Technical-Economic Study of the Esterification Process of Used Vegetable Oils (UVOs) using Heat Exchange Networks (HENs)

The objective in this study was to conduct a technical-economic study of theesterification process of used vegetable oils (UVOs) for the production of biodiesel from the pointof view of energy savings achieved by implementing heat exchange networks (HENs). Usedvegetable oils (UVOs) can be employed as an input in the production of biodiesel by catalytictransesterification. But, previously it is necessary to reduce its level of free fat acids (FFA) by theacid-catalyzed esterification process in order to prevent undesirable saponification reaction. Tocarrying out an optimal design of the technology required in the process, simulation tools have animportant role for process engineering and optimization of resources. Computer programs such asAspen Plus and Aspen Energy Analyzer provide an environment to perform process modelingand network design optimal heat exchange. In this paper, from the Aspen Plus simulation of theprocess of catalytic esterification in acid medium of UVOs, the technical-economic evaluationprocess was conducted with and without network of heat exchange in order to analyze the differentinvestment options. The comparison of the two projects (with and without the implementation ofHENs) was performed by determining the net present value (NPV). On the scale set for the project,the total cost of the equipment of heat exchange for the esterification process designed with HENswas US$ 4,782.50 higher than the corresponding to the process without HENs application.However, it should be noted that the cost of services decreased by 30% annually, and on the otherhand, comparing the process, it was observed that the NPV of the HENs process was 29.5% higher,which leads to the conclusion that the project which includes heat exchange networks is technicallyand economically feasible.Fil: Laborde, María Fernanda. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Grupo Tecnologías de Semillas; ArgentinaFil: Serna Gonzalez, Medardo. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo; MéxicoFil: Pagano, Ana Maria. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Grupo Tecnologías de Semillas; ArgentinaFil: Gely, María Cristina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Grupo Tecnologías de Semillas; Argentin

Optimization of the esterification process of waste cooking oils for producing biodiesel

Este trabajo describe la optimización del proceso de esterificación de aceites vegetales usados (AVUs) para la producción de biodiesel a partir de un análisis estructural mediante simulación. La optimización energética se determinó mediante una formulación matemática, y posterior resolución mediante GAMS®. Se analizaron dos alternativas tecnológicas. La Alternativa 1 incluye el proceso de esterificación aplicando una torre de lavado a la salida del reactor, mientras que la Alternativa 2 aplica un decantador a la salida del reactor. Se determinó que la Alternativa 2 fue la mejor opción debido a que el costo de servicios totales anuales fue menor. Para la optimización energética del proceso seleccionado, se incorporó una bomba de calor entre las corrientes del condensador y del rehervidor de la torre de destilación y se diseñó una red de intercambio calórico entre las corrientes del proceso, esta propuesta permitiría un ahorro energético de servicios externos de 64,21%.Fil: Laborde, María Fernanda. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Grupo Tecnologías de Semillas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Serna Gonzalez, Medardo. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo; MéxicoFil: Ponce Ortega, José María. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo; MéxicoFil: Pagano, Ana Maria. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Grupo Tecnologías de Semillas; ArgentinaFil: Gely, María Cristina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Grupo Tecnologías de Semillas; Argentin

Herramientas de Simulación Aplicadas a la Optimización Energética de Procesos en Ingeniería Química. Caso de estudio: Etapa de Esterificación en la Obtención de Biodiesel 2G

En este trabajo se presenta el empleo de herramientas de simulación de ingeniería química aplicadas a la optimización energética de un caso de estudio: la obtención de biodiesel de segunda generación (2G) a partir de aceites vegetales usados (AVUs). Se diseña una red de intercambio de calor (RIC) para minimizar el uso de servicios requeridos en la etapa de esterificación catalítica de los AVUs. El proceso se simula por medio del software Aspen Plus para una capacidad de procesamiento de 680,7 kg/h de AVUs, considerando que los aceites vegetales usados están compuestos por una mezcla de 72,82% de aceite de girasol y 27,13% de aceite de soja, constituidos por sus triglicéridos mayoritarios trilinoleína y trioleína (78% y 22% para el girasol, 70% y 30% para la soja, respectivamente). Para obtener la RIC se aplica una superestructura constituida con todas las corrientes del proceso de esterificación, la cual se resuelve con el software GAMS. Asimismo, se analizan otras posibles alternativas de diseño como bomba de calor y/o ciclos Rankine orgánico. Mediante la aplicación de la RIC se logra disminuir el 28% en el uso de servicios externos.This paper presents the use of chemical engineering simulation tools applied to the energy optimization of a case study: obtaining second generation biodiesel (2G) from waste vegetable oils (WCO). A heat exchange network (HEN) is designed to minimize the use of services required in the catalytic esterification stage of WCO. The process is simulated by mean of Aspen PlusTM software for a processing capacity of 680.7 kg/h of WCO, considering that they are composed of a mixture of 72.82% of sunflower oil and 27.13 of soybean oil, constituted these oils by the main triglycerides trilinolein and triolein (78% and 22% for sunflower oil; 70% and 30% for soybean oil, respectively). A superstructure with all streams of the esterification process is applied to obtain the heat exchange network (HEN), which is solved by GAMS TM software. Other possible design alternatives such as heat pumps and / or organic Rankine cycles are also analyzed. By mean of the application of HEN, a reduction of 28% in the use of external services is achieved.Fil: Laborde, María Fernanda. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Grupo Tecnologías de Semillas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Serna Gonzalez, Medardo. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo; MéxicoFil: Ponce Ortega, José María. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo; MéxicoFil: Gely, María Cristina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Grupo Tecnologías de Semillas; ArgentinaFil: Pagano, Ana Maria. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Grupo Tecnologías de Semillas; Argentin