Development of a simulation tool for the economic optimization of an extraction plant for vegetable substrates using supercritical CO2

Abstract

La extracción con fluidos supercríticos de sustratos sólidos se ha aplicado comercialmente por mucho tiempo para aplicaciones como extracción de lúpulo, descafeinización de granos de café, extracción de sabores de hierbas y especias, extracción de oleaginosas, etc. A pesar de esto, en la literatura hay poca información sobre escalamiento y costeo de esta tecnología, lo cual generalmente es parte del know-how de fabricantes de plantas. El objetivo de esta tesis fue desarrollar una herramienta de simulación para estimar los costos en una planta de extracción con CO2 supercrítico y evaluar el efecto de parámetros relevantes en el proceso a nivel industrial. Esta tesis presenta estimaciones para costo de operación y de producción de la extracción de oleaginosas preprensadas con CO2 supercrítico, usando un nuevo algoritmo de simulación basado en un modelo predictivo. El costo de operación (rango estimado, 4,081-8,149 USD/kg de aceite) disminuye cuando el tamaño de partícula disminuye y la velocidad superficial del CO2 aumenta.

Los costos de producción (rango estimado, 5,881 a 12,74 USD/kg de aceite) tiene al costo de capital como el ítem de mayor incertidumbre en las estimaciones. Bajo las mismas condiciones de extracción, si relación de aspecto (L/D) de los extractores disminuye, el costo de producción disminuye. En plantas de dos extractores, el costo de producción mínimo fue a 70 MPa. Sin embargo, en plantas de múltiples extractores, el costo de producción mínimo fue a 50 MPa. En todos los casos estudiados, el número de extractores y el volumen total de la planta tienen un efecto positivo sobre el costo de producción, lo que confirma se aplican economías de escala a este proceso. El tiempo óptimo de extracción, el grado de agotamiento del sustrato, y la productividad de la planta son factores a considerar al momento de tomar decisiones de inversión en esta tecnología.