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This work introduces a probabilistic-based integrated process design and self-optimizing control approach grounded in a steady-state model, aiming to strike a balance between solution reliability and optimality. The proposed approach offers a practical and cost-effective solution by considering disturbances as random variables with known probability distribution functions. To propagate these disturbances to process outputs, the unscented transform method is utilized alongside rigorous first-principles process models. Additionally, probability levels are assigned to process constraints based on user-defined specifications, providing flexibility to tailor the design to desired risk confidence levels. The effectiveness and benefits of the approach are demonstrated through an application on an extractive distillation process with pre-concentration.

Entrainer selection for extractive distillation remains a challenge because established criteria are based on thermodynamic properties at entrainer infinite dilution, primarily developed for an extractive column. However, a cost-effective extractive distillation continuous process uses two connected - extractive and entrainer regeneration - distillation columns. Using only the ternary mixture A-B-E vapor-liquid equilibrium data, the Infinitely Sharp Split (ISS) method is combined with the driving force concept as a new thermodynamic criterion, to compare the performance of entrainers for extractive distillation process. The ISS method allows fast computation of the minimum value of both the entrainer flowrate and the reflux ratio for the extractive distillation column, while the driving force concept is related to the regeneration column design. The methodology is applied to the separation of the minimum-boiling azeotrope methanol – dimethyl carbonate with a list of five high boiling entrainers, giving methanol as distillation product of the extractive distillation column. The entrainer ranking proposed by the combined criterion agrees with optimization results of the two-column extractive distillation process. The best candidate, methyl salicylate, having the lowest minimum entrainer flow rate and reflux ratio, provides also the most cost-effective extractive distillation process.

La destilación es uno de los procesos más utilizados en ingeniería por lo que es uno de los procesos más estudiados; a través del presente proyecto se realiza un estudio en torno al requerimiento energético y especificaciones del proceso para la destilación extractiva requerida para la obtención de etanol anhidro. El estudio parte de dos escenarios de prueba asociados a la destilación extractiva los cuales son: el proceso clásico de destilación extractiva y el proceso enfocado a las columnas de pared divisoria. El estudio partirá del uso del simulador de procesos químicos “Aspen Plus” con una corriente de entrada de etanol con un porcentaje de agua en relación 88% y 12% respectivamente asociado a una corriente de 100 kmol/h, el solvente utilizado para la funcionalidad del proceso de destilación extractiva es el glicerol la cual ingresara al sistema en torno a un cálculo tomado de una especificación que cumple con los requerimientos para hacer un cierre de la corriente de reciclo cumpliendo con este requerimiento clave para que el proceso sea eficiente.

La destilación es uno de los procesos más utilizados en ingeniería por lo que es uno de los procesos más estudiados; a través del presente proyecto se realiza un estudio en torno al requerimiento energético y especificaciones del proceso para la destilación extractiva requerida para la obtención de etanol anhidro. El estudio parte de dos escenarios de prueba asociados a la destilación extractiva los cuales son: el proceso clásico de destilación extractiva y el proceso enfocado a las columnas de pared divisoria. El estudio partirá del uso del simulador de procesos químicos “Aspen Plus” con una corriente de entrada de etanol con un porcentaje de agua en relación 88% y 12% respectivamente asociado a una corriente de 100 kmol/h, el solvente utilizado para la funcionalidad del proceso de destilación extractiva es el glicerol la cual ingresara al sistema en torno a un cálculo tomado de una especificación que cumple con los requerimientos para hacer un cierre de la corriente de reciclo cumpliendo con este requerimiento clave para que el proceso sea eficiente.

As property and process models with many variables need to be considered, integrated computer-aided molecular and process design (CAMPD) problems are computationally expensive. An efficient CAMPD approach is proposed for the simultaneous design of solvents and extractive distillation (ED) processes based on a data-driven modeling strategy. First, artificial neural network (ANN)-based process models are trained to replace the physical models conventionally used in CAMPD. Subsequently, optimization is performed to maximize process performance, through which optimal solvent properties and corresponding optimal process parameters are obtained. Then, real solvents approximating the optimal property values are identified from a large solvent database. Rigorous simulations of the ED process are performed to evaluate the performance of the optimal solvents and corresponding process parameters. Further economic evaluation (6.11% lower annual cost compared to the benchmark process) and chemical hazard assessment confirm that acetylacetone is a promising solvent for the ED separation of 1-butene from 1,3-butadiene.

The production of ethylbenzene from dry gas is a representative of an energy-intensive process in oil refineries, and the distillation process accounts for the major energy consumption and carbon emissions. Due to the increasing energy and environmental challenges, there is a strong demand for new technologies or intensified process designs that enable us to have energy-efficient and sustainable process operations. In this work, an ionic liquid (IL)-based energy-efficient extractive distillation (ED) process with low carbon emission is proposed for the distillation process of ethylbenzene production from dry gas. First, the structure of task-specific ILs is optimized through the computer-aided IL design (CAILD) method with a novel design objective. An ammonium-based IL ethylammonium trifluoromethanesulfonate ([C2H8N][TfO]), that has the best objective performance, is identified by solving a mixed-integer nonlinear programming (MINLP) problem. The energy, environmental (carbon emission), and economic performance of this [C2H8N][TfO]-based ED process in the ethylbenzene production is then thoroughly evaluated on the basis of optimized process operations in Aspen Plus. For demonstration purposes, a case study for the separation process of an industrial-scale ethylbenzene production in a Chinese refining industry is performed. When compared to the conventional process that is currently used in the petrochemical industry, our proposed [C2H8N][TfO]-based ED separation process has 40% energy (hot utility) savings and a 11% cost reduction. Notably, the IL-based ED separation process has 40% lower carbon emissions versus the conventional process, indicating its great potential for sustainable operation in the production of ethylbenzene from dry gas.

La destilación es uno de los procesos más utilizados en ingeniería por lo que es uno de los procesos más estudiados; a través del presente proyecto se realiza un estudio en torno al requerimiento energético y especificaciones del proceso para la destilación extractiva requerida para la obtención de etanol anhidro. El estudio parte de dos escenarios de prueba asociados a la destilación extractiva los cuales son: el proceso clásico de destilación extractiva y el proceso enfocado a las columnas de pared divisoria. El estudio partirá del uso del simulador de procesos químicos “Aspen Plus” con una corriente de entrada de etanol con un porcentaje de agua en relación 88% y 12% respectivamente asociado a una corriente de 100 kmol/h, el solvente utilizado para la funcionalidad del proceso de destilación extractiva es el glicerol la cual ingresara al sistema en torno a un cálculo tomado de una especificación que cumple con los requerimientos para hacer un cierre de la corriente de reciclo cumpliendo con este requerimiento clave para que el proceso sea eficiente.

La destilación es uno de los procesos más utilizados en ingeniería por lo que es uno de los procesos más estudiados; a través del presente proyecto se realiza un estudio en torno al requerimiento energético y especificaciones del proceso para la destilación extractiva requerida para la obtención de etanol anhidro. El estudio parte de dos escenarios de prueba asociados a la destilación extractiva los cuales son: el proceso clásico de destilación extractiva y el proceso enfocado a las columnas de pared divisoria. El estudio partirá del uso del simulador de procesos químicos “Aspen Plus” con una corriente de entrada de etanol con un porcentaje de agua en relación 88% y 12% respectivamente asociado a una corriente de 100 kmol/h, el solvente utilizado para la funcionalidad del proceso de destilación extractiva es el glicerol la cual ingresara al sistema en torno a un cálculo tomado de una especificación que cumple con los requerimientos para hacer un cierre de la corriente de reciclo cumpliendo con este requerimiento clave para que el proceso sea eficiente.

The accurate prediction of activity coefficients of electrolyte solutions is of great importance for many engineering applications. The electrolyte non-random two-liquid (eNRTL) model is a commonly used semi-empirical activity coefficient model for electrolyte solutions. This work presents a modified version of the eNRTL model, which aims to extend its predictive capabilities. An ion-specific parameterization scheme is developed to replace the conventionally used salt-specific parameterization scheme. Consequently, this new method allows for the prediction of the properties of electrolytes consisting of ions for which optimal ion-specific parameter values have been determined, which is inherently not possible when using salt-specific parameters. In order to capture the features of solvent-ion interactions, a segment-based local composition term is used and experimental activity data of both the salt and the solvent are utilized for parameter fitting. The modified eNRTL model with optimal ion-specific parameters is applied to aqueous electrolyte solutions and shows satisfying prediction performance. © 2020 Elsevier B.V.

The accurate prediction of activity coefficients of electrolyte solutions is of great importance for many engineering applications. The electrolyte non-random two-liquid (eNRTL) model is a commonly used semi-empirical activity coefficient model for electrolyte solutions. This work presents a modified version of the eNRTL model, which aims to extend its predictive capabilities. An ion-specific parameterization scheme is developed to replace the conventionally used salt-specific parameterization scheme. Consequently, this new method allows for the prediction of the properties of electrolytes consisting of ions for which optimal ion-specific parameter values have been determined, which is inherently not possible when using salt-specific parameters. In order to capture the features of solvent-ion interactions, a segment-based local composition term is used and experimental activity data of both the salt and the solvent are utilized for parameter fitting. The modified eNRTL model with optimal ion-specific parameters is applied to aqueous electrolyte solutions and shows satisfying prediction performance. © 2020 Elsevier B.V.

Extractive distillation with organic solvents as entrainers is one of the most commonly used separation techniques for azeotropic mixtures in the chemical industry. To reduce the large energy requirements, and the secondary pollution problems, both of which are associated with the use of organic solvents, the search for alternative entrainers has received much attention. Recently, deep eutectic solvents that are known as green and non-volatile components have been considered as entrainers for extractive distillation processes. However, research focuses mainly on vapour-liquid equilibrium measurements, and an economic comparison with the conventional organic solvents has not been done yet. This work investigates extractive distillation with deep eutectic solvents where a conceptual process design is carried out for the separation of ethanol and water, as well as isopropanol and water with the aid of Aspen Plus as process simulator. In order to fulfil the research aim of exploring whether deep eutectic solvents reduce both cost and overall energy consumption, first, a database for the investigated deep eutectic solvents is created. Based on the effect of the deep eutectic solvents on the vapour-liquid equilibrium, choline chloride:urea (1:2) and choline chloride:triethylene glycol (1:3) are chosen for the ethanol system and isopropanol system, respectively. Subsequently, different entrainer recycle alternatives are investigated, and a sensitivity analysis of the design variables is performed. For both systems, it is found that a series of two evaporators are the most economical entrainer regeneration option. Last, a consistent comparison of the final processes with the process using the conventional organic solvents and ionic liquids is carried out. The results show that the considered deep eutectic solvents are not only beneficial in terms characteristics such as biodegradability, toxicity and selectivity, but also regarding specific energy requirements and the total, Chemical Engineering

The accurate prediction of activity coefficients of electrolyte solutions is of great importance for many engineering applications. The electrolyte non-random two-liquid (eNRTL) model is a commonly used semi-empirical activity coefficient model for electrolyte solutions. This work presents a modified version of the eNRTL model, which aims to extend its predictive capabilities. An ion-specific parameterization scheme is developed to replace the conventionally used salt-specific parameterization scheme. Consequently, this new method allows for the prediction of the properties of electrolytes consisting of ions for which optimal ion-specific parameter values have been determined, which is inherently not possible when using salt-specific parameters. In order to capture the features of solvent-ion interactions, a segment-based local composition term is used and experimental activity data of both the salt and the solvent are utilized for parameter fitting. The modified eNRTL model with optimal ion-specific parameters is applied to aqueous electrolyte solutions and shows satisfying prediction performance.

Extractive distillation with organic solvents as entrainers is one of the most commonly used separation techniques for azeotropic mixtures in the chemical industry. To reduce the large energy requirements, and the secondary pollution problems, both of which are associated with the use of organic solvents, the search for alternative entrainers has received much attention. Recently, deep eutectic solvents that are known as green and non-volatile components have been considered as entrainers for extractive distillation processes. However, research focuses mainly on vapour-liquid equilibrium measurements, and an economic comparison with the conventional organic solvents has not been done yet. This work investigates extractive distillation with deep eutectic solvents where a conceptual process design is carried out for the separation of ethanol and water, as well as isopropanol and water with the aid of Aspen Plus as process simulator. In order to fulfil the research aim of exploring whether deep eutectic solvents reduce both cost and overall energy consumption, first, a database for the investigated deep eutectic solvents is created. Based on the effect of the deep eutectic solvents on the vapour-liquid equilibrium, choline chloride:urea (1:2) and choline chloride:triethylene glycol (1:3) are chosen for the ethanol system and isopropanol system, respectively. Subsequently, different entrainer recycle alternatives are investigated, and a sensitivity analysis of the design variables is performed. For both systems, it is found that a series of two evaporators are the most economical entrainer regeneration option. Last, a consistent comparison of the final processes with the process using the conventional organic solvents and ionic liquids is carried out. The results show that the considered deep eutectic solvents are not only beneficial in terms characteristics such as biodegradability, toxicity and selectivity, but also regarding specific energy requirements and the total, Chemical Engineering

El etanol carburante es un biocombustible de gran interés actualmente, es por esto que el mercado ha evolucionado para la producción de dicho biocombustible de manera más barata, es aquí donde se aplica la termoeconomía, realizando un análisis termoeconómico a un esquema tecnológico simulado en ASPEN PLUS ® en su versión 9.0; Se logra realizar dicho análisis y cuantificar los precios exergético y termoeconómico para cada una de las corrientes presentes en el sistema, de manera paralela realizando un análisis exergético para la cuantificación del trabajo perdido y así obteniendo el costo de pérdida exergética. La metodología desarrollada para realizar la termoeconomía es tomada de la literatura y divida en 4 pasos importantes, el análisis exergético o de disponibilidad de segunda ley, teniendo en cuenta el equilibrio del entorno, el análisis económico cuantificado por las correlaciones para especializadas para destilación encontrado por medio de una revisión bibliográfica, la cuantificación de costos exergéticos para saber el costo de la energía útil, y por último con un balance de insumos/económico, determinar el costo termoeconómico para cada corriente presente. Teniendo dicho análisis, se procede a optimizar el sistema mediante una función objetivo indirecta que relaciona la cantidad de calor suministrado por mol de destilado producida bajo las restricciones de etanol anhidro y una salida de etanol por fondos no mayor a 0,2% en base molar. Al optimizar el proceso se pudo encontrar que parámetros como la inversión por TAC y la entropía generada son minimizadas y con ello el costo de pérdida exergética.

El etanol carburante es un biocombustible de gran interés actualmente, es por esto que el mercado ha evolucionado para la producción de dicho biocombustible de manera más barata, es aquí donde se aplica la termoeconomía, realizando un análisis termoeconómico a un esquema tecnológico simulado en ASPEN PLUS ® en su versión 9.0; Se logra realizar dicho análisis y cuantificar los precios exergético y termoeconómico para cada una de las corrientes presentes en el sistema, de manera paralela realizando un análisis exergético para la cuantificación del trabajo perdido y así obteniendo el costo de pérdida exergética. La metodología desarrollada para realizar la termoeconomía es tomada de la literatura y divida en 4 pasos importantes, el análisis exergético o de disponibilidad de segunda ley, teniendo en cuenta el equilibrio del entorno, el análisis económico cuantificado por las correlaciones para especializadas para destilación encontrado por medio de una revisión bibliográfica, la cuantificación de costos exergéticos para saber el costo de la energía útil, y por último con un balance de insumos/económico, determinar el costo termoeconómico para cada corriente presente. Teniendo dicho análisis, se procede a optimizar el sistema mediante una función objetivo indirecta que relaciona la cantidad de calor suministrado por mol de destilado producida bajo las restricciones de etanol anhidro y una salida de etanol por fondos no mayor a 0,2% en base molar. Al optimizar el proceso se pudo encontrar que parámetros como la inversión por TAC y la entropía generada son minimizadas y con ello el costo de pérdida exergética.

Anhydrous ethanol is a promising alternative to gasoline in fuel engines. However, since ethanol forms an azeotrope with water, high-energy-consumption separation techniques such as azeotropic distillation, extractive distillation, and molecular sieves are needed to produce anhydrous ethanol. This work discusses the potential development of an integrated process for bioethanol production using ionic liquids and Ceratonia siliqua as a carbohydrate source for further fermentation of the aqueous extracts. A four-stage counter-current system was designed to improve the sugar extraction yield to values close to 99%. The alcoholic fermentation of the extracts showed ethanol concentrations of 95 g/L using the microorganism Saccharomyces cerevisae. The production of anhydrous ethanol through extractive distillation with ethylene glycol was simulated using CHEMCAD software, with an energy consumption of 13.23 MJ/Kg of anhydrous ethanol. Finally, several ionic liquids were analyzed and are proposed as potential solvents for the recovery of bioethanol for the design of an integrated extraction-fermentation-separation process, according to their ability to extract ethanol from aqueous solutions and their biocompatibility with the microorganism used in this study.

El etanol carburante es un biocombustible de gran interés actualmente, es por esto que el mercado ha evolucionado para la producción de dicho biocombustible de manera más barata, es aquí donde se aplica la termoeconomía, realizando un análisis termoeconómico a un esquema tecnológico simulado en ASPEN PLUS ® en su versión 9.0; Se logra realizar dicho análisis y cuantificar los precios exergético y termoeconómico para cada una de las corrientes presentes en el sistema, de manera paralela realizando un análisis exergético para la cuantificación del trabajo perdido y así obteniendo el costo de pérdida exergética. La metodología desarrollada para realizar la termoeconomía es tomada de la literatura y divida en 4 pasos importantes, el análisis exergético o de disponibilidad de segunda ley, teniendo en cuenta el equilibrio del entorno, el análisis económico cuantificado por las correlaciones para especializadas para destilación encontrado por medio de una revisión bibliográfica, la cuantificación de costos exergéticos para saber el costo de la energía útil, y por último con un balance de insumos/económico, determinar el costo termoeconómico para cada corriente presente. Teniendo dicho análisis, se procede a optimizar el sistema mediante una función objetivo indirecta que relaciona la cantidad de calor suministrado por mol de destilado producida bajo las restricciones de etanol anhidro y una salida de etanol por fondos no mayor a 0,2% en base molar. Al optimizar el proceso se pudo encontrar que parámetros como la inversión por TAC y la entropía generada son minimizadas y con ello el costo de pérdida exergética.

El etanol carburante es un biocombustible de gran interés actualmente, es por esto que el mercado ha evolucionado para la producción de dicho biocombustible de manera más barata, es aquí donde se aplica la termoeconomía, realizando un análisis termoeconómico a un esquema tecnológico simulado en ASPEN PLUS ® en su versión 9.0; Se logra realizar dicho análisis y cuantificar los precios exergético y termoeconómico para cada una de las corrientes presentes en el sistema, de manera paralela realizando un análisis exergético para la cuantificación del trabajo perdido y así obteniendo el costo de pérdida exergética. La metodología desarrollada para realizar la termoeconomía es tomada de la literatura y divida en 4 pasos importantes, el análisis exergético o de disponibilidad de segunda ley, teniendo en cuenta el equilibrio del entorno, el análisis económico cuantificado por las correlaciones para especializadas para destilación encontrado por medio de una revisión bibliográfica, la cuantificación de costos exergéticos para saber el costo de la energía útil, y por último con un balance de insumos/económico, determinar el costo termoeconómico para cada corriente presente. Teniendo dicho análisis, se procede a optimizar el sistema mediante una función objetivo indirecta que relaciona la cantidad de calor suministrado por mol de destilado producida bajo las restricciones de etanol anhidro y una salida de etanol por fondos no mayor a 0,2% en base molar. Al optimizar el proceso se pudo encontrar que parámetros como la inversión por TAC y la entropía generada son minimizadas y con ello el costo de pérdida exergética.

El etanol carburante es un biocombustible de gran interés actualmente, es por esto que el mercado ha evolucionado para la producción de dicho biocombustible de manera más barata, es aquí donde se aplica la termoeconomía, realizando un análisis termoeconómico a un esquema tecnológico simulado en ASPEN PLUS ® en su versión 9.0; Se logra realizar dicho análisis y cuantificar los precios exergético y termoeconómico para cada una de las corrientes presentes en el sistema, de manera paralela realizando un análisis exergético para la cuantificación del trabajo perdido y así obteniendo el costo de pérdida exergética. La metodología desarrollada para realizar la termoeconomía es tomada de la literatura y divida en 4 pasos importantes, el análisis exergético o de disponibilidad de segunda ley, teniendo en cuenta el equilibrio del entorno, el análisis económico cuantificado por las correlaciones para especializadas para destilación encontrado por medio de una revisión bibliográfica, la cuantificación de costos exergéticos para saber el costo de la energía útil, y por último con un balance de insumos/económico, determinar el costo termoeconómico para cada corriente presente. Teniendo dicho análisis, se procede a optimizar el sistema mediante una función objetivo indirecta que relaciona la cantidad de calor suministrado por mol de destilado producida bajo las restricciones de etanol anhidro y una salida de etanol por fondos no mayor a 0,2% en base molar. Al optimizar el proceso se pudo encontrar que parámetros como la inversión por TAC y la entropía generada son minimizadas y con ello el costo de pérdida exergética.

This paper presents a preliminary design framework for finding suitable homogeneous entrainers E to separate minimum boiling azeotropic mixtures AB by extractive distillation. The framework incorporates techniques such as Computer Aided Molecular Design (CAMD), addressing process needs and targeted thermodynamic properties. New thermodynamic criteria are considered for the entrainer design based on both, the thermodynamic properties of the binary mixtures AE and BE and the isovolatility curves in the ternary mixture ABE. In the CAMD problem, energy related property constraints on the boiling point and the vaporization enthalpy are also considered, leading to a mixed integer non-linear programming problem. Entrainer candidates are ranked by the maximization of the driving force of separation of A and B from their respective mixtures AE and BE under constraints limiting the entrainer composition for fixed values of the relative volatility. Further process optimization is done for validating the entrainer ranking by using Aspen plus V7.3, which minimizes the energy consumption and computes the total annual cost to compare different designs. The new thermodynamic criteria perform better than selectivity alone or a combined selectivity — capacity criterion, as proposed in the literature. The framework is illustrated through an entrainer problem design for the separation of acetone–methanol. Ethylene glycol is obtained as the best design solution. Comparison with conventional entrainers water and DMSO is carried out to validate the performance of the new criteria based on optimal process design study.

El etanol carburante es un biocombustible de gran interés actualmente, es por esto que el mercado ha evolucionado para la producción de dicho biocombustible de manera más barata, es aquí donde se aplica la termoeconomía, realizando un análisis termoeconómico a un esquema tecnológico simulado en ASPEN PLUS ® en su versión 9.0; Se logra realizar dicho análisis y cuantificar los precios exergético y termoeconómico para cada una de las corrientes presentes en el sistema, de manera paralela realizando un análisis exergético para la cuantificación del trabajo perdido y así obteniendo el costo de pérdida exergética. La metodología desarrollada para realizar la termoeconomía es tomada de la literatura y divida en 4 pasos importantes, el análisis exergético o de disponibilidad de segunda ley, teniendo en cuenta el equilibrio del entorno, el análisis económico cuantificado por las correlaciones para especializadas para destilación encontrado por medio de una revisión bibliográfica, la cuantificación de costos exergéticos para saber el costo de la energía útil, y por último con un balance de insumos/económico, determinar el costo termoeconómico para cada corriente presente. Teniendo dicho análisis, se procede a optimizar el sistema mediante una función objetivo indirecta que relaciona la cantidad de calor suministrado por mol de destilado producida bajo las restricciones de etanol anhidro y una salida de etanol por fondos no mayor a 0,2% en base molar. Al optimizar el proceso se pudo encontrar que parámetros como la inversión por TAC y la entropía generada son minimizadas y con ello el costo de pérdida exergética.

Los procesos de separación no convencionales son implementados en las industrias para la comercialización de ciertos productos. Durante los últimos años ha aumentado el interés sobre fuentes combustibles renovables, debido a las preocupaciones ambientales con respecto a la emisión de gases contaminantes generados en la quema de combustibles fósiles. Actualmente, la deshidratación de etanol con fines carburantes es uno de los procesos más utilizados industrialmente, puesto que el etanol es un compuesto con bastante demanda en el mercado por sus propiedades fisicoquímicas y porque es un compuesto proveniente de materia prima biológica renovable que promete una sostenibilidad ambiental y económica. La destilación extractiva con solvente es usada comercialmente para la producción de etanol anhidro, que parte de una mezcla azeotrópica etanol-agua, en la que el solvente hace que la separación de la mezcla azeotrópica se pueda llevar a cabo en una columna de destilación. Por ello se debe tener en cuenta ciertos criterios de selección para elegir el agente material de separación adecuado para la mezcla que se quiere separar, que en este caso es la mezcla etanolagua. Este artículo presenta los criterios que se deben tener en cuenta a la hora de seleccionar un agente material de separación o entrainer para una mezcla especificada; igualmente, aquí se presenta por medio de una matriz de selección, en la que se tendrán en cuenta algunos de los criterios para la selección de un posible agente material de separación para la mezcla etanol-agua.

El artículo toma como caso de estudio una mezcla etanol-agua que utilizó como solvente una mezcla de etilenglicol y CaCl2. La investigación presenta la metodología requerida para llevar a cabo un adecuado análisis de sensibilidad, con el fin de determinar unas condiciones de operación que permitan incrementar la pureza del etanol anhidro obtenido en el proceso de producción planteado. El análisis se realizó con las herramientas del simulador de procesos químicos Aspen HYSYS.

Los procesos de separación no convencionales son implementados en las industrias para la comercialización de ciertos productos. Durante los últimos años ha aumentado el interés sobre fuentes combustibles renovables, debido a las preocupaciones ambientales con respecto a la emisión de gases contaminantes generados en la quema de combustibles fósiles. Actualmente, la deshidratación de etanol con fines carburantes es uno de los procesos más utilizados industrialmente, puesto que el etanol es un compuesto con bastante demanda en el mercado por sus propiedades fisicoquímicas y porque es un compuesto proveniente de materia prima biológica renovable que promete una sostenibilidad ambiental y económica. La destilación extractiva con solvente es usada comercialmente para la producción de etanol anhidro, que parte de una mezcla azeotrópica etanol-agua, en la que el solvente hace que la separación de la mezcla azeotrópica se pueda llevar a cabo en una columna de destilación. Por ello se debe tener en cuenta ciertos criterios de selección para elegir el agente material de separación adecuado para la mezcla que se quiere separar, que en este caso es la mezcla etanolagua. Este artículo presenta los criterios que se deben tener en cuenta a la hora de seleccionar un agente material de separación o entrainer para una mezcla especificada; igualmente, aquí se presenta por medio de una matriz de selección, en la que se tendrán en cuenta algunos de los criterios para la selección de un posible agente material de separación para la mezcla etanol-agua.

Los procesos de separación no convencionales son implementados en las industrias para la comercialización de ciertos productos. Durante los últimos años ha aumentado el interés sobre fuentes combustibles renovables, debido a las preocupaciones ambientales con respecto a la emisión de gases contaminantes generados en la quema de combustibles fósiles. Actualmente, la deshidratación de etanol con fines carburantes es uno de los procesos más utilizados industrialmente, puesto que el etanol es un compuesto con bastante demanda en el mercado por sus propiedades fisicoquímicas y porque es un compuesto proveniente de materia prima biológica renovable que promete una sostenibilidad ambiental y económica. La destilación extractiva con solvente es usada comercialmente para la producción de etanol anhidro, que parte de una mezcla azeotrópica etanol-agua, en la que el solvente hace que la separación de la mezcla azeotrópica se pueda llevar a cabo en una columna de destilación. Por ello se debe tener en cuenta ciertos criterios de selección para elegir el agente material de separación adecuado para la mezcla que se quiere separar, que en este caso es la mezcla etanolagua. Este artículo presenta los criterios que se deben tener en cuenta a la hora de seleccionar un agente material de separación o entrainer para una mezcla especificada; igualmente, aquí se presenta por medio de una matriz de selección, en la que se tendrán en cuenta algunos de los criterios para la selección de un posible agente material de separación para la mezcla etanol-agua.

Los procesos de separación no convencionales son implementados en las industrias para la comercialización de ciertos productos. Durante los últimos años ha aumentado el interés sobre fuentes combustibles renovables, debido a las preocupaciones ambientales con respecto a la emisión de gases contaminantes generados en la quema de combustibles fósiles. Actualmente, la deshidratación de etanol con fines carburantes es uno de los procesos más utilizados industrialmente, puesto que el etanol es un compuesto con bastante demanda en el mercado por sus propiedades fisicoquímicas y porque es un compuesto proveniente de materia prima biológica renovable que promete una sostenibilidad ambiental y económica. La destilación extractiva con solvente es usada comercialmente para la producción de etanol anhidro, que parte de una mezcla azeotrópica etanol-agua, en la que el solvente hace que la separación de la mezcla azeotrópica se pueda llevar a cabo en una columna de destilación. Por ello se debe tener en cuenta ciertos criterios de selección para elegir el agente material de separación adecuado para la mezcla que se quiere separar, que en este caso es la mezcla etanolagua. Este artículo presenta los criterios que se deben tener en cuenta a la hora de seleccionar un agente material de separación o entrainer para una mezcla especificada; igualmente, aquí se presenta por medio de una matriz de selección, en la que se tendrán en cuenta algunos de los criterios para la selección de un posible agente material de separación para la mezcla etanol-agua.

El artículo toma como caso de estudio una mezcla etanol-agua que utilizó como solvente una mezcla de etilenglicol y CaCl2. La investigación presenta la metodología requerida para llevar a cabo un adecuado análisis de sensibilidad, con el fin de determinar unas condiciones de operación que permitan incrementar la pureza del etanol anhidro obtenido en el proceso de producción planteado. El análisis se realizó con las herramientas del simulador de procesos químicos Aspen HYSYS.

El artículo toma como caso de estudio una mezcla etanol-agua que utilizó como solvente una mezcla de etilenglicol y CaCl2. La investigación presenta la metodología requerida para llevar a cabo un adecuado análisis de sensibilidad, con el fin de determinar unas condiciones de operación que permitan incrementar la pureza del etanol anhidro obtenido en el proceso de producción planteado. El análisis se realizó con las herramientas del simulador de procesos químicos Aspen HYSYS.

Los procesos de separación no convencionales son implementados en las industrias para la comercialización de ciertos productos. Durante los últimos años ha aumentado el interés sobre fuentes combustibles renovables, debido a las preocupaciones ambientales con respecto a la emisión de gases contaminantes generados en la quema de combustibles fósiles. Actualmente, la deshidratación de etanol con fines carburantes es uno de los procesos más utilizados industrialmente, puesto que el etanol es un compuesto con bastante demanda en el mercado por sus propiedades fisicoquímicas y porque es un compuesto proveniente de materia prima biológica renovable que promete una sostenibilidad ambiental y económica. La destilación extractiva con solvente es usada comercialmente para la producción de etanol anhidro, que parte de una mezcla azeotrópica etanol-agua, en la que el solvente hace que la separación de la mezcla azeotrópica se pueda llevar a cabo en una columna de destilación. Por ello se debe tener en cuenta ciertos criterios de selección para elegir el agente material de separación adecuado para la mezcla que se quiere separar, que en este caso es la mezcla etanolagua. Este artículo presenta los criterios que se deben tener en cuenta a la hora de seleccionar un agente material de separación o entrainer para una mezcla especificada; igualmente, aquí se presenta por medio de una matriz de selección, en la que se tendrán en cuenta algunos de los criterios para la selección de un posible agente material de separación para la mezcla etanol-agua.

Los procesos de separación no convencionales son implementados en las industrias para la comercialización de ciertos productos. Durante los últimos años ha aumentado el interés sobre fuentes combustibles renovables, debido a las preocupaciones ambientales con respecto a la emisión de gases contaminantes generados en la quema de combustibles fósiles. Actualmente, la deshidratación de etanol con fines carburantes es uno de los procesos más utilizados industrialmente, puesto que el etanol es un compuesto con bastante demanda en el mercado por sus propiedades fisicoquímicas y porque es un compuesto proveniente de materia prima biológica renovable que promete una sostenibilidad ambiental y económica. La destilación extractiva con solvente es usada comercialmente para la producción de etanol anhidro, que parte de una mezcla azeotrópica etanol-agua, en la que el solvente hace que la separación de la mezcla azeotrópica se pueda llevar a cabo en una columna de destilación. Por ello se debe tener en cuenta ciertos criterios de selección para elegir el agente material de separación adecuado para la mezcla que se quiere separar, que en este caso es la mezcla etanolagua. Este artículo presenta los criterios que se deben tener en cuenta a la hora de seleccionar un agente material de separación o entrainer para una mezcla especificada; igualmente, aquí se presenta por medio de una matriz de selección, en la que se tendrán en cuenta algunos de los criterios para la selección de un posible agente material de separación para la mezcla etanol-agua.

El artículo toma como caso de estudio una mezcla etanol-agua que utilizó como solvente una mezcla de etilenglicol y CaCl2. La investigación presenta la metodología requerida para llevar a cabo un adecuado análisis de sensibilidad, con el fin de determinar unas condiciones de operación que permitan incrementar la pureza del etanol anhidro obtenido en el proceso de producción planteado. El análisis se realizó con las herramientas del simulador de procesos químicos Aspen HYSYS.

Los procesos de separación no convencionales son implementados en las industrias para la comercialización de ciertos productos. Durante los últimos años ha aumentado el interés sobre fuentes combustibles renovables, debido a las preocupaciones ambientales con respecto a la emisión de gases contaminantes generados en la quema de combustibles fósiles. Actualmente, la deshidratación de etanol con fines carburantes es uno de los procesos más utilizados industrialmente, puesto que el etanol es un compuesto con bastante demanda en el mercado por sus propiedades fisicoquímicas y porque es un compuesto proveniente de materia prima biológica renovable que promete una sostenibilidad ambiental y económica. La destilación extractiva con solvente es usada comercialmente para la producción de etanol anhidro, que parte de una mezcla azeotrópica etanol-agua, en la que el solvente hace que la separación de la mezcla azeotrópica se pueda llevar a cabo en una columna de destilación. Por ello se debe tener en cuenta ciertos criterios de selección para elegir el agente material de separación adecuado para la mezcla que se quiere separar, que en este caso es la mezcla etanolagua. Este artículo presenta los criterios que se deben tener en cuenta a la hora de seleccionar un agente material de separación o entrainer para una mezcla especificada; igualmente, aquí se presenta por medio de una matriz de selección, en la que se tendrán en cuenta algunos de los criterios para la selección de un posible agente material de separación para la mezcla etanol-agua.

El artículo toma como caso de estudio una mezcla etanol-agua que utilizó como solvente una mezcla de etilenglicol y CaCl2. La investigación presenta la metodología requerida para llevar a cabo un adecuado análisis de sensibilidad, con el fin de determinar unas condiciones de operación que permitan incrementar la pureza del etanol anhidro obtenido en el proceso de producción planteado. El análisis se realizó con las herramientas del simulador de procesos químicos Aspen HYSYS.

Los procesos de separación no convencionales son implementados en las industrias para la comercialización de ciertos productos. Durante los últimos años ha aumentado el interés sobre fuentes combustibles renovables, debido a las preocupaciones ambientales con respecto a la emisión de gases contaminantes generados en la quema de combustibles fósiles. Actualmente, la deshidratación de etanol con fines carburantes es uno de los procesos más utilizados industrialmente, puesto que el etanol es un compuesto con bastante demanda en el mercado por sus propiedades fisicoquímicas y porque es un compuesto proveniente de materia prima biológica renovable que promete una sostenibilidad ambiental y económica. La destilación extractiva con solvente es usada comercialmente para la producción de etanol anhidro, que parte de una mezcla azeotrópica etanol-agua, en la que el solvente hace que la separación de la mezcla azeotrópica se pueda llevar a cabo en una columna de destilación. Por ello se debe tener en cuenta ciertos criterios de selección para elegir el agente material de separación adecuado para la mezcla que se quiere separar, que en este caso es la mezcla etanolagua. Este artículo presenta los criterios que se deben tener en cuenta a la hora de seleccionar un agente material de separación o entrainer para una mezcla especificada; igualmente, aquí se presenta por medio de una matriz de selección, en la que se tendrán en cuenta algunos de los criterios para la selección de un posible agente material de separación para la mezcla etanol-agua.

The separation of the close-boiling point mixture: toluene - methylcyclohexane can be carried out by extractive distillation using the ionic liquid 1-hexyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate ([hmim][TCB]), reported as promising solvent for the separation of this mixture. However, the polar nature of ionic liquids causes the formation of two liquid phases which can be overcome with high solvent-to-feed ratios (S/F) resulting in high liquid phase viscosities that cause mass transfer limitations. Experiments in an extractive distillation pilot plant were performed with the objective of firstly exploring different operating conditions and secondly to compare the mass transfer efficiencies produced by [hmim][TCB] and the reference organic solvent N-methyl-2-pyrrolidone. Pure viscosity, density and surface tension data as well as ternary viscosity and density data of tolune - methylcyclohexane - [hmim][TCB] were measured to compute the mass transfer efficiency. From pilot plant experiments it was found that all the studied operating conditions did not form two-liquid phases. However, the high solvent-to-feed ratios increased the liquid phase viscosities and consequently the use of this ionic liquid produces Height Equivalent to a Theoretical Plates (HETPs) twice as high as the reference solvent NMP causing slightly lower top purities and a longer required distillation column for a required separation., ChemE/Transport Phenomena

The separation of the close-boiling point mixture: toluene - methylcyclohexane can be carried out by extractive distillation using the ionic liquid 1-hexyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate ([hmim][TCB]), reported as promising solvent for the separation of this mixture. However, the polar nature of ionic liquids causes the formation of two liquid phases which can be overcome with high solvent-to-feed ratios (S/F) resulting in high liquid phase viscosities that cause mass transfer limitations. Experiments in an extractive distillation pilot plant were performed with the objective of firstly exploring different operating conditions and secondly to compare the mass transfer efficiencies produced by [hmim][TCB] and the reference organic solvent N-methyl-2-pyrrolidone. Pure viscosity, density and surface tension data as well as ternary viscosity and density data of tolune - methylcyclohexane - [hmim][TCB] were measured to compute the mass transfer efficiency. From pilot plant experiments it was found that all the studied operating conditions did not form two-liquid phases. However, the high solvent-to-feed ratios increased the liquid phase viscosities and consequently the use of this ionic liquid produces Height Equivalent to a Theoretical Plates (HETPs) twice as high as the reference solvent NMP causing slightly lower top purities and a longer required distillation column for a required separation., ChemE/Transport Phenomena

Nuclear power with strengthened safety regulations continues to be used as an important resource in the world for managing atmospheric greenhouse gases and associated climate change. This study examined the environmentally benign separation of zirconium tetrachloride (ZrCl4) and hafnium tetrachloride (HfCl4) for nuclear power reactor applications through extractive distillation using a NaCl-KCl molten salt mixture. The vapor–liquid equilibrium behavior of ZrCl4 and HfCl4 over the molten salt system was correlated with Raoult’s law. The molten salt-based extractive distillation column was designed optimally using a rigorous commercial simulator for the feasible separation of ZrCl4 and HfCl4. The molten salt-based extractive distillation approach has many potential advantages for the commercial separation of ZrCl4 and HfCl4 compared to the conventional distillation because of its milder temperatures and pressure conditions, smaller number of required separation trays in the column, and lower energy requirement for separation, while still taking the advantage of environmentally benign feature by distillation. A heat-pump-assisted configuration was also explored to improve the energy efficiency of the extractive distillation process. The proposed enhanced configuration reduced the energy requirement drastically. Extractive distillation can be a promising option competing with the existing extraction-based separation process for zirconium purification for nuclear power reactor applications

Nuclear power with strengthened safety regulations continues to be used as an important resource in the world for managing atmospheric greenhouse gases and associated climate change. This study examined the environmentally benign separation of zirconium tetrachloride (ZrCl4) and hafnium tetrachloride (HfCl4) for nuclear power reactor applications through extractive distillation using a NaCl-KCl molten salt mixture. The vapor–liquid equilibrium behavior of ZrCl4 and HfCl4 over the molten salt system was correlated with Raoult’s law. The molten salt-based extractive distillation column was designed optimally using a rigorous commercial simulator for the feasible separation of ZrCl4 and HfCl4. The molten salt-based extractive distillation approach has many potential advantages for the commercial separation of ZrCl4 and HfCl4 compared to the conventional distillation because of its milder temperatures and pressure conditions, smaller number of required separation trays in the column, and lower energy requirement for separation, while still taking the advantage of environmentally benign feature by distillation. A heat-pump-assisted configuration was also explored to improve the energy efficiency of the extractive distillation process. The proposed enhanced configuration reduced the energy requirement drastically. Extractive distillation can be a promising option competing with the existing extraction-based separation process for zirconium purification for nuclear power reactor applications

Recent publications on ethanol production and purification shows optimized energy and water consumptions as low as 22,000 Btu/gal ethanol and 1.54 gal water/gal ethanol respectively using multieffect distillation. Karuppiah, et al use column rating and mathematical optimization methods and shortcut design models to design evaluate and optimize the energy and water consumption. In this work, we compare shortcut design and rigorous simulation models for an ethanol purification distillation system, and we show that distillation systems based on shortcut design underestimate the true energy and water consumption of the distillation system. We then use ASPEN Plus, to design a multieffect distillation system and an extractive distillation system using rigorous simulation and compare the two for energy and water consumptions. We show that the extractive distillation system has lower steam and cooling water consumptions and consequently lower energy and water consumptions than multieffect distillation in corn-to-ethanol production and purification. We also show that the extractive distillation system is cheaper than the multieffect distillation system on a cost per gal ethanol basis. This work gives an energy consumption of 29987 Btu/gal ethanol and water consumptions 2.82 gal/gal ethanol for the multieffect distillation system at a manufacturing cost of $3.03/gal ethanol. For the extractive distillation system, we calculate an energy consumption of 28199 Btu/gal ethanol and a water consumption of 2.79 gal/gal ethanol at a manufacturing cost of $2.88/gal ethanol.

The separation of the CO2–ethane azeotrope using the hydrocarbon solvents through an extractive distillation process was simulated with the HYSYS 2004.2 software platform. The objective was to examine the optimum solvent amount and composition as well as the optimum feed and solvent location in terms of the overall energy demand. The rigorous simulation results showed that the ratio of the optimum solvent to the minimum solvent amount was in the range of 1.053–1.064 for C4 and C5 solvents in treating the equimolar CO2–ethane mixture. It was also observed that C4 and C5 solvents were more efficient than C3 solvent due to the lower solvent amount and associated energy demand. The feed and solvent inlet stages have significant effect on the overall energy demand of the column. The best solvent inlet stage is generally near the top of the column, however, an increased solvent loss was observed.

Downstream separation processes in biotechnology form part of the stages having most impact on a product's final cost. The tendency throughout the world today is to replace fossil fuels with those having a renewable origin such as ethanol; this, in turn, produces a demand for the same and the need for optimising fermentation, treating vinazas and dehydration processes. The present work approaches the problem of dehydration through simulating azeotropic ethanol extractive distillation using glycerol as separation agent. Simulations were done on an Aspen Plus process simulator (Aspen Tech version 11.1). The simulated process involves two distillation columns, a dehydrator and a glycerol recuperation column. Simulation restrictions were ethanol's molar composition in dehydrator column distillate and the process's energy consumption. The effect of molar reflux ratio, solvent-feed ratio, solvent entry and feed stage and solvent entry temperature were evaluated on the chosen restrictions. The results showed that the ethanol-water mixture dehydration with glycerol as separation agent is efficient from the energy point of view., Los procesos de separación downstream en biotecnología hacen parte de las etapas que más inciden en el costo final del producto. En el mundo, la tendencia a reemplazar los combustibles fósiles por aquellos de origen renovable como el etanol, genera una demanda del mismo y la necesidad de optimizar los procesos de fermentación, tratamiento de vinazas y deshidratación. El presente trabajo aborda el problema de la deshidratación a través de la simulación del proceso de destilación extractiva de etanol azeotrópico utilizando glicerol como agente de separación. Las simulaciones fueron realizadas con el simulador de procesos Aspen Plus®, de Aspen Tech versión 11.1. El proceso simulado involucra dos columnas de destilación, una deshidratadora y una de recuperación de glicerol. Las restricciones de las simulaciones fueron la composición molar de etanol en el destilado de la columna deshidratadora y el consumo energético del proceso. Se evaluó el efecto de la relación molar de reflujo, la relación solvente alimento, la etapa de entrada de solvente y de alimento, la temperatura de entrada de solvente, sobre las restricciones elegidas. Los resultados muestran que el proceso de deshidratación de la mezcla etanol-agua con glicerol es eficiente desde el punto de vista energético.

This review outlines ethanol dehydration processes and their most important characteristics. It also deals with the main operating variables and some criteria used in designing the separation scheme. A differentiation is made between processes involving liquid-steam balance in separation operations and those doing it by screening the difference in molecule size. The last part presents a comparison between the three main industrial processes, stressing their strengths and weaknesses from the operational, energy consumption and industrial services points of view., El objetivo de esta revisión es presentar los procesos de deshidratación del etanol y sus características más importantes, además de las principales variables de operación y algunos criterios utilizados en el diseño del esquema de separación. Se ha hecho una diferenciación entre los procesos que involucran operaciones equilibrio liquido-vapor para la separación y aquellos que lo hacen a través de diferencias de tamaño molecular. Finalmente, se presenta una comparación de los tres principales procesos aplicados a nivel industrial, resaltando sus fortalezas y debilidades desde el punto de vista operativo, de consumo energético y de servicios industriales.

This review outlines ethanol dehydration processes and their most important characteristics. It also deals with the main operating variables and some criteria used in designing the separation scheme. A differentiation is made between processes involving liquid steam balance in separation operations and those doing it by screening the difference in molecule size. The last part presents a comparison between the three main industrial processes, stressing their stengths and weaknesses from the operational, energy consumption and industrial services points of view., El objetivo de esta revisión es presentar los procesos de deshidratación del etanol y sus características más importantes, además de las principales variables de operación y algunos criterios utilizados en el diseño del esquema de separación. Se ha hecho una diferenciación entre los procesos que involucran operaciones equilibrio líquido-vapor para la separación y aquellos que lo hacen a través de diferencias de tamaño molecular. Finalmente se presenta una comparación de los tres principales procesos aplicados a nivel industrial, resaltando sus fortalezas y debilidades desde el punto de vista operativo, de consumo energético y de servicios industriales.

This review outlines ethanol dehydration processes and their most important characteristics. It also deals with the main operating variables and some criteria used in designing the separation scheme. A differentiation is made between processes involving liquid steam balance in separation operations and those doing it by screening the difference in molecule size. The last part presents a comparison between the three main industrial processes, stressing their stengths and weaknesses from the operational, energy consumption and industrial services points of view., El objetivo de esta revisión es presentar los procesos de deshidratación del etanol y sus características más importantes, además de las principales variables de operación y algunos criterios utilizados en el diseño del esquema de separación. Se ha hecho una diferenciación entre los procesos que involucran operaciones equilibrio líquido-vapor para la separación y aquellos que lo hacen a través de diferencias de tamaño molecular. Finalmente se presenta una comparación de los tres principales procesos aplicados a nivel industrial, resaltando sus fortalezas y debilidades desde el punto de vista operativo, de consumo energético y de servicios industriales.

This review outlines ethanol dehydration processes and their most important characteristics. It also deals with the main operating variables and some criteria used in designing the separation scheme. A differentiation is made between processes involving liquid steam balance in separation operations and those doing it by screening the difference in molecule size. The last part presents a comparison between the three main industrial processes, stressing their stengths and weaknesses from the operational, energy consumption and industrial services points of view., El objetivo de esta revisión es presentar los procesos de deshidratación del etanol y sus características más importantes, además de las principales variables de operación y algunos criterios utilizados en el diseño del esquema de separación. Se ha hecho una diferenciación entre los procesos que involucran operaciones equilibrio líquido-vapor para la separación y aquellos que lo hacen a través de diferencias de tamaño molecular. Finalmente se presenta una comparación de los tres principales procesos aplicados a nivel industrial, resaltando sus fortalezas y debilidades desde el punto de vista operativo, de consumo energético y de servicios industriales.

This review outlines ethanol dehydration processes and their most important characteristics. It also deals with the main operating variables and some criteria used in designing the separation scheme. A differentiation is made between processes involving liquid steam balance in separation operations and those doing it by screening the difference in molecule size. The last part presents a comparison between the three main industrial processes, stressing their stengths and weaknesses from the operational, energy consumption and industrial services points of view., El objetivo de esta revisión es presentar los procesos de deshidratación del etanol y sus características más importantes, además de las principales variables de operación y algunos criterios utilizados en el diseño del esquema de separación. Se ha hecho una diferenciación entre los procesos que involucran operaciones equilibrio líquido-vapor para la separación y aquellos que lo hacen a través de diferencias de tamaño molecular. Finalmente se presenta una comparación de los tres principales procesos aplicados a nivel industrial, resaltando sus fortalezas y debilidades desde el punto de vista operativo, de consumo energético y de servicios industriales.

Document(en) uit de collectie Chemische Procestechnologie, DelftChemTech, Applied Sciences

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