Title: | Escalado, modelación y simulación de la adsorción de sulfametoxazol en columna de lecho fijo utilizando bagazo de caña de azúcar y residuos de mazorca de maíz |
Authors: | Juela Quintuña, Diego Marcelo Jumbo Araujo, Alex Rolando |
metadata.dc.contributor.advisor: | Vera Cabezas, Luisa Mayra |
metadata.dc.ucuenca.correspondencia: | diego.juela_tb@outlook.com alex.jumbo@gmail.com |
metadata.dc.subject.other: | Contaminación química |
Keywords: | Ingeniería Química Caña de azúcar Modelo de simulación Aguas residuales |
metadata.dc.ucuenca.areaconocimientounescoamplio: | 23 Química |
metadata.dc.ucuenca.areaconocimientounescodetallado: | 2302.02 Aminoácidos |
metadata.dc.ucuenca.areaconocimientounescoespecifico: | 2303 Química Inorgánica |
Issue Date: | 18-Dec-2020 |
metadata.dc.ucuenca.embargoend: | 15-Dec-2021 |
metadata.dc.ucuenca.paginacion: | 157 páginas |
Publisher: | Universidad de Cuenca |
metadata.dc.description.city: | Cuenca |
Series/Report no.: | TQ;510 |
metadata.dc.type: | bachelorThesis |
Abstract: | The use of agricultural residues as natural adsorbents constitutes a potential alternative
for the removal of emerging pollutants present in wastewaters. Sulfamethoxazole (SMX)
is a bacteriostatic antibiotic and one of the emerging pollutants that has been detected
in high concentrations in domestic and hospital wastewaters. The objective of this work
was to model, simulate, and scale up an adsorption column for sulfamethoxazole
removal using sugarcane bagasse (SB) and corn cob (CC). Laboratory-scale
experiments resulted in sugarcane bagasse having a higher adsorption capacity than
corn cob. The maximum adsorption capacity obtained for SB and CC was 0.235 and
0.146 mg/g, respectively. Furthermore, it was observed that at lower bed heights and
high flow rates, the breakthrough and saturation times are shorter with both adsorbents.
The adsorption column was scaled to pilot plant under the criteria of geometric,
kinematic, and dynamic similarity. The experimental breakthrough curves obtained at the
laboratory and pilot level were adjusted to eight mathematical models, and the Wang
model was the best which reproduced the experimental results with the two biosorbents.
The shape of the laboratory and pilot-scale breakthrough curves were similar throughout
the trajectory. However, the adsorption capacity decreased, and the removal percentage
of SMX increased with the change of scale, from 0.22 to 0.19 mg/g and 59.94 to 69.24%,
respectively. Additionally, a dynamic model was proposed to predict the breakthrough
curves of sulfamethoxazole adsorption with SB and CC using Aspen Adsorption® and
Comsol Multiphysics®. This model gave good correlation between the predicted and
experimental curves for adsorption with SB, but it was inaccurate with CC, which gives
the possibility of a local balance of SMX with this adsorbent. The inclusion of Darcy's
Law in Comsol provided a breakthrough curve closer to the experimental data than that
obtained in Aspen Adsorption. Finally, an economic estimation was developed in the
SuperPro Designer software, it stated that it is necessary USD $ 215,123 for the process
to be implemented on an industrial scale with an annual operating cost of USB $ 53,000
for a capacity of 150 L/h. The results of this research serve as support for subsequent
studies of removal of antibiotics and other emerging contaminants on a pilot scale using
natural adsorbents. |
Description: | El uso de residuos agrícolas como adsorbentes naturales constituye una alternativa
potencial para la remoción de contaminantes emergentes presentes en aguas
residuales. El sulfametoxazol (SMX) es un antibiótico bacteriostático y uno de los
contaminantes emergentes que ha sido detectado en altas concentraciones en aguas
residuales domésticas y hospitalarias. El objetivo de este trabajo fue modelar, simular y
escalar una columna de adsorción para la remoción de sulfametoxazol utilizando bagazo
de caña de azúcar (BCA) y residuos de mazorca de maíz (RMM). Los experimentos a
escala laboratorio dieron como resultado que BCA tiene una capacidad de adsorción
superior a RMM. La máxima capacidad de adsorción obtenida para BCA y RMM fue de
0.235 y 0.146 mg/g, respectivamente. Además, se observó que a alturas de lecho
pequeñas y flujos de alimentación altos, los tiempos de ruptura y saturación son
menores con ambos biosorbentes.
La columna de adsorción fue escalada a planta piloto bajo los criterios de similitud
geométrica, cinemática y dinámica. Las curvas de ruptura experimentales obtenidos a
nivel de laboratorio y piloto fueron ajustados a ocho modelos matemáticos, siendo el
modelo Wang el que mejor reprodujo los resultados experimentales con los dos
biosorbentes. La forma de las curvas de ruptura a escala piloto y laboratorio fueron
similares en toda la trayectoria. Sin embargo, la capacidad de adsorción disminuyo, y el
porcentaje de remoción de SMX incremento con el cambio de escala, de 0.22 a 0.19
mg/g y 59.94 a 69.24%, respectivamente. Adicionalmente, se planteó un modelo
dinámico para predecir las curvas de ruptura de la adsorción del sulfametoxazol con
BCA y RMM utilizando Aspen Adsorption® y Comsol Multiphysics®. El modelo generó
una buena correlación entre las curvas predichas y experimentales para la adsorción
con BCA, pero fue inexacto con RMM, lo que da la posibilidad de un equilibrio local de
SMX con este adsorbente. La inclusión de la Ley de Darcy en Comsol proporciono una
curva de ruptura más próxima a los datos experimentales que la obtenida en Aspen
Adsorption. Finalmente, una estimación económica desarrollada en el software
SuperPro Designer expuso que es necesario USD $ 215,123 para que el proceso sea
implementado a escala industrial con un costo operacional anual de USB $ 53,000 para
una capacidad de 150 L/h. Los resultados de esta investigación sirven de soporte para
posteriores estudios de remoción de antibióticos y otros contaminantes emergentes a
escala piloto utilizando adsorbentes naturales. |
metadata.dc.description.degree: | Ingeniero Químico |
URI: | http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/35222 |
Appears in Collections: | Tesis de Pregrado
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