Proyectos
DISEÑO COMPUTACIONAL DE AGENTES DE EXTRACCIÓN PARA LA SEPARACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS EN CORRIENTES ACUOSAS.
Resumen
Las corrientes acuosas con baja concentración de compuestos orgánicos son comunes en muchas industrias como la hidrometalúrgica, farmacéutica y nuclear; en procesos químicos como la esterificación y la nitración y bioquímicos como la fermentación láctica o alcohólica. En muchos de estos casos la recuperación de los productos orgánicos es una parte fundamental del proceso o, al menos, se convierte en un factor que mejora la economía del mismo, gracias a la recuperación de materias primas o de subproductos. Es posible afirmar que corrientes de estas características están presentes en alguna etapa de la mayoría de los procesos de manufactura de la industria en general, y que pueden ser objeto de aplicación de las llamadas tecnologías de producción más limpia ya que, bien sea mediante la disminución o adecuado tratamiento de las corrientes residuales o mediante un buen manejo de las corrientes de proceso, es factible lograr dos objetivos simultáneamente: la disminución del impacto ambiental y la obtención de mayores beneficios económicos. Citar algunos casos específicos ayuda a comprender qué tan generalizada es la presencia de estas corrientes y cuán importante es su tratamiento. En las industrias de alimentos y petroquímica, para citar sólo dos ejemplos, el agua se utiliza como solvente, abundante y barato, por lo que es común encontrar aguas de lavado que deben tratarse antes de su disposición final; de otro lado, en las síntesis químicas, como nitración, esterificación y sulfonación, aparecen soluciones acuosas que es necesario separar del producto final y que conservan parte de las materias primas utilizadas; y, finalmente, en la industria biotecnológica mencionada donde la concentración final de los productos es muy baja y se requiere el uso de operaciones especiales para recuperarlos. Aunque son numerosos los procesos en los cuales se encuentran corrientes acuosas de baja concentración orgánica y diversos los solutos presentes, las tecnologías de separación empleadas se pueden agrupar en cinco grandes grupos: procesos gas-líquido, adsorción, procesos de membrana, extracción líquida y otros, de lo cuales sólo los del primer grupo han sido estudiados con alguna intensidad. Dado que las propiedades fisicoquímicas y de transporte, que son las que gobiernan las velocidades de separación para cada proceso, dependen de las sustancias que constituyen las mezclas, se hace imposible tener una regla de oro que permita seleccionar un sistema de separación particular. Con el propósito de contribuir en la búsqueda de parámetros que ayuden a la selección y aplicación de un sistema, se hace necesario, para un mejor estudio, centrarse en uno de ellos y tomar una mezcla particular como modelo. Como caso de estudio para la separación de compuestos orgánicos de corrientes de baja concentración se ha escogido al ácido láctico, el cual, junto con sus derivados, constituye una alternativa para dar mayor valor agregado al azúcar producido en el país, sobre todo si se tiene en cuenta que, aunque Colombia es uno de los principales cultivadores mundiales de caña de azúcar, durante los últimos tres años ha importado aproximadamente 100 toneladas anuales de ácido láctico y una cantidad tres veces mayor de sus derivados, con un costo superior a mil millones de pesos [1]. Por otra parte, es importante mencionar que a nivel mundial la producción de derivados del ácido láctico como lactatos y polilactatos se ha incrementado por sus características biodegradables. Estas razones hacen que el ácido láctico pueda considerarse como un producto objeto de investigación con gran potencial económico. Como se mencionó, en el proceso de producción de ácido láctico la separación es una de las etapas más costosas. Esto es así debido a diferentes factores, entre los que se encuentran su baja concentración, la gran cantidad de contaminantes en el medio fermentado y la baja capacidad de extracción de los agentes de separación utilizados. Tradicionalmente esta separación se lleva a cabo por adición de cal o hidróxido de calcio al medio fermentado, con el fin precipitar el lactato de calcio, el cual se trata con ácido sulfúrico para recuperar el ácido láctico; sin embargo, este proceso genera grandes cantidades de sulfato de calcio, un subproducto sin valor comercial significativo. Por ello se ha investigado en algunos procesos de separación alternativos, entre los que se encuentran la extracción líquido-líquido, la separación por membrana líquida, el uso de resinas de intercambio iónico, la per-evaporación, la diálisis y la electrodiálisis. De estos últimos procesos, la extracción líquido-líquido es el más promisorio, gracias a su sencillez, bajo costo y eficiencia. Estos motivos, adicionados al amplio conocimiento que la ingeniería química posee del proceso, justifican su selección como el sistema de separación más adecuado a considerar en esta investigación. Sin embargo, uno de los problemas claves en el estudio de la extracción líquido-líquido, al cual no se le ha encontrado una solución apropiada, es la selección de los agentes de extracción, ya que éstos deben cumplir varias condiciones para que sean adecuados desde el punto de vista técnico y económico. Las principales condiciones son: bajo costo, elevada capacidad de extracción, alta selectividad y baja toxicidad. Desafortunadamente, los agentes de extracción con los que se han realizado algunos trabajos presentan niveles de toxicidad y capacidades de extracción poco satisfactorias, así como un costo elevado, lo que restringe su utilización a escala industrial. Por ello es necesario encontrar herramientas que ayuden a seleccionar agentes extractores que cumplan las condiciones mencionadas, para que el proceso tenga la mayor factibilidad posible. Precisamente con este objetivo se ha diseñado esta propuesta de investigación, que ayudará a resolver un problema clave en el proceso de separación del ácido láctico y cuya solución podrá aplicarse en diversos procesos industriales.
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:CONVOCATORIA NACIONAL DE INVESTIGACIÓN 2009
Modalidad:MODALIDAD IV. APOYO DIRIGIDO A NUEVOS DOCENTES INVESTIGADORES DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA A TRAVÉS DE PROYECTOS
Responsable