los cuales, el 70% se usa en los propios países productores como
combustible. Se vende, generalmente, en forma hidratada (de 85% a 96% en
volumen) y en forma anhidra (por encima de 99% en volumen).
En el Continente Americano su producción está establecida en Brasil, Canadá y
Estados Unidos (entre Brasil y EEUU es de aproximadamente 21,0 mil millones
de litros al año). En Europa, principalmente Suecia y Francia han emprendido un
15
amplio programa de desarrollo para usar el bioetanol y su derivado el ETBE.
Como combustible, el etanol se emplea en forma anhidra cuando se mezcla con
la gasolina, y en forma hidratada cuando se emplea como carburante solo. En
este último caso se precisa de motores especialmente diseñados.
Es conocido que las plantas toman el CO2 del aire y lo transforman en azúcares,
almidón, celulosa y otros hidratos de carbono en virtud de la fotosíntesis. Si el
carburante se produce a partir de biomasa, como es el caso del etanol, el CO2
liberado durante su combustión es recapturado y reciclado para la producción de
biomasa nuevamente.
Cuando el etanol sustituye a la gasolina, contribuye a mitigar el efecto
invernadero producido por las emisiones de CO2, conocido como el mayor
causante del calentamiento global. Estudios técnicos realizados en Brasil han
demostrado que la sustitución de cada litro de gasolina por uno de alcohol evita
la emisión de 0.85 kg de CO2.
El etanol se utiliza como aditivo antidetonante en lugar del tetraetilo de plomo,
reportándose que la adición del 10% incremente el octanaje de la gasolina en
tres puntos de octano, lo que ayuda a reducir la ineficiente práctica de refinar el
crudo hasta componentes de alto octano. Como resultado del uso del etanol,
Brasil fue el primer país en el mundo en eliminar totalmente el dañino tetraetilo
de plomo.
Debido a que la molécula de etanol contiene oxígeno, este compuesto se utiliza
también como oxigenante. Cuando se mezcla con la gasolina, permite una más
limpia y mejor combustión, con menores emisiones a la atmósfera y la reducción
de las emisiones de CO de 17 – 33%, en dependencia del vehículo.
Estos carburantes con alcohol difieren de la gasolina en varias características
técnico-ambientales; en el caso del etanol las principales son las siguientes:
- Producidos a partir de biomasa, ayudan a mitigar el efecto invernadero.
- Eliminan la emisión de plomo al emplearse como antidetonante.
16
- Puros, tienen un menos contenido energético (en el caso del etanol 69%
inferior a la de la gasolina), por lo que serán necesarios más litros de
alcohol que de gasolina para recorrer la misma distancia. Es previsible un
ligero aumento del orden del 1 al 3%, como promedio, para las mezclas
con 10% de etanol.
- Requieren menos aire para la combustión por su contenido de oxígeno,
cuando se mezclan con gasolina en los motores clásicos producen menos
emisiones de CO, por una mejor combustión y posibilitan una reducción
de los óxidos de nitrógeno.
- Posibilitan una disminución en las emisiones de hidrocarburos, de SO2 y
de partículas, por el hecho de que el etanol es un compuesto de bajo peso
molecular y de unión sencilla carbón carbono. La formación de partículas
de carbono (hollín), durante su combustión, es sustancialmente menor
que con la combustión de gasolina.
- El etanol tiene una presión de vapor inferior, por lo que se obtienen
menores emisiones evaporativas que permiten reducir el smog urbano.
- Modifican la composición de la emisión de los compuestos orgánicos
disminuyendo su toxicidad y reactividad fotoquímica, aunque se aclara en
la literatura consultada que el análisis más difícil de hacer, sobre los
efectos del alcohol en la calidad del aire, están en la interrelación de los
óxidos de nitrógeno con los hidrocarburos, aldehídos y otras sustancias
reactivas participantes de la formación de los oxidantes fotoquímicas.
- Aumentan la emisión de aldehídos debido a la generación de
acetaldehído (por el oxígeno añadido). Sin embargo, se señala que en los
motores de gasohol la presencia de alcohol posibilita una disminución de
la emisión de formaldehido, sustancia aproximadamente dos veces más
reactiva en la generación de oxidantes fotoquímicas que el acetaldehído
y también, más tóxica.
17
- Tienen un índice de octano más elevado (el alcohol etílico en 15%) lo que
permite a los motores especializados que funcionan con alcohol
transformar una mayor cantidad de carburante en energía.
La experiencia de Brasil permite resaltar el impacto que en materia ambiental ha
tenido la evolución del uso del gasohol (mezcla de gasolina con 10% de alcohol)
y el etanol en ese país, durante los últimos años. La tabla 6 muestra la emisión
de contaminantes por vehículos ligeros en Brasil.
Tabla 6. Emisión de contaminantes por vehículos ligeros en Brasil
Año Combustible Contaminante (g/km)
CO HC NOx Aldehidos
Antes de 1980 Gasolina 54 4,7 1,2 0,05
1986 Gasolina/Etanol 22 2 1,9 0,04
Etanol 16 1,6 1,8 0,11
1990 Gasolina/Etanol 13,3 1,4 1,4 0,04
Etanol 10,08 1,3 1,2 0,11
1995 Gasolina/Etanol 4,7 0,6 0,6 0,025
Etanol 4,6 0,7 0,7 0,042
En Brasil, por exigencia de la legislación ambiental (Ley 8,723/93) desde el año
1993, el etanol anhidro es añadido a toda la gasolina que se vende en las
gasolineras del país en una cantidad que, últimamente, ha oscilado entre 20 –
24%.
En los últimos años, fundamentalmente en Suecia y Brasil, se reportan estudios
y pruebas sobre la utilización del etanol y de su mezcla con diesel en ómnibus
de marca Scania, lo que abre una perspectiva para los países productores del
etanol a partir de biomasa.
La tabla 7 expone una de las especificaciones standard existente para el etanol
combustible desnaturalizado para mezclar con gasolinas y usar como carburante
en los motores de los vehículos de encendido por chipa (ASTM 4806).
18
Tabla 7.Especificaciones Standard para el etanol combustible
Contenido de agua, máx. Masa % 1,25
Goma existente, máx., mg/100 mL 5
Contenido ion cloruro, máx. Masa
ppm
40
Contenido Cobre, máx. mg/kg 0.1
Acidez (como ácido acético) máx.
masa%
0.007
Apariencia Visiblemente libre de contaminantes
suspendidos o precipitados
1.5.3 Situación de los combustibles. Uso de oxigenantes
El éter metil terbutílico (MTBE) compuesto producido por la industria
petroquímica a partir del metanol e isobutileno, pasó a ser utilizado
comercialmente como aditivo antidetonante de la gasolina en sustitución del
plomo, en la década de los 70.
En los años 90 el uso del MTBE tuvo una gran expansión debida, principalmente,
a las exigencias ambientales de los EEUU (Acta del Aire limpio) orientadas al
uso de aditivos oxigenantes en la gasolina. Esta legislación permitió, también, la
expansión de oxigenantes tales como el etanol, el ETBE (éter etil terbutílico), el
TASME (éter metil teramílico) y otros.
La Tabla 8 relaciona los principales oxigenantes que se emplean actualmente en
el mundo.
Los éteres se producen por reacción directa del metanol o el etanol con su
corriente de hidrocarburos conteniendo isobutileno o isoamileno.
19
Tabla 8. Propiedades de los Oxigenantes de la Gasolina
Propiedades Metanol Etanol MTBE ETBE TAME
Lb/GAL 6.63 6.61 6.20 6.20 6.40
% Oxígeno 49.90 34.70 18.20 15.70 15.70
Lb Oxígeno/gal 3.31 2.29 1.13 0.97 1.00
%Vol para 2.7% O2 5.3 7.7 15 17.3 17.0
Solubilidad en agua, % 100 100 1.4 0.6 0.6
RVP mezcla, PSI 60 18 8 4 3
Octano, mezcla 115 113 107 112 110
Poder Calorífico, BTU/gal 76000 93500 96900 10060
% (vol) en gasolina * 2.7 5.5 6.2 6.2
La mayoría de los refinadores de petróleo prefieren los éteres por encima del
etanol, porque tienen altos los valores de octano en la mezcla y bajas presiones
de vapor. Además, proveen un significativo efecto de dilución para el benceno,
los aromáticos, las olefinas y el contenido de sulfuros y la gasolina reformulada
resultante es completamente sustituible. En comparación, el metanol y el etanol
tienen altas presiones de vapor en mezcla y presentan afinidad por el agua y los
problemas relacionados con la separación de fases.
Por su parte, el ETBE es menos soluble en agua que el MTBE, aumenta el
número de octanos más que éste, tiene un valor de energía mayor y relativa
presión de vapor favorable en combinaciones (ETBE:4, MTBE:8 y Etanol:18).
En el mes de Marzo de 1999, motivado por los problemas de contaminación
hídrica causados por el MTBE, el gobierno del estado de California, en EEUU,
decretó la eliminación de su uso a partir de diciembre del 2002. Esta decisión
está siendo adoptada también por otros estados y se prevé que el ETBE y/o el
etanol, por ser renovable y ambientalmente amigable, pasen a ocupar el lugar
del MTBE.
20
1.5.4 El Etanol Como Carburante:
El uso del etanol como combustible no es nuevo, se estudió y utilizó como
portador energético automotor antes de que se generalizaran los combustibles
derivados del petróleo.
El etanol tiene determinadas características que lo hacen apropiado para su uso
como carburante como son:
- Es un combustible líquido que por su valor calórico puede utilizarse en
vehículos automotores.
- Tiene alto octanaje, lo que permite no sólo extender o ampliar el volumen
del combustible clásico, sino que mejora sus propiedades.
- Tiene alta solubilidad en gasolina; es miscible en todas las proporciones
con casi todas las gasolinas.
La tabla 9 muestra las propiedades más importantes del etanol como
combustible.
Tabla 9.Propiedades del etanol como combustible
Propiedades Gasolina Etanol Metanol
Poder calórico (Kcal/l) 7540 5070 3800
% octano 100 51,5 68
Relación Estequiométrica Masa
aire/combustible
15,1 9,1 6,45
Calor latente de Evaporación, del combustible
en 1 Nm3 (Kcal)
6,7 28,8 52,9
Presión de vapor a 34, 9 ºC 0,1 1,9 3,8
El conocimiento sobre el etanol y la experiencia de su empleo permiten plantear
que mezclado con gasolina tiene las siguientes ventajas:
- Número superior de octanos
- Emisión de gases menos tóxicos
21
- Universalización del proceso tecnológico
- Reducción de las importaciones de petróleo y/o gasolina
- Aumento de la disponibilidad del combustible automotor
- Obtención a partir de una materia prima renovable
- Estimula el sector agroindustrial
Por proceder de materias primas renovables, ser antidetonante (eleva el
octanaje) y ambientalmente amigable, por sustituir al plomo y disminuir
compuestos dañinos presentes en las emisiones del combustible automotor,
entre otras consideraciones, la producción de etanol se está ampliando y
extendiendo a más países con el objetivo de cumplir cada vez más exigentes
legislaciones ambientales.
El etanol es particularmente estratégico para países con escasas reservas
petrolíferas y con condiciones favorables para la producción de biomasa que,
como la caña de azúcar, el maíz, etc., son materias primas empleadas para su
producción. De ahí, que varios países lo estén empleando o su posible empleo
y el interés del nuestro de analizar las distintas alternativas en nuestras
condiciones. (13)
1.6 Tecnologías de Deshidratación de Alcohol
Para poder mezclar alcohol etílico con gasolina se requiere que el alcohol
esté deshidratado o exento de agua, de lo contrario se formarán dos fases al
mezclarse con la gasolina. Las operaciones convencionales de destilación
dejan más del 4% de agua en el etanol, de modo que para resolver se ha
venido usando un proceso llamado Destilación Azeotrópica. Esta destilación
utiliza un tercer componente, por lo general, benceno o ciclohexano, para
romper el azeótropo (composición por sobre la cual la destilación estándar se
vuelve ineficaz). Esta operación es bastante cara, difícil de manejar y ajustar,
y consume una cantidad significativa de energía. Se hicieron intentos para
reducir la dificultad de la operación y el consumo de energía, pero los dos
objetivos son incompatibles. La operación a multipresión podría reducir el
22
consumo de energía pero a costa de un manejo de operación más difícil y un
costo de capital más elevado. Además en este proceso podría ocurrir
contaminación del alcohol con el benceno, y no había manera de proteger a
los trabajadores de la planta contra la exposición a esta sustancia
cancerígena.
Un inventor llamado Skarstrom recibió una patente en 1957 de un
dispositivo que utilizaba una zeolita sintética adsorbente que elimina
selectivamente el aire y el agua de algunos otros gases y vapores.
Estas zeolitas sintéticas llegaron a ser conocidas como "Tamices
moleculares", debido al muy pequeño tamaño de poro que les permite
seleccionar y eliminar moléculas en una mezcla que contenga moléculas de
diferente tamaño con mayor o menor polaridad. (14)
1.7 Tratamiento del efluente Vinaza
Para la producción de alcohol etílico la mayoría de las industrias
azucareras de nuestro país utilizan como materia prima la melaza de caña de
azúcar la cual mediante un proceso de fermentación biológica es
transformada a un mosto que contiene entre 8 – 10% (v/v) de alcohol etílico.
Este mosto luego es concentrado mediante un proceso de destilación para
obtener finalmente alcohol etílico al 96% (v/v).
El tema de producir etanol anhidro para mezclarlo con la gasolina (y de
esta forma evitar añadir compuestos que contienen plomo para aumentar su
octanaje) viene acompañado también de la producción de un efluente o
residuo líquido final llamado vinaza. La vinaza se caracteriza por su color
marrón, alta temperatura, pH ácido, alto contenido de ceniza, alto porcentaje
de materia orgánica e inorgánica disuelta (7-10%), del cual 50% pueden ser
azúcares reductores y 10 a 11% pueden ser proteínas. De la misma forma
contiene grandes cantidades de potasio, calcio, cloruros, sulfatos, y DBO
(entre 7,000 y 50,000 mg/L).
23
Cuando la vinaza se descarga directamente en vías de caudal insuficiente
para provocar una dilución compatible con sus características, genera efectos
desastrosos en la flora y fauna existentes. Su elevada DBO provoca rápido
agotamiento del oxígeno en el medio líquido.
Entre los límites máximos permisibles que se mencionan en D. S. 003 –
2002 – PRODUCE para los vertimientos de las Industrias del Cemento,
Cerveza, Curtiembre, Papel (la cual también se está considerando como
referencia para las destilerías que producen alcohol etílico) son: temperatura
35 ºC, pH entre 6 – 9, DBO5 500 mg/L y DQO 1,000 mg/L. (15)
Por cada litro de alcohol se genera entre 12 y 16 L de vinaza. Por ejemplo,
para una destilería convencional, con capacidad de 120,000 litros/día y una
producción de vinaza de 12.5 litros por litro de alcohol, la contaminación
generada sería equivalente a las aguas de desecho de una ciudad de más
de 750,000 habitantes.
Tratamientos fisicoquímicos, incluyendo sedimentación con la adición de
coagulantes y otros aditivos como alúmina, cloruro férrico, lime, carbón
activado han sido insatisfactorios. A pesar de la instalación de lagunas
anaeróbicas y tanques de aireación, los problemas de contaminación aún no
han sido resueltos. La concentración de la vinaza y su uso como aditivo en el
alimento para ganado es una práctica común entre los países productores de
alcohol a partir de melaza de remolacha en Europa y Norte América.
Muchas destilerías del mundo utilizan sus efluentes para el tratamiento de
sus suelos en la forma de agua de irrigación directa o como un compostaje
de vinaza. Dichas destilerías practican los siguientes métodos
individualmente o en combinación:
- Digestión anaeróbica metanogénica de vinazas, seguida de una digestión
aeróbica.
- Evaporación de vinazas, seguida de un compostaje aeróbico usando un
material celulósico.
24
- Evaporación de vinazas, seguida de una incineración del concentrado,
con o sin generación de vapor incluyendo la limpieza del gas.
- Evaporación de vinazas, para que el concentrado se pueda usar como
aditivo en el alimento del ganado.
- Disposición de la vinaza al mar después de algún tratamiento.
Los métodos aeróbicos de tratamiento primario para la vinaza son caros
ya que requieren de áreas grandes. Los procesos anaeróbicos pueden
generar gas metano y la tasa de recuperación de inversión se calcula entre 2
y 3 años, sin embargo, el proceso es lento ya que las velocidades de reacción
y síntesis son bajas, se necesitan largos tiempos de arranque y se requiere
un tratamiento posterior ya que solo se logra una reducción de COD del 85%.
Generalmente luego de ello las industrias emplean un tratamiento aeróbico o
biocompostaje. El efluente aún conserva su color caramelo el cual se ha
descubierto que contamina las aguas subterráneas. .
En la India existen algo de 200 destilerías, de las cuales casi la mitad
utilizan un tratamiento anaeróbico primario para aprovechar el elevado COD
y convertirlo en metano. El segundo efluente generado de esta digestión
anaeróbica es más oscuro y necesita grandes cantidades de agua para
diluirlo, actualmente se usa como agua de irrigación lo cual está causando un
oscurecimiento gradual de los suelos. Su disposición a cuerpos naturales de
agua está produciendo su eutrofización. El color de estos efluentes impide la
penetración de los rayos solares a los ríos, lagos y lagunas disminuyendo la
actividad fotosintética y la concentración de oxígeno disuelto causando daños
a la vida acuática. Su disposición a los suelos también es peligrosa ya que
causa disminución de la alcalinidad y disponibilidad de manganeso,
disminución de la germinación de semillas y la ruina de la vegetación.
En el ámbito internacional se ha reportado que el tratamiento anaeróbico
para la vinaza en reactores UASB logra una alta remoción de DBO (alrededor
del 80%) pero una baja remoción de COD (entre 39% – 67%). (16)
25
En el ámbito nacional cabe resaltar que ninguna destilería tiene un
sistema de tratamiento para la vinaza. Actualmente se está disponiendo de
la vinaza como agua de riego en los campos de caña de azúcar. Quizás por
la poca demanda de alcohol etílico no se observan aún los problemas
mencionados ocasionados por la disposición directa de la vinaza como agua
de regadío.
Se conoce que el cultivo de la caña de azúcar remueve potasio del suelo,
el cual se concentra en la vinaza durante la fabricación del alcohol. Por ello,
la reincorporación de dicho potasio al suelo es una alternativa atractiva para
usar la vinaza. La idea entonces es concentrar primero la vinaza hasta al
menos 55 grados Brix, para ahorrar costos de transporte. La concentración
inhibe además la acción de los microorganismos por lo que el producto se
puede almacenar durante algún tiempo. En el Valle del Cauca se ha
empleado tecnología existente para concentrar la vinaza del proceso
convencional hasta 60 grados Brix, sin requerir de frecuentes paradas para
limpieza del sistema de evaporación.
Un estudio realizado por un conjunto de profesionales en Ingeniería
Química ha determinado en su trabajo “Evaluación de la Deshidratación de
Alcohol Carburante mediante Simulación De Procesos” que al comparar los
consumos energéticos se encuentra que la tecnología de tamices
moleculares presenta el valor más bajo, lo que la hace más competitiva y de
mayor interés para su estudio e implementación. Los altos consumos de la
destilación a bajas presiones se encuentran directamente relacionados con
elevados números de reflujo y la generación de condiciones de vacío. En la
destilación azeotrópica y la destilación extractiva el uso de dos torres
adicionales para la deshidratación y recuperación del arrastrador o del
disolvente, respectivamente, incrementa igualmente el consumo energético.
(17)
26
1.8 Problema
¿Mediante que diseño de planta se puede obtener alcohol carburante apto
para mezclar con gasolinas y reducir la contaminación del aire, así mismo
como tratar el efluente vinaza de esta planta para evitar su descarga directa
a los ríos o campos de cultivo y evitar su contaminación y deterioro?
1.9 Hipótesis
Diseñando un sistema de deshidratación mediante tamices moleculares
posterior a una destilería de alcohol etílico de 95 Grados Gay Lussac, se
obtiene el alcohol carburante; así mismo empleando evaporadores de
múltiple efectos, se puede concentrar la vinaza desde 6 Grados Brix hasta 55
Grados Brix.
De esta manera, el alcohol carburante que se obtenga podrá disponerse para
su venta al mercado de los combustibles fósiles y evitar los aditivos de plomo
que contaminan el medio ambiente, así mismo, la vinaza concentrada podrá
disponerse como materia prima para la industria de fertilizantes o para
alimento de ganado y evitar la contaminación de los ríos y el deterioro de los
campos de cultivo.
1.10 Objetivos
1.10.1 Objetivo General
- Diseñar un sistema de deshidratación usando tamices moleculares y
evaporadores de múltiple efecto para obtener alcohol carburante y vinaza
concentrada.
27
1.10.2 Objetivos específicos
Diseñar un Sistema de Evaporación de Múltiple Efecto para concentrar
el efluente vinaza desde un brix de 6% hasta un brix de 55% mediante
el cálculo de las áreas de transferencia de calor para un rango de
producción de etanol desde 5,000 Litros por día hasta 400,000 Litros
por día mediante un análisis de sensibilidad, haciendo el análisis
respectivo para una producción típica de 150,000 Litros por día.
Calcular el consumo de vapor y ratio de consumo de vapor del sistema
de concentración de vinaza para el rango planteado de producción de
etanol y el caso típico de 150,000 Litro por día.
Determinar mediante cálculos de ingeniería los datos de diseño de los
tamices moleculares para la deshidratación de alcohol tales como el
diámetro y la altura del lecho para un rango de producción de etanol
desde 5,000 Litros por día hasta 400,000 Litros por día mediante un
análisis de sensibilidad, haciendo el análisis respectivo para una
producción típica de 150,000 Litros por día.
Calcular el consumo de vapor para la columna vaporizadora R1 del
sistema de deshidratación de etanol y el ratio de consumo de vapor
para el rango planteado de producción de etanol y el caso típico de
150,000 Litro por día.
Determinar el diámetro de la columna vaporizadora R1 para el rango
planteado de producción de etanol y el caso típico de 150,000 Litro por
día.
28
II. MATERIALES Y METODOS
2.1 Diseño de las Operaciones Unitarias:
2.1.1 Concentración de la Vinaza
Las vinazas o mostos de destilerías son los residuos líquidos que se obtienen al
destilar el producto de la fermentación alcohólica de las mieles finales de caña.
Son un líquido de color oscuro que puede variar desde carmelita hasta casi
negro, de olor fuerte, temperatura de ebullición cercana a los 100ºC, pH
medianamente ácido y una DBO (demanda bioquímica de oxígeno) que oscila
entre 70 y 80 g/l. Está compuesto por un 93% de agua, 2% de compuestos
inorgánicos (potasio, calcio, sulfatos, cloruros, nitrógeno, fósforo, etc) y un 5%
de compuestos orgánicos que volatilizan al ser calentadas a 650ºC.
Los factores que influyen en las variaciones del contenido de los diversos
componentes en las vinazas son:
- Calidad de la materia prima (miel final).
- Tipo de levadura y productos químicos utilizados en la fermentación.
- Características del proceso fermentativo.
Esta corriente residual ha creado un problema medioambiental a los países
productores de alcohol, por lo que su tratamiento se hace una necesidad
imperiosa y, lógicamente, debe ser técnica y económicamente factible. Para
sustentar este planteamiento, puede decirse que una destilería que produzca
150,000 l/d de alcohol, utilizando melaza como materia prima, crea la misma
carga contaminante que el alcantarillado doméstico de una ciudad de dos
millones de habitantes.
El volumen de residuos líquidos en este tipo de industria es típicamente de 10 a
14 veces la producción de alcohol, por lo que se verterían de 1’500,000 a
2’100,000 litros diarios de vinazas. Tienen alto poder contaminante y su
demanda química de oxígeno (DQO) oscila aproximadamente de 50.000 ppm a
70.000 ppm, pero en circunstancias excepcionales puede tomar valores
superiores.
29
En los países productores de azúcar donde se destilan las mieles, los efluentes
pueden ser una valiosa fuente de energía, abono o alimento para el productor de
alcohol.
La empresa brasileña Dedini ofrece un sistema de concentración de vinaza
integrado a la destilería o independiente, ambos con evaporadores de tipo niebla
turbulenta los cuales tienen la ventaja de tener altos coeficientes de transferencia
de calor y una evaporación rápida y uniforme la cual minimiza la generación de
incrustación. (23)
Se plantea concentrar la vinaza a partir de 6% de sólidos o grados brix hasta
55% considerando un sistema de múltiple efecto de 5 unidades, siendo los dos
primeros evaporadores del tipo circulación forzada y los tres siguientes tipo
falling film tal como indica la referencia. (26)
30
Figura 1. Esquema de Concentración de Vinaza de la Empresa Dedini - Brasil
31
2.1.2 Deshidratación por Tamices Moleculares
Para la obtención de alcohol con 99,8ºGL a partir de alcohol a 96.0ºGL se
propone un proceso de deshidratación por tamices moleculares. El sistema
básicamente se compone de dos secciones distintas; la primera consiste de
módulos conteniendo lechos de zeolita, operando de forma intermitente,
utilizados para separar el agua residual contenida en el alcohol hidratado, la
segunda que incluye los accesorios requeridos para completar el proceso
(condensadores, evaporador, bombas, etc.)
La principal ventaja de la deshidratación por tamices moleculares es el no
utilizar ciclo-hexano u otro arrastrador azeotrópico que pueda causar daños a la
salud y/o problemas ambientales.
El proceso consiste en hacer pasar el alcohol hidratado a través de lechos
de zeolita desecadora. El proceso es discontinuo, una vez que la zeolita libre de
agua, en contacto con alcohol hidratado, va gradualmente absorbiendo el agua
hasta saturarse y a este ponto debe ser regenerada. Cada ciclo de absorción de
agua, dependiendo de las condiciones de operación dura aproximadamente 6
minutos, después del cual el modulo va a la regeneración. Para mantener la
planta en funcionamiento continuo esta sección incluye dos módulos de zeolita
de iguales dimensiones así que mientras dos esté en operación el otro se
encuentra en regeneración y viceversa. Una vez que la sección de
deshidratación es integrada a la sección de destilación y de rectificación del
alcohol la solución hidro alcohólica (permeado) generada por la regeneración de
los zeolita será tratada en la misma sección de rectifica.
La división de los módulos en dos cuerpos iguales permite operar de forma
regular optimizando las dimensiones de los reactores y limitando la perdida de
presión necesaria para cruzar los lechos de Zeolita. Este factor es de gran
importancia considerando que la operación es conducida a baja presión y que
solamente una pequeña cantidad de vapor de media presión es usada para el
sobrecalentamiento de los vapores de alcohol hidratado.
La alimentación (alcohol hidratado) proveniente de la destilería es
sobrecalentada en los sobre calentadores (H1 y H2) con vapor de media presión
(6 Bar (A)) para incrementar la temperatura al valor deseado y posteriormente
enviada, de forma intermitente, a los reactores conteniendo zeolita (T1) y (T2).
32
Los vapores que dejan los reactores constituyen el producto deshidratado, es
refrigerado en los condensadores C4 y C5. El alcohol anhidro en fase liquida es
bombeado a dos enfriadores de placas IC1 y IC4 antes de ser enviado al
almacenamiento.
Una vez saturado cada reactor, el mismo es regenerado. En esta fase,
una pequeña porción de los vapores de alcohol anhidro que dejan el lecho en
operación, es enviada bajo fuerte vacío para el lecho que se encuentra en
regeneración.
Durante esta operación el agua que satura el lecho de Zeolita es eliminada
y el modulo queda preparado para el cambio de ciclo operacional, cuando
entonces entrará nuevamente en operación.
La regeneración libera agua con algún contenido de alcohol. Estos
vapores son condensados en los condensadores C1, C2 pasan a un vaso
pulmón B4 y de este último son reciclados, a la columna de rectificación R1. El
vacío del sistema es provisto por una bomba de vacío de tipo anillo líquido BV1
equipada con sus accesorios. La operación de la unidad es totalmente
automática y el sistema de control provee un flujo continuo de informaciones
hacia la sala de control. En el monitor del sistema, el operador puede cambiar y
arreglar todos los parámetros operacionales y arrancar y parar la unidad.
(17),(25),(27),(28).
33
Figura 2. Diagrama de Flujo para la Deshidratación del Alcohol Rectificado
T1
BC4
S-1
BV1
TK 1
BC1
BC2
BC3
B1
TIC
E101
C1
C3
C4
R1
H2H1
T2
C5
PIC
TIC
B3
B2
C2
B4
IC1
IC2
IC3
IC4
Vapor
Vapor
Alcohol PermeadoCondensado
Alcohol Hidratado
Etanol
34
2.2 Balance de Materiales y de Energía:
2.2.1 Sistema de Concentración de Vinaza
En la presente tesis se está proponiendo un Sistema de Concentración de Vinaza
mediante Evaporación de Quíntuple Efecto. Para ello se utilizará el software
Chemcad 6.0 el cual facilitará el cálculo para encontrar el Área de Transferencia
de Calor de cada Evaporador.
Las ecuaciones del Balance de Materiales y de Energía están basadas en el
siguiente esquema:
Figura 3. Esquema del Sistema de Evaporación de Vinaza de Quíntuple Efecto con Alimentación en Paralelo
Balance de Materiales y Energía al Primer Efecto:
Balance de Materiales:
WF = W1 + J1 (3.1)
WF . XF = J1 . X1 (3.2)
35
Balance de Energía:
Ws . λs + WF . CF . (tF - t1) = W1 . λ1 (3.3)
Balance de Materiales y Energía al Segundo Efecto:
Balance de Materiales:
J1 = W2 + J2 (3.4)
J1 . X1 = J2 . X2 (3.5)
Balance de Energía:
W1 . λ1 + J1 . C1 . (t1 - t2) = W2 . λ2 (3.6)
Balance de Materiales y Energía al Tercer Efecto:
Balance de Materiales:
J2 = W3 + J3 (3.7)
J2 . X2 = J3 . X3 (3.8)
Balance de Energía:
W2 . λ2 + J2 . C2 . (t2 - t3) = W3 x λ3 (3.9)
Balance de Materiales y Energía al Cuarto Efecto:
Balance de Materiales:
J3 = W4 + J4 (3.10)
J3 . X3 = J4 . X4 (3.11)
Balance de Energía:
W3 . λ3 + J3 . C3 . (t3- t4) = W4 . λ4 (3.12)
36
Balance de Materiales y Energía al Quinto Efecto:
Balance de Materiales:
J4 = W5 + J5 (3.13)
J4 . X4 = J5 . X5 (3.14)
Balance de Energía:
W4 . λ4 + J4 . C4 . (t4 - t5) = W5 . λ5 (3.15)
Leyenda:
WF : Flujo de vinaza en kg/h.
W1 - 5 : Flujos de agua evaporada en los efectos del 1 al 5 en kg/h.
Ws : Flujo de vapor de calentamiento en kg/h.
J1 - 5 : Flujos de las vinazas concentradas en los efectos del 1 al 5 en kg/h.
X1 - 5 : Concentraciones de las vinazas en los efectos del 1 al 5, en %
λ 1 - 5 : Concentraciones de las vinazas en los efectos del 1 al 5, en kJ/kg
t 1 – 5 : Temperaturas de los líquidos concentrados en los efectos del 1 al 5, en
ºC
C 1 – 5 : Calores específicos de los líquidos concentrados en los efectos del 1 al
5, en kJ/ kg ºC
Ws : Flujo de vapor de calentamiento, en kg/h.
ts : Temperatura del vapor de calentamiento, en ºC.
λ s : Calor latente del vapor de calentamiento, en kg/h.
U 1 – 5 : Coeficientes de Transferencia de Calor del 1 al 5, en kJ/h.m2.ºC
Son datos conocidos o de entrada:
WF , X1, X5, ts , U 1 – 5
37
2.2.2 Tamiz Molecular
2.2.2.1 Dimensionamiento de la Torre de Adsorción
Para el diseño y dimensionamiento de las torres de adsorción se realizara
un sistema de deshidratación con dos torres deshidratadoras, una en
adsorción y una en regeneración.
Cálculo del Diámetro
El diámetro se halla mediante la ecuación:
(3.16)
Donde:
Q : Caudal de los vapores alcohólicos
Vmax : Velocidad máxima de los vapores alcohólicos
Velocidad Máxima
Se halla mediante la ecuación:
(3.17)
Donde:
ρ : densidad de los vapores alcohólicos
Velocidad Mínima
Se halla mediante la ecuación:
(3.18)
Donde:
ρ : densidad de los vapores alcohólicos
𝑑 = √4 × 𝑄
𝜋 × 𝑣𝑚𝑎𝑥
𝑣𝑚𝑎𝑥 =61.5
√𝜌
𝑉𝑚𝑖𝑛 =4.74
𝜌
38
Caída de Presión por unidad de longitud
(3.19)
Donde:
A : Constante que depende del tipo de partícula
B : Constante que depende del tipo de partícula
ρ : densidad de los vapores alcohólicos
μ : viscosidad de los vapores alcohólicos
Se debe seleccionar el diámetro estándar más cercano al diámetro
mínimo hallado anteriormente.
Debido a que el diámetro seleccionado es diferente que el mínimo se debe
realizar un ajuste tanto a la velocidad como a la caída de presión.
(3.20)
(3.21)
Cantidad de desecante
La cantidad de desecante se puede hallar mediante la ecuación:
(3.22)
Donde:
Sss : cantidad de desecante
Ca : capacidad de adsorción del material
Arc : cantidad de agua a remover en el tamiz
∆𝑃
𝐿= 𝐴 × 𝜇 × 𝑉 + 𝐵 × 𝜌 × 𝑉2
𝑉𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡 = 𝑉𝑚𝑖𝑛 (𝑑𝑚𝑎𝑥
𝑑𝑠𝑒𝑙𝑒𝑐)
2
(∆𝑃
𝐿)
𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡=
∆𝑃
𝐿× (
𝑣𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡
𝑣𝑠𝑒𝑙𝑒𝑐)
2
𝑆𝑠𝑠 =𝐴𝑟𝑐
𝐶𝑎
39
Cantidad de agua a remover
𝐴𝑟𝑐 = 𝑞 × (%𝑤𝑓 − %𝑤𝑖) × 𝜃 (3.23)
Donde:
Arc : Cantidad de agua a remover de la corriente alcohólica por ciclo
q : caudal másico de la corriente alcohólica
%wf : porcentaje peso final del producto etanol
%wi : porcentaje peso inicial de la corriente alcohólica
θ : duración del ciclo
Longitud de la zona MTZ
Se calcula mediante la siguiente ecuación:
(3.24)
Donde:
Z : Constante de la zona MTZ del tamiz
Longitud de la zona de saturación
Se calcula mediante la siguiente ecuación:
(3.25)
Donde:
Ls : Longitud de la zona de saturación
ρdes : Densidad del desecante
𝐿𝑀𝑇𝑍 = (𝑣𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡
35)
0.3
× 𝑍
𝐿𝑆 =4 × 𝑆𝑠𝑠
𝜋 × 𝐷2 × 𝜌𝑑𝑒𝑠
40
Longitud total de lecho
Se calcula mediante la siguiente ecuación:
(3.26)
Donde:
LT : Longitud total del lecho
Verificación de los parámetros de diseño
Se debe verificar que la caída de presión sea menor al valor máximo
permitido de 8 psia mediante la siguiente fórmula:
(3.27)
Flujo mínimo para deshidratar
Se calcula mediante la ecuación:
(3.28)
𝐿𝑇 = 𝐿𝑀𝑇𝑍 + 𝐿𝑆
(∆𝑃
𝐿)
𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡× 𝐿𝑇 ≤ 8
𝑞𝑚𝑖𝑛 = 𝜋 ×𝐷𝑠𝑒𝑙
2
4× 𝑣𝑚𝑖𝑛 × 𝜌
41
III. RESULTADOS:
3.1 Concentración de Vinaza
Se escogió un sistema de Evaporación de Quíntuple Efecto para concentrar
la vinaza desde un 6% de sólidos hasta un 55% de sólidos.
Se diseñaron los equipos con sus respectivas líneas de entrada y salida así
como sus condiciones de operación en el software Chemcad V 6.0, el cual
facilita los cálculos ya que mediante las funciones de su librería se puede
llamar a las propiedades termodinámicas que se necesite sin recurrir a tablas,
curvas o a ecuaciones empíricas. En la figura 4 se muestra el diagrama de
flujo del sistema de concentración de vinaza de 5 efectos utilizando Chemcad
V 6.0.
Se considera como vapor de calentamiento vapor de 10 psig a su respectiva
temperatura de saturación. Así mismo se están tomando como coeficientes
de transferencia de calor los indicados por Donald Kern para el caso de un
sistema de concentración de jugo de azúcar de 5 efectos con las mismas
condiciones de operación por ser la vinaza un efluente con algunas
similitudes al jugo de azúcar ya que proviene de él.(23)
En la Tabla 10 se muestran los resultados del balance de materiales y energía
del sistema de concentración de vinaza planteado en la Figura 4.
En la Tabla 11 se muestran los datos de entrada, de acuerdo a las distintas
capacidades de producción de alcohol de las plantas alcoholeras del país y
atendiendo una relación de L alcohol/L vinaza de 14 que es la más común,
se calcularon las áreas de transferencia de calor necesarias. De la misma
forma en la Gráfica 8 se presentan las áreas de transferencia de calor
juntamente con el consumo de vapor para las distintas capacidades de vinaza
a tratar.
42
Figura 4. Diagrama del Sistema de Concentración de Vinaza de 5 Efectos en el Software Chemcad
43
v
44
45
46
47
48
Tabla 10. Análisis de Sensibilidad para el Sistema de Concentración de Vinaza de 5 Efectos
1 Producción de vinaza Símbolo Unidad 2917 14583 29167 58333 87500 233333
2 Area de Transferencia de calor EVA 1 A1 m2
7.251 36.25 72.51 121.67 217.52 580.04
3 Area de Transferencia de calor EVA 2 A2 m2
20.43 102.16 189.34 378.68 568.02 1518.44
4 Area de Transferencia de calor EVA 3 A3 m2
20.55 102.74 189.16 379.91 569.87 1517.11
5 Area de Transferencia de calor EVA 4 A4 m2
20.36 102.99 189.47 379.74 569.63 1517.38
6 Area de Transferencia de calor EVA 5 A5 m2
20.31 102.28 189.57 379.12 568.68 1518.55
7 Coeficiente de transferencia de calor U1 kcal /hm2°C 2208 2208 2208 2208 2208 2208
8 Coeficiente de transferencia de calor U2 kcal /hm2°C 1515 1515 1635 1635 1635 1631
9 Coeficiente de transferencia de calor U3 kcal /hm2°C 1100 1100 1195 1191 1191 1192
10 Coeficiente de transferencia de calor U4 kcal /hm2°C 870 860 935 933 933 934
11 Coeficiente de transferencia de calor U5 kcal /hm2°C 700 695 750 750 750 749
12 Composición de la corriente 3 x1 % 7.07 7.07 7.07 7.07 7.07 7.07
13 Composición de la corriente 5 x2 % 8.72 8.72 8.72 8.72 8.72 8.72
14 Composición de la corriente 7 x3 % 11.68 11.68 11.68 11.68 11.68 11.68
15 Composición de la corriente 9 x4 % 18.64 18.64 18.64 18.64 18.64 18.64
16 Composición de la corriente 11 x5 % 54.96 54.98 54.99 54.99 54.99 54.99
17 Consumo de vapor Ws kg/h 595.74 2978.38 5957.048 11914.1 17871.14 47656.3
18 Relación kg de vapor / kg de vinaza r kg/kg 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20
Producción de vinaza L/h
49
Gráfica 8. Área de Transferencia de Calor de los Evaporadores y Consumo de Vapor vs el Caudal de Vinaza a concentrar
20102
190
379
569
1,519
5962,978
5,957
11,914
17,871
47,656
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
2917 14583 29167 58333 87500 233333
Co
nsu
mo
de
vap
or
(kg
/h)
Are
a d
e tr
ansf
eren
cia
de
calo
r (m
2)
Area (m2) Consumo de vapor
50
3.2 Tamiz Molecular
Para el desarrollo del balance de materiales y energía se ha tomado como
referencia el diagrama de flujo de la figura 2. En la figura 5 se está
considerando en el software Chemcad a la columna R1 y sistema de
calentadores IC1, IC2 e IC3, y sobrecalentadores H1 y H2 mostrando los
resultados del balance de materiales y energía en la Tabla 12.
En la figura 6 se está considerando el sistema de condensadores para el
vacío C1, C2 y C3 y en la figura 7 el sistema de enfriamiento del alcohol
anhidro con los condensadores C4, C5, C6 en el software Chemcad. En la
Tabla 13 se muestra los resultados del balance de materiales y energía para
ambos sistemas.
El Gráfico 8 está mostrando los diámetros de diseño para la columna
vaporizadora R1 para distintas capacidades de producción alcohol anhidro.
La Tabla 14 muestra los datos de entrada así como los resultados de diseño
para los tamices moleculares siendo las variables de diseño más importante
el diámetro del tamiz y la altura del lecho.
La Gráfica 10 muestra los consumos de vapor necesarios para la columna
Rectficadora R1encargada de vaporizar el alcohol hidratado y rectificar el
alcohol permeado de bajo grado proveniente del tamiz molecular en la fase
de regeneración.
La Gráfica 11 muestra el diámetro del tamiz vs las producciones de etanol en
el rango de 5,000 hasta 400,000 Litros por día.
La figura 8 muestra un plano esquemático de un tamiz molecular para una
capacidad de 150,000 LPD el cual es el caso de la Empresa Cartavio S.A.
51
Figura 5. Columna Vaporizadora del Alcohol Hidratado y Rectificadora del Alcohol Permeado
52
Tabla 11. Balance de Materiales y de Energía para el Sistema de Vaporización de Alcohol Hidratado y Rectificación del Alcohol Permeado
53
54
55
56
57
Figura 6. Sistema de enfriamiento y Vacío para la Solución Alcohólica procedente del Tamiz en la fase de Regeneración
58
Figura 7. Sistema de enfriamiento del Alcohol Anhidro procedente del Tamiz en la fase de Adsorción
59
Tabla 12. Balance de Materiales y de Energía para el Sistema de Enfriamiento del Alcohol Anhidro procedente del Tamiz en la fase de Adsorción
60
61
62
63
64
65
66
Gráfica 9. Análisis de Sensibilidad para el cálculo del diámetro de la Columna R1
0.15
0.30
0.460.53
0.61
0.760.84
0.91
1.071.14
1.22
1.37
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
5000 10,000 25000 50,000 75,000 100,000 150000 200,000 250,000 300,000 350,000 400,000
Di{
amet
ro d
e la
co
lum
na
R (
m)
Producción de Etanol (LPD)
67
Gráfica 10.Análisis de Sensibilidad para el consumo de vapor en la Columna Rectificadora R1 vs Producciones de
Etanol
90450
899
1799
2698
7195
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
5000 25000 50,000 100,000 150000 400,000
Co
nsu
mo
de
vap
or
(kgh
)
Producción de Etanol (LPD)
68
Tabla 13. Datos de Entrada y Resultados para el Diseño del Tamiz Molecular
69
70
Figura 8. Plano del Tamiz Molecular
71
Gráfica 11. Diámetro Seleccionado del Tamiz Molecular vs la Producción de Etanol de la Planta Deshidratadora
0.8
1.3
1.5
1.8
2.0
2.7
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
0 50,000 100,000 150,000 200,000 250,000 300,000 350,000 400,000 450,000
Diá
met
ro (
m)
Producción de etanol (L)
Diámetro del Tamiz vs Producción de Etanol
72
IV. DISCUSIONES
Las áreas de diseño de los evaporadores se refieren a equipos limpios,
sin embargo se debe tener en cuenta que la vinaza contiene también sales
de calcio, magnesio, sulfatos que tienen la propiedad de incrustarse al
interior de los tubos y ocasionar después de unos días el incremento del
consumo de vapor y luego la pérdida de eficiencia de concentración del
sistema de evaporación. Para ello se debe considerar un porcentaje de
sobrediseño y un sistema cleaning in place para una limpieza de equipos
con soda cáustica.
El modelo para el equilibrio líquido vapor seleccionado en el software
Chemcad utilizado para resolver los balances de materiales y de energía
de los sistemas de las figuras 5, 6 y 7 para la deshidratación del alcohol
etílico es el modelo NRTL (Non Random Two Liquids) por ser el modelo
que más se aproxima a los datos físicos experimentales del sistema
binario etanol – agua.
73
V. CONCLUSIONES
El área de transferencia de calor calculado para el sistema de
concentración de vinaza de 5 efectos desde 6°Bx hasta 55 °Bx fue para
el caso de una producción de etanol en planta de 150,000 Litros por día
de 569 m2. Para el rango de producciones de etanol entre 5,000 hasta
400,000 Litros por día varía entre 20 hasta 1,519 m2.
El consumo de vapor para el rango de concentración de vinaza para una
producción de etanol desde 5,000 hasta 400,000 Litros por día varía
desde 596 kg/h de vapor hasta 47656 kg/h. Correspondiendo el consumo
de vapor para una producción de etanol de 150,000 Litros por día de para
concentrar la vinaza desde 6°Brix hasta 55°Brix de 17871 kg/h. El
consumo específico de vapor para el rango trabajo es de 0.20 kg de vapor
por kg de vinaza tratada.
El consumo de vapor para la columna rectificadora R1 para el rango de
producción de etanol entre 5,000 hasta 400,000 Litros por día varía entre
90 kg/h hasta 7195 kg/h. Para el caso de 150,000 LPD el consumo de
vapor en esta columna corresponde a 2698 kg/h.
El ratio de vapor consumido para la columna rectificadora R1 en el rango
de 5,000 hasta 400,000 Litros por día de etanol producido es de 0.43 kg
de vapor/L de etanol.
El diámetro de la columna rectificadora R1 obtenido en el rango de 5,000
hasta 400,000 Litros por día de etanol producido varía desde 0.15 hasta
1.4 m, siendo de 0.84 m para una capacidad de 150,000 Litros por día.
Con la metodología utilizada en la presente tesis se logró obtener los
parámetros principales de diseño para la etapa de deshidratación de
etanol. En el rango de producción de etanol desde 5,000 Litros por día
hasta 400,000 Litros por día, se obtienen diámetros desde 0.8 m hasta 2.7
m respectivamente.
74
Para el caso específico de 150,000 Litros por día se obtuvo un diámetro
de 2 m, una altura de lecho del tamiz de 7 metros y una cantidad de
zeolita o desecante de 15 TN por ciclo, siendo la cantidad de agua
retenida de 3.25 TN de agua por ciclo.
75
VI. RECOMENDACIONES
Se recomienda realizar el estudio de concentración de vinaza en múltiple
efecto reutilizando la energía calorífica de los vapores alcohólicos de la
columna rectificadora hasta el brix suficiente sin consumo de vapor
adicional. Para ello se puede utilizar el software chemcad para realizar las
simulaciones respectivas.
Se recomienda continuar los diseños propuestos en esta tesis con la
evaluación de costos respectivos tanto para los evaporadores de vinaza
y los tamices moleculares.
Los evaporadores que se utilicen para concentrar vinaza se deben
construir en material de acero resistente a la corrosión tal como el Acero
AISI 304 o AISI 316 ya que la vinaza por ser de pH 4 a 4.5 es altamente
corrosiva.
Para concentraciones de grados brix a partir de 40% se deben considerar
evaporadores falling film o de circulación forzada por el incremento de
viscosidad de la vinaza a partir de estas concentraciones.
Para el caso de los tamices moleculares también es importante considerar
que la construcción del equipo es en acero inoxidable AISI 304, por ser
un material que otorga una buena resistencia a la corrosión, temperaturas
y presiones que pueden ser consideradas altas.
76
VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
1. CADENA AGROINDUSTRIAL, “Análisis de Estudios de la Cadena
de Etanol”, p.13, Instituto interamericano de cooperación para la
agricultura de Nicaragua (IICA), Nicaragua, 2004.
2. INEI, “Compendio estadístico del Perú”, p.1095, Instituto Nacional de
Estadística e Informática, Perú, 2013.
3. MINCETUR, “Perfil del Mercado y Competitividad Exportadora del
Etanol”, p.4, Ministerio de Comercio Exterior y Turismo del Perú,
Perú, 2003.
4. NORMA TÉCNICA PERUANA NTP.211.033:2003, “Bebidas
Alcohólicas, Alcohol Etílico Rectificado, Neutro y Extraneutro”, p.3,
2da. Edición, Perú, 2003.
5. WISNER R., “Intermediate Term Issues for U.S. Biofuels, Part I”, p.
2, AGRMC, USA, 2015.
6. OCDE FAO, “Perspectivas agrícolas 2013-2022”, p.117, Ed.
Universidad Autónoma Chapingo, 1era. Edición, Texcoco, Estado de
México, 2013.
7. MINISTERIO DE LA PRODUCCION PRODUCE, “Anuario
Estadístico del Sector Producción - 2010”, p.187, Oficina General de
Tecnología de la Información y Estadística, Lima, Perú, 2011.
8. MINISTERIO DE LA PRODUCCION PRODUCE, “Anuario
Estadístico del Sector Producción - 2011”, p.192, Oficina General de
Tecnología de la Información y Estadística, Lima, Perú, 2012.
9. MINISTERIO DE LA PRODUCCION, “Anuario Estadístico Industrial,
Mipyme y Comercio Interno - 2012”, p.77, Dirección General de
77
Estudios Económicos, Evaluación y Competitividad Territorial, Lima,
Perú, 2013.
10. MINISTERIO DE LA PRODUCCION, “Anuario Estadístico Industrial,
Mipyme y Comercio Interno - 2013”, p.71, Dirección General de
Estudios Económicos, Evaluación y Competitividad Territorial, Lima,
Perú, 2014.
11. MINISTERIO DE LA PRODUCCION, “Anuario Estadístico Industrial,
Mipyme y Comercio Interno - 2014”, p.101, Dirección General de
Estudios Económicos, Evaluación y Competitividad Territorial, Lima,
Perú, 2015.
12. DECRETO SUPREMO Nº 021-2007-EM, “Reglamento para la
comercialización de Biocombustibles”, Artículo 7, 2007.
13. HERRYMAN M., BLANCO G., CORDOVES M., “Uso del Alcohol
como carburante en el transporte para el mejoramiento de las
condiciones ambientales. panorámica internacional y experiencias
en Cuba”, p.3, p.5, Instituto Cubano de Investigaciones de los
derivados de la caña de azúcar (ICIDCA), 2001.
14. JAQUES K., LYONS T., KELSALL D., “The Alcohol Textbook”, pp.
259 – 267, pp. 290 – 293, 4ta. Edición, Editorial Nottingham
University Press, USA, 2003.
15. DECRETO SUPREMO Nº 003-2002-PRODUCE, “Límites Máximos
Permisibles y Valores Referenciales para la Industrias de Cementos,
Cerveza, Curtiembre, Papel”, Anexo 1, 2002.
16. DOBLE M. & KUMAR A., “Biotratamiento de Efluentes Industriales”,
pp. 189 – 210, 1era. Ed., Editorial Elsevier, 2000.
17. QUINTERO J., MONTOYA M.; “Evaluación de la Deshidratación de
Alcohol Carburante Mediante Simulación de Procesos”, Facultad de
78
Ciencias Agropecuarias Vol. 5 N°2, Universidad Nacional de
Colombia Sede Manizales, 2007.
18. REIN P., “Ingeniería de la Caña de Azúcar”, p. 334, pp. 325-367,
1era. Edición en Español, Editorial Bartens KG, Alemania, 2012
19. HUGOT E., “Manual del Ingeniero Azucarero”, pp. 389 -422, 3era.
Edición, Ed. Elsevier, New York, 1986.
20. INCLAN O., “Tesis de Diseño de la Unidad de Deshidratación por
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Líquido Gran Chaco”, Universidad de Aquino Bolivia, pp. 51 - 55,
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21. ARELLANO A., RIOFRIO L., “Tesis de Diseño y Construcción de un
Deshidratador por Absorción con Tamices Moleculares para la
Obtención de Alcohol Anhidro”, pp. 17 – 64, Riobamba, Ecuador,
2014.
22. ROMERO F., “Tesis de Diseño preliminar de un Proceso de
Deshidratación para la producción de 3.600 Bpd de Etanol Anhidro”,
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23. MARENGO G., “Concentración de vinaza, consumo de vapor cero”,
12avo. Seminario Agroindustrial, Dedini Industrias de Base, Brasil,
2011.
24. KERN D., “Procesos de Transferencia de Calor”, p.489, Trigésima
primera reimpresión, Compañía Editorial Continental, México, 1999.
25. PEREZ I., GARRIDO N., “Aspectos a tener en cuenta en la operación
de un sistema de deshidratación de alcohol por tamices
moleculares”, pp. 57-63, ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caña de
Azúcar, vol. 45, núm. 1, enero-abril, Instituto Cubano de
Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar, Ciudad de
La Habana, Cuba, 2011.
79
26. PERERA J., “Concentración y Combustión de Vinazas”, pp. 16-23,
Ministerio de Gobierno y Justicia de la Provincia de Tucumán,
Argentina, 2009.
27. HILTZ J., TAYLOR Z., BAIER M., “Design of an Ethanol Dehydration
System”, pp. 18-42, pp. 76-89, Department of Chemical Engineering,
University of Saskatchewan, Canadá, 2008.
28. UYAZAN A., GIL I., AGUILAR J., RODRIGUEZ G., CAICEDO L.,
“Deshidratación del Etanol”, p. 55, Ingeniería e Investigación, vol. 24,
núm. 3, diciembre, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá,
Colombia, 2004.
80
ANEXO I. CALCULOS Y DETALLES DE LOS EQUIPOS PRINCIPALES DISEÑADOS EN CHEMCAD
1. Evaporador EVA1
81
2. Evaporador EVA2
82
3. Evaporador EVA3
83
4. Evaporador EVA4
84
5. Evaporador EVA5
85
6. Columna Rectificadora R1
86
8. Sobrecalentador H1
87
9. Sobrecalentador H2
88
10. Intercambiador IC1
89
11. Intercambiador IC2
90
12. Intercambiador IC3
91
13. Condensador C1
92
14. Condensador C2
93
15. Condensador C3
94
16. Lavador de gases SC1
