OPERATING CONDITIONS INFLUENCE ON VMD AND SGMD FOR ETHANOL RECOVERY FROM AQUEOUS SOLUTIONS

Abstract

espanolEste trabajo se enfoca en la Destilacion con Membranas con Vacio (VMD, por sus siglas en ingles) y con Gas de Arrastre (SGMD, por sus siglas en ingles) como tecnica para separar el etanol de soluciones acuosas. La VMD fue estudiada utilizando condiciones moderadas de temperatura (30, 40 y 50°C) y presion (0.11, 0.20 y 0.30 atm), mientras que la SGMD fue estudiada a temperaturas de 50 y 70°C y flujos de aire de 10x10-6 y 20x10-6 m³·min-1. Las tecnicas fueron estudiadas experimentalmente usando soluciones etanol:agua preparadas y caldos de fermentacion, ajustando la concentracion de etanol al 10% p/p. Bajo estas condiciones de operacion y utilizando soluciones etanol:agua preparadas, se obtuvieron flux totales promedio de 22.61 y 1.6 kg·m-2·h-1, y factores de concentracion de 2.3 y 1.7 para VMD y SGMD, respectivamente. Para el caso de los caldos de fermentacion, se obtuvieron flux totales promedio de 17.66 y 0.9 kg·m-2·h-1, y factores de concentracion de 1.8 y 1.9 para VMD y SGMD, respectivamente. El impacto del ensuciamiento tambien fue estudiado, encontrando un efecto significativo de la presion (de vacio) para la tecnica VMD; principalmente debida a la presencia de biomasa en la solucion. Pruebas experimentales muestran que aplicando ciclos de presurizacion/despresurizacion se disminuye el ensuciamiento de la membrana, estabilizando el flujo y la concentracion en el permeado. Mientras para la configuracion SGMD, el impacto del ensuciamiento fue considerablemente menor. EnglishThis work focuses on Vacuum Membrane Distillation (VMD) and Sweeping Gas Membrane Distillation (SGMD) as a separating technique of ethanol from aqueous solutions. VMD was studied at moderate temperature (30, 40 and 50°C) and pressure (0.11, 0.20 and 0.30 atm) conditions, whereas SGMD was studied at different temperatures (50 and 70°C) and air-flow rates (10x10-6 and 20x10-6 m³·min-1). These techniques were experimentally studied using prepared ethanol-water solutions and fermented broths, with ethanol at 10% w/w. Under these operating conditions and using prepared ethanol-water solutions, an average total flux of 22.61 and 1.6 kg·m-2·h-1, and concentration factors of 2.3 and 1.7 were obtained for VMD and SGMD, respectively. For fermented broths, total flux of 17.66 and 0.9 kg·m-2·h-1, and concentration factors of 1.8 and 1.9 were obtained for VMD and SGMD, respectively. The fouling impact was also studied, finding a significant effect of pressure (vacuum) for VMD technique; mainly due to the biomass presence in the solution. Experimental results show that applying pressurization/depressurization cycles decreases membrane fouling, stabilizing flux and concentration in the permeate. While for SGMD configuration, the incidence of fouling was significantly lower. portuguesEste trabalho esta focado na Destilacao com Membranas em Vacuo (VMD em ingles) e com Gas de Arrastre (SGMD, em ingles) como tecnica para a separacao do etanol de solucoes aquosas. A VMD foi estudada utilizando condicoes moderadas de temperatura (30, 40 e 50°C) e pressao (0.11, 0.20 e 0.30 atm), enquanto a SGMD foi estudada em temperaturas de 50 e 70°C e fluxos de ar de 10x10-6 e 20x10-6 m³·min-1. As tecnicas foram estudadas de forma experimental utilizando solucoes etanol:agua preparadas e caldos de fermentacao, ajustando a concentracao de etanol a 10% w/w. Sob estas condicoes de operacao e utilizando solucoes etanol:agua preparadas, conseguimos obter flux totais medios de 22.61 e 1.6 kg·m-2·h-1, e fatores de concentracao de 2.3 e 1.7 para VMD e SGMD, respectivamente. No caso dos caldos de fermentacao, obtivemos flux totais medios de 17.66 e 0.9 kg·m-2·h-1, e fatores de concentracao de 1.8 e 1.9 para VMD e SGMD, respectivamente. O impacto da incrustacao tambem foi estudado, encontrando um efeito significativo da pressao (de vacuo) para a tecnica VMD; principalmente, causada pela presenca de biomassa na solucao. Provas experimentais mostram que aplicando ciclos de pressurizacao/despressurizacao diminuimos a incrustacao da membrana, estabilizando o fluxo e a concentracao no permeado. Enquanto que para a configuracao SGMD, o impacto da incrustacao foi consideravelmente menor.