MODELADO CINÉTICO PARA LA PRODUCCIÓN DE LACTATO DE METILO, DISEÑO DEL REACTOR Y ANÁLISIS ECONÓMICO

Abstract

La producción de lactato de metilo por vía catalítica a partir de residuos de biomasa surge como una alternativa sostenible para la producción de biopolímeros y otros productos químicos y cosméticos. Este proceso cumple con los objetivos europeos de descarbonización y reducción de residuos, por ofrecer un mecanismo de valorización de residuos existentes. En el presente Trabajo de Fin de Grado, se realiza el modelado cinético de la producción de lactato de metilo (MLA) a partir de biomasa lignocelulósica en medio de metanol, catalizada por la zeolita Sn-USY. Para ello, se ha estudiado dicha reacción variando el sustrato de partida y la temperatura de operación de 100 a 160 ºC, con una carga de catalizador de 0,4 g. El modelo cinético propuesto, basado en las revisiones bibliográficas es un modelo pseudohomogéneo de primer orden, cuya resolución se ha realizado mediante un código propio en Python, usando la biblioteca de optimización Pyomo. El modelo matemático diseñado ha permitido realizar el ajuste de optimización no lineal de las ecuaciones diferenciales correspondientes a las velocidades de reacción mediante colocación ortogonal y ajustar los constantes cinéticas para cada temperatura. A partir de estas, se han ajustado los parámetros de equilibrio y cinéticos a las ecuaciones de Van¿t Hoff y Arrhenius, respectivamente, obteniéndose unos resultados que permiten simular y predecir el comportamiento de la reacción. Una vez se ha creado el modelo cinético, se ha utilizado para proponer un diseño preliminar de un reactor. Se ha escogido un reactor multitubular por su fácil implementación a escala industrial y por operar en continuo. Para crear el diseño, se ha realizado un código en Python que permite obtener los perfiles de concentraciones y temperatura a lo largo del reactor al introducir los balances energía y de materia con los parámetros del ajuste. Por último, se ha realizado un análisis tecnoeconómico para determinar los parámetros de diseño óptimos del reactor (número, longitud y diámetro interno de los tubos, temperatura del vapor de calefacción y número de Reynolds del flujo).