Separación de butanol a partir de soluciones acuosas diluidas

Abstract

El butanol es considerado un posible biocombustible, y se espera que su demanda incremente dramáticamente si se produce eficientemente por fermentación. La producción por fermentación tiene bajos rendimientos, bajas concentraciones de producto y bajas productividades, generados principalmente por la alta toxicidad del butanol a concentraciones diluidas ( 20 gL-1). Se puede mejorar significativamente el desempeño de la fermentación, si se utilizan reactores integrados con técnicas de recuperación emergentes como la pervaporación, en los cuales se remueva selectivamente el butanol. En este trabajo, fue estudiada la preparación y caracterización de membranas para la pervaporación; y se realizó una evaluación operacional, económica y energética de un proceso de separación con pervaporación y decantación. Adicionalmente, se optimizó y diseñó mediante simulación, diferentes reactores integrados con pervaporación y suministro de ácidos (acético, butírico o láctico) como cosustratos. El esquema con fermentación previa de ácido láctico es capaz de mejorar la productividad volumétrica del proceso convencional de 0.6 a 10.1 gL-1h-1, y el rendimiento de solventes de 0.32 a 0.46 gg-1 con un consumo de energía 35% más bajo

Abstract : Butanol is considered as a potential biofuel and its demand is expected to increase dramatically if its production by fermentation occurs efficiently. Due to the high toxicity of butanol at dilute concentrations ( 20 gL-1), its fermentation has low yields, low product concentrations and low productivities. The performance of the fermentation could be significantly improved using integrated reactors with emerging recovery techniques like pervaporation processes, in which butanol is selectively remove from the reactor. This work presents preparation and characterization of membranes for pervaporation, and operational, economical and energetic evaluation of a separation process integrated with pervaporation and decantation. Different integrated reactors with pervaporation were optimized through simulation, considering several ways of feeding acids as co-substrates (acetic, butyric or lactic). A reactor with previous lactic acid fermentation enhances the volumetric productivity and the yield as compare to the conventional process from 0.6 to 10.1 gL-1 h-1, and from 0.32 to 0.46 g g-1 respectively. Also, it was calculated a 35% saving in power consumption