Study of acetone, butanol and ethanol liquid extraction from prepared aqueous solutions using membrane contactor technique

Abstract

espanolLa produccion de butanol por via fermentativa usando Clostridium acetobutylicum genera mezclas acetona/butanol/etanol (ABE), las cuales alcanzan una concentracion promedio maxima entre 26 y 32.6 kg/m³, como resultado de la inhibicion por producto. Estas bajas concentraciones demandan el uso de sistemas de separacion eficientes que permitan la extraccion de ABE de forma continua. Este estudio evaluo la extraccion de ABE de soluciones acuosas preparadas con la tecnica de contactores de membrana usando solventes comerciales (eter de petroleo, hexano y tolueno) como agente extractor. Se analizo la influencia de la temperatura y la concentracion inicial de butanol sobre el proceso, en el rango de 30 - 40°C y 4.8 - 20 kg/m³ respectivamente, utilizando un diseno experimental de superficie de respuesta (central compuesto 2²+estrella), y encontrando valores optimos para estas variables basados en analisis en batch (42°C y 1.65 kg de 1-butanol/m³ como concentracion inicial). El analisis experimental se llevo a cabo utilizando Statgraphics Centurion XVI.I®. Se planteo un modelo matematico en estado transitorio, obteniendo % error de 14.4 y 12.2% para las concentraciones finales de acetona y butanol en el tolueno, respectivamente. Se concluye que esta tecnica de extraccion es posible para la recuperacion de acetona y butanol usando tolueno como solvente extractor, obteniendo coeficientes de particion de 0.761 para la acetona y 0.998 para el butanol. EnglishFermentative production of butanol using Clostridium acetobutylicum results in a mixture of acetone/ butanol/ethanol (ABE), which reaches a maximum concentration between 26 and 32.6 kg/m³, as a consequence of product inhibition. These low ABE concentrations demand an efficient separation system that allows the continuous ABE extraction. This study evaluated the extraction of ABE's prepared aqueous solutions with membrane contactors technique by using commercial extracting solvents (petroleum ether, hexane and toluene). The influence of temperature and initial concentration of butanol on the process was analyzed, in the range of 30 - 40°C and 4.8 - 20 kg/m³ respectively, using a response surface experimental design (central composite 2²+star), and finding the optimal values considering batch analysis (42°C and 1.65 kg of 1-butanol/m³ as initial concentration). The experimental analysis was carried out by using Statgraphics Centurion XVI.I®. The approach of a mathematical model was performed, obtaining an error of 14.4% and 12.2% for acetone and butanol final concentrations in toluene solvent phase, respectively. It was concluded that extraction is achievable for recovery of acetone and butanol, by using toluene as solvent extractor, and obtaining partition coefficients of 0.761 for acetone and 0.998 for butanol. portuguesA producao de butanol por via fermentativa usando Clostridium acetobutylicum gera misturas acetona/ butanol/etanol (ABE), as quais atingem uma concentracao media maxima entre 26 e 32.6 kg/m3, como resultado da inibicao por produto. Estas baixas concentracoes demandam o uso de sistemas de separacao eficientes que permitam a extracao de ABE de forma continua. Este estudo avaliou a extracao de ABE de solucoes aquosas preparadas com a tecnica de contatores de membrana usando solventes comerciais (eter de petroleo, hexano e tolueno) como agente extrator. Foi analisada a influencia da temperatura e da concentracao inicial de butanol sobre o processo, na faixa de 30 - 40°C e 4.8 - 20 kg/m3 respectivamente, utilizando um desenho experimental de superficie de resposta (central composto 2²+estrela), e encontrando valores otimos para estas variaveis baseados em analise em batch (42°C e 1.65 kg de 1-butanol/m3 como concentracao inicial). A analise experimental foi realizada utilizando Statgraphics Centurion XVI.I®. Foi proposto um modelo matematico em estado transitorio, obtendo porcentagem de erro de 14.4 e 12.2% para as concentracoes finais de acetona e butanol no tolueno, respectivamente. A conclusao foi que esta tecnica de extracao e possivel para a recuperacao de acetona e de butanol usando tolueno como solvente extrator, obtendo coeficientes de particao de 0.761 para a acetona e de 0.998 para o butanol.