Concentration of butanol-ethanol-acetone-water using pervaporation

• Autorzy: Marszałek J. , Kamiński W.

Warianty tytułu

PL

Zatężanie układu butanol-etanol-aceton-woda za pomocą perwaporacji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The purposes, objectives and technology pathways for alternative energy are biofuels. The main interest so far has been focused on bioethanol due to the availability of raw materials as well as developed methods for separation and purification. Butyl alcohol can also be regarded as a potential biofuel, and used for internal combustion engines. Butanol can be obtained by means of chemical reaction as well as by fermentation of biomass well know as acetone-butanol-ethanol (ABE) fermentation. Separation of butanol from fermentation broth is a very difficult technical problem. The distillation process traditionally used is economically unprofitable. Review of methods for product recovery from fermentation broth indicates that pervaporation is a modern membrane technology which allows for the separation and concentration of the product during a single process. This work presents results of research on biobutanol separation from the acetone-butanol-ethanol-water system by pervaporation. The concentration of biobutanol was changed in the 0.25÷3 wt. % range. The quaternary system was prepared similarly to that obtained from the ABE fermentation process. The process was carried out on a flat, hydrophobic, commercial membrane at steady state conditions. The pressure at the permeate side was 30 mbar, the temperature range was 50÷70°C and feed flow rate was 20, 40 and 60 dm3/h. The chemical constitution of permeate and retentate was analyzed by gas chromatography. Based on experiments, separation and enrichment factors of the organic phase for individual components were obtained. The mass fraction of individual components in the output flux was determined as well. Satisfactory performance of the analyzed system on the selected membrane was obtained.

PL

Jednym z rodzajów alternatywnych źródeł energii są biopaliwa. Główna uwaga do tej pory skupiana była na bioetanolu ze względu na dostępność surowców i dobrze opracowane metody wydzielania i oczyszczania. Alkohol butylowy może być również traktowany jako potencjalne biopaliwo i wykorzystany do silników wewnętrznego spalania. Butanol można otrzymać zarówno z paliw stałych, jak również przez fermentację biomasy. Produktami fermentacji ABE jest wodny roztwór acetonu, butanolu i etanolu. Wydzielanie butanolu z brzeczki fermentacyjnej jest bardzo trudnym problemem technicznym. Tradycyjnie stosowana destylacja jest procesem energetycznie i ekonomicznie nieopłacalnym. Poszukiwane metody odzysku produktu z brzeczki fermentacyjnej wskazują na nowoczesną technikę membranową, jaką jest perwaporacja, która umożliwia separację i koncentrację produktu w trakcie pojedynczego procesu. Niniejsza praca pokazuje badania perwaporacyjnego zatężania biobutanolu z modelowego czteroskładnikowego układu aceton-butanol-etanol-woda, przygotowanego zgodnie z informacjami o produkcie po procesie fermentacji ABE w zakresie stężeń 0,25÷3% mas. butanolu. Proces prowadzony był na płaskiej, hydrofobowej membranie komercyjnej w sposób ciągły, w warunkach ustalonych, z ciśnieniem po stronie permeatu wynoszącym 30 mbar, w zakresie temperatur 50÷70°C i z natężeniem przepływu nadawy 20, 40 i 60 dm3/h. Skład permeatu i retentatu był analizowany za pomocą chromatografii gazowej.

Słowa kluczowe

EN

biobutanol; ABE fermentation; pervaporation

PL

biobutanol; fermentacja ABE; perwaporacja

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 6, No. 1
• Strony: 31--36
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., wykr., tab., rys.

Twórcy

autor

Marszałek J.

• Faculty of Process and Environmental Engineering, Technical University of Lodz, ul. Wólczańska 213, 90-924 Łódź

autor

Kamiński W.

• Faculty of Process and Environmental Engineering, Technical University of Lodz, ul. Wólczańska 213, 90-924 Łódź

Bibliografia

• [1] BP DuPont Fact Sheet Biobutanol, http://www2.dupont.com/Production_Agriculture/ en_US/assets/downloads/pdfs/BP_DuPont_Fact_Sheet_Biobutanol.pdf.
• [2] Kamiński W, Tomczak E, Górak A. Biobutanol - production and purification methods. Ecol Chem Eng. 2011;18:31-37.
• [3] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 27.12.2007 w sprawie wartości opałowej poszczególnych biokomponentów i paliw ciekłych. DzU z dnia 9 stycznia 2008 r.
• [4] Kaminski W, Marszalek J, Ciolkowska A. Renewable energy source - dehydrated ethanol. Chem Eng J. 2008;135:95-102. DOI: 10.1016/j.cej.2007.03.017.
• [5] Huang J, Meagher MM. Pervaporative recovery of n-butanol from aqueous solutions and ABE fermentation broth using thin-film silicalite-filled silicone composite membranes. J Membrane Sci. 2001;192:231-242. PII: S0376-7388(01)00507-5.
• [6] Garcia V, Pongracz E, Muurinen E, Keiski RL. Recovery of n-butanol from salt containing solutions by pervaporation. Desalination. 2009;41:201-211.
• [7] Fouad EA, Feng X. Use of pervaporation to separate butanol from dilute aqueous solutions: Effects of operating conditions and concentration polarization. J Membrane Sci. 2008;323:428-435. DOI:10.1016/j.memsci.2008.06.054.
• [8] El-Zanati E, Abdel-Hakim E, El-Ardi O, Fahmy M. Modeling and simulation of butanol separation from aqueous solutions using pervaporation. J Membrane Sci. 2006;280:278-283. DOI:10.1016/j.memsci.2006.01.029.
• [9] Khayet M, Cojocaru C, Zakrzewska-Trznadel G. Studies on pervaporation separation of acetone, acetonitrile and ethanol from aqueous solutions. Sep Pur Techn. 2008;63:303-310. DOI: 10.1016/j.seppur.2008.05.016.
• [10] Marszałek J, Kamiński W. Perwaporacyjne zatężanie biobutanolu. Materiały konferencyjne Membrany i Procesy Membranowe w Ochronie Środowiska. Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN. Gliwice. 2010;66(2):35-40.