ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS DE
PURIFICACIÓN DE BIOPRODUCTOS (PARADIGMAS)
Dr. Agustin Jaime Castro Montoya
Facultad de Ingeniería Química
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo
Saltillo, Coahuila 29 Agosto 2017
1er Ciclo de Conferencias sobre Biotecnología
para Bioenergía y Bioproductos (CCBBB)
0. Mi primer paradigma…y de los elefantes
…como es posible de que no se pueda soltar Como es posible que no se pueda separar a un bajo costo?
Paradigmas . . . 1. Materias primas
EUA produce aprox. 89 millones de toneladas/año de químicos orgánicos y lubricantes.
. . . Desafortunadamente la mayoría a partir de materias primas de origen fósil (petróleo y gas natural).
¡¡¡Base Aceite!!!
Applied Bioch. and Biotech., (2004), Vol. 113-116, pag. 871-885
Paradigmas . . . 2. Desarrollo económico
Antes del siglo XX: Basado en biomasa y minerales
Siglo XX: Basado en petróleo
Incertidumbre: Suministro y precios Insostenible: No renovable Impacto al ambiente: Generación de CO2
Después del siglo XX: ¿De nuevo en la biomasa?
¡¡¡BASE AGUA!!!
ALGUNOS BIOPRODUCTOS… Joseph J. Bozell and Gene R. Petersen, “Technology development for the
production of biobased products from biorefinery carbohydrates—the US
Department of Energy’s “Top 10” revisited, Green Chem., 2010, 12, 539–554
4. Paradigma de la separación etanol-agua
Etapas del proceso de investigación científica
3. Paradigma: “revisión del estado del
arte”
¿Es bueno?
Destilación en diferentes modalidades
ESQUEMA GENERAL DE LA CONCENTRACIÓN
Y RECTIFICACIÓN DEL BIOETANOL
C.A. Cardona, Ó.J. Sánchez, L.F. Gutiérrez, Process synthesis for fuel
ethanol production, CRC Press Taylor & Francis Group, 2010
Energía para la Separación Pureza producto de 99.9 % en peso
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
0 5 10 15 20 25 30 35
Co
nsu
mo
en
erg
ía, K
j/k
g
% peso etanol alimentacón
Hidratación de Oxide de Etileno
C2H40 + H2O = C2H6O2
∆Hr = -80x103 KJ/kmol
Hidratación de Etileno
C2H4 + H2O = C2H5OH
∆Hr = -43.4x103 KJ/kmol
Método sintético de producción de etanol
Desarrollo del Modelo en ASPEN
REACTOR
S1
COLUMNA
CC
TURB
SALFERM
OXETIL
SALREAC
ENLIB
S2
EREB ETANOL
ETILG
AGUA
VAPOR
COND
ELECW
Otra alternativa: Aqueous two-phases systems (ATPS)
Separación líquido-líquido
Gran potencial: extracción y purificación
Aplicación: proteínas, enzimas, anticuerpos, virus, ácidos
nucleicos, metales, compuestos bajo peso molecular, etc
Altos rendimientos
Fácil de escalar
Económico
Amigable al ambiente
No existe aplicación comercial
Grilo et al, Partitioning in aqueous two-phase systems: fundamentals, applications and
trends. Sep Purif Rev. 2016;45:68–80
Iqbal et al, Aqueous two-phase system (ATPS): an overview and advances in its
applications, Biological Procedures Online (2016) 18:18
LIQUID-LIQUID TERNARY SINGLE EQUILIBRIUM
STAGE
Liquid Feed
Extract out
Liquid-Liquid Extraction
F, XA(F), XB, T, P
R, XA (R), XB (R), XC (R), T, P
Raffinate out
E, XA (E), XB (E), XC (E), T, P
Solvent Feed
S, XC(S),T, P
Algunos: ATPS
• Pocos datos experimentales
• No líneas de unión para etanol
Yun Wang, Shiping Hu, Yongsheng Yan,, Weisheng Guan, Liquidliquid equilibrium of
potassium/sodium carbonate C 2-propanol/ethanol C water aqueous two-phase systems and
correlation at 298.15 K, CALPHAD: Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry
33 (2009) 726731
Yun Wang, Yanli Mao, Juan Han,† Yan Liu, and Yongsheng Yan, Liquid-Liquid Equilibrium of
Potassium Phosphate/Potassium Citrate/Sodium Citrate + Ethanol Aqueous Two-Phase Systems
at (298.15 and 313.15) K and Correlation, J. Chem. Eng. Data 2010, 55, 5621–5626
Hirotake Katayama and Masahito Miyahara, Liquid-Liquid Phase Equilibria of (Ethanol or
Methanol + Water) Containing either Dipotassium Hydrogen Phosphate or Sodium
Dihydrogen Phosphate, J. Chem. Eng. Data 2006, 51, 914-918
• Fases en equilibrio binarias
• Faltan mas datos experementales