Optimización de Procesos Híbridos Destilación/Membranas

La pervaporación es un proceso de separación basado en membranas con importantes aplicaciones en la deshidratación de compuestos orgánicos, en particular los que forman azeótropos con agua (tales como el etanol y el isopropanol). Desafortunadamente, el uso de membranas como una unidad de proceso independiente ha resultado satisfactorio solamente para un número muy reducido de casos de interés industrial. La principal razón que desalienta la adopción esta tecnología a escala industrial se debe al relativamente elevado costo de inversión del módulo de membrana.Sin embargo, el acople de una unidad de pervaporación con procesos convencionales de separación ha permitido en muchos casos que el proceso híbrido resultante sea económicamente viable. Tal es el caso del proceso híbrido destilación-pervaporación, el cual se beneficia de las ventajas especiales de cada proceso: el bajo costo de la destilación en las regiones donde la diferencia de volatilidades relativas entre los componentes de la mezcla a separar es grande, y la independencia de la pervaporación del equilibrio líquido-vapor. Más aún, la característica más notoria de la pervaporación es su demanda relativamente pequeña de energía comparada con la correspondiente a la de la destilación, haciendo que el proceso híbrido destilación-pervaporación presente ventajas desde el punto de vista energético respecto del proceso convencional de destilación.En esta tesis se estudia la factibilidad técnica-económica del proceso híbrido destilación-pervaporación aplicado a cuatro diferentes casos de separación de interés industrial:En primer lugar se estudia la incorporación de membranas de pervaporación en la producción de biocombustibles; específicamente, en las etapas de fermentación y deshidratación de etanol. Mientras que una unidad membrana hidrofóbica permite la remoción continua de alcohol del fermentador, un tren de separación conformado por una unidad de membrana hidrofílica y una columna de destilación es utilizado para llevar a cabo la deshidratación del bioetanol. El segundo caso de aplicación analiza distintas configuraciones del proceso híbrido para la separación de la mezcla azeotrópica metanol-acetato de metilo, de interés en la producción de alcohol polivinílico. En este estudio se incluyen resultados experimentales de flujo y selectividad para una membrana aún no reportada en la literatura. Los últimos dos casos de estudio consideran la recuperación de los solventes isopropanol y acetona de su mezcla con agua, los cuales provienen de corrientes de desecho de industrias que hacen un uso intensivo de solventes como la industria farmacéutica. En ambos casos se compara la recuperación del solvente mediante un proceso híbrido destilación-pervaporación con una alternativa que considera la preconcentración del solvente y su posterior incineración.A fin de realizar una adecuada comparación entre las distintas alternativas de proceso consideradas en cada caso de aplicación se propone que el desempeño de cada alternativa sea valorado considerando el costo total correspondiente al diseño óptimo del proceso global de separación. Los diseños óptimos o cuasi-óptimos correspondientes a cada alternativa se obtienen mediante una metodología de optimización basada en el modelado conceptual de las operaciones unitarias involucradas. Para los casos de recuperación de solventes, además de evaluar la economía del proceso, se considera también la repercusión de las alternativas tecnológicas sobre el medio ambiente mediante un análisis del ciclo de vida del proceso global.Finalmente, se arribó a la conclusión de que tanto la optimización de procesos con la ayuda de modelos conceptuales y el análisis de ciclo de vida son herramientas claves en la selección de las mejores alternativas de proceso en todos los casos de aplicación considerados.Fil: Figueroa Paredes, Danilo Alexander. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; Argentin

Equilibrium, thermodynamic and kinetic models for the adsorption of red 40 onto corn cob

La adsorción es un método ampliamente utilizado para el tratamiento de contaminantes disueltos. Diversos residuos agroindustriales han sido explorados como potenciales adsorbentes, mostrando alta eficiencia en la eliminación de colorantes. Para el escalado de este proceso se requieren modelos cinéticos y de equilibrio para cada pareja adsorbato-adsorbente. En este trabajo se evaluaron el equilibrio, la cinética y la termodinámica del sistema tuza de maíz-rojo 40 bajo sistema discontinuo a pH = 2.0 a las temperaturas de 25, 40 y 55 °C. Los modelos de Langmuir, Freundlich y Temkin fueron seleccionados para la representación de las isotermas, en tanto que las ecuaciones de Lagergren, Ho y Elovich, para la cinética del proceso. El modelo de Freundlich presentó el mejor ajuste a las isotermas, la cinética de adsorción fue mejor descrita por la ecuación de Ho y los valores para la energía libre de Gibbs, y la entropía señalaron la espontaneidad y factibilidad del proceso.Adsorption is a widely used method for treatment of dissolved pollutants. Diverse agro-industrial wastes have been explored as potential adsorbents, showing high efficiency in the removal of dyes. To scale this process kinetic and equilibrium models for each pair adsorbate-adsorbent are required. In this work the equilibrium, kinetics and thermodynamic of the corn cob - red 40 system under batch system at pH 2.0 at temperatures of 25, 40 and 55 °C were evaluated. Langmuir, Freundlich and Temkin models were selected to represent the isotherms, while Lagergren, Ho and Elovich equations for kinetics of the process. Freundlich model provided the best fit to the isotherms, while the adsorption kinetics was best described by the Ho equation and the values for the Gibbs free energy and entropy indicated the spontaneity and feasibility of the process.Fil: Figueroa Paredes, Danilo Alexander. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño (i); Argentina. Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ciencias. Escuela de Química; ColombiaFil: Moreno, Anderson. Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ciencias. Escuela de Química; ColombiaFil: Hormaza, Angelina. Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ciencias. Escuela de Química; Colombi

Gestión del conocimiento: perspectiva multidisciplinaria. Volumen 12

El libro “Gestión del Conocimiento. Perspectiva Multidisciplinaria”, Volumen 12, de la Colección Unión Global, es resultado de investigaciones. Los capítulos del libro, son resultados de investigaciones desarrolladas por sus autores. El libro cuenta con el apoyo de los grupos de investigación: Universidad Sur del Lago “Jesús María Semprúm” (UNESUR), Zulia – Venezuela; Universidad Politécnica Territorial de Falcón Alonso Gamero (UPTAG), Falcón – Venezuela; Universidad Politécnica Territorial de Mérida Kleber Ramírez (UPTM), Mérida – Venezuela; Universidad Guanajuato (UG) - Campus Celaya - Salvatierra - Cuerpo Académico de Biodesarrollo y Bioeconomía en las Organizaciones y Políticas Públicas (C.A.B.B.O.P.P), Guanajuato – México; Centro de Altos Estudios de Venezuela (CEALEVE), Zulia – Venezuela, Centro Integral de Formación Educativa Especializada del Sur (CIFE - SUR) - Zulia - Venezuela, Centro de Investigaciones Internacionales SAS (CIN), Antioquia - Colombia.y diferentes grupos de investigación del ámbito nacional e internacional que hoy se unen para estrechar vínculos investigativos, para que sus aportes científicos formen parte de los libros que se publiquen en formatos digital e impreso

Pervaporative recovery of aroma compounds in the production of non-alcoholic beers: Incorporation of different condensation strategies into the conceptual design of the process

The study carried out in the present work focused on the conceptual design of the aroma recovery stage of from a lager beer by pervaporation with a PDMS membrane taking into account the condensation step. First, using laboratory-scale experiments, the performance of the Pervatech PDMS membrane was measured in terms of aroma recovery, ratio of higher alcohols to esters (A/E ratio), ethanol flux and overall flux for different operating conditions. In addition, model was obtained that adequately characterized the fluxes through the membrane as a function of temperature and permeate pressure. This model allowed estimating the membrane area requirements for different operating conditions. Secondly, the possibility of using two partial condensers in the condensation stage to approximate the A/E ratio of a lager beer was explored through simulations. Influence of operating conditions and presence of CO2 and air on values for the A/E ratio, the overall fractional recovery of aroma compounds and the economics of the process were modeled. Both the case of mixing condensates obtained from the two condensers and that of an optimal combination of condensates were taken into account in order to approximate the A/E ratio of the lager beer. The best alternative for this variant was the one corresponding to the operating conditions of 30 °C temperature and a pressure of 2.13 kPa for the pervaporation stage, with two partial condensers in series operating at −5 °C and −46 °C, respectively. In this way, two condensates would be obtained which, when combined in a 0.43/1 ratio for subsequent reincorporation into the dealcoholized beer, would result in a product maintaining the (A/E) ratio of the original beer. Under these conditions, a recovery of 14.1% of aromas would be achieved with a total cost of 0.1070 USD/L. Finally, the state-of-the-art alternative consisting of two total condensers condensers in parallel working out of phase was also considered. Results indicate that, if properly designed, the A/E ratio obtained at lab scale level would coincide with that achieved after total condensation and thus, the adjustability of the ratio of higher alcohols to esters would decrease with respect to that achieved when partial condensers are used. Although the use of a total condenser results in more expensive designs, this alternative is very advantageous in terms of overall aroma recovery and process feasibility. From the results obtained, the importance of developing conceptual models that make use of both experimental runs of the aroma recovery process at laboratory scale and simulations of the condensation process from parameters corresponding to the vapour-liquid equilibrium of the multi-component system can be deduced.Fil: Figueroa Paredes, Danilo Alexander. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Sánchez, Ramiro Julián. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Magariño, Micaela. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Departamento de Ingeniería Química. Núcleo de Investigación y Desarrollo de Tecnología de Alimentos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Espinosa, Hector Jose Maria. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; Argentin

On the conceptual modeling, economic analysis and life cycle assessment of partial dealcoholization alternatives of bitter extracts

In this paper, we will analyze the economic and environmental performance of three different technologies for the on-site concentration of a bitter extract of herbs with simultaneous reduction of its alcoholic content to be able to obtain a beverage without alcohol off-site through the addition of deionized water. A base case, in which the bitter extract from the herbs extraction process is transported to the blending-bottling plant without any treatment is also considered.In all cases, the conceptual design of each alternative will resort to models built from experiments at lab scale.For the case of nanofiltration with the membrane NF99 HF (Alfa Laval, Sweden), a model allowing the estimation of the overall permeation coefficient and the variation of the osmotic pressure difference throughout the process was developed. For the scaling-up of this variant, the pressure loss issue was taken into account.Pervaporation with membranes PERVAP 4060 (Sulzer Chemtech, Switzerland) and Pervatech PDMS (Pervatech BV, The Netherlands) was also studied including a scaling-up incorporating the heat integration between the retentate stream entering the membrane module and the permeate stream condensed via a vapor compression refrigeration system.Finally, simple distillation was also investigated due to a favorable separation factor of ethanol at moderate operating pressures, availability of this technology and ease of operation.A remarkable outcome of our research is that for each technology we were able to find operating windows where both economic and environmental benefits can be achieved with respect to the base case. Whereas the environmental performance of each technology was evaluated resorting to life cycle analysis, its economic feasibility was assessed through economic indicators such as the payback period and the internal rate of return IRR.The best economic and environmental scores were reached by the nanofiltration variant operated at intermediate pressures. The payback period for this alternative was just 3 years with an IRR of 31% considering a lifetime of 10 years. The environmental benefits of adopting to this technology were clearly reflected in the results of the life cycle assessment.Fil: Laoretani, Daniela Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Sánchez, Ramiro Julián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Figueroa Paredes, Danilo Alexander. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Iribarren, Oscar Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Espinosa, Hector Jose Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; Argentina. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería Química; Argentin

Conceptual model-based design and environmental evaluation of waste solvent technologies: Application to the separation of the mixture acetone-water

In this paper, two waste solvent technologies are presented as alternatives to the disposal of spent acetone-water mixtures. In the first alternative, a batch rectifier is used to concentrate the waste in order to obtain a distillate with a higher calorific value, which is then sent to off-site incineration either in a cement kiln or in a conventional waste solvent incinerator. The second alternative is a hybrid process composed by a batch rectifier and a pervaporation unit that processes in batchwise mode the first cut from the distillation task to obtain a dehydrated solvent. Here, four scenarios are considered, comprising two kinds of membrane materials and two different vacuum systems. For each alternative, the conceptual design was carried out with the aid of conceptual models of the unit operations involved. Quasi-optimal values for design and operation variables were used as input data to perform an economical and an environmental assessment of each alternative. The economic analysis suggests that the hybrid process is the best alternative given that the replacement cost of fresh solvent (about 850 U$S/ton) is considered as a credit value. From the environmental analysis with life cycle assessment, two main conclusions can be drawn: i) the use of the distillate as an alternative fuel in a cement kiln leads to a reduction in emissions that is relevant for the categories related to human health and ecosystem quality; and ii) in terms of resource depletion, the hybrid process distillation/pervaporation with the ceramic membrane HybSi (Pervatech) shows the lowest impact due to the solvent recovery. © 2018 Taylor & Francis

Screening of pervaporation membranes with the aid of conceptual models: An application to bioethanol production

In this paper, we assess the performance of a given hydrophobic membrane from the conceptual design of a hybrid process formed by the hydrophobic membrane itself and the separation train located downstream. To this end, a single pervaporation experiment with a model ethanol?water mixture is needed to estimate the minimum area requirement of the hydrophobic membrane. Short-cut methods, on the other hand, can be used to estimate the minimum number of stages and reflux ratio of the distillation column. Estimation of the minimum area requirement for a hydrophilic membrane, which is considered to overcome the azeotropic composition, requires the integration of a spatially one-dimensional isothermal mass transfer model of the unit until the desired biofuel purity is achieved in the corresponding retentate stream.The idea behind the approach is that the performance of a given membrane must be measured taking into account the overall hybrid process given that the hydrophobic membrane itself performs only a part of the desired separation.The hybrid process is then assessed on the basis of a cost estimate using the minimum membrane areas of the two membrane units together with minimum number of stages and minimum reflux ratio of the distillation column among other structural and operating variables.The outcome allows for the screening of pervaporation membranes, and yields valuable insights into the nature of the process as well as the constraints that a hybrid process may face. Membranes can be assessed based on their overall process performance by this method; only the subset of membranes presenting the best economic figures can be considered for a further analysis.Fil: Sosa, María Angélica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Figueroa Paredes, Danilo Alexander. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Basilico, Juan Carlos. Universidad Nacional del Litoral; ArgentinaFil: Van der Bruggen, Bart. Department of Chemical Engineering, ProcESS – Process Engineering for Sustainable Systems; BélgicaFil: Espinosa, Hector Jose Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; Argentin

Enriching the conceptual modelling approach with environmental considerations: Application to the partial dealcoholization of wines

In this work, and based on results from conceptual models, an environmental impact assessment was carried out using the ReCiPe midpoint and endpoint methodology for technologies in the partial dealcoholization of wines; namely, evaporative pertraction (EP), nanofiltration (NF), reverse osmosis (RO), pervaporation (PV), pervaporation with heat integration (PVHI) and spinning cone column (SCC). While the first three technologies are analyzed in their hybrid process version including a distillation stage, the PVHI variant considers the energy integration between the retentate and permeate streams through a vapor compression refrigeration system. In all cases, a decrease of ca. two percent points of alcohol in volume is considered. With the same input data the utility costs of each variant were also estimated. In this way, trade-offs between the economic and environmental performance of each alternative were addressed. In all cases, both a partially dealcoholized wine and an ethanol-rich effluent (50 % by volume or more) were obtained with the last sent to a distillery for material valorization. Regardless of the end point chosen, the PVHI variant showed the best environmental performance and thus was the most environmentally friendly alternative followed by variants SCC, PV, RO, NF and EP. On the other hand, from perspective based on utility costs results showed that the SCC variant requires the lowest costs, followed by the PVHI, PV, EP, RO and NF alternatives, respectively. From both economic and environmental point of view EP, NF and RO and were the worst alternatives given by the relatively high steam and cooling water consumptions required for these technologies to both achieve an alcohol-rich distillate with and a reduction in deionized water consumption of the corresponding partial dealcoholization step. In contrast, due to the high ethanol selectivity of the PDMS membrane used in experiments and the high ethanol recovery in conjunction with a high distillate composition achieved in the spinning cone column made alternatives PVHI and SCC as the better ones both in environmental and economic standpoints. It is precisely the possibility of heat integration of the pervaporation that accounts for the better environmental performance of the PVHI variant.Fil: Figueroa Paredes, Danilo Alexander. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Sánchez, Ramiro Julián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; Argentina. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Morero, Betzabet del Valle. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Fernández, María Belén. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Departamento de Ingeniería Química. Núcleo de Investigación y Desarrollo de Tecnología de Alimentos; ArgentinaFil: Espinosa, Hector Jose Maria. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; Argentin

Screening of pervaporation membranes for the separation of methanol-methyl acetate mixtures: An approach based on the conceptual design of the pervaporation-distillation hybrid process

In this work, the pervaporation-distillation hybrid process is proposed to accomplish the separation of the azeotropic mixture methanol-methyl acetate.First, the separation performance of four membranes of a medium-high flux (Pervap 2256, Pervap 2255-30, PolyAl TypM1 and PolyAn) is analyzed with the aid the pervaporation separation index (PSI). For the commercial Pervap 2256 membrane, pervaporation experiments were conducted to characterize its separation performance especially at compositions of the mixture around the azeotrope.Then, a novel screening approach, which is based on the overall cost of the separation corresponding to the optimal Hybrid process design, is proposed. For feed compositions in the range 0.1?0.9 mol/mol, several process configurations are optimized varying the compositions of the retentate and distillate streams. Quasi-optimal operation temperatures, with correspond to maximum feasible ones, are 348.15 K for the Pervap membranes and 363.15 K for the PolyAn membranes, respectively. The studied membranes are successfully and consistently classified by their respective total cost. The designs corresponding to PolyAl TypM1 and Pervap 2256 membranes present the lowest overall costs.Finally, detailed costs of the vacuum condensing system were also taken into account for the case of the Pervap 2256 membrane to include the permeate pressure as an optimization variable. The optimal value of the permeate pressure is 100 mbar and the corresponding condensation temperature is about 272 K.Fil: Figueroa Paredes, Danilo Alexander. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Laoretani, Daniela Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Zelin, Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigaciones en Catálisis y Petroquímica ; ArgentinaFil: Vargas, Rafael Roque Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Vecchietti, Aldo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Espinosa, Hector Jose Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; Argentin

Screening of membrane technologies in concentration of bitter extracts with simultaneous alcohol recovery: An approach including both economic and environmental issues

In this paper, concentration of a bitter extract with simultaneous recovery of ethanol via either nanofiltration or pervaporation is studied from economic and environmental standpoints. The production of a bitter non-alcoholic beverage requires an extraction plant to produce the bitter extract, and a blending-bottling plant that produces the final product. The processes under study are composed by a feed tank coupled to either a nanofiltration or a pervaporation membrane and operated in batchwise form. While the ethanol contained in the permeate is recycled to the main extraction process, the content of the feed tank at the end of the batch is sent to the bottling plant. There, it is diluted with deionized water to produce 1.1 E + 08 L/year of a non-alcoholic beverage. Apart from a base case in which the bitter extract produced in the extraction plant is sent directly to the blending-bottling plant, the economic and environmental performance of two nanofiltration variants using the membrane NF99 HF (Alfa Laval) and two pervaporation alternatives employing PDMS membranes from Sulzer Chemtech and Pervatech BV are deeply investigated within the framework of a screening methodology that can be applied to different membrane technologies and membrane materials. Beginning from experiments at laboratory scale of each process alternative, the corresponding conceptual designs are performed for different values of the main optimization variable; i.e., the nanofiltration/pervaporation advance defined as the ratio between the amounts of permeate (kg) and the feed charge (kg). From results at conceptual design level, economic figures and environmental scores are obtained from an economic model and a life cycle analysis (LCA), respectively. From the results obtained, the different studied alternatives are ranked from both economic and environmental standpoints. Nanofiltration with the membrane NF99 HF (30 °C and 16 bar) showed the best economic and environmental performance. On the other hand, pervaporation with PDMS membranes may be a suitable choice whenever the operating conditions allow for heat integration between the retentate and the permeate. Finally, the relevance of both process optimization with the aid of conceptual models and LCA as key tools in the screening procedure is highlighted.Fil: Figueroa Paredes, Danilo Alexander. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Laoretani, Daniela Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Morero, Betzabet del Valle. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Sánchez, Ramiro Julián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Iribarren, Oscar Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Espinosa, Hector Jose Maria. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; Argentin