Álvaro Guijarro Miravalles Sandra González Fernández 20/10/2011

1. Efectos de las condiciones de operación en la pervaporación de mezclas butanol-agua: Selección de membranas Álvaro Guijarro Miravalles Sandra González Fernández 20/10/2011

2. Índice • Introducción • Comprobación experimental de la pervaporación de mezclas butanol agua con diferentes membranas • Membranas poliméricas: efecto de la temperatura y la composición en el rendimiento de la membrana. • Las membranas microporosas de sílice: efecto de la temperatura y la composición de la membrana en el rendimiento. • Estudio comparativo: membrana polimérica microporosa de sílice y membranas zeolíticas • Efectos de caldo de fermentación EBA simulados y reales en el rendimiento de mebranas • Bibliografía

3. Introducción • La pervaporación es una operación de separación con membranas aplicado a mezclas líquidas de compuestos miscibles. • Separación mediante la aplicación de vacío en el lado de la membrana donde se recoge el permeado en forma de vapor, que se condensa para generar el líquido permeado. • Alta eficacia para procesos de deshidratación de disolventes orgánicos.

4. Esquema sistema de pervaporación

5. 2. Comprobación experimental de la pervaporación de mezclas butanol agua con diferentes membranas • Interés industrial debido al ahorro energético (destilación). • Desarrollo de nuevas técnicas de operación y materiales de membrana. • Varios tipos de membranas estudiados para la pervaporación de este tipo de mezclas.

6. 2. Comprobación experimental de la pervaporación de mezclas butanol agua con diferentes membranas • Membranas estudiadas en los experimentos: • Membranas PVA (PERVAP 2510) • Membranas zeolíticas (tipo NaA) • Membranas de sílice (PERVAP SMS)

7. Efectos de la composición de la alimentación en los flujos de agua y butanol. Water flux, butanol flux and total flux vs. feedwaterconcentration at 60 ◦C (A1-butanol; B 2-butanol; C iso-butanol; D tert-butanol; ∎waterflux; ◆butanol flux; ▲total flux)

8. Efectos de la composición de la alimentación en las permeabilidades de agua y butanol. Waterpermeance, butanol permeance vs. feedwaterconcentration at 60 ◦C (A, 1-butanol; B, 2-butanol; C, iso-butanol; D, tert-butanol; ♦, butanolpermeance ;∎ waterpermeance)

9. Efectos de la composición de la alimentación en la concentración de butanol en el permeado • Afinidad entre m y el 1-butanol • Estructura lineal, mejor absorción y difusión. A comparison of butanol concentration in permeates for the four butanol/water systems at 60 ◦C (◊, 1-butanol; □, 2-butanol; △, iso-butanol; ×, tert-butanol).

10. Efectos de la temperatura de alimentación en el flujo de agua Water flux vs. feedwaterconcentration at differenttemperatures (A, 1-butanol; B, 2-butanol; C, iso-butanol; D, tert-butanol; ◆, 60◦C; ∎, 80◦C; ▲,100 ◦C).

11. Efectos de la temperatura de alimentación en el permeado de agua. Waterpermeance vs. feedwaterconcentration at differenttemperatures (A, 1-butanol; B, 2-butanol; C, iso-butanol; D, tert-butanol; ◊, 60◦C; □,80 ◦C; △, 100 ◦C).

12. Efectos de la temperatura de alimentación en el flujo de butanol Butanol flux vs. feedwaterconcentration at differenttemperatures (A, 1-butanol; B, 2-butanol; C, iso-butanol; D, tert-butanol; ◆, 60◦C; ∎, 80◦C; ▲, 100 ◦C)

13. Efectos de la temperatura de alimentación en el permeado de butanol Butanol permeance vs. feedwaterconcentration at differenttemperatures (A, 1-butanol; B, 2-butanol; C, iso-butanol; D, tert-butanol; ◊, 60◦C; □, 80◦C; △, 100 ◦C).

14. 2.2 Membranas microposrosas de sílice: efecto de T y C • Efecto de la concentración: • Aumento lineal del flujo al aumentar la concentración de agua • Variación de la selectividad • Efecto de la Temperatura: • Mayores flujos de agua al ir aumentando la temperatura.

15. 2.3 Estudio comparativo:Membranas comerciales • Para las mismas condiciones de operación: • Comparación de: • Flujos de agua • Selectividad • Factores de separación

16. 2.4 Efectos del caldo de fermentación EBA en el rendimiento de mebranas. • Caldo preparado según procedimiento anteriormente registrado. • Comparación de caldos generados con etanol y butanol • Regeneración del alcohol • Ensuciamiento de membranas

17. Bibliografía Los Artículos consultados para la realización del informe son: • Wei Fen Guo, Tai-Shung Chunga, Takeshi Matsuura, Pervaporation study on the dehydration of aqueous butanol solutions: a comparison of flux vs. permeance, separation factor vs. selectivity, J. Membr. Sci. 245 (2004) 199–210 • Tatiana Gallego-Lizon, Emma Edwards, Giuseppe Lobiundo, Luisa Freitas dos Santos, Dehydration of water/t-butanol mixtures by pervaporation: comparative study of commercially available polymeric, microporous silica and zeolite membranes, J. Membr. Sci. 197 (2002) 309–319 • Muhammad Mujiburohman, Khaled A. Mahdi, Ali Elkamel, Predictive model of pervaporation performance based on physicochemical properties of permeant–membrane material and process conditions, J. Membr. Sci. 381 (2011) 1– 9. • Leland M. Vane, Vasudevan V. Namboodiri, Richard G. Meier, Factors affecting alcohol–water pervaporation performance of hydrophobic zeolite–silicone rubber mixed matrix membranes, J. Membr. Sci. 364 (2010) 102–110