Modeling and simulation of a pervaporator coupled to a simultaneous saccharification-fermentation process for the ethanol production
Process integration is now days considered a viable option for reducing ethanol production costs from biomass. Both experimental and simulation results have shown the benefits of coupling saccharification and fermentation as well as fermentation and pervaporation. However, the integration of simulta...
| Main Authors: | , , |
|---|---|
| Format: | Online |
| Language: | spa |
| Published: |
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia
2015
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| Subjects: | |
| Online Access: | https://revistas.uptc.edu.co/index.php/ingenieria/article/view/3848 |
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|---|---|
| author | Cubillos-Lobo, Jairo Antonio Bustamante-Londoño, Felipe Acosta-Cárdenas, Alejandro |
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| author_sort | Cubillos-Lobo, Jairo Antonio |
| collection | OJS |
| description | Process integration is now days considered a viable option for reducing ethanol production costs from biomass. Both experimental and simulation results have shown the benefits of coupling saccharification and fermentation as well as fermentation and pervaporation. However, the integration of simultaneous saccharification-fermentation with membrane-based in-situ removal of ethanol, which would allow reaching the benefits of this approach, has not been reported yet. This work aims to obtain the modelling and simulation’s results in the production of ethanol, from cassava starch by simultaneous saccharification and fermentation, coupled with the membranes separation, based on Silicalite PDMS, and PDMS-Silicalite.A combined solution-diffusion mechanism and adsorption-diffusion mechanism was used for modelling the PDMS membrane where as the Maxwell-Stefan multi-component mass-transfer equations were used for modelling the silicalite membrane..A simultaneous-saccharification and fermentation process was modelled, using a multi-chain model (Michaelis-Menten) coupled with the Monod model. The maximum deviation found in the adjusted SSF model to the reported experimental data, as well as the values for PDMS and silicalite membrane models, is in the 3% range. The integrated model was used to predict the ethanol concentration during the simultaneous saccharification-fermentation process. |
| format | Online |
| id | oai:oai.revistas.uptc.edu.co:article-3848 |
| institution | Revista Facultad de Ingeniería |
| language | spa |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia |
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| spelling | oai:oai.revistas.uptc.edu.co:article-38482018-11-21T00:46:34Z Modeling and simulation of a pervaporator coupled to a simultaneous saccharification-fermentation process for the ethanol production Modelación y simulación de un pervaporador acoplado a un proceso de sacarificación-fermentación para la producción de etanol Cubillos-Lobo, Jairo Antonio Bustamante-Londoño, Felipe Acosta-Cárdenas, Alejandro simultaneous saccharification fermentation bioethanol pervaporation PDMS silicalite modelling and simulation process integration Sacarificación-fermentación simultánea Bioetanol Pervaporación PDMS Silicalita Modelación y simulación Integración de procesos. Process integration is now days considered a viable option for reducing ethanol production costs from biomass. Both experimental and simulation results have shown the benefits of coupling saccharification and fermentation as well as fermentation and pervaporation. However, the integration of simultaneous saccharification-fermentation with membrane-based in-situ removal of ethanol, which would allow reaching the benefits of this approach, has not been reported yet. This work aims to obtain the modelling and simulation’s results in the production of ethanol, from cassava starch by simultaneous saccharification and fermentation, coupled with the membranes separation, based on Silicalite PDMS, and PDMS-Silicalite.A combined solution-diffusion mechanism and adsorption-diffusion mechanism was used for modelling the PDMS membrane where as the Maxwell-Stefan multi-component mass-transfer equations were used for modelling the silicalite membrane..A simultaneous-saccharification and fermentation process was modelled, using a multi-chain model (Michaelis-Menten) coupled with the Monod model. The maximum deviation found in the adjusted SSF model to the reported experimental data, as well as the values for PDMS and silicalite membrane models, is in the 3% range. The integrated model was used to predict the ethanol concentration during the simultaneous saccharification-fermentation process. Actualmente, la integración de procesos es considerada una opción viable para reducir costos en la producción de etanol a partir de biomasa. Simulaciones y resultados experimentales han demostrado los beneficios de la integración de las etapas de sacarificación y fermentación y del acoplamiento del proceso de fermentación a la recuperación in-situ de etanol por pervaporación en la producción de bioetanol, sin embargo, no se han publicado estudios de la integración del proceso de sacarificación-fermentación simultánea con membranas de separación, para la remoción insitu de etanol a partir del caldo de fermentación. En este trabajo se aborda esta necesidad, mediante la modelación y simulación de la producción de etanol a partir de almidón de yuca por sacarificación-fermentación simultánea, acopladas a un sistema de remoción in-situ de etanol por pervaporación, con membranas a base de polidimetilsiloxano (PDMS), silicalita y PDMS-Silicalita. La membrana de PDMS se modeló usando el mecanismo de solución-difusión, mientras que para la membrana de silicalita se utilizó el modelo de adsorción-difusión. Para el modelo del proceso de sacarificación-fermentación simultánea (SSF) se utilizó una fusión del modelo multicadena (Michaelis–Menten), junto con un modelo tipo Monod. El ajuste del modelo de SSF a los datos experimentales reportados, así como de los modelos de membranas de PDMS y silicalita a los valores reportados en la literatura es bueno: la máxima desviación encontrada es del orden de 3%. El modelo integrado se utilizó para predecir la concentración de etanol en función del tiempo durante la sacarificación-fermentación simultánea. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia 2015-09-10 info:eu-repo/semantics/article info:eu-repo/semantics/publishedVersion investigation application/pdf text/html https://revistas.uptc.edu.co/index.php/ingenieria/article/view/3848 10.19053/01211129.3848 Revista Facultad de Ingeniería; Vol. 24 No. 40 (2015); 49-66 Revista Facultad de Ingeniería; Vol. 24 Núm. 40 (2015); 49-66 2357-5328 0121-1129 spa https://revistas.uptc.edu.co/index.php/ingenieria/article/view/3848/3452 https://revistas.uptc.edu.co/index.php/ingenieria/article/view/3848/4336 |
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