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Artículo Científico
Modelado de destilación para el enriquecimiento de
alcoholes amílicos a partir de aceite de fusel en PRO/II
.
Distillation modeling for the
enrichment of amyl alcohols from fusel oil in
PRO/II.
Ortiz
-
Acosta,
Karen Lissette
1
,
Figueroa
-
Guevara,
Juan Carlos
2
,
Riofrío
-
Guevara,
Marco Antonio
3
Riofrío
-
Pacheco,
Johanna Stefany
4
.
1
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE
;
Ecuador,
Latacunga
;
https://orcid.org/0009
-
0008
-
4391
-
3076
;
karenortizacosta@outlook.com
2
Universidad de las
Fuerzas Armadas ESPE
;
Ecuador,
Latacunga
;
https://orcid.org/0000
-
0001
-
6577
-
8268
;
juan.figueroaguevara@gmail.com
3
Universidad Técnica de Cotopaxi
;
Ecuador, Latacunga
;
https://orcid.org/0009
-
0002
-
8916
-
9656
;
marco.riofrio2916@utc.edu.ec
4
U
niversidad de las Fuerzas Armadas ESPE
;
Ecuador,
Latacun
ga
;
https://orcid.org/0009
-
0008
-
7746
-
6438
;
stefany.riofrio.pacheco@outlook.es
1
Autor
Correspondencia
https://doi.org/10.63618/omd/isj/v3/n4/135
Resumen:
El aceite de fusel, subproducto de la producción de etanol anhidro, ha adquirido
creciente importancia
industrial por su potencial en la generación de compuestos de alto valor
agregado. Este residuo está compuesto por una mezcla de alcoholes superiores, principalmente
isoamílico, pentanol e isobutanol, junto con alcoholes ligeros como metanol, etanol y prop
anol.
El alcohol isoamílico es el componente predominante y resulta de gran interés debido a sus
aplicaciones en la síntesis de ésteres orgánicos, solventes, aditivos aromatizantes, plastificantes
y fármacos, además de poseer un valor comercial casi tres v
eces mayor al del etanol anhidro.
En este estudio se evaluaron tres configuraciones de destilación para la separación y purificación
de alcohol isoamílico a partir del aceite de fusel, utilizando el simulador PRO/II Process
Engineering V10.2. El residuo se modeló como una mezcla multic
omponente (C2
–
C5), mientras
que las muestras experimentales, obtenidas de productores ecuatorianos de etanol anhidro,
fueron caracterizadas mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas
(GC/MS). Los resultados mostraron que la configur
ación de menor costo anual logra recuperar
hasta un 99% de alcohol isoamílico de alta pureza, confirmando su factibilidad técnica y
económica. Asimismo, se efectuó un análisis HAZOP para identificar riesgos y limitaciones
operativas.
Palabras clave:
A
ceite de Fusel
;
Alcohol isoamílico
,
Pro II
,
Modelación
;
Destilación
.
Abstract:
Fusel oil, a by
-
product of anhydrous ethanol production, has become increasingly
important in industry due to its potential for generating high value
-
added compounds. This
residue is composed of a mixture of higher alcohols, mainly isoamyl, pentanol, and isobutanol,
along with light alcohols such as methanol, ethanol, and propanol. Isoamyl alcohol is the
predominant component and is of great interest due to its applications
in the synthesis of organic
esters, solvents, flavoring additives, plasticizers, and pharmaceuticals, in addition to having a
commercial value almost three times higher than that of anhydrous ethanol.
In this study, three distillation configurations we
re evaluated for the separation and purification of
isoamyl alcohol from fusel oil using the PRO/II Process Engineering V10.2 simulator. The residue
was modeled as a multicomponent mixture (C2
–
C5), while the experimental samples, obtained
from Ecuadorian a
nhydrous ethanol producers, were characterized by gas chromatography
coupled with mass spectrometry (GC/MS). The results showed that the lowest annual cost
configuration achieves up to 99% recovery of high
-
purity isoamyl alcohol, confirming its technical
a
nd economic feasibility. A HAZOP analysis was also performed to identify operational risks and
limitations.
Keywords:
Fusel oil; Isoamyl alcohol, Pro II, Modeling; Distillation.
Cita:
Ortiz
-
Acosta, K. L.,
Figueroa
-
Guevara, J. C., Riofrío
-
Guevara, M. A., & Riofrío
-
Pacheco, J. S. (2025). Modelado
de destilación para el
enriquecimiento de alcoholes
amílicos a partir de aceite
de fusel
en PRO/II.
Innova Science
Journal
,
3
(4), 269
-
280.
https://doi.org/10.63618/omd
/isj/v3/n4/135
Recibido:
04
/
07
/20
25
Aceptado:
29
/
08
/20
25
Publicado:
31
/
10
/20
25
Copyright:
© 202
5
por los
autores
.
Este artículo es un
artículo de acceso abierto
distribuido bajo los términos y
condiciones de la
Licencia
Creative Commons, Atribución
-
NoComercial 4.0 Internacional.
(
CC
BY
-
NC
)
.
(
https://creativecommons.org/lice
nses/by
-
nc/4.0/
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Artículo Científico
1. Introducción
El aceite de fusel es un
subproducto generado durante la producción de etanol, cuyo
aprovechamiento ha estado limitado principalmente a su uso como combustible en
destilerías. No obstante, este residuo constituye una materia prima de bajo costo con
alto potencial para la recuperac
ión de alcoholes amílicos, compuestos de elevado valor
agregado. En Ecuador, la producción de etanol está concentrada en tres destilerías de
gran escala: SODERAL S.A., CODANA S.A. y PRODUCARGO S.A., agrupadas en la
Asociación de Productores de Alcohol del
Ecuador (APALE), las cuales obtienen su
materia prima de los ingenios azucareros San Carlos, Valdez y La Troncal,
respectivamente (Ortiz,2020).
Diversos estudios
como
:
Martinez, 2011,
Rachida,2017 ,
Bergero, 2019 ,Mendoza 2021
,
Rodrigues, 2021,
han abordad
o el aprovechamiento del aceite de fusel con fines
industriales.
Además,
Ferreira y Batista (2013) evaluaron, mediante simulación en
Aspen Plus, el proceso de destilación industrial para la obtención de alcohol isoamílico,
principal componente de este resi
duo. El aceite de fusel está compuesto por una mezcla
de hasta nueve alcoholes superiores, considerados productos naturales con alto valor
comercial. Entre ellos, el alcohol isoamílico destaca por su amplio rango de aplicaciones
incluyendo la producción de
ésteres orgánicos, solventes, agentes aromatizantes y
plastificantes y por alcanzar un precio de mercado aproximadamente tres veces superior
al del etanol anhidro.
De manera complementaria, Montoya, Córdoba, Trujillo, Gil y Rodríguez (2011) resaltan
que l
a valorización de este subproducto contribuye a una producción de etanol más
eficiente, rentable y ambientalmente sostenible. En la misma línea, Campoverde y
Yunga (2017) desarrollaron el diseño y dimensionamiento de equipos para una planta
piloto destinad
a a la obtención de un bioaditivo para gasolinas a partir del aceite de fusel.
Dicho proceso incluyó la caracterización, purificación y separación del alcohol
isoamílico, cuyos resultados experimentales fueron validados mediante simulaciones en
Aspen Plus
(Ortiz,2020).
Por lo tanto la presente investigación buscó una solución viable al uso de este residuo,
encaminado a la búsqueda del diseño de una etapa de purificación para obtener alcohol
isoamilo con mayor valo agregado (Ortiz,2020).
2. Materiales y Méto
dos
2.1.
Obtención de la materia prima
El aceite de fusel fue donado por las principales empresas productoras de etanol anhidro
en el Ecuador: SODERAL S.A. y CODANA S.A. A continuación, en la siguiente tabla se
detalla la empresa con su correspondiente
rotulación por cada muestra (Ortiz,2020).
Tabla 1.
Rotulación de muestras
Empresa
Aceite de Fusel
Muestra
SODERAL S.A.
Fresco
M1
Reposado
M2
CODANA S.A.
Fresco
M3
Fuente: (Ortiz, 2020)
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Artículo Científico
Figura 1
Muestras de aceite de fusel, con su respectiva
rotulación.
Fuente: (Ortiz, 2020)
2.2.
Deshidratación del aceite de fusel
La extracción líquido
–
líquido se realiza entre el aceite de fusel y una solución salmuera
saturada en agua al 27.7% w en 1000 mL. La relación aceite de fusel crudo y solución
salina
saturada es:
2⁄1
y
1⁄1,
es decir para cada 100 mL de muestra se utiliza 50 y 100
mL de solución
salmuera saturada, respectivamente. Se coloca en un embudo de
decantación la muestra de
aceite de fusel seguido de la solución salina saturada, se
agita
para homogenizar la mezcla,
la
separación de las fases se produce de manera
instantánea, en un tiempo promedio de 1.5
minutos se puede constatar la separación
completa. Por la parte inferior del decantador se
extrae la salmuera con el agua
desprendida, la
disminución de contenido de agua incrementa el grado alcohólico
presente en el aceite de fusel (Ortiz,2020).
2.3.
Caracterización del aceite de fusel
El contenido de alcoholes presentes en el aceite de fusel se determina en forma
cualitativa
y
cuantitativ
a
mediante la técnica analítica GC
–
MS. Este análisis se realizó
en un cromatógrafo de gases PerkinElmer Clarus 680 con un sistema de inyección
automática, acoplado a
un
espectrómetro
de masas PerkinElmer Clarus SQ 8 T. Las
muestras se preparan diluyendo
1
휇퐿
de aceite de fusel en 1000
휇퐿
de acetona en viales
de 1.5 mL, posteriormente se
coloca
los
viales en el equipo y se ingresa las condiciones
y método correcto en el software GC
–
MS TurboMass (Ortiz,
2020
).
2.4.
Composición química de aceite de fuse
l crudo
En estudios posteriores, el aceite de fusel crudo se analizará mediante la norma
mexicana
NMX
-
V
-
014
-
1986 (Ortiz,2020
). Esta
norma dispone de dos métodos para la
determinación
de
alcoholes
superiores (aceite de fusel) en bebidas alcohólicas
destiladas que son:
método
químico
y método cromatográfico (DGN, 1998).
2.5.
Composición química de aceite de fusel refinado
El aceite de fusel refinado, es decir, que recibió un tratamiento de deshidrat
ación previo
al análisis cromatográfico, se analizó cualitativamente mediante el método
cromatográfico
(
Ortiz,2020).
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Artículo Científico
2.6.
Modelado termodinámico del equilibrio de fase
El diseño exacto y correcta optimización de los procesos de destilación de aceite de
fus
el, requiere un conocimiento confiable del comportamiento de equilibrio de fase. Para
la
simulación se emplea el modelo termodinámico NRTL, que es sugerido por literatura
y se
comprueba con el uso del software (Ortiz,2020).
2.7.
Simulaciones de la configur
ación para la obtención de alcoholes isoamílicos
La simulación se realizó con el uso del simulador PRO/II Process Engineering
V10.2.
En las columnas de destilación la numeración de las etapas comienza en la parte
superior de la columna, donde el condensa
dor está representado por la primera etapa y
el
hervidor
como la última etapa. El algoritmo interno en PRO / II es un método basado
en
Newton
para resolver problemas de destilación no ideales (Cho y Jeon, 2006). Todas
las
columnas
de destilación se simular
on con la composición de aceite de fusel crudo,
para
procesar 100 kilogramos por hora de aceite de fusel (estimado de producción por
planta), una
recuperación del 90% de alcohol isoamílico y una eficiencia de Murphree
igual a
0.7
(
Ortiz,2020). Las condicio
nes preliminares de las presiones de operación de
la columna y
los
tipos
de condensador (total o parcial), son proporcionadas por el uso
del algoritmo que
se
presenta
en la
figura 2 (Seider et al., 2009).
Figura 2.
Algoritmo para establecer la presión de
la columna de destilación y el tipo de
condensado
Fuente: (Ortiz, 2020)
La presión preliminar de operación para la composición de aceite de fusel crudo, se
determinó mediante el uso del equipo flash drum. De acuerdo a su temperatura de
refrigeración
(120 °F), se calculó la presión del punto de burbuja (PD = 1.93 psia)
.
Este
dato se ingresa en el algoritmo que nos indica el uso de un condensador total y una
presión
de operación de 30 psia, para la presión de fondo sumamos 10 psia a la presión
del conde
nsador seleccionado. La presión de alimentación se calculó como líquido de
punto de
burbuja
, es decir
푃푡표푝
+ 35
푘푃푎
(Ortiz,
2020
).
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Artículo Científico
2.8.
Configuración de destilación.
Esta configuración utiliza destilación azeotrópica heterogénea con benceno como
age
nte de arrastre. Para determinar la relación de reflujo, el número de etapas teóricas
mínimas y el plato óptimo de alimentación se emplea el equipo shortcut propio del
software. Es necesario definir algunos parámetros, como el tipo de condensador, factor
m
ultiplicador del reflujo mínimo, componente clave liviano y pesado, dos
especificaciones de pureza y flujos estimados de los productos con sus respectivas
presiones de salida o caídas de presión (AVEVAGroup, 2019). El Resumen de cálculos
del equipo se pres
enta en la figura 3. (Ortiz,2020).
Como se mencionó, los datos obtenidos en el equipo shortcut se utilizan para la
simulación de una columna de destilación azeotrópica heterogénea. Los componentes
del aceite de fusel forman un azeótropo heterogéneo
ternario agua + etanol + alcohol
isoamílico (Ferreira et al., 2013). El agente de arrastre benceno induce la división en
fase líquida y permite cruzar el límite de destilación de las especies a separar (Seider et
al., 2009).
Figura 3.
Diagrama de flujo de
proceso
Fuente: (Ortiz, 2020)
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Figura 4.
Especificaciones y variables de la columna
Fuente: (Ortiz, 2020)
2.9.
Análisis de riesgo y operabilidad (HAZOP)
El análisis HAZOP se incluye en la investigación como una herramienta de evaluación
de
riesgo
cualitativo e inductivo
(Macdonald,2004)
. Como se mencionó este análisis
consta de cuatro etapas
que
son
: definición, preparación, examen y por último informes
y seguimiento. El sistema de estudio es el proceso de destilación azeotrópica
heterogénea,
la
“
parte
”
o
“
nodo
”
del
sistema
es
la columna de destilación azeotrópica,
en la tercera etapa se define al elemento como
el
contenido
de la columna que permite
establecer todas las posibles desviaciones,
causas,
consecuencias
, necesidades y
acciones de pr
otección, por último, en la cuarta etapa
se
elabora
la tabla de registro
(Ortiz,2020).
3.
Resultados
Tabla 2
Propiedades físicas
El aceite fusel presenta las siguientes propiedades
:
Color ASTM
0.5
pH
5.47
Temperatura ebullición
85
o
C
Densidad
0.96 g/cm
3
Viscocidad
9.0 cP
Fuente: (Ortiz, 2020)
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Tabla 3
Composición química
Fuente: (Ortiz, 2020)
Figura 5
Cromatograma de la muestra
Fuente: (Ortiz, 2020)
3.1.
Simulaciones de las configuraciones para la obtención de alcoholes
isoamílicos
El diseño de
la columna de destilación azeotrópica utiliza los datos obtenidos en
simulación del equipo shortcut, que resulta en una torre de 7 platos, condición de
alimentación en el primer plato y razón de reflujo de 1.46. La altura y diámetro de la
columna
se
determinaron de acuerdo a la tabla 6.1 presentada en el anexo 4 del libro
de (Treybal,
1997
). A continuación, se presenta la ecuación (1) para calcular la altura
(Ortiz,2020):
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ℎ
=
푁
∗
푑푖푠푡푎푛푐푖푎
푒푛
푡푟푒
푝푙푎푡표푠
(
1
)
Siendo:
h:
la altura.
N:
el número de platos.
La altura calculada es de 1.05 m, con espaciamiento de 0.15 m por plato y un diámetro
menor a 1 m. Estás condiciones permiten una recuperación de alcohol isoamílico del
99%, y
establecer que el agente de arrastre empleado, incita la división en la fase líquida
y cruza el límite de destilación formado entre el alcohol isoamílico, etanol y agua
(Ortiz,2020).
Figura 6
Analisis de simulacion con valores establecidos
Fuente:
(Ortiz, 2020)
Tabla 4
Propiedades de flujo de la simulación
Fuente: (Ortiz, 2020)
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3.2.
Análisis HAZOP
El análisis HAZOP se realiza de la configuración más rentable, se toma en cuenta:
parámetro, palabra guía, desviación, causas, consecuencias y prevenci
ón como se
observa en la siguiente tabla. Esto nos permite evitar accidentes al momento de poner
en marcha el equipo y a su vez implementar un plan de manejo y mantenimiento en el
caso que se requiera.
Tabla 5
Análisis HAZOP
Fuente: (Ortiz, 2020)
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4.
Discusión
En este estudio demuestra que la dilución significativa de las muestras es fundamental
para garantizar una adecuada identificación de los componentes del aceite de fusel en
el análisis cromatográfico. Esto evidencia que el exceso de concentración
puede
enmascarar o solapar picos en el cromatograma, dificultando la caracterización precisa
de la mezcla (Ortiz,2020).
La recuperación de alcohol isoamílico de alta pureza podría optimizarse mediante la
incorporación de destilación azeotrópica heterogén
ea con agentes de arrastre. Este
enfoque permite superar las limitaciones de separación asociadas a la presencia de
azeótropos y mejorar la eficiencia del proceso (Ortiz,2020).
La selección del agente de arrastre adecuado es un aspecto clave a profundizar
en
investigaciones futuras, dado que influye directamente en la pureza obtenida, en el costo
operativo y en la sostenibilidad del proceso (Ortiz,2020).
La implementación de un decantador con doble alimentación (aceite de fusel crudo y
solución salina satu
rada de NaCl) en la configuración de destilación analizada se plantea
como una estrategia viable para reducir el contenido de agua en la corriente de
alimentación. Este pretratamiento no solo enriquecería la fracción de alcoholes amílicos,
sino que también
favorecería una destilación más eficiente (Ortiz,2020).
La validación a escala de laboratorio de las configuraciones simuladas es imprescindible
para corroborar la recuperación estimada del 99% de alcohol isoamílico, lo que
garantizaría la aplicabilidad i
ndustrial de los resultados obtenidos mediante simulación
(Ortiz,2020).
5.
Conclusiones
Se deshidrató el aceite de fusel por el método de decantación que representó un método
de extracción L
–
L rápido y eficaz, considerando principalmente que la solución
salina
enriquece los alcoholes superiores C5 y absorbe los alcoholes inferiores (C2
–
C4).
Se determinó la composición química del aceite de fusel deshidratado por la técnica
analítica de cromatografía de gases acoplado a un espectrómetro de masas (GC / MS
),
la muestra contiene la mayor cantidad de alcohol isoamílico con un área de 52.678 %.
La configuración se realizó por destilación azeotrópica, el agente de arrastre que se
empleó fue benceno, el cual indujo la división de la fase líquida y cruzó el límit
e de
destilación formado por el azeótropo heterogéneo (alcohol isoamílico, etanol y agua), la
recuperación de alcohol isoamílico se dio por el fondo de la columna y alcanzó una
pureza del 99%.
La configuración tiene costo total anual mínimo en KWh de $3928
.4 y una recuperación
de alcohol amílico del 99%.
Se realizó el análisis de riesgos y operabilidad para el proceso de destilación
azeotrópica, en el cual se reporta el plan de mantenimiento antes, durante y después de
la puesta en marcha de la columna, y
también se especifica el tiempo adecuado para
ejecutar el plan de limpieza, estos parámetros nos permiten cumplir con la vida útil de
los equipos.
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-
0616
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CONFLICTO DE INTERESES
“
Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses
”.