IMPROVEMENTS IN THE PRODUCTION OF ESTERS IN AZEOTROPICOS SYSTEMS TO ACHIEVE SUSTAINABLE AND EFFICIENT PROCESSES. PROCESS ENGINEERING WITH RIGOROUS METHODS, EXPER-MODEL-SIMUL (Q3167389)
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Project Q3167389 in Spain
| Language | Label | Description | Also known as |
|---|---|---|---|
| English | IMPROVEMENTS IN THE PRODUCTION OF ESTERS IN AZEOTROPICOS SYSTEMS TO ACHIEVE SUSTAINABLE AND EFFICIENT PROCESSES. PROCESS ENGINEERING WITH RIGOROUS METHODS, EXPER-MODEL-SIMUL |
Project Q3167389 in Spain |
Statements
174,845.0 Euro
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205,700.0 Euro
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85.0 percent
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1 January 2019
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31 December 2021
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UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA
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28°7'43.93"N, 15°26'5.64"W
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35016
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LA PRODUCCION INDUSTRIAL DE ESTERES SE LLEVA A CABO, PRINCIPALMENTE, EN PROCESOS DE DESTILACION REACTIVA, PARA DESPLAZAR EL EQUILIBRIO QUIMICO HACIA LA FORMACION DE PRODUCTOS, CATALIZADOS POR UN ACIDO FUERTE. ESTE PROCEDIMIENTO ES EFICIENTE CUANDO LOS PRODUCTOS (ESTER Y AGUA) SON RELATIVAMENTE VOLATILES Y PUEDEN SER SEPARADOS Y ELIMINADOS DEL REACTOR SIN PERDIDA RELEVANTE DE REACTIVOS. SIN EMBARGO, CUANDO LA FASE VAPOR FORMA PUNTOS AZEOTROPICOS EL PROCESO PIERDE EFICIENCIA, AUMENTANDO EL REQUERIMIENTO DE REACTIVOS Y LA COMPLEJIDAD DE LA ETAPA DE SEPARACION. EN LA LITERATURA SE HAN DESCRITO PROCESOS ALTERNATIVOS, QUE NO HAN RECIBIDO IMPLEMENTACION INDUSTRIAL, O ESTA SE ENCUENTRA EN UNA ETAPA MUY PRELIMINAR, POR FALTA DE UNA INVESTIGACION CONCISA, QUE PERMITA ESTABLECER CLARAMENTE CUAL DE ELLAS ES MAS ADECUADA. ESTE PROYECTO DE INVESTIGACION SUPONE UTILIZAR LA EXPERIENCIA OBTENIDA DESDE HACE DECADAS POR EL GRUPO DE INGENIERIA TERMICA E INSTRUMENTACION DE LA UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA, RESPECTO A LA CARACTERIZACION DE LAS DISOLUCIONES FORMADAS POR LOS ESTERES Y OTROS COMPUESTOS INVOLUCRADOS EN SU PROCESO DE PRODUCCION. EN PARTICULAR, SE CENTRARA EL TRABAJO PROYECTADO EN LOS PROCESOS ASOCIADOS A LA PRODUCCION POR CATALISIS HETEROGENEA, CATALISIS HOMOGENEA CON COMPUESTOS-IONICOS, CATALISIS ENZIMATICA Y REACCION EN FASE SUPERCRITICA, CADA UNA DE LAS CUALES SUPONE PROBLEMAS DE SEPARACION DIFERENTES. SE SELECCIONAN CUATRO CASOS REPRESENTATIVOS DE LOS SISTEMAS DE ESTERIFICACION CON AZEOTROPIA, SIENDO ESTOS LOS CORRESPNDIENTES A LA PRODUCCION DE METANOATO DE METILO, PROPANOATO DE METILO, PROPANOATO DE PROPILO Y OCTANOATO DE ETILO. CADA UNO DE ESTOS CASOS SE ABORDARA UTILIZANDO LA ESTRATEGIA DE TRABAJO INTEGRADA ECMS (EXPERIMENTACION-COMPROBACION-MODELIZACION-SIMULACION) PARA PROPORCIONAR UNA DESCRIPCION PRECISA Y RIGUROSA DE LOS PROCESOS, HABILITANDO SU OPTIMIZACION. LA ETAPA DE EXPERIMENTACION OCUPARA LA MAYOR PARTE DEL PROYECTO, YA QUE SE DEBE GENERAR UNA GRAN CANTIDAD DE NUEVA INFORMACION, INCLUYENDO PROPIEDADES DE COMPUESTOS PUROS, MEZCLAS, EQUILIBRIOS DE FASES, PROPIEDADES SUPERCRITICAS Y CINETICAS DE REACCION. ESTA INFORMACION SE VALIDA EMPLEANDO HERRAMIENTAS ADECUADAS QUE PROPORCIONEN GARANTIA QUE SUPONEN MEDICIONES PROXIMAS A LAS CANTIDADES REALES DE LOS SISTEMAS. LA MODELIZACION DE LOS DATOS EXPERIMENTALES SE DEBE REALIZAR DE FORMA RIGUROSA, REDUCIENDO EN LO POSIBLE LOS ERRORES NUMERICOS INTRODUCIDOS POR LAS ECUACIONES UTILIZADAS, Y LAS INESTABILIDADES PRODUCIDAS POR EL EXCESO DE PARAMETROS. EN UNA ULTIMA ETAPA DE REALIZACION DEL PROYECTO, SE RECURRE A HERRAMIENTAS DE SIMULACION DE PROCESOS PARA PROPONER LOS ESQUEMAS DE PRODUCCION Y OPTIMIZAR LOS EQUIPOS UTILIZADOS Y SUS PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO. ESTAS SIMULACIONES DEBEN SER VALIDADAS A SU VEZ MEDIANTE SU IMPLEMENTACION EN PROCESOS A ESCALA LABORATORIO. COMO RESULTADO DE ESTA INVESTIGACION EN EL AREA DE LA TECNOLOGIA QUIMICA, SE PROPORCIONARAN CRITERIOS OBJETIVOS PARA LA SELECCION DEL PROCESO MAS ADECUADO PARA LA PRODUCCION DE LOS CUATRO ESTERES INDICADOS ARRIBA, DE ENTRE LAS DIFERENTES POSIBILIDADES. ASI MISMO, SE PROPONDRA UN ESQUEMA DE PRODUCCION OPTIMO PARA CADA UNO DE ELLOS, CUYA IMPLEMENTACION INDUSTRIAL SERA, AL MENOS, TECNICAMENTE VIABLE. LA EXTENSION DEL ESTUDIO A OTROS COMPUESTOS DE LA MISMA NATURALEZA ORGANICA ES INMEDIATA. (Spanish)
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ESTERS ARE PRODUCED AT INDUSTRIAL SCALE MAINLY THROUGH REACTIVE DISTILLATION, TO SHIFT CHEMICAL EQUILIBRIUM TOWARDS THE PRODUCTS, BY MEANS OF A CATALYTIC PROCESS MEDIATED BY A STRONG INORGANIC ACID. THE EFFICIENCY OF THIS PROCESS RELIES ON THE RELATIVE VOLATILITY OF THE PRODUCTS (ESTER AND WATER), ALLOWING THEM TO BE SEPARATED AND ELIMINATED FROM THE REACTION VESSEL WITH ANY SIGNIFICANT LOSS OF THE REACTANTS. HOWEVER, IF AN AZEOTROPIC POINT IS PRESENT IN THE VAPOR-LIQUID EQUILIBRIUM OF THE SYSTEM, PROCESS EFFICIENCY DECREASES CAUSING THE UNNECESSARY WASTE OF THE RAW MATTER AND COMPLICATING THE SUBSEQUENT PURIFICATION OPERATION. THE LITERATURE CONTAINS SEVERAL ALTERNATIVE PROCESSES SUGGESTED TO OVERSTEP ORIGINAL PROCESS PITFALLS, WHICH HAVEN¿T BEEN INDUSTRIALLY DEPLOYED IN A HIGH EXTENT DUE TO THE LACK OF A THOROUGH INVESTIGATION TO SELECT THE BEST PRODUCTION SCHEME FROM THE AVAILABLE OPTIONS. THIS RESEARCH PROJECT SUPPOSES THE UTILIZATION OF EXPERIENCE OBTAINED FOR A LONG TIME BY THE GRUPO DE INGENIERIA TERMICA E INSTRUMENTACION OF THE UNIVERSITY OF LAS PALMAS DE GRAN CANARIA. THIS RESEARCH HAS BEEN FOCUSED ON THE CHARACTERIZATION OF FLUID SYSTEMS COMPRISED OF ESTERS AND SEVERAL OTHER COMPOUNDS INVOLVED IN ITS PRODUCTION. PARTICULARLY, THE PLANNED WORK WILL BE CENTERED IN THE EVALUATION OF THE PRODUCTION PROCESSES SUPPORTED BY HETEROGENEOUS CATALYSIS, IONIC HOMOGENEOUS CATALYSIS, ENZYMATIC CATALYSIS AND SUPERCRITICAL REACTION. EACH PRODUCTION PATH INVOLVES DIFFERENT REACTION AND SEPARATION ISSUES THAT NEED TO BE SOLVED. FOUR REPRESENTATIVE CASES OF ESTERIFICATION AFFECTED BY AZEOTROPY ARE SELECTED: I) METHYL METHANOATE PRODUCTION; II) METHYL PROPANOATE; III) PROPYL PROPANOATE; IV) ETHYL OCTANOATE. EACH CASE WILL BE ADDRESSED USING THE WORKING STRATEGY ECMS (EXPERIMENTATION-CHECKING-MODELING-SIMULATION) PROPOSED BY THE APPLICANTS IN SEVERAL PREVIOUS PUBLICATIONS. EXPERIMENTAL WORK WILL PRESUMABLY TAKE THE LARGEST EXECUTION TIME, SINCE A CONSIDERABLE AMOUNT OF NEW DATA, INCLUDING PURE AND MIXING PROPERTIES, SUPERCRITICAL PROPERTIES, PHASE EQUILIBRIA AND REACTION KINETICS WILL BE PRODUCED. THIS INFORMATION WILL BE CHECKED BY MEANS OF SUITABLE METHODS THAT GUARANTEE DATA QUALITY TO BE USED IN LATER PARTS OF THE PROJECT. THE MODELING OF EXPERIMENTAL DATA WILL BE ADDRESSED RIGOROUSLY, MINIMIZING THE NUMERICAL ERRORS COMMITTED BY THE MODELS AND AVOIDING INSTABILITIES PRODUCED BY A WRONG FORMULATION OF THE LATTER. IN A LAST STAGE, ALTERNATIVE PRODUCTION SCHEMES WILL BE PRESENTED AND SIMULATED WITH A DEEP ANALYSIS OF THE OPERATION VARIABLES. COMPUTER SIMULATIONS WILL BE VALIDATED AT LABORATORY SCALE THROUGH EXPERIMENTAL SETUPS. AS THE MAIN RESULT OF THIS RESEARCH RELATED TO CHEMICAL TECHNOLOGY SECTION, OBJECTIVE CRITERIA FOR SELECTING THE MOST SUITED PRODUCTION PROCESS WILL BE PROVIDED. EACH ONE OF THE TESTED CASES WILL HAVE THEIR OWN SET OF CONCLUSIONS AND DEDICATED PROCESS ATTENDING TO THEIR INDIVIDUAL FEATURES WHICH, AT LEAST, WILL BE TECHNICALLY VIABLE. THE FINAL RESULTS OBTAINED COULD BE EXTENDED TO THE PRODUCTION OF OTHER ESTERS WITHOUT PROBLEMS. (English)
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Palmas de Gran Canaria, Las
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Identifiers
PGC2018-099521-B-I00
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