BIODIESEL DE HIGUERILLA: BIODIESEL DE HIGUERILLA: UNA ALTERNATIVAUNA ALTERNATIVA DE DE

DESARROLLO RURALDESARROLLO RURAL

CardonaCardona C. A.C. A.11, , OrregoOrrego C.EC.E22,, ,, Snchez C.A.Snchez C.A.11, , RincnRincn L.E.L.E.1111 Departamento de Ingeniera Qumica, Universidad Departamento de Ingeniera Qumica, Universidad

Nacional de Colombia Sede Manizales.Nacional de Colombia Sede Manizales.22 Departamento de Fsica y Qumica.Departamento de Fsica y Qumica.

IntroduccinIntroduccin En las Plantas Piloto de En las Plantas Piloto de

Biotecnologa y Biotecnologa y Agroindustria de Agroindustria de Universidad Nacional Sede Universidad Nacional Sede Manizales se han realizado Manizales se han realizado algunas investigaciones en algunas investigaciones en los ltimos tres aos los ltimos tres aos relacionadas con la relacionadas con la produccin de produccin de biodieselbiodiesel a a partir de etanol, metanol y partir de etanol, metanol y aceites de palma e aceites de palma e higuerilla. higuerilla.

AlcanceAlcance

Se relacionarn las investigaciones hechas en Se relacionarn las investigaciones hechas en las PPBA ,concluidas y en curso, relacionadas las PPBA ,concluidas y en curso, relacionadas con la produccin de con la produccin de biodieselbiodiesel de higuerilla.de higuerilla.

Se describirn brevemente algunos de los Se describirn brevemente algunos de los resultados obtenidos, especialmente uno que resultados obtenidos, especialmente uno que simula cuatro diferentes arreglos de proceso simula cuatro diferentes arreglos de proceso para la obtencin de para la obtencin de biodieselbiodiesel de aceite de de aceite de higuerilla y metanol.higuerilla y metanol.

InvestigacionesInvestigaciones

Produccin de Produccin de biodieselbiodiesel de aceites de palma e de aceites de palma e higuerilla por un proceso de reaccinhiguerilla por un proceso de reaccin--separacin catalizado por lipasas.separacin catalizado por lipasas.

Dinmica no lineal de un proceso Dinmica no lineal de un proceso biotecnolgico para obtencin de biotecnolgico para obtencin de biodieselbiodiesel. .

Procesos Procesos biotecnlogicosbiotecnlogicos para la produccin para la produccin de de BiodieselBiodiesel. .

InvestigacionesInvestigaciones Evaluacin de cargas contaminantes de Evaluacin de cargas contaminantes de

BiodieselBiodiesel producido a partir de aceites de producido a partir de aceites de palma, higuerilla y colza. palma, higuerilla y colza.

Introduccin y evaluacin de materiales de Introduccin y evaluacin de materiales de Higuerilla (Higuerilla (RicinusRicinus communiscommunis) para la ) para la produccin de produccin de BiodieselBiodiesel en diferentas zonas de en diferentas zonas de Colombia.Colombia.

Produccin de Produccin de BiodieselBiodiesel en Colombia a partir en Colombia a partir de materiales seleccionados de higuerilla de materiales seleccionados de higuerilla

EnfoquesEnfoques

Produccin y caracterizacin de un sistema Produccin y caracterizacin de un sistema biocatalticobiocataltico de lipasas inmovilizadas en de lipasas inmovilizadas en quitosanoquitosano y gelatinay gelatina--quitosanoquitosano..

Produccin de Produccin de quitosanoquitosano a partir de residuos a partir de residuos de de orellanasorellanas..

Utilizacin de ltex de papaya.Utilizacin de ltex de papaya. Estudios cinticos.Estudios cinticos.

EnfoqueEnfoque

ModelamientosModelamientos matemticos.matemticos. Uso y diseo de programas de simulacin.Uso y diseo de programas de simulacin. Comparacin de procesos convencionales Comparacin de procesos convencionales vsvs

procesos enzimticos y procesos de reaccinprocesos enzimticos y procesos de reaccin--separacin.separacin.

Construccin y operacin de reactores piloto.Construccin y operacin de reactores piloto. Alianzas con otros grupos de investigacin.Alianzas con otros grupos de investigacin.

Simulacin de cuatro Simulacin de cuatro procesos de produccin de procesos de produccin de

biodieselbiodiesel de higuerillade higuerilla--metanolmetanol

Se utiliz el mtodo de Marrero J. y Gani Se utiliz el mtodo de Marrero J. y Gani R.(2001) mediante el que se determinaron las R.(2001) mediante el que se determinaron las propiedades temperatura, presin, factor de propiedades temperatura, presin, factor de compresibilidad y volmenes crticos, energa compresibilidad y volmenes crticos, energa libre de Gibbs de formacin y calor de libre de Gibbs de formacin y calor de vaporizacin, las cuales son los parmetros de vaporizacin, las cuales son los parmetros de la simulacin que permiten calcular las dems la simulacin que permiten calcular las dems propiedades como entalpas, densidades, entre propiedades como entalpas, densidades, entre otras. otras.

MetodologaMetodologa

MetodologaMetodologa

Seguidamente se procedi a determinar el Seguidamente se procedi a determinar el modelo termodinmico mas adecuado modelo termodinmico mas adecuado para describir el equilibrio liquido para describir el equilibrio liquido liquido a 1 bar, que se da entre el glicerol, liquido a 1 bar, que se da entre el glicerol, agua, y cualquier sustancia oleica agua, y cualquier sustancia oleica presente en la mezcla. Para ello se us el presente en la mezcla. Para ello se us el modelo de UNIFAC, modificado por modelo de UNIFAC, modificado por Dortmund (1993).Dortmund (1993).

MetodologaMetodologaSe compararon cuatro esquemas de proceso por Se compararon cuatro esquemas de proceso por medio de variables como: costos de capital, costos de medio de variables como: costos de capital, costos de operacioperacin, costos de materia prima, costos de n, costos de materia prima, costos de utilidades que fueron halladas por medio del Aspen utilidades que fueron halladas por medio del Aspen IcarusIcarus 11.1 importando los valores de las 11.1 importando los valores de las simulaciones del Aspen Plus simulaciones del Aspen Plus InterfaceInterface 11.1. Se lleg11.1. Se llega la conclusia la conclusin de que el proceso propuesto (IV), n de que el proceso propuesto (IV), arrojarroj los valores mlos valores ms bajos en dichos indicadores de s bajos en dichos indicadores de los cuatro procesos comparados. La produccilos cuatro procesos comparados. La produccin anual n anual prevista para estas unidades fue de 163,135x106 l prevista para estas unidades fue de 163,135x106 l /a/ao (43.1x106 o (43.1x106 galgal/a/ao).o).

Diagrama de proceso IDiagrama de proceso I

Diagrama de proceso IIDiagrama de proceso II

Diagrama de proceso IIIDiagrama de proceso III

Diagrama de proceso IVDiagrama de proceso IV

Resultados: Propiedades de la Resultados: Propiedades de la triricinolenatriricinolena calculadascalculadas

PropertyName Parameter Estimated value Units MOLECULAR WEIGHT MW 933,44736 NORMAL BOILING POINT TB 1965,48 K CRITICAL TEMPERATURE TC 18905,434 K CRITICAL PRESSURE PC 259225,035 N/SQM CRITICAL VOLUME VC 3,2785 CUM/KMOL CRITICAL COMPRES.FAC ZC 0,00540677 IDEAL GAS CP AT 300 K 1374370,15 J/KMOL-K AT 500 K 2029427,5 J/KMOL-K AT 1000 K 2965902,08 J/KMOL-K STD. HT.OF FORMATION DHFORM -2,35E+09 J/KMOL STD.FREE ENERGY FORM DGFORM -681610000 J/KMOL VAPOR PRESSURE AT TB 99596,1756 N/SQM AT 0.9*TC 181659,084 N/SQM AT TC 259225,035 N/SQM ACENTRIC FACTOR OMEGA -0,4932034 HEAT OF VAP AT TB DHVLB 649124,324 J/KMOL LIQUID MOL VOL AT TB VB 81,7602734 CUM/KMOL SOLUBILITY PARAMETER DELTA (J/CUM)**.5 UNIQUAC R PARAMETER GMUQR 39,9986816 UNIQUAC Q PARAMETER GMUQQ 32,58 PARACHOR PARC 2383,3 LIQUID CP AT 298.15 K 1845303,1 J/KMOL-K AT TB 45037225,6 J/KMOL-K

Propiedades del Propiedades del ricinoleatoricinoleato de metilode metiloPropertyName Parameter Estimated value Units

MOLECULAR WEIGHT MW 312,49304 NORMAL BOILING POINT TB 788,24 K CRITICAL TEMPERATURE TC 967,340584 K CRITICAL PRESSURE PC 1201457,37 N/SQM CRITICAL VOLUME VC 1,1185 CUM/KMOL CRITICAL COMPRES.FAC ZC 0,16708509 IDEAL GAS CP AT 300 K 463334,305 J/KMOL-K AT 500 K 681527,857 J/KMOL-K AT 1000 K 1001511,48 J/KMOL-K STD. HT.OF FORMATION DHFORM -791311000 J/KMOL STD.FREE ENERGY FORM DGFORM -260310000 J/KMOL VAPOR PRESSURE AT TB 101322,68 N/SQM AT 0.9*TC 359232,477 N/SQM AT TC 1201457,37 N/SQM ACENTRIC FACTOR OMEGA 1,04717712 HEAT OF VAP AT TB DHVLB 81432560,2 J/KMOL LIQUID MOL VOL AT TB VB 0,46411985 CUM/KMOL SOLUBILITY PARAMETER DELTA 14283,4284 (J/CUM)**.5 UNIQUAC R PARAMETER GMUQR 13,6354647 UNIQUAC Q PARAMETER GMUQQ ,272 LIQUID CP AT 298.15 K 628509,085 J/KMOL-K AT TB 2427162,83 J/KMOL-K

Resultados anlisis cuantitativo

PROCESOS Proceso I ProcesoII ProcesoIII ProcesoIV Costo total de Capital 1.41E+06 1.07E+06 1.13E+06 1.07E+06 Costo de operacin 1.51E+08 1.52E+08 1.52E+08 1.51E+08 Costo de materia prima 1.39E+08 1.40E+08 1.40E+08 1.39E+08 %de costo de materia prima respecto de costos de operacin 92.05 92.11 92.11 92.05 Costo (US$/gal) 3.50 3.59 3.65 3.44

Comparacin de procesos (Kgmol/Hora)

PROCESOS Proceso I ProcesoII ProcesoIII ProcesoIV Aceite de higuerilla

43.57 43.57 43.57 43.57

Metanol 125.68 135.68 135.68 125.68 Biodiesel 121.00 118.00 116.00 123.00 Glicerol 20.16 39.16 38.76 19.00

Costo del Costo del biodieselbiodiesel vsvs costo de la costo de la materia prima oleosamateria prima oleosa

Fuente: (Fuente: (HaasHaas y col., 2006)y col., 2006)

Comparacin de resultadosComparacin de resultados

Tomando como costo del aceite de higuerilla Tomando como costo del aceite de higuerilla US$0US$0.99/Kg. Se tendra, segn la simulacin .99/Kg. Se tendra, segn la simulacin de de HassHass y col. Un valor de y col. Un valor de biodieselbiodiesel de de US$US$3.50/galn, que corresponde aproximadamente 3.50/galn, que corresponde aproximadamente con los valores encontrados por la simulacin con los valores encontrados por la simulacin del presente trabajo del presente trabajo

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

Al analizarAl analizar la produccin mediante cuatro esquemas de la produccin mediante cuatro esquemas de proceso se observ proceso se observ que los procesos II y III producen ms que los procesos II y III producen ms glicerol es decir gastan la materia prima para obtener el glicerol es decir gastan la materia prima para obtener el subproducto que aunque posee un valor agregado considerable subproducto que aunque posee un valor agregado considerable en estas cantidades no es factible desviar la produccin hacia en estas cantidades no es factible desviar la produccin hacia este, analizando el proceso IV con el proceso I se not la este, analizando el proceso IV con el proceso I se not la misma tendencia de los procesos anteriores pero si se mira el misma tendencia de los procesos anteriores pero si se mira el proceso IV se genera mas biodiesel empleando en un solo proceso IV se genera mas biodiesel empleando en un solo reactor reacciones de esterificacin y transesterificacin reactor reacciones de esterificacin y transesterificacin simultneas. simultneas.

Al emplear los arreglos de produccin de biodiesel analizados Al emplear los arreglos de produccin de biodiesel analizados anteriormente no hay una justificacin valida dentro del anteriormente no hay una justificacin valida dentro del contexto de inversin de equipos puesto que la obtencin tanto contexto de inversin de equipos puesto que la obtencin tanto de cantidad y calidad del biocombustible son casi iguales en de cantidad y calidad del biocombustible son casi iguales en todos los arreglos pero la modificacin sugerida por nosotros todos los arreglos pero la modificacin sugerida por nosotros emplea menos equipos disminuyendo costos tanto de capital emplea menos equipos disminuyendo costos tanto de capital como de mantenimiento de la planta.como de mantenimiento de la planta.

GraciasGraciasCarlos Carlos A.CardonaA.Cardona : :

ccardonal@unal.edu.coccardonal@unal.edu.coCarlos E. Carlos E. OrregoOrrego::

corregoa@unal.edu.cocorregoa@unal.edu.co