Diseño de un Proceso Reactivo Intensificado, de Bajo Costo De Operación, para la Recuperación de Ácido Láctico

Abstract

La crisis energética mundial y la contaminación ambiental han llevado a la búsqueda y explotación de recursos alternativos renovables, sostenibles y eficientes como la biomasa. Gran cantidad y tipos de moléculas se producen con este recurso: productos químicos plataforma tales como propano y butanodioles, ácidos carboxílicos, olefinas de cadena corta, isopreno y etanol, aminoácidos, vitaminas, polímeros, entre otros. El ácido láctico representa uno de los productos de mayor importancia cuyo interés particular está en su amplia gama de aplicaciones, entre sus aplicaciones se destaca en el desarrollo de polímeros biodegradables (PLA) que es producido normalmente en su forma levógira por síntesis biotecnológica. Esta síntesis presenta el inconveniente de generar subproductos no deseados, que en consecuencia se requiere su eliminación. Además, los caldos de fermentación comúnmente presentan una gran cantidad de agua lo cual aumenta la complejidad termodinámica por la formación de azeótropos, que para la separación constituye uno de los problemas técnicos y económicos más importantes y retadores de la industria de procesos químicos. Debido a la complejidad de la separación del ácido láctico se han buscado alternativas que puedan disminuir estas dificultades, considerando restricciones de temperatura que eviten la oligomerización en el proceso, así como altas purezas del producto. Por tal razón, en este trabajo para la separación del ácido láctico se ha propuesto bajo intensificación de procesos la destilación reactiva térmicamente acoplada y, además, para asegurar un proceso sostenible se evaluaron tres aspectos; económico, ambiental y seguridad. La intensificación de procesos y los aspectos simultáneos por evaluar generan matemáticamente un problema de optimización debido a la presencia de múltiples grados de libertad. De modo que para optimizar este tipo de modelos altamente no lineales y potencialmente no convexos se implementó un algoritmo de optimización híbrido estocástico, evolución diferencial con lista tabú (DETL) a cuatro diferentes sistemas de destilación reactiva para la purificación de ácido láctico. Obteniendo finalmente que la intensificación de procesos genera ahorros de más de 30% de energía, además, mediante la optimización multiobjetivo resulto que un sistema semiacoplado térmicamente sin un hervidor ahorró hasta un 24.6 % el costo anual total y un diseño de columna Petlyuk redujo un 10% el índice de riesgo, estos sistemas reducen hasta un 22.4% el impacto al ambiente.