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

• Autores: Karen Stephanie Núñez Gómez, Liliana Carolina López Mendoza, Luis Javier López Giraldo, Carlos Jesús Muvdi Nova
• Localización: CT&F - Ciencia, tecnología y futuro, ISSN-e 0122-5383, Vol. 5, Nº. 4, 2014, págs. 97-112
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Estudio de la extracción líquida de acetona, butanol y etanol de soluciones acuosas preparadas usando la técnica de contactores de membrana
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• Resumen
  • español

    La producción de butanol por vía fermentativa usando Clostridium acetobutylicum genera mezclas acetona/butanol/etanol (ABE), las cuales alcanzan una concentración promedio máxima entre 26 y 32.6 kg/m³, como resultado de la inhibición por producto. Estas bajas concentraciones demandan el uso de sistemas de separación eficientes que permitan la extracción de ABE de forma continua. Este estudio evaluó la extracción de ABE de soluciones acuosas preparadas con la técnica de contactores de membrana usando solventes comerciales (éter de petróleo, hexano y tolueno) como agente extractor. Se analizó la influencia de la temperatura y la concentración inicial de butanol sobre el proceso, en el rango de 30 - 40°C y 4.8 - 20 kg/m³ respectivamente, utilizando un diseño experimental de superficie de respuesta (central compuesto 2²+estrella), y encontrando valores óptimos para estas variables basados en análisis en batch (42°C y 1.65 kg de 1-butanol/m³ como concentración inicial). El análisis experimental se llevó a cabo utilizando Statgraphics Centurion XVI.I®. Se planteó un modelo matemático 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 técnica de extracción es posible para la recuperación de acetona y butanol usando tolueno como solvente extractor, obteniendo coeficientes de partición de 0.761 para la acetona y 0.998 para el butanol.

  • English

    Fermentative 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.

  • português

    A produção de butanol por via fermentativa usando Clostridium acetobutylicum gera misturas acetona/ butanol/etanol (ABE), as quais atingem uma concentração média máxima entre 26 e 32.6 kg/m3, como resultado da inibição por produto. Estas baixas concentrações demandam o uso de sistemas de separação eficientes que permitam a extração de ABE de forma contínua. Este estudo avaliou a extração de ABE de soluções aquosas preparadas com a técnica de contatores de membrana usando solventes comerciais (éter de petróleo, hexano e tolueno) como agente extrator. Foi analisada a influência da temperatura e da concentração inicial de butanol sobre o processo, na faixa de 30 - 40°C e 4.8 - 20 kg/m3 respectivamente, utilizando um desenho experimental de superfície de resposta (central composto 2²+estrela), e encontrando valores ótimos para estas variáveis baseados em análise em batch (42°C e 1.65 kg de 1-butanol/m3 como concentração inicial). A análise experimental foi realizada utilizando Statgraphics Centurion XVI.I®. Foi proposto um modelo matemático em estado transitório, obtendo porcentagem de erro de 14.4 e 12.2% para as concentrações finais de acetona e butanol no tolueno, respectivamente. A conclusão foi que esta técnica de extração é possível para a recuperação de acetona e de butanol usando tolueno como solvente extrator, obtendo coeficientes de partição de 0.761 para a acetona e de 0.998 para o butanol.