Simulador de propiedades termodinámicas en la conversión de la biomasa forestal de aserrín de pino
Keywords:
Equilibrio líquido vapor, Pinus Arizonica, procesos termoquímicos, propiedades en exceso, subproductos de maderaAbstract
Los simuladores de procesos químicos representan una herramienta competitiva y funcional que apoya eficazmente el estudio de procesos tan complejos como la conversión termoquímica de la biomasa, específicamente en el modelado y simulación de los mismos. Se diseñan y validan los módulos de programación de un simulador para sistemas en equilibrio líquido vapor con propiedades termodinámicas en exceso, aplicado en procesos de conversión de biomasa forestal como es el caso del Aserrín de Pino (Pinus Arizonica). El diseño involucra el cálculo de la constante de equilibrio por el método fi-gamma con nuevas herramientas de cómputo para la predicción de las propiedades de las fases en equilibrio, y el cálculo del coeficiente de actividad partiendo de los modelos matemáticos de composición local NRTL, UNIQUAC y UNIFAC. Se seleccionó el método de Newton-Raphson para resolver subrutinas de cálculo. En la validación se incorporaron doce (12) nuevos componentes a la librería y sub-módulos de las propiedades de las fases líquido y vapor. La estimación de los puntos de burbuja y rocío para todos los métodos arrojó errores promedios inferiores al 3%, y la composición de la fase de vapor y las propiedades de las fases en equilibrio no superó el 10%.
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References
Brassard, G.; Bratley, P. 1997. Fundamentos de Algoritmia. Prentice Hall, Madrid.
Castro, V.; Rodriguez, J.; Díaz, V. 2008. Esquemas de reacción para Licuefacción y Gasificación Hidrotérmica de Macromoléculas Orgánicas. Una Revisión. Rev Acad Colomb Cienc 32(125): 559-570.
Cohce, M.; Dincer, I.; Rosen, M. 2010. Thermodynamic analysis of hydrogen production from biomass gasification. International Journal of Hydrogen Energy 35(10): 4970-4980. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2005.08.004.
De Freitas, L.; Oliveira, A.; Macedo, A.; Figueiró, C.; Simões, C.; Alves, M.; Costa, L. 2019. Bio-coal production with agroforestry biomasses in Brazil. Maderas-Cienc Tecnol 21(3): 357 – 366. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2019005000308.
Delviawan, A.; Kojima, Y.; Kobori, H.; Suzuki, S.; Aoki, K.; Ogoe, S. 2019. The effect of wood particle size distribution on the mechanical properties of wood–plastic composite. Journal of Wood Science 65:67. https://doi.org/10.1186/s10086-019-1846-9.
Durán-García M. 2016. Effect of torrefaction temperature on properties of patula pine. Maderas-Cienc Tecnol 18(4): 633 – 650. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2017005000004.
Durán-García, M. E.; Zeppieri, S. 2017. Simulation of residual biomass gasification in fluidized bed reactor: preliminary study of the efficiency of the process with temperature. Journal of Computational Methods in Science and Engineering 17: 81 – 87. https://doi.org/10.3233/JCM-160663.
Figueiró, C.; Rocha, B.; Oliveira, A.; Simões. C.; Alves, M.; De Freitas L. 2019. Energy valorization of woody biomass by torrefaction treatment: a brazilian experimental study. Maderas-Cienc Tecnol 21(3): 297 – 304. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2019005000302.
Gerber, S.; Oevermann, M. 2014. A two dimensional Euler-Langragian model of wood gasification in a charcoal bed. Part 1: model description and base scenario. Fuel 115: 385-400. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.12.057.
González, M.; Sánchez, F.; Pereda, S. 2015. Thermodynamic model for biomass processing in pressure intensified technologies. The Journal of Supercritical Fluids 96(1):53-67. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2014.08.024.
Green, D.; Perry, R. 2008. Perry’s Chemical Engineers Handbook. México, D.F.
Guo, L.; Jin, H.; Lu, Y. 2015. Supercritical water gasification research and development in China. The Journal of Supercritical Fluids 96: 144-150.
He, Ch.; Chen, Ch.; Giannis, A.; Yang, Y.; Wang, J. 2014. Hydrothermal gasification of sewage sludge and model compounds for renewable hydrogen production: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 39: 1127-1142. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.07.141.
Hurtado, J. 2010. Metodología de la Investigación. Ediciones Girón, Caracas.
Izquierdo, L.; Galán, J.; Santos, J.; Del Olmo, R. 2008. Modelado de sistemas complejos mediante simulación basada en agentes y mediante dinámica de sistemas. Empiria 16: 85-112.
Kilkovsky, B.; Stehlik, P.; Jegla, Z.; Tovazhnyansky, L.; Arsenyeva, O.; Kapustenko, P. 2014. Heat exchangers for energy recovery in waste and biomass to energy technologies – I. Energy recovery from flue gas. Applied Thermal Engineering 64(1-2): 213-223. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.11.041.
Kojima, T.; Assavadakorn, P.; Furusawa, T. 1993. Measurement and evaluation of gasification kinetics of sawdust char with steam in an experimental fluidized bed. Fuel Procces Technol 36: 201-207. https://doi.org/10.1016/0378-3820(93)90028-3.
Kumar, A.; Sethy, A.; Chauhan, S. 2018. Liquefaction behaviour of twelve tropical hardwood species in phenol. Maderas-Cienc Tecnol 20(2): 211 – 220. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2018005002501.
Laskowska, A.; Mamiński, M. 2020. The Properties of particles produced from waste plywood by shredding in a single-shaft shredder. Maderas-Cienc Tecnol 22(2): 197-204. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2020005000206.
Lira-Zúñiga, S.; Sáez-Navarrete, C.; Rodríguez-Córdova, L.; Herrera-Zeppelin, L.; Herrera-Urbina, R. 2016. CO2 adsorption on agricultural biomass combustion ashes. Maderas-Cienc Tecnol 18(4): 607 – 616. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2016005000053.
Loaiza, J.; Alfaro, A.; López, F.; García, M.; García, J. 2020. Aprovechamiento integral de Eucalyptus globulus en un esquema de biorrefinería en doble etapa. Maderas-Cienc Tecnol 22(1): 93-108. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2020005000109.
Lu, Y.; Guo, L.; Zhang, X.; Yan, O. 2007. Thermodynamic modeling and analysis of biomass gasification for hydrogen production in supercritical water. Chemical Engineering Journal 131(1-3): 233-244.
Murayama, K.; Ueno, T.; Kobori, H.; Kojima, Y.; Suzuki, S.; Aoki, K.; Ito, H.; Ogoe, S.; Okamoto, M. 2019. Mechanical properties of wood/plastic composites formed using wood flour produced by wet ball-milling under various milling time and drying methods. J Wood Sci 69:5. https://doi.org/10.1186/s10086-019-1788-2.
Nikoo, M. N.; Mahinpey, N. 2008. Simulation of Biomass Gasification in Fluidized Bed Reactor Using Aspen Plus. Biomass and Bioenergy 32: 1245-1254. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2008.02.020.
Olaleye, A.; Adedayo, K.; Wu, Ch.; Nahil, M.; Wang, M. 2014. Experimental study, dynamic modelling, validation and analysis of hydrogen production from biomass pyrolysis/gasification of biomass in a two-stage fixed bed reaction system. Fuel 137: 364-374. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.07.076.
Perry, H.; Green, D. 2008. Perry’s Chemical Engineers Handbook. México, D.F.
Prausnitz, J.; Lichtenthaler, R.; Gomes, E. 2000.Termodinámica Molecular de los Equilibrios de fase. Prentice Hall, Madrid.
Ramos-Carmona, S.; Pérez, J.; Pelaez-Samaniego, M.; Barrera, R.; Garcia-Perez, M. 2017. Effect of torrefaction temperature on properties of patula pine. Maderas-Cienc Tecnol 19(1): 39 – 50. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2017005000004.
Scenna, N. 1999. Modelado, Simulación y Optimización de Procesos Químicos. UTN. Buenos Aires.
Smith, J.; Van Ness, H.; Abbott, M. 1997. Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química. Mc Graw Hill, México, D.F.
Sreejith, C.; Muraleedharan, C.; Arun, P. 2014. Performance prediction of steam gasification of wood using an ASPEN PLUS thermodynamic equilibrium model. International Journal of Sustainable Energy 33(2): 416-434, 2014. https://doi.org/10.1080/14786451.2012.755977
Walas, S. 1990. Chemical process equipment, selection and design. Departamento de Ingeniería Química y Petróleo de la Universidad de Kansas, Kansas.
Castro, V.; Rodriguez, J.; Díaz, V. 2008. Esquemas de reacción para Licuefacción y Gasificación Hidrotérmica de Macromoléculas Orgánicas. Una Revisión. Rev Acad Colomb Cienc 32(125): 559-570.
Cohce, M.; Dincer, I.; Rosen, M. 2010. Thermodynamic analysis of hydrogen production from biomass gasification. International Journal of Hydrogen Energy 35(10): 4970-4980. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2005.08.004.
De Freitas, L.; Oliveira, A.; Macedo, A.; Figueiró, C.; Simões, C.; Alves, M.; Costa, L. 2019. Bio-coal production with agroforestry biomasses in Brazil. Maderas-Cienc Tecnol 21(3): 357 – 366. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2019005000308.
Delviawan, A.; Kojima, Y.; Kobori, H.; Suzuki, S.; Aoki, K.; Ogoe, S. 2019. The effect of wood particle size distribution on the mechanical properties of wood–plastic composite. Journal of Wood Science 65:67. https://doi.org/10.1186/s10086-019-1846-9.
Durán-García M. 2016. Effect of torrefaction temperature on properties of patula pine. Maderas-Cienc Tecnol 18(4): 633 – 650. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2017005000004.
Durán-García, M. E.; Zeppieri, S. 2017. Simulation of residual biomass gasification in fluidized bed reactor: preliminary study of the efficiency of the process with temperature. Journal of Computational Methods in Science and Engineering 17: 81 – 87. https://doi.org/10.3233/JCM-160663.
Figueiró, C.; Rocha, B.; Oliveira, A.; Simões. C.; Alves, M.; De Freitas L. 2019. Energy valorization of woody biomass by torrefaction treatment: a brazilian experimental study. Maderas-Cienc Tecnol 21(3): 297 – 304. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2019005000302.
Gerber, S.; Oevermann, M. 2014. A two dimensional Euler-Langragian model of wood gasification in a charcoal bed. Part 1: model description and base scenario. Fuel 115: 385-400. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.12.057.
González, M.; Sánchez, F.; Pereda, S. 2015. Thermodynamic model for biomass processing in pressure intensified technologies. The Journal of Supercritical Fluids 96(1):53-67. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2014.08.024.
Green, D.; Perry, R. 2008. Perry’s Chemical Engineers Handbook. México, D.F.
Guo, L.; Jin, H.; Lu, Y. 2015. Supercritical water gasification research and development in China. The Journal of Supercritical Fluids 96: 144-150.
He, Ch.; Chen, Ch.; Giannis, A.; Yang, Y.; Wang, J. 2014. Hydrothermal gasification of sewage sludge and model compounds for renewable hydrogen production: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 39: 1127-1142. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.07.141.
Hurtado, J. 2010. Metodología de la Investigación. Ediciones Girón, Caracas.
Izquierdo, L.; Galán, J.; Santos, J.; Del Olmo, R. 2008. Modelado de sistemas complejos mediante simulación basada en agentes y mediante dinámica de sistemas. Empiria 16: 85-112.
Kilkovsky, B.; Stehlik, P.; Jegla, Z.; Tovazhnyansky, L.; Arsenyeva, O.; Kapustenko, P. 2014. Heat exchangers for energy recovery in waste and biomass to energy technologies – I. Energy recovery from flue gas. Applied Thermal Engineering 64(1-2): 213-223. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.11.041.
Kojima, T.; Assavadakorn, P.; Furusawa, T. 1993. Measurement and evaluation of gasification kinetics of sawdust char with steam in an experimental fluidized bed. Fuel Procces Technol 36: 201-207. https://doi.org/10.1016/0378-3820(93)90028-3.
Kumar, A.; Sethy, A.; Chauhan, S. 2018. Liquefaction behaviour of twelve tropical hardwood species in phenol. Maderas-Cienc Tecnol 20(2): 211 – 220. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2018005002501.
Laskowska, A.; Mamiński, M. 2020. The Properties of particles produced from waste plywood by shredding in a single-shaft shredder. Maderas-Cienc Tecnol 22(2): 197-204. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2020005000206.
Lira-Zúñiga, S.; Sáez-Navarrete, C.; Rodríguez-Córdova, L.; Herrera-Zeppelin, L.; Herrera-Urbina, R. 2016. CO2 adsorption on agricultural biomass combustion ashes. Maderas-Cienc Tecnol 18(4): 607 – 616. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2016005000053.
Loaiza, J.; Alfaro, A.; López, F.; García, M.; García, J. 2020. Aprovechamiento integral de Eucalyptus globulus en un esquema de biorrefinería en doble etapa. Maderas-Cienc Tecnol 22(1): 93-108. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2020005000109.
Lu, Y.; Guo, L.; Zhang, X.; Yan, O. 2007. Thermodynamic modeling and analysis of biomass gasification for hydrogen production in supercritical water. Chemical Engineering Journal 131(1-3): 233-244.
Murayama, K.; Ueno, T.; Kobori, H.; Kojima, Y.; Suzuki, S.; Aoki, K.; Ito, H.; Ogoe, S.; Okamoto, M. 2019. Mechanical properties of wood/plastic composites formed using wood flour produced by wet ball-milling under various milling time and drying methods. J Wood Sci 69:5. https://doi.org/10.1186/s10086-019-1788-2.
Nikoo, M. N.; Mahinpey, N. 2008. Simulation of Biomass Gasification in Fluidized Bed Reactor Using Aspen Plus. Biomass and Bioenergy 32: 1245-1254. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2008.02.020.
Olaleye, A.; Adedayo, K.; Wu, Ch.; Nahil, M.; Wang, M. 2014. Experimental study, dynamic modelling, validation and analysis of hydrogen production from biomass pyrolysis/gasification of biomass in a two-stage fixed bed reaction system. Fuel 137: 364-374. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.07.076.
Perry, H.; Green, D. 2008. Perry’s Chemical Engineers Handbook. México, D.F.
Prausnitz, J.; Lichtenthaler, R.; Gomes, E. 2000.Termodinámica Molecular de los Equilibrios de fase. Prentice Hall, Madrid.
Ramos-Carmona, S.; Pérez, J.; Pelaez-Samaniego, M.; Barrera, R.; Garcia-Perez, M. 2017. Effect of torrefaction temperature on properties of patula pine. Maderas-Cienc Tecnol 19(1): 39 – 50. https://doi.org/10.4067/S0718-221X2017005000004.
Scenna, N. 1999. Modelado, Simulación y Optimización de Procesos Químicos. UTN. Buenos Aires.
Smith, J.; Van Ness, H.; Abbott, M. 1997. Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química. Mc Graw Hill, México, D.F.
Sreejith, C.; Muraleedharan, C.; Arun, P. 2014. Performance prediction of steam gasification of wood using an ASPEN PLUS thermodynamic equilibrium model. International Journal of Sustainable Energy 33(2): 416-434, 2014. https://doi.org/10.1080/14786451.2012.755977
Walas, S. 1990. Chemical process equipment, selection and design. Departamento de Ingeniería Química y Petróleo de la Universidad de Kansas, Kansas.
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Published
2020-07-01
How to Cite
Durán-García, M. E., & Ruiz-Navas, R. A. (2020). Simulador de propiedades termodinámicas en la conversión de la biomasa forestal de aserrín de pino. Maderas. Ciencia Y Tecnología, 22(3), 347–364. Retrieved from https://revistas.ubiobio.cl/index.php/MCT/article/view/4087
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