Evaluación tecno-económica y ambiental de la producción de acetato de etilo por vía química y biológica

Autores/as

  • Sebastián Serna Universidad Nacional de Colombia sede Manizales
  • Juan Camilo Carvajal Universidad Nacional de Colombia sede Manizales
  • Valentina Aristizábal Universidad Nacional de Colombia sede Manizales
  • Carlos Ariel Cardona Universidad Nacional de Colombia sede Manizales

Resumen

El acetato de etilo es uno de los compuestos químicos más producidos a nivel industrial ya que es uno de los disolventes orgánicos más ampliamente utilizados. Las importaciones de este para el año 2013 en Colombia alcanzaron las 3.000 toneladas. En este trabajo se muestra el proceso de obtención de acetato de etilo planteado por dos rutas diferentes, una química y una biológica (enzimática). Se realizaron comparaciones tecno-económicas y ambientales de las síntesis de este utilizando el paquete comercial Aspen Plus v8.2 (Aspen Technology, Inc., USA) para realizar la evaluación tecno-económica y el Algoritmo de Reducción de Residuos de la Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. (EPA) para realizar la evaluación ambiental. Como resultados se obtuvo un menor costo en el producto por la vía química (2,77 USD/kg) en comparación con la biológica (8,55 USD/kg). Sin embargo, se observa que en términos del impacto ambiental el proceso por síntesis biológica presente mejores resultados con un índice de impacto ambiental calculado (PEI) con una reducción de aproximadamente del 98% a favor del proceso biológico. La ruta biológica es considerablemente más nueva por lo que aún requiere más investigación, pero la reducción del impacto ambiental que ofrece es un incentivo de su gran potencial para continuar intensificándola.

Ethyl acetate is one of the most produced chemical compounds in industry, given its wide use as an organic solvent. Importations of this acetate reached 3.000 tonnes in Colombia for the year 2013. This work shows the production process of the ethyl acetate in two different pathways, a chemical and a biological (enzymatic) one. Techno-economic and environmental comparisons were performed for the synthesis using the commercial software Aspen Plus v8.2 (Aspen Technology, Inc., USA) for the technoeconomic evaluation and the Waste Reduction Algorithm of the Environmental Protection Agency of the EE.UU. (EPA) for the environmental assessment. As a result, a lower production cost was obtained for the  chemical pathway (2,77 USD/kg) regarding the biologic (8,55 USD/kg). However, from an environmental perspective, the biological pathway presents better results given that the calculated environmental impact index shows a reduction of approximately 98% favoring the biological pathway. The biological pathway is considerably newer and therefore it requires further research, however, the offered reduction of the environmental impact is an incentive of its great potential and hence promotes the intensification of this pathway.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Citas

[1] I. L. Chien, Y. P. Teng, H. P. Huang y Y. T. Tang, «Design and control of an ethyl acetate process: Coupled reactor/column configuration», J. Process Control, vol. 15, no. 4, pp. 435–449, 2005.
[2] E. Y. Kenig, H. Bader y A. Gã, «Investigation of ethyl acetate reactive distillation process», vol. 56, pp. 6185-6193, 2001.
[3] Merchant Research y Consulting Ltd., “Ethyl Acetate (ETAC): 2015 World Market Outlook and Forecast up to 2019», [Online]. Available: http://mcgroup.co.uk/researches/ethyl-acetate-etac. [Accessed: 09-Sep-2015].
[4] SCAVAGE COLOMBIA. (2012), «Importaciones de Acetato de Etílo en Colombia», Visto: diciembre 2013.
[5] Y. Tavan and S. H. Hosseini, «Design and simulation of a reactive distillation process to produce high-purity ethyl acetate», J. Taiwan Inst. Chem. Eng., vol. 44, no. 4, pp. 577-585, 2013.
[6] C. Löser, T. Urit, A. Stukert, y T. Bley, «Formation of ethyl acetate from whey by Kluyveromyces marxianus on a pilot scale», J. Biotechnol., vol. 163, no. 1, pp. 17-23, 2013.
[7] Amir Kabiri Badr, «Studies on enzymatic synthesis of natural ethyl acetate in non-conventional media. University of Veszprém», Partial Fulfillment Requir. PhD Degree, 2005.
[8] I. K. Lai, Y. C. Liu, C. C. Yu, M. J. Lee, y H. P. Huang, «Production of high-purity ethyl acetate using reactive distillation: Experimental and start-up procedure», Chem. Eng. Process. Process Intensif., vol. 47, no. 9-10, pp. 1831-1843, 2008.
[9] M. Taal, I. Bulatov, J. Klemeš, y P. Stehlík, «Cost estimation and energy price forecasts for economic evaluation of retrofit projects», Appl. Therm. Eng., vol. 23, no. 14, pp. 1819-1835, 2003.
[10] J. Moncada, M. M. El-Halwagi, y C. Cardona, «Techno-economic analysis for a sugarcane biorefinery: Colombian case», Bioresour. Technol., vol. 135, pp. 533-543, 2013.
[11] J. Quintero, J. Moncada, y C. Cardona, «Techno-economic analysis of bioethanol production from lignocellulosic residues in Colombia: a process simulation approach», Bioresour. Technol., vol. 139, pp. 300-7.
[12] P. Sassner, M. Galbe, y G. Zacchi, «Techno-economic evaluation of bioethanol production from three different lignocellulosic materials», Biomass and Bioenergy, vol. 32, no. 5, pp. 422-430, 2008.
[13] ICIS, “ICIS. Indicative Chemical Prices A-Z,” 2015. [Online]. Available: http://wwwiciscom/chemicals/channel-info-chemicals-a-z/.
[14] Fedebiocombustibles, «Precios de Biocombustibles en Colombia 2015», [Online]. Available: http://www.fedebiocombustibles.com/estadistica-precios-titulo-Biodiesel.htm.
[15] Revista Nueva Mineria y Energía, «NME, N.m.y.E. LyD considers risky the proposal of an energetic development based on shale gas», 2013. [Online]. Available: http://www.nuevamineria.com/revista/2013.
[16] D. Young, R. Scharp, y H. Cabezas, «The waste reduction (WAR) algorithm: Environmental impacts, energy consumption, and engineering economics», Waste Manag., vol. 20, no. 8, pp. 605–615, 2000.
[17] H. Cabezas, J. C. Bare, y S. K. Mallick, «Pollution prevention with chemical process simulators: The generalized waste reduction (WAR) algorithm - Full version», Comput. Chem. Eng., vol. 23, no. 4–5, pp. 623–634, 1999.
[18] D. Young and H. Cabezas, «Designing sustainable processes with simulation: The waste reduction (WAR) algorithm», Comput. Chem. Eng., vol. 23, no. 10, pp. 1477–1491, 1999.
[19] C. Cardona, V. Marulanda, y D. Young, «Analysis of the environmental impact of butylacetate process through the WAR algorithm», Chem. Eng. Sci., vol. 59, no. 24, pp. 5839-5845, 2004.
[20] N. Calvar, B. González, y A. Dominguez, «Esterification of acetic acid with ethanol: Reaction kinetics and operation in a packed bed reactive distillation column», Chem. Eng. Process. Process Intensif., vol. 46, no. 12, pp. 1317–1323, 2007.
[21] M. Klöker, E. Y. Kenig, A. Górak, A. P. Markusse, G. Kwant, y P. Moritz, «Investigation of different column configurations for the ethyl acetate synthesis via reactive distillation», Chem. Eng. Process. Process Intensif., vol. 43, no. 6, pp. 791–801, 2004.
[22] A. K. Badr, U. Ehrenstein, y L. Gubicza, «Kinetics of Ethyl Acetate Formation by Lipase in Organic Solvent and Solvent-Free System», Chem. Pap. vol. 57, no. 4, 2003.
[23] L. Gubicza and E. Keoves, «Large-scale enzymatic production of natural flavour esters in organic solvent with continuous water removal», J. Biotechnol., vol. 84, pp. 193–196, 2000.
[24] Sigma-Aldrich, «Sigma-Aldrich. Component List. Catalog. Product. Pricing», 2015. [Online]. Available: http://wwwsigmaaldrich.com.
[25] Ziegel, «Ziegel: Potenciales de impacto ambiental», 2015. [Online]. Available: http://www.ziegel.at/gbc-ziegelhandbuch/eng/umwelt/wirkkatvoc.htm.

Descargas