Estudio de los métodos de producción de cerveza sin alcohol y diseño de una planta de desalcoholización

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Equa ion Chap e 1 Sec ion 1
T abajo Fin de G ado
G ado en Ingenie ía Química
Es udio de los mé odos de p oducción de ce eza sin
alcohol y diseño de una plan a de desalcoholización
Dp o. Ingenie ía Química y Ambien al
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Au o : José An onio Domínguez Mi anda
Tu o es: Ma ía Cus odia Fe nández Baco y José Fe nando Vidal Ba e o
Se illa, 2025
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T abajo Fin de G ado
G ado en Ingenie ía Química
Es udio de los mé odos de p oducción de ce eza
sin alcohol y diseño de una plan a de
desalcoholización
Au o :
José An onio Domínguez Mi anda
Tu o es:
Ma ía Cus odia Fe nández Baco
José Fe nando Vidal Ba e o
Dp o. Ingenie ía Química y Ambien al
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2025
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T abajo Fin de G ado: Es udio de los mé odos de p oducción de ce eza sin alcohol y diseño de una plan a de
desalcoholización.
Au o :
José An onio Domínguez Mi anda
Tu o :
Ma ía Cus odia Fe nández Baco
José Fe nando Vidal Ba e o
El ibunal nomb ado pa a juzga el P oyec o a iba indicado, compues o po los siguien es miemb os:
P esiden e:
Vocales:
Sec e a io:
Acue dan o o ga le la cali icación de:
Se illa, 2025
El Sec e a io del T ibunal
4
RESUMEN
Es e abajo abo da un es udio exhaus i o sob e los mé odos de p oducción de ce eza sin alcohol y p opone el
diseño de una plan a de desalcoholización que emplea una columna de des ilación a acío como el mé odo
p incipal.
An e la c ecien e demanda de p oduc os sin alcohol, la indus ia ce ece a ha desa ollado di e sas écnicas de
desalcoholización, cada una con sus en ajas y limi aciones. En e los mé odos analizados en es e es udio se
incluyen la e men ación con olada, la osmosis in e sa, la e apo ación y la des ilación a acío, en e o os,
siendo es e úl imo el en oque cen al de diseño debido a su capacidad pa a elimina el alcohol a bajas
empe a u as, conse ando así los a omas y ca ac e ís icas senso iales de la ce eza.
Pa a el diseño de la plan a, se han calculado de alladamen e los equisi os de los equipos p incipales como la
columna de des ilación, bomba cen í uga pa a el anspo e de la ce eza, un sis ema de almacenamien o y un
in e cambiado de calo . Cada equipo es dimensionado y seleccionado conside ando ac o es ope acionales y
económicos, lo que pe mi e de ini una plan a e icien e en é minos de conse ación del pe il a omá ico y cos os
de ope ación. Así, es e abajo es ablece un en oque in eg al y op imizado pa a la p oducción de ce eza sin
alcohol, p opo cionando un ma co écnico que espalda su iabilidad indus ial.
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ABSTRACT
This pape unde akes a comp ehensi e s udy o non-alcoholic bee p oduc ion me hods and p oposes he design
o a dealcoholisa ion plan using a acuum dis illa ion column as he main me hod.
Faced wi h he g owing demand o non-alcoholic p oduc s, he b ewing indus y has de eloped a ious
dealcoholisa ion echniques, each wi h i s own ad an ages and limi a ions. The me hods analysed in his esea ch
include con olled e men a ion, e e se osmosis, e apo a ion and acuum dis illa ion, among o he s, he la e
being he cen al design app oach due o i s abili y o emo e alcohol a low empe a u es, hus p ese ing he
a omas and senso y cha ac e is ics o he bee .
Fo he design o he plan , he equi emen s o he main equipmen such as he dis illa ion column, cen i ugal
pump o bee anspo , a s o age sys em and a hea exchange a e calcula ed in de ail. Each piece o equipmen
is dimensioned and selec ed conside ing ope a ional and economic ac o s, which allows de ining an e icien
plan in e ms o a oma p o ile p ese a ion and ope a ing cos s. Thus, his wo k es ablishes a comp ehensi e
and op imised app oach o he p oduc ion o non-alcoholic bee , p o iding a echnical amewo k ha suppo s
i s indus ial iabili y.

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ÍNDICE
Resumen ....................................................................................................................................................... 4
Abs ac ........................................................................................................................................................ 5
Índice ............................................................................................................................................................ 6
1. La ce eza sin alcohol …………………………………………………………………………………………………………………………11
1.1 Me cado global ……………………………………………………………………………………………………………..…………11
1.2 Me cado en España …………………………………………………………………………………………………………………12
2. Elabo ación de ce eza sin alcohol …………………………………………………………………………………………………….15
2.1 Mé odos ísicos …………………………………………………………………………………………………………..……………15
2.1.1.1 Des ilación …………………………………………………………………………………………………………..…………….16
2.1.1.2 Des ilación o Rec i icación con inua a acío …………………………………………………………………………16
2.1.1.3 E apo ado es de película delgada ……………………………………………………………………………………….16
2.1.1.4 E apo ado Cen i he m ……………………………………………………………………………………………………..17
2.1.1.5 Columna a acío de conos o a o ios ……………………………………………………………………………..……18
2.1.1.6 Rec i icación a acío Sigma ec ………………………………………………………………………………………….… 19
2.1.2 Mé odos de sepa ación con memb anas …………………………………………………………………….………….20
2.1.2.1 Diálisis ………………………………………………………………………………………………………………………….…….20
2.1.2.2 Ósmosis in e sa ………………………………………………………………………………………………………………….22
2.2 Mé odos biológicos ………………………………………………………………………………………………………………….23
2.2.1 P oceso de mace ación modi icado ………………………………………………………………………………………..23
2.2.2 P oceso de e men ación limi ado ………………………………………………………………………………………….25
2.2.3 Uso de le adu a especial ……………………………………………………………………………………………………….26
2.2.4 Fe men ación con inua ………………………………………………………………………………………………………….26
2.3 Selección del mé odo ………………………………………………………………………………………………………………27
2.4 An eceden es, obje i os y alcance ……………………………………………………………………………………………28
3. Desc ipción del p oceso y equipos p incipales ……………………………………………………………………………………29
3.1 Da os de pa ida ………………………………………………………………………………………………………………………30
3.2 Equipos ……………………………………………………………………………………………………………………………………30
3.2.1 In e cambiado es de calo ……………………………………………………………………………………………………..30
3.2.2 Bombas de impulsión …………………………………………………………………………………………………………….34
3.2.3 E apo ado lash ……………………………………………………………………………………………………………………36
3.2.3 Columna de des ilación ……………………………………………………………………………………………………..37
4. Columna de ec i icación …………………………………………………………………………………………………………………..40
4.1 De inición de la p esión de ope ación ……………………………………………………………………………………….40
4.2 Balance de ma e ia y mé odo McCabe-Thiele ……………………………………………………………………………46
7
4.2.1 Zona de en iquecimien o o ec i icación ………………………………………………………………….……………..48
4.2.2 Zona de ago amien o …………………………………………………………………………………………………………….49
4.2.3 E apa de alimen ación ……………………………………………………………………………………………………………49
4.2.4. Cálculo de núme o de e apas: Mé odo g á ico ………………………………………………………………………50
4.3 Simulaciones con Aspen Plus …………………………………………………………………………………………………….53
4.3.1. Modelo DSTWU ……………………………………………………………………………………………………………………53
4.3.2. Modelo RADFRAC …………………………………………………………………………………………………………………57
4.4 Selección del ipo de columna …………………………………………………………………………………………………..62
4.4.1 Columna de pla os …………………………………………………………………………………………………………………62
4.4.2 Columna de elleno ……………………………………………………………………………………………………………….66
4.5.3 Compa a i a ……………………………………………………………………………………………………………………..68
4.5 Dimensionado de la columna ……………………………………………………………………………………………………68
5. Equipos auxilia es y hojas de equipos ………………………………………………………………………………………………..69
5.1 Bomba ……………………………………………………………………………………………………………………………………..69
5.2 Tanques de almacenamien o ……………………………………………………………………………………………………69
5.3 In e cambiado de calo …………………………………………………………………………………………………………..70
6. Conclusión ………………………………………………………………………………………………………………………………………..74
Re e encias …………………………………………………………………………………………………………………………………………..76
8
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 4-1. Balance de ma e ia ……………………………………………………………………………………………………….………49
Tabla 4-2. Especi icaciones de la co ien e de alimen ación en Aspen …………………………………………….………54
Tabla 4-3. Resul ados de simulación po el mé odo DSTWU ……………………………………………………….………….55
Tabla 4-4. Ra io de e lujo en e a e apas eó icas p opo cionado po Aspen ……………………………….……….56
Tabla 4-5. Compa a i a balances de ma e ia ……………………………………………………………………………….………..58
Tabla 4-6. Balance de ma e ia simulación RADFRAC …………………………………………………………………….………..60
Tabla 4-7. Compa a i a endimien o de ope ación ……………………………………………………………………….……….60
Tabla 4-8. Resul ados comple os simulación RADFRAC ………………………………………………………………………….61
Tabla 4-9. Compa a i a dimensionado de la columna …………………………………………………………………………….70
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figu a 1-1. Va iación consumo de bebidas alcohólicas ……………………………………………………………………………13
Figu a 2-2. E apo ado de película delgada de a ias e apas ………………………………………………………………….18
Figu a 2-3. E apo ado Cen i he m ………………………………………………………………………………………………………19
Figu a 2-4. Columna a acío de conos o a o ios …………………………………………………………………………………….20
Figu a 2-5. Diag ama de lujo sis ema Sigma ec ……………………………………………………………………………………..20
Figu a 2-6. Plan a ecnología Sigma ec 10.000 l/h ………………………………………………………………………………….21
Figu a 2-7. Diag ama p oceso de diálisis ………………………………………………………………………………………………..23
Figu a 2-8. Diag ama ósmosis in e sa ……………………………………………………………………………………………………24
Figu a 2-9. Ac i idad enzimá ica du an e el mace ado ……………………………………………………………………………25
Figu a 2-10. E ec os del ai eado du an e la e men ación ………………………………………………………………………28
Figu a 3-1. Diag ama de Flujo de la plan a ……………………………………………………………………………………………..31
Figu a 3-2. Reco ido de luidos en el in e io de un in e cambiado de calo de placas …………………………..32
Figu a 3-3. In e cambiado de calo de placas con jun as ……………………………………………………………………….34
Figu a 3-4. In e cambiado de placas soldadas ……………………………………………………………………………………….35
Figu a 3-5. Bomba cen í uga de lujo adial …………………………………………………………………………………………..36
Figu a 3-6. Bomba cen í uga eje ho izon al …………………………………………………………………………………………..37
Figu a 3-7. Bomba cen í uga eje e ical ……………………………………………………………………………………………….37
Figu a 3-8. Tipos de condensado ………………………………………………………………………………………………………….39
Figu a 3-9. He ido ipo Ke le ……………………………………………………………………………………………………………..40
Figu a 4-1. Guía pa a la selección del mé odo e modinámico en Aspen Plus ………………………………………….42
Figu a 4-2. Diag ama T-xy de la mezcla agua y e anol a 1 ba ………………………………………………………………….43
Figu a 4-3. Diag ama T-xy de la mezcla agua y e anol a 0,75 ba …………………………………………………………….44
Figu a 4-4. Diag ama T-xy de la mezcla agua y e anol a 0,5 ba ……………………………………………………………….44
Figu a 4-5. Diag ama T-xy de la mezcla agua y e anol a 0,25 ba …………………………………………………………….45
Figu a 4-6. Diag ama T-xy de la mezcla agua y e anol a 0,1 ba ……………………………………………………………….46
Figu a 4-7. Diag ama T-xy de la mezcla agua y e anol a 0,05 ba …………………………………………………………….47
Figu a 4-8. Cálculo de e lujo mínimo po mé odo g á ico ………………………………………………………………………52
Figu a 4-9. Núme o de e apas eó icas po McCabe-Thiele (No mal y ampliado) …………………………………….53
Figu a 4-10. Diag ama DSTWU ………………………………………………………………………………………………………………55
Figu a 4-10. Relación en e R y n ……………………………………………………………………………………………………………57
Figu a 4-11. Cos e apo (A), cos es ijos (B) y cos es o ales (C) ……………………………………………………………..58
Figu a 4-12. Diag ama RADFRAC ……………………………………………………………………………………………………………59
Figu a 4-13. Disposiciones del lujo de líquido a a és de la bandeja ……………………………………………………..64
Figu a 4-14. Bubble-cap ay ………………………………………………………………………………………………………………….65
16
2.1.1.1 Des ilación
Es e p oceso consis e en calen a la ce eza con alcohol pa a gene a una ase apo ica en alcohol y la
ase líquida es an e hab á disminuido conside ablemen e su con enido alcohólico. A con inuación, el apo
es en iado en un condensado del que se ex ae una co ien e con una concen ación al a en alcohol.
Los p ime os in en os de desalcoholización de ce eza median e e apo ación o des ilación se ealiza on a
p esión a mos é ica, pe o debido al de e io o en el sabo p oducido po las al as empe a u as (se pie de
una g an can idad de olá iles que p opo cionan a oma y sabo al p oduc o), p on o ue on sus i uidos po
des ilación a acío en la cual el ni el é mico eque ido es in e io .
Además, educi la p esión en el p oceso de des ilación pe mi e ex ae el alcohol a empe a u as mucho
más bajas, de modo que las p esiones absolu as de abajo se encuen an en el ango de 4 a 20 kPa,
alcanzando la apo ización a empe a u as en e 30 y 60ºC. En cualquie caso, du an e los p ocesos
é micos puede habe e ec os sob e el sabo o la calidad de la ce eza debidos a la empe a u a y al pe iodo
de exposición.
2.1.1.2 Des ilación o Rec i icación con inua a acío
El p oceso en es e ipo de plan as cons a p incipalmen e de:
1. P ecalen amien o de la ce eza con alcohol an e io men e p oducida se some e a un
p ecalen amien o en un in e cambiado de placas has a alcanza los 42ºC.
2. Desgasi icación y libe ación simul ánea de compues os olá iles en un desgasi icado a acío. Se
elimina el CO2 que di icul a el p oceso de desalcoholización.
3. Desalcoholización no malmen e en una columna de elleno a acío, ecupe ando los componen es
a omá icos del CO2 y di igiéndolos a la ce eza sin alcohol p oducida.
A menudo, pa a op imiza el p oceso y la calidad del p oduc o, la des ilación suele di idi se en dos e apas,
de modo que en la p ime a se busca elimina és e es y o os compues os olá iles y en la segunda se ajus an
las condiciones de ope ación a la eliminación únicamen e de e anol.
Finalmen e, se ealiza una dilución del p oduc o desalcoholizado pa a educi aún más el con enido en
e anol y se en ía mezclándose al mismo iempo con los compues os olá iles sepa ados en la p ime a ase
del p ocedimien o. De es a o ma se puede ob ene un p oduc o con una asa de alcohol in e io al 0,05%.
(J.R., y o os, 2002).
La capacidad de p oducción de es as ins alaciones puede llega has a los 20.000 li os de ce eza sin alcohol
po ho a. El sis ema además con iene una unidad de ecupe ación de a omas, donde los componen es
a omá icos son ecupe ados y pueden se edi igidos a la ce eza bajo p esión (Koe ne , 1996). Los apo es
icos en alcohol pueden concen a se has a un 75% ABV en una sección de ec i icación y come cializa se
de inmedia o (Na ziss e al., 1993; API Schmid -B e en, 2004). Sin concen a se, el subp oduc o alcohólico
p oducido iene al ededo de 8-9% ABV. Es e subp oduc o puede ende se pa a ace i icación y p oduci
inag e (Regan, 1990).
2.1.1.3 E apo ado es de película delgada
Some idos al mismo p incipio que los p ocesos an e io es, los e apo ado es de película delgada son equipos
que ienen como obje i o log a un uncionamien o a bajas empe a u as de e apo ación (a acío) y además
minimiza el iempo de esidencia del p oduc o en el e apo ado . La solución es una película delgada de
p oduc o líquido

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En la mayo ía de los casos, es a película luye po la ca a in e io de un ubo de apo ización e ical y es á
gene ada po un sis ema de palas o a o ias que la dis ibuyen uni o memen e po la pa ed in e io del ubo.
Es a película apenas gene a p esión hid os á ica, además de o ece una mínima e ención y casi ningún
g adien e de empe a u a ni concen ación, debido al mezclado adial. Es o p opo ciona unas asas de
e apo ación muy ele adas, pe mi iendo iempos de esidencia muy bajos en el e apo ado incluso a bajas
empe a u as. Los apo es son conducidos gene almen e hacia a iba a con aco ien e has a un
condensado . En la siguien e igu a se ep esen a el diag ama lujo de un e apo ado de a ias e apas.
Figu a 2-2. E apo ado de película delgada de a ias e apas. (DeDie ich).
Además, los cos es de adquisición y ope ación de la e apo ación de película descenden e se conside an los
más bajos de odos los sis emas de desalcoholización é mica (S ein, 1993; Zu all y Wacke baue , 2000a).
A menudo se emplea un diseño de múl iples e apas, de modo que los apo es icos en alcohol que p o ienen
del p ime e apo ado pueden usa se pa a calen a el segundo, los p oducidos en el segundo pa a calen a
el e ce o y así sucesi amen e.
Cie a des en aja de es a disposición de múl iples e apas es la necesidad de ope a la p ime a e apa a una
empe a u a ela i amen e al a (60 °C), de modo que la empe a u a del apo en la e apa inal sea
su icien emen e al a pa a la eliminación del alcohol (35–40 °C) (Hochbe g, 1986). Es o p o oca una
pé dida de a omas impo an e a ene en cuen a, a ec ando di ec amen e en las ca ac e ís icas senso iales
del p oduc o inal.
2.1.1.4 E apo ado Cen i he m
El e apo ado Cen i he m, o o modelo de e apo ado de película es un e apo ado cen í ugo de e ec o
simple que unciona a acío y u iliza el apo como medio de calen amien o. La supe icie de calen amien o
es la pa e in e io de unos conos gi a o ios huecos que pueden se apilados e icalmen e pa a aumen a la
capacidad de e apo ación según el modelo.
El p oduc o a concen a en a en el e apo ado a a és de un ubo de alimen ación, y unas boquillas de
inyección (una pa a cada cono) dis ibuyen el p oduc o sob e la supe icie de calen amien o de cada cono.
La ue za cen í uga dispe sa ins an áneamen e el p oduc o sob e oda la supe icie de calen amien o en
una capa muy ina (de ap oximadamen e 0,1 mm). El p oduc o pasa po la supe icie de calen amien o en
menos de un segundo y ope a a empe a u as de 35-60º.
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La ce eza concen ada y desalcoholizada se acumula en el bo de ex e io de los conos y sale del
e apo ado a la línea de p oceso. Los apo es suben po el cen o del cono has a un condensado ex e no,
como puede e se en la igu a 2-3.
Figu a 2-3. E apo ado Cen i he m. (Zu all and Wacke baue ,).
Es e sis ema iene un impac o é mico mínimo sob e el p oduc o y un uncionamien o bas an e sencillo.
Como incon enien e, es sensible a la en ada de oxígeno a a és de las jun as de las piezas mó iles,
pudiendo pone en iesgo al equipo.
2.1.1.5 Columna a acío de conos o a o ios
És e es uno de los sis emas más e icaces en el p oceso de desalcoholización de bebidas. Combina lo mejo
de la des ilación a acío y el e apo ado Cen i he m y equie e de un equipo muy especí ico.
El equipo con iene una se ie de conos ijos unidos a la pa ed in e io de la columna, al e nados con conos
mó iles unidos a un eje gi a o io. Es o pe mi e al líquido descende po g a edad sob e la supe icie
supe io del p ime cono ijo a modo de película y cae sob e el p ime cono gi a o io, que, debido a la
ue za cen í uga, gene a una película u bulen a e induce un lujo de líquido ascenden e que cae po el
bo de al siguien e cono ijo in e io . Así has a el ondo de la columna, como puede obse a se en la igu a
2-4.
Los conos gi a o ios alcanzan las 300-500 pm y exis en ale as que a o ecen la u bulencia en el líquido y
apo , que dan luga a una ans e encia de masa muy e icien e, y el equipo abaja a acío y empe a u as
de 40-55ºC. Todo es o pe mi e educi el con enido de alcohol o iginal de al ededo de 5% / has a un
0,01-0,03% / de una sola pasada.
En e las di e en es écnicas de ecupe ación de a omas en la columna de conos, la más empleada di ide el
p oceso de desalcoholización en dos e apas. La p ime a, a una empe a u a máxima de 53,7ºC en la que se
eliminan la mayo ía de los és e es y la mi ad de alcoholes supe io es, educiendo la can idad de alcohol en
un 1% / , y un segundo paso po la columna a una empe a u a máxima de 57,2ºC que consigue un
con enido de alcohol en el p oduc o de 0,17% / . El esul ado al combina es e concen ado con la
co ien e ex aída en la p ime a pasada, dan luga a una ce eza con 0,5% / en alcohol y un 25-30% de
los és e es y alcoholes e enidos (Badcock e al., 1994).
19
Figu a 2-4. Columna a acío de conos o a o ios. (Zu all and Wacke baue ).
2.1.1.6 Rec i icación a acío Sigma ec
Es el mé odo más so is icado en la ac ualidad, ga an izando una len a sepa ación de alcohol basado en la
ec i icación a acío, su diag ama de lujo queda ep esen ado a con inuación, en la igu a 2-5.
Figu a 2-5. Diag ama de lujo sis ema Sigma ec (Celia Muñoz, 2017).
20
El p oceso cons a de p ecalen amien o y desca bonización, que pe mi en la ecupe ación de los
componen es a omá icos en el p oduc o inal.
A con inuación, se lle a a cabo la ec i icación a acío a empe a u as de 43-48ºC, eliminando de mane a
selec i a el alcohol, y se alimen a desde el ondo de la columna a un e apo ado . Aquí se p oducen apo es
necesa ios pa a la ec i icación que se edi igen a la columna.
En onces, la ce eza sin alcohol se en ía en un in e cambiado de placas has a los 2ºC y se some e a
ca bonización si es necesa io, y inalmen e son lle ados a la unidad de ecupe ación de a omas, en la que
se ein oducen los componen es ex aídos al p incipio del p oceso o el p oduc o es ociado con la ce eza
o iginal.
Es a ecnología puede aplica se a plan as de un amplio ango dimensiones que an desde los 400 l/h de
p oducción, como es la ep esen ada en la siguien e igu a (2-6), has a los 10.000 l/h.
Figu a 2-6. Plan a ecnología Sigma ec 10.000 l/h. (Sigma ec).
2.1.2 Mé odos de sepa ación con memb anas
Es os mé odos es án basados en la sepa ación median e el uso de memb anas semipe meables que ac úan
de il o, en es e caso la sepa ación de e anol de la ce eza.
Es os p ocesos ca ecen casi po comple o de impac o é mico, po lo que no a ec an al sabo ni a oma del
p oduc o inal; sin emba go, el cos e de ins alación y ope ación es mayo que en los p ocesos é micos si
se quie e ob ene ce ezas con un con enido en alcohol ce cano a ce o, siendo la iabilidad económica un
ac o impo an e a conside a . Debido a es o, a menudo son p ocesos empleados en la p oducción de
ce eza con un con enido en alcohol en o no al 2% / .
Los dos p ocesos que emplean es e p incipio son:
• Diálisis
• Ósmosis in e sa
21
2.1.2.1 Diálisis
La ue za impulso a que ige es e p oceso es la di e encia de concen ación en alcohol en e la ce eza y el
agua al o o lado de la memb ana semipe meable. El e anol a a iesa la memb ana in en ando alcanza el
equilib io de concen ación.
El mecanismo p edominan e en la diálisis es la di usión molecula , aunque cuando se aplican di e encias
de p esión ansmemb ana (no malmen e de 10-60 kPa) pa a sup imi la di usión del dializado (a menudo
agua) en la ce eza, puede conoce se como dia il ación y ienen luga ans e encias de masa di usi as y
con ec i as (Leskosek y Mi o ic, 1994; Pe ko ska y o os, 1997). La ope ación anscu e a 1-6ºC.
Las memb anas de diálisis es án compues as de de i ados de celulosa o ma e iales sin é icos dispues os a
modo de ib as huecas y en su conjun o se conocen como módulos. La ce eza pasa po el in e io de las
ib as mien as que el dializado luye al o o lado de la memb ana en con aco ien e pa a ga an iza un al o
g adien e de concen ación y una di usión óp ima.
Pa a hace unciona un módulo de diálisis es necesa io aplica algo de p esión an o en el lado de la ce eza
como en el del dializado; de lo con a io, la di usión puede e se in e umpida po la libe ación de dióxido
de ca bono. La p esión aplicada debe se al menos igual a la p esión de sa u ación de CO2 en la ce eza a
una empe a u a de e minada. Pa a minimiza aún más la pé dida de CO2, se ecomienda ag ega una
pequeña can idad de dióxido de ca bono al agua de diálisis. Es o ambién elimina á el iesgo de
ans e encia de oxígeno del dializado a la ce eza.
También hay que p es a a ención al con enido de sales ino gánicas (sodio, calcio, ni a os), que pueden
concen a se en el dializado du an e la ec i icación y luego pasa a la ce eza (Moonen y Nie ind, 1982;
A enbo ough, 1988; Donhause y o os, 1991).
A pesa de la op imización de las memb anas y los pa áme os del p oceso, no es posible la sepa ación
selec i a de e anol. Po lo que o os componen es de la ce eza como és e es y alcoholes supe io es se
eliminan casi po comple o du an e la diálisis.
El g ado de desalcoholización puede egula se median e la elación en e los caudales de ce eza y
dializado. Al aumen a la p opo ción en e el dializado y el lujo de ce eza, la eliminación de alcohol y
olá iles de la ce eza se uel e más ag esi a.
Sin emba go, es a elación in luye no sólo en la asa de eliminación de alcohol de la ce eza sino ambién
en los cos os de ene gía pa a la ec i icación del dializado.
El diag ama del p oceso se obse a en la igu a 2-7, a con inuación:

22
Figu a 2-7. Diag ama p oceso de diálisis (Celia Muñoz, 2017).
Además de a a esa el módulo de memb anas, una ez comple ado el p oceso de diálisis la ce eza con
bajo con enido en alcohol es en iada en un in e cambiado de placas has a alcanza 1ºC y se lle a a un
anque de almacenamien o.
Po o o lado, el alcohol e enido en la solución es ex aído en una columna de ec i icación y el dializado
es econducido a la unidad de diálisis.
2.1.2.2 Ósmosis in e sa
Igual que el mé odo an e io , la ue za impulso a de es e p oceso ambién se á la di e encia de
concen aciones a ambos lados de la memb ana. El sis ema busca alcanza el equilib io.
En es e caso, la ce eza luye angen e a la supe icie de la memb ana y el e anol, jun o con agua, pe mea
selec i amen e cuando la p esión ansmemb ana supe a la p esión osmó ica de la ce eza. No malmen e,
las p esiones de ope ación ansmemb ana an de los 2 a 8 MPa y las empe a u as son in e io es a 15ºC,
u ilizando bombas de p esión e in e cambiado es de calo de placas.
Las memb anas ienen una es uc u a asimé ica y suelen coloca se en módulos de di e en es disposiciones
geomé icas (planas, ubula es, en espi al…) (Luz y o os, 1986).
La p ime a ase del p oceso consis e en elimina los pe meados de la ce eza o iginal, consiguiendo un
concen ado con mayo po cen aje de alcohol y dando luga así a un mayo lujo de solu o a a és de la
memb ana. Du an e la segunda ase, la dia il ación, el pe meado eliminado es sus i uido po agua
desmine alizada has a consegui la concen ación de alcohol deseada en la ce eza. Una ez comple ado
es e paso, se some e a ca bona ación.
23
Figu a 2-8. Diag ama ósmosis in e sa (Celia Muñoz, 2017).
Aunque podemos desp ecia el impac o é mico, exis en pé didas de olá iles de 70-80% pa a alcoholes
supe io es y 80-90% pa a és e es du an e el p oceso que pueden a ibui se a una selec i idad impe ec a de
las memb anas. Po ello es muy impo an e la op imización de las condiciones del p oceso y la selección
de la memb ana más ap opiada.
Sin emba go, el sabo se di e encia á lige amen e del p oduc o o iginal ya que la pé dida de a omas sólo
es á elacionada con compues os de bajo peso molecula .
2.2 Mé odos biológicos
Es os mé odos de p oducción de ce eza con bajo con enido en alcohol se basan en la o mación limi ada
del mismo du an e el p oceso. Pueden di idi se según el equipo de p oducción que equie en y subdi idi se
según su ecnología o le adu a empleada.
Las ecnologías más empleadas son aquellas que no equie en de un equipo especial pa a lle a a cabo el
p oceso más allá del necesa io en una plan a ce ece a adicional, aunque a su ez la e men ación con inua
se plan ea como muy p ome edo a.
Al inal, los di e en es p ocedimien os aplicados a escala indus ial e minan siendo una combinación de
es a egias en e las di e en es ecnologías disponibles en las ce ece as adicionales.
En e los exis en es, se an a conside a :
• P oceso de mace ación modi icado.
• P oceso de e men ación limi ado.
• Uso de le adu a especial.
• Fe men ación con inua.
2.2.1 P oceso de mace ación modi icado
El obje i o de la mace ación es deg ada el almidón p esen e en el g ano de mal a en azúca es simples
e men ables. El ipo de azúca es que se o man depende de la ac i idad enzimá ica p esen e, siendo la ꞵ-
Amilasa la que da luga a los azúca es e men ables ( empe a u a óp ima 62-65ºC). También pueden
p oduci se es e ipo de azúca es a pa i de la ⍺-Amilasa ( empe a u a óp ima 72-75ºC) si se ac úa sob e
ellas de mane a p olongada. Es a ac i idad enzimá ica queda ep esen ada a con inuación, en la igu a 2-9.
24
Figu a 2-9. Ac i idad enzimá ica du an e el mace ado. (Na ziss)
El con enido inal de azúca es e men ables en el mos o de e mina el ni el de alcohol en la ce eza, po lo
an o, modi icando el p oceso de mace ación es posible pe ila los azúca es del mos o de modo que su
e men abilidad es é limi ada, dando luga a una ce eza con bajo con enido en alcohol.
Exis en di e en es es a egias pa a consegui una meno can idad de azúca es e men ables en el mos o,
en e las que se encuen an:
• Inac i ación de la saca i icación de la ꞵ-Amilasa po al a empe a u a de mace ación (75-80ºC).
Bajo es as condiciones se consigue desac i a ápidamen e la ꞵ-Amilasa y aún hay su icien e ⍺-
Amilasa pa a deg ada el almidón. Median e es e p oceso se consigue que sólo sea e men able el
25% del mos o.
El con enido inal de e anol ambién se e in luenciado po la densidad del mos o o iginal, la
a enuación log ada du an e la e men ación y la dilución inal.
Po lo gene al, el p oduc o ob enido es senso ialmen e muy bueno. Es cie o que el sabo a mos o
es á muy p esen e, ya que no se han deg adado la mayo ía de sus azúca es y el sabo es algo
di e en e al de la ce eza o iginal, debido al mayo con enido en dex inas, p oducidas po la
enzima ⍺-Amilasa que es á más p esen e du an e el p oceso.
• Ex acción de mal a en agua ía. Consis e en ex ae la máxima can idad posible de componen es
que dan sabo a la mal a sin inc emen a la densidad del mos o. La mal a se ex ae a empe a u as
in e io es a las necesa ias pa a la gela inización del almidón y su pos e io hid ólisis enzimá ica.
El mos o ob enido con iene en onces sólo algunos azúca es e men ables, que esul an de la cebada
du an e el mal eado.
En la p ác ica, se pod ían espe a di icul ades con el cla i icado, mien as que la mal a es an e
pod ía usa se en una mace ación no mal. No hay in o mación disponible sob e el uso ac ual de es e
mé odo (Mülle , 1990).
25
• Vol e a i u a los g anos sob an es pa a p oduci un segundo ex ac o con muy poco azúca
e men able. Es o puede ealiza se de dos o mas:
a. Cocción del bagazo median e ex usión an es de la segunda ex acción.
b. Hid ólisis ácida del bagazo. Con el obje i o de p oduci un mos o secunda io con pen osas
no e men ables.
La p incipal en aja de es os p ocedimien os es que se pueden p oduci dos ce ezas con una sola
dosis de g ano. Como di icul ades exis e la o mación del sabo y el colo , además del aumen o de
los cos os de in e sión con elación al apa a o hid olí ico (Mülle , 1990; Zü che y G uss, 1991).
• U ilización de a iedades de cebada en las que exis a de iciencia de la enzima ꞵ-Amilasa o que
enga p opiedades e moes ables di e en es.
U ilizados po sí solos, los mé odos que se basan únicamen e en la mace ación modi icada a a ez ienen
éxi o pa a la p oducción de ce ezas con bajo con enido en alcohol y deben combina se con medidas
adicionales como he i igo osamen e el mos o (disminuyendo el ni el de aldehídos), acidi icación del
mos o, e men ación limi ada, ajus e del colo y ama go , e c.
2.2.2 P oceso de e men ación limi ado
Po lo gene al, la p incipal di icul ad p esen e en es e ipo de p ocesos eside en log a bajo con enido en
alcohol con una con e sión adecuada del mos o en ce eza. Po lo que el obje i o de es os mé odos es
man ene bajo el con enido de alcohol eliminando la le adu a an es de una a enuación excesi a
( e men ación de enida) o imponiendo condiciones pa a un me abolismo es ingido de la le adu a
( e men ación limi ada).
Es os mé odos ope an con equipos de p oducción de ce eza adicionales, pe o necesi an un con ol
analí ico p eciso y ápido. La e men ación puede con ola se o de ene se en iando el p oduc o
ápidamen e o eliminando la le adu a median e il ado o cen i ugado del mos o en e men ación.
La he amien a más p ác ica pa a sup imi el me abolismo de la le adu a es la baja empe a u a (0-1ºC). El
llamado ''P oceso de con ac o en ío'' (PCC) ap o echa que en es as condiciones la p oducción de e anol
es len a, pe o o os p ocesos bioquímicos, como la o mación de alcoholes y és e es supe io es y la
educción de ca bonilos, ienen ac i idades mode adas.
Sin emba go, en compa ación con o os mé odos de p oducción de ce ezas con bajo con enido en alcohol,
el PCC se ca ac e iza po una de las mayo es p oducciones de olá iles y una meno capacidad de educción
de aldehídos (Pe pè e y Collin, 1999a). Su icien es pa a al e a la calidad senso ial del p oduc o
pe judicando el sabo .
Es po eso que cuando se lle a a cabo e men ación de enida o con olada es necesa io conside a , además
de la empe a u a de e men ación, la densidad del mos o, el ipo de le adu a y o as in e enciones
adicionales en el p oceso pa a mejo a el sabo del p oduc o. Las siguien es suelen se algunas aplicaciones
a conside a :
• Uso de mal as ca amelizadas, ya sean oscu as o pálidas (Pale Ale) que con ibuyen a enmasca a
el sabo a mos o con sus ancias más a omá icas.
• Dilución del mos o as cocción. Dio como esul ado un meno ama go , aumen o de és e es y algo
más de alcohol, con ibuyendo a un mejo olo y sabo con menos p esencia del mos o.
• Acidi icación del mos o con mal a ácida o ácido lác ico.
• Adición de ácido ascó bico ( i amina C) al mos o, mien as pe manece calien e, pe mi e elimina
el egus o ama go p esen e en las ce ezas con bajo con enido en alcohol debido a sus ancias de la
mal a oxidada.
32
capacidad de desmon aje pe mi e una limpieza e icien e, lo que es esencial pa a e i a la con aminación y
man ene los es ánda es de higiene necesa ios pa a el p ocesamien o de alimen os y bebidas, como la ce eza.
Es a ca ac e ís ica lo con ie e en una opción higiénica y segu a pa a el p oceso de desalcoholización (Min on,
2015).
Finalmen e, la adap abilidad del in e cambiado de placas con jun as pa a abaja con líquidos con di e en es
p opiedades, como la mezcla de agua y e anol que ca ac e iza a la ce eza, es o o aspec o ele an e. Su diseño
ga an iza un lujo e icien e y con olado de ambos luidos, maximizando la ans e encia de calo sin
comp ome e la calidad inal del p oduc o. Además, minimiza las pé didas é micas, lo que con ibuye a un
p oceso e icien e y de al a calidad (Schönbuchne , 2014).
Figu a 3-3. In e cambiado de calo de placas con jun as (Al a La al).
Figu a 3-4. In e cambiado de placas soldadas (In elSe ice).

33
3.2.2 Bombas de impulsión
Pa a lle a a cabo la impulsión de las dis in as co ien es de p oduc o o ma e ia p ima a lo la go de la plan a se
u ilizan bombas cen í ugas.
És as son un ipo de bombas hid áulicas que ans o man ene gía mecánica en ene gía ciné ica de p esión a un
luido. Las bombas cen í ugas aumen an la elocidad de los luidos pa a que es os puedan desplaza se g andes
dis ancias. Debido a sus ca ac e ís icas, con o man la clase de bombas hid áulicas de más aplicación den o de
la indus ia ya que son las más u ilizadas pa a bombea líquidos en gene al y pe mi en mo iliza g andes
can idades de agua.
Hay muchos sec o es indus iales que necesi an u iliza las en sus p ocesos mecánicos. Algunos de los sec o es
que más u ilizan bombas cen í ugas son la indus ia química, el sec o de la au omoción, la indus ia cosmé ica
pa a el desa ollo de c emas o la indus ia alimen a ia pa a la elabo ación de odo ipo p oduc os alimen icios y,
en nues o caso, ce eza.
Además, cuen an con nume osas en ajas pues ca ecen de ó ganos a iculados y u ilizan mecanismos de
acoplamien o simples, lo que con ibuye a su iabilidad y du abilidad. En é minos de ope ación, o ecen un
gas o cons an e sin necesidad de disposi i os egulado es adicionales.
Se adap an ácilmen e a di e sas necesidades de ope ación, ienen un peso educido y dimensiones compac as,
son una opción e icien e en é minos de espacio. Po si ue a poco, es as bombas equie en un man enimien o
mínimo y ienen bajos cos os de piezas de epues o, lo que con ibuye a un cos o o al ajus ado. La posibilidad
de inco po a a iado es de elocidad aumen a la e iciencia.
Po o o lado, si analizamos las di e en es pa es que con o man una bomba cen í uga, nos queda:
• Ca casa: Pa e que p o ege a odos los mecanismos in e nos que pe mi en el acciona de la bomba. Se
ab ican de dis in os ma e iales según su inalidad.
• En ada y Salida: conduc os po donde ci cula el luido. El de en ada se conoce como ube ía de
aspi ación y el de salida como ube ía de impulsión.
• Impulso o ode e: disposi i os usados pa a impulsa el luido con enido en la ca casa. Es án o mados
po una se ie de álabes de di e sas o mas que gi an den o de una ca casa ci cula . El ode e a unido
solida iamen e al eje y es la pa e mó il de la bomba.
• Di uso : el di uso jun o con el ode e se encuen a den o de la ca casa o cue po de bomba. El di uso
es á o mado po unos álabes ijos di e gen es, que al inc emen a se la sección de la ca casa la elocidad
del luido disminuye, lo que con ibuye a ans o ma la ene gía ciné ica en ene gía de p esión,
mejo ando el endimien o de la bomba.
• Eje: elemen o que sos iene el impulso pa a que gi e sob e és e con la ue za del mo o .
• Cojine es o odamien os: piezas que sos ienen adecuadamen e el eje del impulso
• Mo o : componen e undamen al de la bomba cen í uga que pe mi e mo e el eje y a su ez el impulso
pa a consegui el mo imien o del agua. Según su po encia, pod á mo iliza más luido en menos
iempo.
• Panel de con ol: disposi i o que pe mi e el accionamien o de la bomba.
Además, según el c i e io que se u ilice exis en di e en es o mas de clasi ica las bombas cen í ugas. Según la
di ección del lujo, las bombas cen í ugas pueden se :
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• Radial: En es e caso el lujo ci cula de o ma pa alela al eje de o ación. Son bombas muy e icien es y
e sá iles y son las bombas cen í ugas más comunes. Rep esen ada en la igu a 3-5.
Figu a 3-5. Bomba cen í uga de lujo adial (Pen ai Pool).
• Axial: En es e caso el lujo ci cula de o ma pa alela al eje de o ación. Son bombas muy e icien es a la
ho a de ele a g andes caudales a poca al u a.
• Mix o: Combina las bombas axiales con las bombas adiales.
También podemos hace una clasi icación según la posición del eje de o ación:
• Ho izon ales: El eje de o ación se encuen a en posición ho izon al. Rep esen ado en la igu a 3-
6.
Figu a 3-6. Bomba cen í uga eje ho izon al (Maje ci Sac).
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• Ve icales: El eje de o ación se encuen a en posición e ical. Rep esen ado en la igu a 3-7.
Figu a 3-7. Bomba cen í uga eje e ical (Seguas).
• Inclinados: El eje de o ación es á inclinado.
3.2.3 E apo ado Flash
Un e apo ado lash es un disposi i o u ilizado pa a la e apo ación ins an ánea de un líquido al educi
ab up amen e la p esión. Es e p oceso p o oca la apo ización ápida de una acción del líquido, mien as que
el es o pe manece en es ado líquido.
En es e caso, la ce eza ya sin alcohol se alimen a desde el ondo de la columna de des ilación a un
e apo ado . En el e apo ado , se p oducen apo es que son necesa ios pa a el p oceso de ec i icación y que
se edi igen a la columna
3.2.3 Columna de des ilación
Sob e es e equipo ecae la ope ación p incipal y de mayo impo ancia de la plan a. La columna de des ilación
se enca ga de ealiza el p oceso de desalcoholización de la ce eza o iginal, sepa ando el e anol de la misma.
La des ilación es la ope ación de sepa ación de mezclas líquidas más empleada en la indus ia química, aunque
ambién se emplea pa a sepa a mezclas gaseosas.
Se conoce como des ilación simple cuando una alimen ación, gene almen e líquida, cons i uida po a ios
componen es mezclados se sepa a en dos co ien es, una de ellas más ica en los componen es olá iles y o a
más ica en los componen es más pesados. Pa a lle a a cabo la sepa ación po des ilación, es p eciso gene a
una ase apo que in e cambie componen es con la ase líquida. Es o implica un g an apo e é mico y de e mina
que la des ilación sea una ope ación in ensi a en ene gía. Es una ope ación de sepa ación de ans e encia de
masa basada en el equilib io líquido- apo .
Du an e la ope ación, los componen es más olá iles ienden a concen a se en la ase apo y los más pesados
en la ase líquida. Además, cuando mayo sea la di e encia en e las p esiones de apo , más sencilla se á la
sepa ación. La ue za impulso a de la ope ación se á el g ado de alejamien o con espec o al equilib io.
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En es e caso, la ope ación que se lle a a cabo es una des ilación mul ie apa y iene luga en una columna de
pla os o de elleno. La alimen ación se sepa a en una co ien e de cabeza o des ilado y una co ien e de cola,
p oduciéndose una cascada de e apas en con aco ien e con apo ascendiendo y líquido descendiendo.
Jun o a la columna, son necesa ios ambién un he ido y un condensado . Es os equipos son in e cambiado es
de calo e imp escindibles pa a ope a la columna. Exis en a ios ipos a ene en cuen a.
Po un lado, el condensado con ie e en líquido la co ien e de apo que sale po la pa e supe io de la
columna. Pa e de es a co ien e líquida se á eci culada y el es o se ex ae como p oduc o. Además, a a és de
es e equipo se de ine la p esión de ope ación de la columna.
En unción de las di e en es necesidades, es e condensado puede se o al, pa cial o pa cial mix o y sus dis in as
con igu aciones pueden obse a se en la igu a 3-8. En es e caso se emplea un condensado o al debido a las
especi icaciones de nues o p oduc o y el p oceso.
En un condensado o al, la co ien e se some e comple amen e a un cambio de ase. En a como apo sa u ado
y sale como líquido sa u ado de igual composición. Suele emplea se cuando las p esiones de ope ación son
in e io es a 15 a mós e as.
Figu a 3-8. Tipos de condensado (Apun es, 2023).
Po o o lado, el he ido o eboile se enca ga de apo a la ene gía necesa ia pa a sepa a los componen es de
la mezcla y c ea una ase apo a pa i del líquido que llega al ondo de la columna. A pa i de és e se gene a
el g adien e de empe a u as que da luga a las dis in as e apas de equilib io y composiciones.
Exis en a ios ipos de he ido es como pueden se el ipo Ke le, ep esen ado en la igu a 3-9, ipo e mosi ón
de ci culación na u al ho izon al o e ical, de ci culación o zada, e c.
En es e caso se desca an los de e mosi ón ya que no son ecomendables pa a ope a a acío o con líquidos de
al a iscosidad y se op a po un eboile ipo Ke le. Al se un he ido pa cial se conside a como una e apa más
de equilib io y se ca ac e iza po se un in e cambiado de ca casa y ubo ampliamen e u ilizado en la indus ia.
Aunque ambién se puede usa un he ido de ci culación na u al pa a casos de des ilación a acío, se op a po
el ipo Ke le ya que ga an iza unas condiciones de ope ación más es ables en la columna y se conside a una
cualidad undamen al de ca a a la conse ación de las p opiedades o ganolép icas del p oduc o, e i ando la
deg adación é mica del mismo en la mayo medida posible.
Pa a es e ipo de he ido es hay que ene muy p esen e el con ol del ni el de líquido en su in e io , ya que pa a
su co ec o uncionamien o los ubos deben es a comple amen e sume gidos. Cualquie bajada de ni el que los
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deje al descubie o iene como consecuencia una educción de la ans e encia de calo , así como un
sob ecalen amien o de los ubos.
Figu a 3-9. He ido ipo Ke le (Apun es, 2023).

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4 COLUMNA DE RECTIFICACIÓN
En es e apa ado se abo da án los aspec os undamen ales elacionados con la columna de ec i icación a acío,
el equipo p incipal de la plan a de desalcoholización.
Se analiza án los ac o es cla e pa a es ablece la p esión de ope ación, ecu iendo a es udios del
compo amien o del equilib io líquido- apo median e simulaciones en el so wa e Aspen Plus. Pos e io men e,
se p ocede á al diseño de la columna, en el cual se esol e án los balances de ma e ia y ene gía y se emplea á el
mé odo de McCabe-Thiele pa a de e mina el núme o de e apas eó icas necesa ias.
Además, se lle a án a cabo simulaciones en Aspen Plus, empleando an o el mé odo DSTWU, que pe mi e
ealiza un diseño p elimina basado en las ecuaciones de Fenske-Unde wood-Gilliland, como el mé odo
RadF ac, que pe mi e una modelización más a anzada pa a op imiza la ope ación de la columna. Es e análisis
ga an iza á un diseño e icien e de la columna de ec i icación bajo condiciones de acío, asegu ando el
cumplimien o de los equisi os de p oceso y la op imización ene gé ica.
4.1 De inición de la p esión de ope ación
Pa a comenza con el diseño de la o e de des ilación es p imo dial es ablece la p esión de ope ación de la
misma. Pa a ello se es udia el compo amien o del equilib io L-V pa a dis in as p esiones median e diag amas
T-xy de la mezcla e anol/agua.
De es a mane a, se compa an los dis in os angos de empe a u a de abajo du an e la des ilación pa a las
di e en es p esiones y pe mi e selecciona las condiciones óp imas de ope ación con la meno deg adación
é mica posible. Además, es e ango de empe a u as se e á ajus ado ambién po la empe a u a de la co ien e
alimen ación a la o e, que se p ecalien a has a los 42ºC, pa a que pueda in oduci se en la columna sin que
su a sal os de empe a u a sus anciales.
Pa a la cons ucción de los diag amas se ealizan simulaciones con el p og ama Aspen Plus.
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La selección del mé odo e modinámico adecuado se ealiza siguiendo las pau as del diag ama a con inuación.
Figu a 4-1. Guía pa a la selección del mé odo e modinámico en Aspen Plus (Ca lson, 1996).
El sis ema se ca ac e iza po con ene elemen os pola es, no elec oli os, ene una p esión meno a 10 ba y se
una mezcla líquido-líquido en un p incipio, po lo que el mé odo e modinámico seleccionado es el NRTL.
A con inuación, se mues an a ios diag amas T-xy de la mezcla a dis in as p esiones.
El p ime diag ama (Figu a 4-2) co esponde al compo amien o del equilib io L-V de la mezcla a p esión
a mos é ica y desde donde pa e el p oblema o iginal de ango de empe a u as de ope ación. Se puede e
cla amen e como se alcanzan los 100 ºC en el equilib io mien as que el obje i o es que el p oceso no sob epase
los 48 ºC. Se buscan p esiones de ope ación en condiciones de acío pa a alcanza el ango de empe a u as
deseado.
Seguidamen e se obse an o os diag amas de equilib io a o as p esiones que se han conside ado de in e és. En
los casos que ep esen an el equilib io a 0,75, 0,5 y 0,25 ba (Figu as 4-3, 4-4 y 4-5 espec i amen e) el p oblema
sigue siendo el mismo que a p esión a mos é ica. Aunque el ango aba ca empe a u as meno es, aun no son lo
su icien emen e bajas como pa a que las ep esalias é micas se conside en acep ables.
40
Figu a 4-2. Diag ama T-xy de la mezcla agua y e anol a 1 ba .
41
Figu a 4-3. Diag ama T-xy de la mezcla agua y e anol a 0,75 ba .
Figu a 4-4. Diag ama T-xy de la mezcla agua y e anol a 0,5 ba .
48
Siendo 𝐻𝑉,𝐻𝐿,𝐻𝐿 los alo es de las en alpías del apo sa u ado, del líquido sa u ado y de la alimen ación
espec i amen e.
En es e caso, la alimen ación se in oduce como líquido sa u ado, po lo que hab á que apo a jus o el calo de
apo ización, siendo 𝑞 =1. Es e en oque es habi ual, ya que es abiliza el compo amien o de la o e, op imiza
el balance ene gé ico y acili a una ope ación más e icien e y con olada.
La e apa óp ima de alimen ación es la que de e mine el meno núme o de e apas y suele se aquella que coincide
(o más se ap oxime) a la composición en ese pla o.
En el diag ama x-y, la ec a de alimen ación aba ca odas las posibles in e secciones en e las ec as de ope ación
y de ago amien o, y queda de inida po la siguien e ecuación:
𝑦= 𝑞
1−𝑞∗𝑥𝐴+𝑥𝐴𝐹
1−𝑞
Es a ec a cuen a con pendien e nega i a, en nues o caso e ical (líquido sa u ado con q=1) y co a la diagonal
del diag ama en 𝑥𝐴=𝑥𝐴𝐹.
4.2.4. Cálculo de núme o de e apas: Mé odo g á ico
En es e apa ado se ep esen an la ROE, ROA y ec a de alimen ación en un diag ama de equilib io x-y de
e anol/agua a p esión cons an e y así ealiza el cálculo del núme o de e apas necesa ias pa a alcanza la
sepa ación.
La ec a q de alimen ación queda de inida po :
• El pun o (𝑧𝑓,𝑧𝑓)=(0.0207,0.0207).
• El pun o (𝑧𝑓
𝑞, 0)=(0.0207,0).
A con inuación, se ep esen a la ROE median e:
• El pun o (𝑥𝐷,𝑥𝐷)=(0.262 ,0.262).
• El pun o (0, 1
𝑅+1∗𝑥𝐷)=(0,0.147).
Donde R se calcula a pa i de Rmin, el e lujo pa a una si uación de núme o de núme o de e apas in ini o. Po
debajo de es a elación de e lujo no es posible ealiza la sepa ación eque ida.
Po lo an o, 1
𝑅+1 ∗𝑥𝐷 alcanza su alo más ele ado pa a R = Rmin.
G á icamen e, el pun o (0, 1
𝑅𝑚𝑖𝑛+1∗𝑥𝐷) se halla median e la in e sección de la ROE con la ec a de
alimen ación q y la cu a de equilib io. Siendo 1
𝑅𝑚𝑖𝑛+1 ∗𝑥𝐷=0,159 y en consecuencia Rmin = 0,648
Finalmen e, se aplica un ac o de segu idad y se mul iplica el e lujo mínimo po 1,2 dando luga a un e lujo
de R = 0,78.

49
Figu a 4-8. Cálculo de e lujo mínimo po mé odo g á ico.
Llegado a es e pun o, se ep esen a la ROA a a és de:
• El pun o (𝑥𝐵,𝑥𝐵)=(0.0015,0.0015).
• El pun o de in e sección en e la ROE y la ec a q.
50
Po úl imo, se calcula g á icamen e ( igu a 4-9) el núme o de e apas de equilib io. El esul ado es 𝑁 =8.
Figu a 4-9. Núme o de e apas eó icas po McCabe-Thiele (No mal y ampliado).
51
4.3. Simulaciones con Aspen Plus
En e los dis in os mé odos que incluye Aspen Plus, los modelos DSTWU y Rad ac son los más comúnmen e
usados pa a el diseño de columnas de des ilación simple y son los que se aplican a con inuación.
En p ime luga , el modelo DSTWU se u iliza pa a ene un conocimien o algo más gene al y comp oba cie os
aspec os del diseño de la columna como pueden se el núme o de e apas o la elación de e lujo mínimo.
En cambio, el modelo Rad ac p opo ciona una simulación más comple a y igu osa del diseño de la columna,
pudiendo así comp oba cómo se compo a la columna en cada una de las e apas o el in e cambio de calo que
se p oduce an o en el condensado como en el he ido .
Al igual que las an e io es simulaciones u ilizadas pa a ep esen a los diag amas de equilib io del agua y e anol,
el mé odo e modinámico u ilizado es el NRTL.
4.3.1. Modelo DSTWU
Es e mé odo de diseño de columnas simples de des ilación es á basado en el mé odo Winn-Unde wood-
Gilliland, uno de los mé odos co os más ampliamen e empleados en el diseño p elimina de columnas de
des ilación. Es e conside a lujos mola es de líquido y apo , así como apo ización y ola ilidades cons an es,
además e apas de equilib io adiabá icas.
Cabe menciona , que es e mé odo no suele se ecomendable pa a mezclas azeo ópicas o si las ola ilidades
ela i as a ían mucho en la o e, como es el caso de mezclas muy no ideales, po lo que es posible que algunas
es imaciones sean un an o pob es o se dis ancien de los cálculos p e iamen e ealizados en el p ediseño; sin
emba go, la ope ación anscu e en unas condiciones lejanas al compo amien o no ideal, po lo que la
compa ación en e los mé odos de simulación es in e esan e.
Se comienza in oduciendo los siguien es alo es de la co ien e de alimen ación.
Tabla 4-2. Especi icaciones de la co ien e de alimen ación en Aspen.
Flujo mola o al (mol/s)
33,17
Flujo mola e anol
0,0207
Flujo mola agua
0,9793
Tempe a u a (ºC)
42
P esión (ba )
1
A con inuación, se in oduce la p esión de ope ación en la columna y se especi ica que la o e se diseñe con una
elación de e lujo de 1,2 eces la elación de e lujo mínima.
Además, es necesa io in oduci la ecupe ación del cla e lige o y del cla e pesado con espec o al des ilado en
an o po uno, es deci :
𝑅𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑙𝑎𝑣𝑒 𝑙𝑖𝑔𝑒𝑟𝑜= 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑐𝑙𝑎𝑣𝑒 𝑙𝑖𝑔𝑒𝑟𝑜 𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑠𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑜
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑐𝑙𝑎𝑣𝑒 𝑙𝑖𝑔𝑒𝑟𝑜 𝑒𝑛 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛=2,43∗0,262
33,17∗0,0207=0,9272
52
𝑅𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑙𝑎𝑣𝑒 𝑝𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜 = 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑐𝑙𝑎𝑣𝑒 𝑝𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑠𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑜
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑐𝑙𝑎𝑣𝑒 𝑝𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛= 2,43∗(1−0,262)
33,17∗(1−0,0207)
=0,05520
Quedando así el diag ama de la columna y siendo las co ien es S1, S2 Y S3 las de alimen ación, des ilado y
ondo espec i amen e.
Figu a 4-10. Diag ama DSTWU.
Dando luga a los siguien es esul ados.
Tabla 4-3. Resul ados de simulación po el mé odo DSTWU.
Ra io de e lujo mínimo
1,27
Ra io de e lujo eal
1,49
E apas mínimas
2,38
E apas eales
5,76
Pla o de alimen ación.
4,24
Tª des ilado (ºC)
32,39
Tª ondo (ºC)
35,46
Po lo que según la simulación la columna debe ía ene un o al de N = 6 e apas de equilib io.
También exis e la posibilidad de impone el núme o de e apas en la columna pa a su simulación. En es e caso
el núme o de e apas queda es ablecido en la con igu ación de la columna y p opo ciona el a io de e lujo en su
luga .
Sin emba go, con el obje i o saca un mayo pa ido a la simulación, se es udia el a io de e lujo dependiendo
del núme o de e apas eó icas que enga la columna, espe ando las composiciones de las co ien es. Los
esul ados, p opo cionados po Aspen, se e lejan a con inuación.
53
Tabla 4-4. Ra io de e lujo en e a e apas eó icas p opo cionado po Aspen.
E apas de equilib io
Ra io de e lujo
3
5,37
4
2,34
5
1,73
6
1,47
7
1,40
8
1,37
9
1,35
10
1,33
11
1,32
De es e modo puede e se como cambia el e lujo a medida que se incluyen más e apas. Po ejemplo, pa a el
caso de N = 8, como es el del p ediseño, el e lujo es conside ablemen e mayo al es imado. De igual o ma,
pa a N = 6 e apas el e lujo es aún mayo , pues el e lujo adquie e un ca ác e in e samen e p opo cional al
núme o de e apas.
Es impo an e ene en cuen a que la elección de una buena elación de e lujo en la columna epe cu e
di ec amen e en el cos e capi al del equipo, que depende en g an medida del núme o y diáme o de los pla os y
los cos es de uncionamien o, de e minados po las necesidades de apo y agua de e ige ación, de mane a que
el caudal de apo necesa io po mol de p oduc o es di ec amen e p opo cional a (R + 1). Po lo que és e se á
mínimo cuando R sea igual a Rmin.
Además, o o aspec o ele an e a la ho a de aumen a la elación de e lujo es que disminuye el caudal de
des ilado, lo cual iene consecuencias económicas, aunque no es el obje i o p incipal, ya que disminuye la
can idad de p oduc o ecupe able y po lo an o la en abilidad del p oceso. Una elación de e lujo
excesi amen e al a implica un mayo consumo ene gé ico y po ende un mayo cos e ope a i o.
Gilliland, deduce una elación empí ica en e la elación de e lujo (R) y el núme o de e apas (n), en la que sólo
se equie en la elación de e lujo mínima (Rmin) y el núme o de e apas a e lujo o al (nmin), ep esen ada a
con inuación.

54
Figu a 4-11. Relación en e R y n (Towle y Sinno , 2007).
Po o o lado, el aumen o de la elación de e lujo en e al e lujo mínimo da luga en p incipio a una pequeña
educción del núme o de pla os necesa ios en la columna; sin emba go, el cos e aumen a pa a alo es muy
ele ados de R, pues el diáme o aumen a cons an emen e ya que la ca ga de apo es mayo . El condensado y
he ido ambién se án mayo es y po lo an o más ca os. En el diag ama a con inuación se ep esen an la cu a
A, que mues a los cos es de apo , la cu a B, que mues a los cos es ijos, y la cu a C, que ep esen a los
cos es o ales, con un alo mínimo co espondien e a la elación de e lujo más económica.
A pesa de que no exis e una elación sencilla en e Rmin y el alo óp imo, los alo es p ác icos de R suelen
se de 1,1 a 1,5 eces el mínimo, aunque se emplean alo es mucho mayo es, especialmen e en des ilaciones a
acío.
Figu a 4-12. Cos e apo (A), cos es ijos (B) y cos es o ales (C) (Towle y Sinno , 2007).
55
Además, los esul ados del balance de ma e ia en la columna se mues an a con inuación, jun o a los es imados
p e iamen e pa a acili a la compa ación.
Tabla 4-5. Compa a i a balances de ma e ia.
Alimen ación
Des ilado
Fondo
McCabe-Thiele
N = 8
Aspen Plus
N = 6
McCabe-Thiele
N = 8
Aspen Plus
N = 6
McCabe-Thiele
N = 8
Aspen Plus
N = 6
Caudal (mol/s)
33,17
33,17
2,43
2,42
30,74
30,74
F acción mola
e anol
0,020
0,020
0,26
0,26
0,0015
0,0016
Nó ese que el balance de ma e ia coincide po comple o con el calculado con McCabe-Thiele, una ez supe adas
las e apas que Aspen ha conside ado mínimas pa a que se cumplan las especi icaciones de pu eza en las
co ien es; sin emba go, es cie o que en o os alo es de diseño de la columna exis en amplias di e encias con
las es imadas en el p ediseño.
Teniendo en cuen a que el modelo DSTWU se queda algo co o de ca a a diseña una columna comple a, una
ez que enemos el diseño inicial, lo comp obamos simulando la o e de mane a igu osa con el modelo Rad ac.
4.3.2. Modelo RADFRAC
El modelo Rad ac pa e de un p ediseño y se basa en los esul ados ob enidos en el modelo DSTWU pa a
es ablece unos esul ados de diseño más comple os y igu osos.
En es e caso, las a iables in oducidas en las co ien es de alimen ación son las mismas que las del modelo
an e io ; sin emba go, aho a es posible especi ica has a cua o co ien es: una asociada a la alimen ación, o a
al he ido ( ondo) y dos asociadas al condensado . Los pue os de alimen ación y ondo son obliga o ios y
dependiendo del ipo de condensado se debe usa solo uno o los dos es an es. En es e caso (condensado o al),
se u iliza únicamen e el pue o in e io asociado al condensado pa a el des ilado, esul ando al y como se e leja
en el esquema a con inuación.
56
Figu a 4-13. Diag ama RADFRAC.
Po o o lado, las opciones pa a especi ica a iables son mucho más amplias que en el modelo an e io ,
pudiendo en e ellas manipula de alles de la con igu ación, co ien es y p esión.
Den o de la con igu ación se in oducen los siguien es da os:
• Calcula ion ype: Exis e la opción de Equilib ium y Ra e-Based. Selecciona la p ime a, u ilizada pa a
simula e apas de equilib io, en e a la segunda, que se usa pa a simula en base a coe icien es de
ans e encia.
• Numbe o s ages: Núme o de e apas de equilib io, incluyendo condensado y he ido . Una
ca ac e ís ica undamen al a ene en cuen a al con igu a es e modelo es que las e apas se enume an a
pa i del 1 empezando po el condensado . Como en nues o caso el condensado es o al, hab ía que
especi ica una e apa más que las ob enidas en el DSTWU.
Siguiendo los cálculos del núme o óp imo de e apas es imado en el modelo an e io , se especi ica un
o al de 6 + 1 = 7 e apas.
• Condense : Condensado o al.
• Reboile : Tipo Ke le (se compo a como una e apa de equilib io).
• Valid Phases: Tipo de equilib io conside ado en la o e. En nues o caso Liquido – Vapo .
• Con e gence: Es ánda .
• Ope a ing Speci ica ions: Deben in oduci se dos a iables de ope ación en e las dis in as posibles. En
es e caso se conside an la elación de e lujo ob enida en DSTWU y el caudal de uno de los p oduc os.
Conc e amen e, se escoge el caudal de des ilado en e al de colas, ya que és e es meno y mejo a la
con e gencia. La elación de e lujo ob enida en DSTWU es 1,47 pe o se in oduce un alo edondeado
de 1,5 ya que el mé odo DSTWU iende a subes ima la elación de e lujo mínima.
• Supone p esión cons an e en oda la columna, no hay pé dida de ca ga.
Además, ambién es necesa io es ablece el pla o de alimen ación eniendo en cuen a la con igu ación de la
columna en la simulación y de ini que se á in oducida “On s age”, como es ecuen e cuando és a es líquida,
pa a e i a el cálculo de la e apo ación lash. Po lo que la alimen ación en a en la e apa 5+1 = 6.
57
Como e a de espe a , el balance de ma e ia esul an e e lejado a con inuación coincide con el calculado en el
p ediseño y la simulación an e io .
Tabla 4-6. Balance de ma e ia simulación RADFRAC.
Alimen ación
Des ilado
Fondo
Caudal (mol/s)
33,17
2,42
30,74
F acción mola
e anol
0,020
0,26
0,0015
F acción mola
agua
0,97
0,73
0,99
Caudal (kg/h)
2220,58
221,87
1998,71
Median e el uso de la siguien e ecuación se calcula el endimien o de la ope ación pa a los dis in os casos
haciendo uso del balance de ma e ia:
𝜂 = 𝑥𝐷∗𝐷
𝑧𝑓∗𝑓 ∗100
Dando luga a los siguien es esul ados:
Tabla 4-7. Compa a i a endimien o de ope ación.
McCabe – Thiele
DSTWU
RadF ac
Rendimien o (%)
92,72
92,68
92,69
Se puede obse a cómo el e o ela i o es p ác icamen e nulo.
Además del balance de ma e ia, la simulación p opo ciona o os da os ele an es. Realizando un análisis gene al,
se comp ueba que el balance de masa se cie a co ec amen e, siendo el caudal de alimen ación la suma de las
co ien es de cabeza y ondo.
La co ien e de cabeza iene una acción mola de e anol de 23,70%, signi ica i amen e mayo que la acción
mola en la alimen ación (2,07%), lo que indica que la columna es á concen ando el alcohol en la co ien e de
cabeza. Po lo gene al, el hecho de que haya una can idad conside able de agua sugie e que el p oceso pod ía
necesi a op imización pa a maximiza la pu eza del des ilado; sin emba go, es e alo se encuen a den o de
los ípicos en la indus ia, ya que el subp oduc o que se ob iene de cabeza se des ina a la p oducción de inag es.
Po o o lado, la co ien e de ondo iene una acción mola de 0,36%, lo que cumple con el obje i o de
desalcoholización pa a las especi icaciones del p oduc o.
64
La egión de ope ación es á delimi ada po á eas donde ocu en enómenos indeseables. La o mación de conos
ocu e a a ios bajos de líquido, donde el apo empuja el líquido hacia a ás desde las anu as y pasa como una
co ien e con inua. Las bajas asas de apo esul an en un lujo de apo pulsan e o dumping.
Po el con a io, pa a angos al os de líquido algunas anu as expulsan líquido en luga de pasa apo . A pa i
de cie o pun o, la caída de p esión a a és de la placa es igual a la al u a del líquido en el bajan e, po lo que se
comienza a inunda la bandeja. Pa a a ios ele ados de apo , se p oduce un a as e excesi o de líquido en las
bu bujas hacia el pla o supe io .
Todos es os ac o es, además del diseño de la bandeja y los bajan es, a ec an al endimien o de la columna.
4.4.2 Columna de elleno
En es a ocasión, el in e io del equipo queda ocupado po un elleno. És e puede se de di e sas o mas como
anillos, sillas de mon a u o as con igu aciones especialmen e diseñadas pa a ene g an á ea supe icial y así
acili a la ans e encia. En las columnas de elleno, el líquido luye cons an emen e hacia abajo y el apo
cons an emen e hacia a iba, cons i uyendo así un sis ema en con aco ien e y con inuo, a di e encia de las
columnas de pla os en las que el p oceso de en iquecimien o es escalonado.
Po o o lado, no son adecuadas pa a la ope ación de líquidos sucios, con pa ículas en suspensión o de iscosidad
al a
Hay muchos ac o es a ene en cuen a a la ho a de diseña y/o selecciona el elleno de una columna. En el caso
de las des ilaciones a acío, las conside aciones de caídas de p esión pueden se de suma impo ancia. Además,
es posible que apa ezcan p oblemas asociados al humedecimien o del elleno debido a las bajas ca gas de
líquido, po lo que, en la p ác ica, es común aumen a la al u a de elleno calculada al ededo de un 40% pa a
compensa los p oblemas de mala dis ibución de líquido y humedecimien o.
También hay que conside a un amaño mínimo de elleno, de mane a que el diáme o medio del acío en e
ellos sea meno que el amaño medio de las go as. Es e diáme o se de e mina median e la ecuación:
𝑑𝑐𝑟𝑖𝑡 =2,42(𝜎
∆𝜌𝑔)0,5
Donde:
• 𝜎 es la ensión supe icial [𝑁/𝑚].
• ∆𝜌 es la di e encia de densidad en e las ases [𝑘𝑔/𝑚3].
• 𝑔 es la acele ación debida a la g a edad [𝑚/𝑠2].
El cálculo del diáme o se ealiza a pa i del ipo de elleno empleado en la o e, po lo que es impo an e
conoce los que exis en:
• Alea o ios: consis en en piezas de o mas ca ac e ís icas que se in oducen en la columna de mane a
alea o ia. Ac ualmen e son los más usados.

65
• Es uc u ados: se ca ac e izan po ga an iza una baja pé dida de ca ga po lo que comúnmen e se
emplean en ope aciones a acío. Además, ienen una al a e iciencia; sin emba go, ambién son los más
ca os.
• De pa illa o ed: su uso queda limi ado a ope aciones en las que exis e ans e encia de calo y/o en
ope aciones en las que se equie e al a esis encia a inc us aciones.
Además, en las columnas de elleno se in oduce el concep o de al u a equi alen e a un pla o eó ico (HETP).
Como odas las secciones del elleno son ísicamen e iguales, se asume que una e apa de equilib io co esponde
a una al u a de e minada de elleno. Po lo que la al u a de elleno necesa ia pa a cualquie sepa ación se ob iene
mul iplicando el HETP po el núme o de e apas ideales.
És e es un mé odo simple de ep esen ación que se ha usado ampliamen e como mé odo de diseño; sin emba go,
no se ha desa ollado mucho en la eo ía.
Cu iosamen e, pa a un ipo conc e o de elleno, el a io de HETP en e a la caída de p esión es bas an e
cons an e, po lo que las en ajas que se pudiesen ob ene educiendo el amaño del elleno se compensan con
una mayo caída de p esión. A con inuación, se puede e cómo el HETP p esen a alo es ela i amen e
cons an es en e a un amplio ango de lujos de apo pa a ellenos ípicos.
Figu a 4-18. HETP pa a un ango de lujos de apo en dis in os ellenos (Ba chha, 2023).
Cabe menciona que el ma e ial del elleno ambién es un ac o a de e mina en la ope ación. En e los di e en es
ma e iales de ab icación des acan el me al, la ce ámica y el plás ico.
4.4.3 Compa a i a
Finalmen e, se decide emplea una columna de elleno me álico pa a la ope ación de des ilación a acío. Tal y
como se ha expues o, las o es de elleno son ecuen emen e usadas pa a ope aciones en condiciones de acío
y p esen an en ajas ope acionales ales como la baja pé dida de ca ga o la meno deg adación del p oduc o
debido a un meno iempo de esidencia en el equipo. Además, el elleno me álico suele se la opción más
66
empleada cuando se abaja con sus ancias no co osi as, como es el caso, o eciendo mayo capacidad y
e iciencia, así como mayo a iedad de geome ías y esis encia.
También se iene en cuen a el mejo ap o echamien o del espacio al se necesa io po lo gene al un meno
diáme o de o e.
4.5 Dimensionado de la columna
Teniendo en cuen a lo desc i o an e io men e, se in oducen las dis in as a iables en Aspen. También se han
simulado o o ipo de ellenos, e incluso pla os, pa a así pode compa a los esul ados con dis in as
con igu aciones y e i ica lo es ablecido en apa ados an e io es.
Tabla 4-9. Compa a i a dimensionado de la columna.
Con igu ación
Tipo
Ma e ial
Dimensión
Diáme o de la
columna (m)
Relleno RASCHIG
CROSSFLGRD
Es uc u ado
Me álico
25 mm
0,243
Relleno KOCH
FLEXERAMIC
Es uc u ado
Ce ámico
88 mm
0,419
Relleno PALL RINGS
Alea o io
Me álico
90 mm
0,410
Relleno MTL INTALOX
Alea o io
Ce ámico
75 mm
0,437
Pla os BUBBLE CAP
-
-
-
0,544
Teniendo en cuen a las di e en es con igu aciones, se selecciona el elleno RASCHIG CROSSFLGRD ya que
es el que pe mi e el meno diáme o de columna, dando luga a un meno espacio eque ido y meno cos e de
ab icación. Además, el ma e ial me álico o ece al a esis encia é mica y mecánica, ideal pa a p ocesos a acío
como es el caso.
Hay que ene en cuen a que se ha seleccionado la opción óp ima de amaño (o sepa ación en e pla os en el
úl imo caso: 0,8 m) pa a cada una de las con igu aciones, de mane a que el diáme o de la columna es el meno
posible en odo momen o.
Además, pa a odos los casos el HETP es de 0,5 m.
En consecuencia, el elleno seleccionado y sus ca ac e ís icas son las siguien es:
• Tipo de elleno: Es uc u ado (RASCHIG CROSSFLGRD).
• Ma e ial del elleno: Me álico.
• Dimensión del elleno: 25 mm.
67
• Diáme o de la columna: 0,243 m.
Po lo que los esul ados apun an a que hemos seleccionado co ec amen e los dis in os pa áme os que
con o man el equipo, quedando inalmen e una columna de 0,243 me os de diáme o ap oximadamen e.
Pa a inaliza , se ealiza el p ediseño de los dis in os equipos auxilia es que componen el es o de la plan a.
68
5 EQUIPOS AUXILIARES Y HOJAS DE EQUIPOS
En es e apa ado se ealiza el dimensionamien o de los dis in os equipos auxilia es que con ibuyen al desa ollo
del p oceso, como son las bombas, anques de almacenamien o o in e cambiado es de calo , seguido en cada
uno de los casos po su co espondien e hoja de especi icaciones. Es as hojas desc iben las ca ac e ís icas del
equipo eal, seleccionado de un ca álogo come cial.
5.1. Bomba
Tal y como se ha desc i o en pun os an e io es, es necesa ia una bomba cen í uga pa a lle a a cabo la ope ación.
Pa a abo da su diseño básico se iene en cuen a ac o es como el caudal, al u a manomé ica, NPSH eque ido
y NPSH disponible, en e o os ac o es, pa a asegu a que la bomba cumple con las especi icaciones eque idas.
La al u a manomé ica o al (H) se calcula median e la suma de las di e en es pé didas de ca ga en ube ías y
acceso ios, así como la di e encia de al u a en e el ni el de succión y desca ga. En es e caso, se supone una
al u a manomé ica de 15 me os de columna de agua (mca).
Pa a maneja un caudal de 2250 L/h con es a al u a manomé ica una bomba cen í uga de una e apa es
gene almen e adecuada, especialmen e si se a a de un luido de baja iscosidad como la ce eza.
La po encia del mo o de la bomba se puede calcula usando la siguien e ó mula:
𝑃𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 = 𝜌∗𝑔∗𝑄∗𝐻
η𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 ∗1000=0,131 𝑘𝑊
Donde:
• ρ = Densidad del luido (kg/m³) (pa a la ce eza, asumimos ~1000 kg/m³).
• 𝑔 = Acele ación de la g a edad (9.81 m/s²).
• 𝑄 = Caudal olumé ico (m³/s).
• 𝐻 = Al u a manomé ica o al (m).
• 𝜂bomba = E iciencia de la bomba (suponemos un alo ípico de 70%).
Aho a conside ando una e iciencia del mo o del 90%, calculamos la po encia del eje:
𝑃𝑒𝑗𝑒 = 𝑃𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎
η𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 =0,146 𝑘𝑊
Pa a mayo segu idad y conside ando má genes de diseño, seleccionamos un mo o con po encia nominal
supe io al alo calculado, ípicamen e de 0,25 kW.
Su hoja de especi icaciones se mues a a con inuación.
69
BOMBA
Especi icación
Desc ipción
Tipo de bomba
Bomba cen í uga de una e apa
Modelo seleccionado
KSB Mul ieco 33
Caudal eque ido
2250 L/h (0.625 L/s)
Al u a Manomé ica To al (H)
15 m
Densidad del luido
1000 kg/m³ (agua o ce eza)
Po encia de la bomba (Pbomba)
0,131 kW
E iciencia de la bomba (ηbomba)
70%
Po encia del Mo o
0,25 kW
Ma e ial
Ace o inoxidable
Vol aje de ope ación
230 V/50 Hz
Tempe a u a máxima del luido
50 ºC
Conexiones
En ada G 1 (DN25)
Peso de la bomba
11,3 kg
Tipo de ins alación
Fija
P esión máxima
10 ba
NPSH eque ido
2 m

70
5.2. Tanques de almacenamien o
Pa a dimensiona un anque de almacenamien o pa a un lujo de alimen ación de 2250 l/h, hay a ios ac o es a
conside a , incluyendo el iempo de e ención, el ipo de p oceso, na u aleza del luido, y posibles luc uaciones
en la en ada y salida del anque.
Se comienza calculando el olumen eque ido:
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 (𝑙)= 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 (𝑙
ℎ) ∗ 𝑡𝑅 (ℎ)
Donde:
• Caudal = 2250 (l/h) de alimen ación
• 𝑡𝑅 = Tiempo de e ención = 6 h.
El iempo de e ención depende del p opósi o del anque. Los alo es ípicos oscilan en e 4 y 8 ho as pa a
anques in e medios, como es el caso, aunque puede a ia según las necesidades especí icas. Se asume en onces
un iempo de e ención de 6 ho as.
A es e olumen se le aplica un ac o de segu idad del 20%, po lo que inalmen e queda:
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 (𝑙)= 2250∗6∗1,2=16200 𝑙 =16,2 𝑚3
Análogamen e se calculan las dimensiones necesa ias pa a los anques elacionados con el p oduc o y
subp oduc o, con caudales de 250 y 2000 (l/h) espec i amen e:
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛2 (𝑙)= 250∗6∗1,2=1800 𝑙 =1,8 𝑚3
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛3 (𝑙)= 2000∗6∗1,2=14400 𝑙 =14,4 𝑚3
Su hoja de especi icaciones se mues a a con inuación.
71
TANQUE DE ALMACENAMIENTO
Especi icación
Desc ipción
Tipo de anque
Cilínd ico e ical
Capacidad nominal
16,2 m³ (16,200 li os)
Aplicación
Almacenamien o de líquido en p ocesos de
alimen ación con inua
Ma e ial
Ace o inoxidable
Dimensiones
2,2 m de diáme o y 4,2 m de al u a
Diseño del ondo
Fondo cónico
P esión de ope ación
P esión a mos é ica
Conexiones
En ada y salida de 2 pulgadas oscadas ipo BSP
Tempe a u a de ope ación
De 0 ºC a 80 ºC
Acceso ios
Vál ula de en ilación, indicado de ni el, boca de
acceso pa a man enimien o
Ce i icación
Fab icado según no mas ASME pa a equipos a
p esión
P o eedo
Gpi Tanks
Fac o de segu idad
20%
Tiempo de e ención
6 ho as
72
5.3. In e cambiado de calo
Pa a dimensiona el in e cambiado de calo de placas necesa io pa a calen a el caudal de ce eza de 2250 L/h
desde su empe a u a de almacenamien o has a 42ºC, se siguen a ios pasos que incluyen de e mina la ca ga
é mica, el luido de calen amien o, y es ima el á ea de in e cambio é mico.
Pa iendo de los siguien es da os:
• Caudal ce eza = 2250 l/h de mezcla de e anol (6,4% en olumen) y agua.
• Tempe a u a inicial de la ce eza (almacenamien o): 𝑇𝑖𝑛≈20 ºC.
• Tempe a u a inal de la ce eza: 𝑇𝑜𝑢𝑡 =42 ºC.
• Caudal agua = 3000 l/h (supues o).
• Tempe a u a inicial del luido secunda io (agua): 𝑇𝑎𝑔𝑢𝑎,𝑖𝑛=60 ºC (supues o).
• Densidad del agua: ρ = 1000 kg/m3.
• Densidad del e anol: ρ = 789 kg/m3.
• Capacidad calo í ica especí ica del agua: Cp = 4,18 kJ/kg ºC.
• Capacidad calo í ica especí ica del e anol: Cp = 2,44 kJ/kg ºC.
Se comienza calculando las p opiedades ísicas de la mezcla y el lujo másico de la misma.
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 ρ=(0,936∗1000 g
l)+(0,064∗789 𝑔
𝑙)=986,5 𝑔
𝑙
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 Cp=(0,936∗4,18)+(0,064∗2,44)=3,91 𝑘𝐽
𝑘𝑔 º𝐶
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑚á𝑠𝑖𝑐𝑜 𝑚󰇗 =2250 𝑙
ℎ∗986,5 𝑔
𝑙∗1
1000𝑘𝑔
𝑔 ∗ 1
3600ℎ
𝑠=0,617𝑘𝑔
𝑠
Y la ene gía necesa ia pa a lle a la ce eza has a los 42 ºC, a pa i de la siguien e exp esión:
𝑄 = 𝑚󰇗 ∗ 𝐶𝑝∗∆𝑇
Donde:
• 𝑚󰇗 es el caudal másico de ce eza (kg/s).
• 𝐶𝑝 la capacidad calo í ica especí ica de la ce eza (kJ/kg ºC)
• ∆𝑇=𝑇𝑜𝑢𝑡−𝑇𝑖𝑛 es la di e encia de empe a u a a la en ada y salida.
Nos queda:
73
𝑄 = 0,617∗3,91∗(42−20)=53,05 𝑘𝐽
𝑠=53,05 𝑘𝑊
Median e un balance de ene gía, se calcula la empe a u a de salida del agua u ilizada como luido de
calen amien o:
53,05 𝑘𝑊 =3000
3600𝑘𝑔
𝑠∗4,18 𝑘𝐽
𝑘𝑔 º𝐶∗(60−𝑇𝑎𝑔𝑢𝑎,𝑜𝑢𝑡)
𝑇𝑎𝑔𝑢𝑎,𝑜𝑢𝑡=44,7 º𝐶
A con inuación, se es ima el coe icien e global de ans e encia de calo (U). És e depende de a ios ac o es
como los luidos in oluc ados, el ipo de in e cambiado de calo , condiciones de ope ación y la na u aleza de
las supe icies de ans e encia.
Gene almen e, pa a in e cambiado es de calo de placas que ope an con líquidos en con aco ien e en
condiciones ípicas, los alo es de U se encuen an en e los 300 y 1000 W/m2*K.
En es e caso, se supone un alo de 500 W/m2*K.
Finalmen e, pa a calcula el á ea del in e cambiado , se necesi a la di e encia de empe a u a loga í mica media:
∆𝑇𝑙𝑜𝑔 = (𝑇𝑎𝑔𝑢𝑎,𝑖𝑛−𝑇𝑜𝑢𝑡)−(𝑇𝑎𝑔𝑢𝑎,𝑜𝑢𝑡−𝑇𝑖𝑛)
ln(𝑇𝑎𝑔𝑢𝑎,𝑖𝑛−𝑇𝑜𝑢𝑡)
(𝑇𝑎𝑔𝑢𝑎,𝑜𝑢𝑡−𝑇𝑖𝑛)
∆𝑇𝑙𝑜𝑔 =(60−42)−(44,7−20)
ln (60−42)
(44,7−20)=21,17 º𝐶
Que in oducimos en la exp esión pa a el cálculo del á ea:
𝐴= 𝑄
𝑈∗∆𝑇𝑙𝑜𝑔 =53,05 𝑘𝑊
0,5 𝑘𝑤
𝑚2𝐾∗21,17 º𝐶 =5,012 𝑚2
Con lo que concluye la ase de diseño y dimensionamien o de los equipos de la plan a de desalcoholización de
ce eza.
Su hoja de especi icaciones se mues a a con inuación.