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Environmental liabilities in the pharmaceutical sector constitute a problem, which must be solved with sustainable development criteria. The production of new drugs should also be accompanied by procedures that neutralize or give the possibility of reuse of the discarded substances. The purpose of this research was the development of a separation system, by extractive distillation for the treatment and recovery of a chloroform-methanol azeotropic mixture, which represents an organic waste generated in the production process of pulmonary surfactants. Water was used as an extracting agent for the separation of the organic waste formed by chloroform-methanol in a 2:1 ratio. The distillate obtained was chloroform, and the residual methanol-water was subsequently separated by simple distillation. The purity of the fractions obtained from chloroform and methanol was determined, by pycnometry and refractometry. The following results are obtained for chloroform 91.47% and 90.11%; of purity and for methanol 46.64%, and 54.75% purity respectively. Additionally, the chloroform purity was quantified by gas chromatography yielding a result of 96.70\% The data obtained show that the proposed design is presented as an alternative for the recovery of residual solvents from the pharmaceutical industry.

In this document, extractive distillation for the separation of Ethanol-Water-ethylene glycol is studied from the conceptual point of view. A methodology for the design of conventional extractive sequences is detailed based on non-linear analysis and the state of the art of extractive distillation. The used methodology can be systematically applied to the design of alternative homogeneous minimum boiling point azeotrope systems. A graphical analysis of extractive distillation sequences is presented by means of the solution of the pinch equations. Obtained pinch branches and column profile maps are analyzed to develop a conceptual based design of an Extractive Dividing Wall Column. This analysis led to reduce the computational effort of designs based on simulation. In order to improve the efficiency of the separation, the obtained designs are studied as a partially diabatic column or a column with Sequential Heat Exchangers (SHE). Finally, an approximation to the application of the results in a pilot scale is made. Maestría

La destilación extractiva es una técnica de separación de mezclas azeotrópicas usando una agente de separación, el cual modifica la volatilidad de los componentes de la mezcla, el agente de separación debe de tener propiedades específicas que puedan mejorar las condiciones operativas y conseguir una alta pureza de los productos. La deshidratación de etanol por destilación extractiva ha sido probada usando glicoles y algunos derivados de estos. Específicamente, el etilenglicol y el glicerol han demostrado ser los más competitivos en términos de separación, accesibilidad y consumo energético. Sin embargo, cuando el glicerol es usado, la columna y tuberías presentan problemas hidráulicos dada su alta viscosidad, pero su consumo energético es menor que el obtenido en el caso del uso de etilenglicol. Por esto mismo, es de esperar que al adicionar etilenglicol al glicerol la viscosidad del agente de separación disminuya, al mismo tiempo, el consumo energético del proceso respecto al proceso que usa etilenglicol será menor. Adicionalmente, algunas ventajas respecto al costo del agente de separación, factor de separación, entre otras pueden ser obtenidas. En este trabajo, se estudia la mezcla etilenglicol-glicerol como agente de separación desde el punto de vista computacional y experimental. Inicialmente se muestra como la mezcla permite obtener un comportamiento del diagrama pseudo-binario para el sistema etanol-agua similar al obtenido con etilenglicol puro. Se presenta un proceso óptimo desde el punto de vista económico y se evalúa la controlabilidad del mismo. Finalmente, se realizó una validación experimental del sistema usando una columna piloto con concentración de glicerol desde 0% hasta 40% molar. Abstract: Extractive distillation (ED) is a technique to separate azeotropic mixtures using a separating agent, which modifies the relative volatility of the mixture. The separating agent must have specific properties that can improve the operating conditions and get high purity products. Ethanol dehydration by means of extractive distillation has been tested using some glycols or derivatives as entrainers. In particular, ethylene glycol and glycerol have demonstrated to be the most competitive in terms of separation, accessibility and energy consumption. However, when glycerol is used, the column present hydraulic problems due to its high viscosity, nevertheless the energy consumption in this case is lower than ED using ethylene glycol as entrainer. It is expected that a mixture of ethylene glycol and glycerol will decrease the viscosity of the separating agent and, at the same time, the energy consumption of the process. Additionally, some advantages regarding to the entrainer cost, separation factor, among others can be obtained. In this work, Ethyleneglycol-glycerol mixture as separating agent is studied, using a computational and experimental focus. First, a pseudobinary diagram for the system ethanol-water using the mixed solvents and the experimental validation using a pilot column with mixtures ethylene-glycol glycerol among 0% and 40 mol% of glycerol were made. In the other hand, an industrial extractive distillation system was simulated and optimized, finally, the controllability of the system was studied Maestría

El interés de los científicos por los líquidos iónicos ha ido creciendo en los últimos años, demostrado con el gran número de publicaciones y patentes sobre líquidos iónicos. Dadas las ventajas que presentan como disolventes alternativos a los disolventes moleculares, en la separación de las mezclas etanol-agua, en este trabajo se presentan las principales características, propiedades y aplicaciones de estos compuestos. Además se muestran los resultados obtenidos en la separación de las mezclas etanol-agua, con varios líquidos iónicos que han sido empleados. Finalmente se resaltan las principales ventajas que presentan los líquidos iónicos frente a los solventes convencionales, en la separación de la mezcla etanol-agua. The interest of scientists for ionic liquids has been growing up in recent years, which has been demonstrated by the large number of publications and patents on ionic liquids. Due to the advantages presented by them as an alternative to molecular solvents in the separation of ethanol-water mixtures, in this paper we present the main characteristics, properties and applications of these compounds. Furthermore, the results of the separation of the ethanol-water mixtures, with various ionic liquids used are displayed. Finally, the main advantages of ionic liquids compared to conventional solvents in the separation of the ethanol-water mixture are highlighted.

Actualmente, la obtención de alcohol anhidro se lleva a cabo mediante el uso de tecnologías como tamices moleculares, destilación extractiva con etilenglicol y destilación azeotrópica; esta última reemplazada casi totalmente por su alto consumo energético en relación a las otras y por la toxicidad del solvente que se utiliza en el proceso. Siendo la destilación extractiva una alternativa para la obtención del alcohol anhidro que puede competir con la tecnología de tamices moleculares, la más usada en la actualidad, ya que ofrece un menor consumo energético y una menor inversión inicial, se estudia la acción de la glicerina sobre el equilibrio líquido-vapor del sistema etanol-agua para validar su potencial como solvente. En este trabajo se lleva a cabo la determinación experimental del equilibrio líquido-vapor en diferentes condiciones de presión y se compara los datos experimentales a una relación solvente /alimento con el equilibrio ternario calculado con los parámetros regresados. Finalmente, se presenta la simulación de la deshidratación del alcohol, usando los parámetros de interacción obtenidos. (Texto tomado de la fuente) Currently, the bioethanol production is carried out using technologies such as molecular sieves, extractive distillation with ethylene glycol like entrainer and azeotropic distillation, the latter almost entirely replaced due to its higher energy consumption and high toxicity of the solvents used. Since extractive distillation is an alternative for bioethanol production that can compete with molecular sieves technology, the most widely used today because, the extractive distillation offers lower energy consumption and initial investment, the action of glycerol on the vapor-liquid equilibrium of ethanol-water system to validate its potential use as an entrainer is studied. In this work, it is carried out the experimental determination of vapor-liquid equilibrium at different conditions of pressure and data obtained at a solvent/feed ratio are compared with VLE calculated using the binary parameters here obtained. Finally, it is presented the mathematical simulation of the dehydration of alcohol using the interaction parameters obtained. Maestría

En el presente trabajo se cuantifica y minimiza la generación (producción) de entropía en un proceso de destilación extractiva para la deshidratación de etanol usando etilenglicol como agente de extracción. Para ello se analiza la influencia que tienen las variables de operación sobre la entropía generada en las columnas extractiva y de recuperación usando un modelo de no equilibrio y la termodinámica de procesos irreversibles; se continua con el estudio del efecto que tiene el acoplamiento entre la transferencia de calor y masa sobre los fluxes y la entropía producida por estos fenómenos. Finalmente, se considera el uso de columnas de destilación con intercambiadores de calor secuenciales (columnas SHE) como alternativa a las columnas tradicionales (columnas adiabáticas) para disminuir la entropía generada en el proceso. Los resultados obtenidos muestran que las variables más influyentes sobre la generación de entropía son: la relación de alimentación en la columna extractiva, y la relación de reflujo en la columna de recuperación; en ambos casos, la transferencia de calor externa en el rehervidor y en el condensador fueron también fuentes importantes de producción de entropía. Se observó que, el acoplamiento entre transferencia de calor y masa afecta principalmente a los fluxes de transferencia de calor, mientras que los de transferencia de masa y la entropía generada fueron afectados en menor proporción. El uso de columnas SHE permitió disminuir en un 17% la producción de entropía cuando se compara con el proceso que usa columnas adiabáticas, lo que hace a las columnas SHE atractivas desde el punto de vista de la eficiencia energética. / Abstract. The entropy generation (production) of an extractive distillation process for ethanol dehydration using ethylene glycol as solvent is analyzed and minimized. To that end, the influence of the operational variables on the entropy production in the extractive and recovering columns is assessed using irreversible thermodynamics and a ratebased model. The effect of coupling between heat and mass transfer on the values of the predicted fluxes and the entropy production is investigated. Finally, the use of distillation columns with sequential heat exchangers (SHE columns) is proposed as an entropy production saving alternative to the conventional distillation columns (adiabatic columns) in the process. The results show that the feed ratio is the most influential variable on the entropy production in the extractive column; whereas, the reflux ratio has the major effect in the recovering column. Besides, the external heat transfer in the reboiler and condenser had a significant effect on the entropy generation in both columns. The coupling between heat and mass transfer influenced the heat flux mainly, whereas, the mass fluxes and the entropy production were less affected. Using SHE distillation columns allowed a reduction of 17% in the entropy production when compared with the process that employs adiabatic columns, making the SHE columns an attractive alternative from the energy efficiency viewpoint. Doctorado

Se presentan los resultados sobre la destilación extractiva de mezclas etanol-agua con polialcohol PAW y las sales CaCl2 y KCOOCH3 disueltas en él, utilizando una relación volumétrica 1:1 de etanol–agua a polialcohol y una concentración de 0.1 g/mL de sal en el polialcohol. Se encontró que el polialcohol PAW modificó el comportamiento azeotrópico de la mezcla etanol–agua según el tipo de sal usada y que presenta ventajas respecto a otros agentes de separación anteriormente reportados, desde el punto de vista de manipulación, costos y grado de modificación del azeótropo agua-etanol. Se propone un proceso industrial de destilación extractiva con sales disueltas en polialcohol PAW, que podría competir con los métodos tradicionales para producir etanol absoluto; el cual modificaría las volatilidades relativas de la mezcla, mejorando la eficiencia de separación, disminuyendo el consumo de energía, tamaño y costo de equipos, evitando problemas de corrosión y manejo de sólidos frecuentes en otros procesos. The results about extractive distillation of water-ethanol mixtures with PAW polyalcohol containing CaCl2 and KCOOCH3 salts disolved in the polyalcohol, using a unitary volumetric relation water-ethanol mixture to polyalcohol and a concentration of 0.1 g/mL of each salt in the polyalcohol are presented. It was found that the polyalcohol PAW modified the water-ethanol azeotropic behavior as a function of the salt used. The PAW polyalcohol showed advantages concerning other separation agents previously used from standpoint of costs and water-ethanol azeotrope modification. A new extractive distillation industrial process using PAW polyalcohol disolved salts is proposed; it would modified the relative volatilities of the mixture, improving separation efficiency, diminishing energy requirements, size and equipment costs, avoiding solids handling and corrosion which are frecuently found in conventional separation processes.

Los procesos de separación downstream en biotecnologIa hacen parte de las etapas que mas 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 trabalo 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 reflulo, 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. 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.

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.