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Reactores avanzados para Biodiesel

E.Tozzi

12/10/2010


El proceso "batch" convencional de producción de biodiesel es la transesterificacion de grasas o aceites con metanol o etanol en un reactor tanque agitado. El método es tan conocido que hasta pueden verse videos en Youtube explicando como producir en un garaje usando equipamiento muy sencillo que consiste en poco más que unos tanques y bombas. En este contexto no hay demasiado incentivo para tratar de mejorar radicalmente el proceso. En la producción a gran escala, por otro lado, resultan muy atractivas las innovaciones que permitan realizar el proceso con mejor eficiencia. Si una mejora sustancial en la tecnología de reactores permite aumentar el rendimiento volumétrico por ejemplo, se generan potenciales reducciones en el costo de la planta y de la operación que impactan la economía del proceso entero.


A continuación listamos varias tecnologías que se están investigando actualmente a fin de mejorar el proceso de producción de biodiesel. Mas detalles sobre las mismas pueden encontrarse en un articulo de Qiu y otros [1].


Mezcladores estáticos: El proceso se realiza en de manera continua. En vez de usar un tanque agitado para el mezclado de los reactivos, los mismos se bombean a lo largo de un un tubo con elementos mezcladores estáticos (Static mixers). El tiempo de reacción es del orden de 30 minutos. Una variante del proceso usa un mezclador estatico conectado a un tanque separador, en el cual se lleva a cabo la separación de la glicerina.


Reactores con microcanales: Estos reactores dividen las corrientes derivándolas a gran numero de micro canales. En estos canales hay grandes áreas por unidad de volumen y distancias de difusión muy cortas, lo cual mejora la transferencia de calor y materia. En este tipo de reactores se han reportado conversiones de 90-99% a tiempos de residencia muy cortos del orden de 4-6 minutos.


Reactores de flujo oscilatorio: Son reactores tubulares que contienen placas perforadas a intervalos regulares [2]. El caudal se bombea de manera pulsante, lo cual mejora la transferencia de calor y masa, sin requerir que el caudal neto sea excesivamente alto. Las conversiones reportadas son del 99% en 30 minutos.


Reactores con cavitación: El fenómeno de cavitación, tan temido en bombas, se utiliza aquí aprovechando la energía disipada en un pequeño volumen cuando colapsa una cavidad de fluido. Esto genera turbulencia. En uno de estos equipos se reporta 90% de conversión en un tiempo de reacción de 15 minutos.


Reactores rotativos: Uno de estos diseños consiste en un tubo que rota dentro de un tubo fijo. Entre los dos tubos se genera una capa delgada sujeta a un gran esfuerzo de corte, con un flujo de tipo Couette. Este tipo de flujo da lugar a una rápida transferencia de calor y materia. En uno de estos reactores se reportan tiempos de residencia de medio segundo. En otro diseño se reporta conversión aceite de canola a biodiesel del 98% en 40 segundos usando NaOH como catalizador.


Otros tipos de reactores incluyen el uso de microondas, y la combinación de la reacción y separación de productos. Estos últimos incluyen reactores con membranas de separación, destilación reactiva y contactores centrífugos.


Las tecnologías mencionadas, llamadas "de intensificación", poseen gran potencial para mejorar la producción de biodiesel. Las mismas se basan en mejorar los procesos de transporte, lo cual facilita la producción continua. Dentro de las ventajas de usar procesos intensificados esta una mas alta conversión, el uso de condiciones mas suaves de proceso, y el uso de mejores relaciones molares de alcohol a aceite y menor cantidad de catalizador. Otras ventajas son el menor uso de energía y el menor tamaño de equipos, lo cual conlleva reducciones de costos y aumento de las ganancias.




Referencias


[1]

Z. Qiu, L. Zhao, and L. Weatherley, “Process intensification technologies in continuous biodiesel production,” Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, vol. 49, no. 4, pp. 323-330, Apr. 2010.  


[2]

Process intensification of biodiesel production using a continuous oscillatory flow reactor.” [Online]. Available: http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=14577850. [Accessed: 12-Oct-2010].


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