La tesis doctoral se compone de dos partes fundamentales: El desarrollo teórico de un modelo de simulación para la destilación discontinua y la validación de este mediante experimentos hechos en una planta piloto de destilación discontinua. La parte teórica se divide en la parte de desarrollo del modelo y en la parte de la implementación del modelo en un programa de simulación. El nuevo modelo desarrollado es un modelo de transferencia de materia que se distingue de los desarrollos anteriores por su capacidad de contemplar la cinética de la transferencia de materia tal como la hidrodinámica. La incorporación de efectos hidrodinámicos se basa principalmente en la observación de diferentes geometrías de contacto en una columna de platos perforados. Estas geometrías de contacto son canales de vapor y burbujas. En caso de las burbujas se distingue entre grandes y pequeñas con diferentes propiedades hidrodinámicas. De esta forma el modelo contempla tres diferentes clases de vapor, dos clases de vapor de desequilibrio y una de equilibrio (burbujas pequeñas). Para las clases de vapor de desequilibrio se calcula explícitamente los caudales de materia que traviesen la interfase basándose en la teoría de Maxwell-Stefan de transferencia de materia multicomponente. La parte experimental se divide en la parte de diseño de la columna usada en una planta piloto y en la de la realización de los experimentos. El diseño de la columna tiene como objetivo la obtención de un medio de validación del nuevo modelo desarrollado. Por tanto está equipado con un gran número de sensores de temperatura, de presión y de tomas de muestra. También la realización de los experimentos se adapta al fin de la validación del modelo, ya que la frecuencia de toma de muestra y de capturación de señales de temperatura es elevada. La memoria de la tesis contiene una comparación amplia de los resultados experimentales con los de la simulación. Estas comparaciones demuestran una determinada superioridad del modelo desarrollado sobre desarrollos anteriores.

En la actualidad existen muchos lugares en el mundo donde el agua dulce es un bien escaso y por ende, económicamente valioso. Para mejorar esta situación se plantea la instalación de una planta de desalinización con el objetivo de aumentar la disponibilidad de agua dulce en zonas donde solo existe agua salobre. El proceso de desalinización requiere gran cantidad de energía. Dicha energía se puede obtener a partir de energía solar, ya que es renovable, sustentable y evita la emisión de gases de efecto invernadero que pueden agravar el problema de carencia de agua. Los objetivos de este trabajo fueron revisar las distintas tecnologías que existen para la desalinización y para la captura de energía solar con el fin de poder realizar una evaluación económica simplificada sobre la implementación de una planta de desalinización. Se construyó un prototipo concentrador de radiación solar, original de inspiración Fresnel, para poder estudiar eficiencias del diseño. El prototipo consiste de secciones cónicas con un mismo foco construido con acero brillante y en el foco un receptor de radiación que transfiere calor hacia un fluido térmico. El equipo de laboratorio tuvo una eficiencia de 70% del calor transferido al fluido térmico sobre la radiación, cercano al valor teórico calculado de 77%. Con el dato de eficiencia real se pueden diseñar concentradores industriales a partir del prototipo construido. Se realizaron tres evaluaciones económicas para distintos escenarios que se diferencian entre sí por la tecnología de desalinización y el suministro de energía. Para los tres escenarios se consideró una tasa de descuento del 10%, un horizonte de evaluación de 10 años y un requerimiento de producción de 1.000 [m3/día]. Los concentradores dimensionados para las evaluaciones son de 8 [m] de diámetro, totalizando un área de concentración de 40,81 [m2] por concentrador. Para cada escenario se evalúa el agua obtenida para riego de cultivos (tomates) y para uso sanitario. El primer escenario usa una tecnología de destilación que requiere para su funcionamiento 442 concentradores que suman 1,8 [ha] de concentración con lo que se obtiene una eficiencia de 555,6 [(m3 de agua desalinizada)/día/(ha de concentración)] obteniéndose una capacidad de riego de cultivo de tomates de 5,23 [ha/(ha de concentración)]. Todos los escenarios expuestos son para el caso de la venta de agua para uso sanitario ya que tienen un mayor retorno. El VAN resultó ser de - $119.000.000 (préstamo del 75%) para una inversión de $1.243.000.000. Para el segundo escenario se utiliza una tecnología de desalinización por membrana con energía eléctrica del sistema interconectado. El VAN resultó ser $44.000.000 (préstamo del 75%) para una inversión de $530.000.000. El tercer escenario usa una tecnología de desalinización por membrana con energía eléctrica por parte de los concentradores. El VAN resultó ser $212.000.000 (préstamo del 75%) para una inversión de $796.000.000. Se plantea realizar la evaluación técnica y económica para otros materiales reflectivos del concentrador para mejorar eficiencias y también considerar bonos de carbono para aumentar la rentabilidad de los proyectos.

En la producción química moderna, los procesos de destilación son frecuentemente utilizados como método de separación de líquidos. Modelar una columna de destilación nos permite predecir el comportamiento del sistema. El modelado de sistemas es una importante, y sin embargo a veces descuidada, disciplina de la ingeniería de control. Esta tesis de maestría se centra en el modelado de la columna de destilación a escala de laboratorio situada en el Instituto de automatización de la Universidad Técnica de Ilmenau. Esta columna, utilizada principalmente para la enseñanza y la investigación, separa el etanol y el agua en diez etapas. El modelo teórico del sistema se realiza utilizando el modelo de primeros principios (FPM), principalmente las ecuaciones MESH para representar las ecuaciones altamente no lineales, que incluyen el equilibrio de masa, las relaciones de fase de equilibrio, las ecuaciones de sumatoria y el equilibrio de energía para cada etapa. Para ilustrar cómo se comporta el modelo de la columna de destilación, este trabajo presenta simulaciones de las concentraciones por etapa y de la temperatura a lo largo de la columna. Así mismo, los resultados se comparan con el modelo de McCabe-Thiele y con temperaturas experimentales lo cual muestra buenos resultados. En el caso de la comparación con McCabe-Thiele, ambas fracciones molares líquidas x1McT = 0:035 mol=mol y x1Sim = 0:048 mol=mol son más pequeñas que la requerida xB = 0:1, el error es dado porque las concentraciones en las etapas iniciales son más influenciadas por las suposiciones de la alimentación y las condiciones iniciales de la columna. Sin embargo, para el tope de la columna las fracciones molares finales son x10McT = 0:885 mol=mol y x10Sim = 0:890 mol=mol, valores mucho más cercanos al requerido xD = 0:9. Para las fracciones molares de vapor, y1McT = 0:334 mol=mol y y1Sim = 0:384 mol=mol se diferencian en 14% dado que no tienen un punto de inicio compartido. Sin embargo, más importante, para el tope de la columna las fracciones molares finales son y10McT = 0:901 mol=mol y y10Sim = 0:9060 mol=mol, y el promedio del error en la totalidad de la columna es de _error = 0:0028 para los datos disponibles. En el caso de la comparación contra la temperatura experimental, los errores más grandes se encontraron en las etapas del medio, como era esperado, debido a que la temperatura de la alimentación (etapa 5) afecta esa etapa y las cercanas a esta. Sin embargo, esto no afectará los resultados generales de la simulación dado que las temperaturas finales para el fondo de la columna son Tf1Mod = 85:6°C y Tf1Exp = 85:8°C. Y para el tope de la columna, Tf10Mod = 78:5°C y Tf10Exp = 78:7°C, ambos más altos que el punto de ebullición del ethanol y más bajos que el punto de ebullición del agua. Para mejorar las simulaciones, habría que hacer más experimentos en la planta utilizando un cromatógrafo de gases y sensores de temperatura y presión. / In modern chemical production, distillation processes are often used for liquid separation. Modeling a distillation column allows us to predict the system's behavior. System modeling is an important, and yet sometimes neglected, discipline of control engineering. This master's thesis is focused on modeling the laboratory-scale distillation column located in the Institute of Automation and Systems Engineering at the Technical University of Ilmenau. This column, mainly used for teaching and research, separates ethanol and water in ten stages. The theoretical model of the system is found using a rst principle model (FPM), mainly the MESH equations to present the highly nonlinear equations, that include the mass balance, the equilibrium phase relationships, the summation equations, and the energy balance for each stage, resulting in the di erential equations of the system dynamics. To illustrate how the model of the distillation column behaves, this work presents the simulations of the concentrations per stage and of the temperature along the column. As well, the results are compared with the McCabe-Thiele model of the system and with experimental temperatures which show good results. In the case of the comparison with McCabe-Thiele, both initial liquid mole fractions x1McT = 0:035 mol=mol and x1Sim = 0:048 mol=mol are smaller than the required xB = 0:1, the present error is because the concentrations in the initial stages is mostly in uenced by the assumptions of the feed concentration and initial conditions of the column. However, for the top of the column the nal mole fractions are x10McT = 0:885 mol=mol and x10Sim = 0:890 mol=mol, values that are much closer to the required value of xD = 0:9. For the vapor mole fractions, y1McT = 0:334 mol=mol and y1Sim = 0:384 mol=mol di er in 14% since there is no shared starting point. However, more importantly, for the top of the column the nal mole fractions are y10McT = 0:901 mol=mol and y10Sim = 0:9060 mol=mol, and the mean of the error along the column is error = 0:0028 for the available data. In the case of the temperature comparison of the model against experimental available data, the bigger errors in the temperature were given in the middle stages, as expected, since the temperature of the feed (in stage 5) a ects that stage and the ones above and below it. However, this will not a ect the overall simulation results since the nal temperatures for the bottom tray are Tf1Mod = 85:6°C and Tf1Exp = 85:8°C. And for the top tray, Tf10Mod = 78:5°C and Tf10Exp = 78:7°C, both higher than the ethanol boiling point and lower than the water boiling point. In order to improve the simulations, more experiments should be made in the plant using a gas chromatograph and temperature and pressure sensors. / In der modernen chemischen Produktion werden Destillationsprozesse h au g als Methode zur Fl ussigkeitstrennung eingesetzt. Die Modellierung einer Destillationskolonne erm oglicht die Vorhersage des Systemverhaltens. Systemmodellierung ist eine wichtige, aber manchmal vernachl assigte Disziplin der Regelungstechnik. Diese Masterarbeit besch aftigt sich mit der Modellierung der Destillationskolonne im Laborma stab, die sich im Institut Automatisierungs- und Systemtechnik der Technischen Universit at Ilmenau be ndet. Diese Kolonne, die meistens zu Lehr- und Forschungszwecken eingesetzt wird, trennt Ethanol und Wasser in zehn Stufen. Das theoretische Modell des Systems wird unter Verwendung des ab-initio-Modellen (FPM) erstellt, haupts achlich der MESHGleichungen zur Darstellung der hochgradig nichtlinearen Gleichungen, die die Massenbilanz, die Gleichgewichtsphasenbeziehungen, die Summationsgleichungen und die Energiebilanz f ur jede Stufe umfassen. Um zu veranschaulichen, wie sich das Modell der Destillationskolonne verh alt, werden in dieser Masterarbeit Simulationen der Konzentrationen pro Stufe und der Temperatur entlang der Kolonne vorgestellt. Au erdem werden die Ergebnisse mit dem McCabe-Thiele-Modell des Systems und mit experimentellen Temperaturen verglichen, die gute Ergebnisse zeigen. Beim Vergleich mit McCabe-Thiele sind beide anf anglichen Fl ussigkeitsmolanteile x1McT = 0:035 mol=mol und x1Sim = 0:048 mol=mol kleiner als die geforderte xB = 0:1, der vorliegende Fehler ist darauf zur uckzuf uhren, dass die Konzentrationen in den Anfangsstufen haupts achlich von den Annahmen der Zulaufkonzentration und den Anfangsbedingungen der Kolonne beein usst werden. F ur den Kopf der Kolonne betragen die endg ultigen Molfraktionen jedoch x10McT = 0; 885 mol=mol und x10Sim = 0; 890 mol=mol, Werte, die viel n aher am erforderlichen Wert von xD = 0; 9 liegen. F ur die Dampfmolanteile y1McT = 0:334 mol=mol und y1Sim = 0:384 mol=mol unterscheiden sich um 14%, da es keinen gemeinsamen Startpunkt gibt. Wichtiger ist jedoch, dass f ur den oberen Teil der S aule die endg ultigen Molenbr uche y10McT = 0:901 mol=mol und y10Sim = 0:9060 mol=mol sind und der Mittelwert des Fehlers entlang der S aule error = 0:0028 f ur die verf ugbaren Daten ist. Beim Temperaturvergleich des Modells mit den verf ugbaren experimentellen Daten wurden die gr o eren Fehler bei der Temperatur in den mittleren Stufen angegeben, wie erwartet, da die Temperatur des Vorschubs (in Stufe 5) diese Stufe und die dar uber und darunter liegenden beein usst. Dies hat jedoch keinen Ein uss auf die Gesamtsimulationsergebnisse, da die Endtemperaturen f ur die untere Schale Tf1Mod = 85:6°C und Tf1Exp = 85:8°C sind. Und f ur die obere Schale sind Tf10Mod = 78; 5°C und Tf10Exp = 78; 7°C, beide h oher als der Ethanol-Siedepunkt und niedriger als der Wasser- Siedepunkt. Um die Simulationen zu verbessern, sollten weitere Versuche in der Anlage mit einem Gaschromatographen und Temperatur- und Drucksensoren durchgef uhrt werden.

Los sistemas de destilación, desde hace muchas décadas, vienen siendo ampliamente usados en la industria de procesos químicos, especialmente en refinerías y procesos de acondicionamiento y tratamiento de gas natural. Los objetivos típicos en estos sistemas están asociados al cumplimiento de especificaciones sobre la calidad de los productos, y para lo cual usualmente se cuenta con analizadores online para monitoreo de estas especificaciones como es el caso de cromatógrafos, así como análisis en laboratorio mediante técnicas específicas. / Tesis

Tesis por compendio / [ES] La presente Tesis Doctoral se ha centrado en la demostración de la viabilidad técnica de un proceso de valorización de residuos plásticos de tipo poliolefínico a una escala de planta piloto y en un entorno industrial (TRL 7). Los residuos plásticos objeto del estudio han sido plásticos post-consumo de tipo film segregados de la corriente mezclada de residuos sólidos urbanos (RSU), también usualmente denominada fracción resto o fracción "todo uno". La realización de la presente Tesis Doctoral se enmarca dentro del programa "Ayudas para la formación de doctores en empresas - Doctorados Industriales" del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad y está integrada en el marco de una línea de investigación estratégica para la empresa URBASER S.A (empresa líder en gestión de residuos sólidos urbanos en España y con presencia en más de 20 países). Dicha línea estratégica comprende el paso del residuo al recurso bajo el concepto de economía circular. En este contexto, la Tesis Doctoral se centra en el estudio experimental del proceso de pirólisis prestando especial atención a la puesta en marcha y operación de la instalación experimental y a la caracterización de los materiales de partida y de los productos obtenidos. Las principales tareas desarrolladas y resultados obtenidos en esta investigación se han plasmado en una serie de publicaciones científicas que han permitido presentar la Tesis Doctoral en el formato de "Compendio de artículos". En el primer capítulo se aborda la problemática actual de la generación de residuos plásticos urbanos, en particular del plástico tipo film, y se evalúan las diferentes alternativas existentes para su gestión sostenible, estableciendo el interés del estudio realizado y los objetivos perseguidos. El segundo capítulo corresponde a la publicación "Characterization of post-consumer plastic film waste from mixed MSW in Spain: A key point for the implementation of circular economy strategies", en la que se caracterizan las materias primas de interés para el proceso y las que se han utilizado como alimentación en las diferentes pruebas realizadas en la planta piloto. En el tercer capítulo, buscando ofrecer una visión completa de la investigación, se ha prescindido del formato artículo y se ha incluido una breve descripción del sistema experimental y un resumen del proceso que se ha seguido para llevar a cabo la puesta en marcha y operación de la instalación, junto con la metodología experimental empleada y los principales resultados obtenidos. El cuarto capítulo lo integra la publicación "Characterization and distillation of pyrolysis liquids coming from polyolefins segregated of MSW: Using as automotive diesel fuel", en la que se realiza una caracterización de los líquidos de pirólisis obtenidos en la planta piloto a partir de diferentes alimentaciones de plástico (principalmente polietileno de baja densidad) y sus fracciones destiladas, analizando las diferentes opciones para utilizarlos tanto como materia prima para la industria petroquímica como para su empleo como combustible de automoción. En el quinto capítulo se ha recogido la publicación "Simulation-assisted design of a catalytic hydrogenation reactor for plastic pyrolysis fuels", en la que se realiza un análisis de una de las posibilidades de upgrading de los líquidos de pirólisis bajo la perspectiva de la fluidodinámica computacional, estudiando el proceso catalítico de hidrogenación de olefinas mediante un modelo avanzado de un reactor multi-tubular. / [CA] This PhD thesis aims to the development of a polyolefinic plastic valorization process. The technical viability of the process at pilot scale and in an industrial-relevant environment (TRL 7) has been shown. The focus of this work is on post-consumer plastic film originating from household waste and collected as part of mixed municipal solid waste (MSW). The works conducted during the PhD thesis are under the state programme "Ayudas para la formación de doctores en empresas - Doctorados Industriales" funded by the Ministerio de Economía, Industria y Competitividad. These works support the URBASER's strategy (Circular economy: from waste to resource) and are focused on the pilot plant commissioning, start-up and operation, as well as the characterization of feedstocks and products. The main tasks and results have been gathered in a number of papers, which allows this PhD thesis to be submitted in a "papers compendium" format. Chapter 1 deals with the current concerns about the generation of municipal plastic waste. In particular, it looks at the plastic film to evaluate the main available alternatives for sustainable management. This is in order to establish the interest of the study conducted and the objectives pursued. Chapter 2 includes the paper "Characterization of post-consumer plastic film waste from mixed MSW in Spain: A key point for the implementation of circular economy strategies", which comprises some characterizations of the targeted raw materials for the pyrolysis process and of the feedstocks used at pilot plant. Chapter 3, which is not in paper format, completes the previous chapter in order to give oversight of the investigation. It includes a description of the experimental facility, the steps taken to carry out the start-up and operation of the pilot plant, the experimental methodology, and the main experimental results. In this chapter, a developed patent from the pyrolysis process has also been included. In Chapter 4, the product characterization is shown in the paper "Characterization and distillation of pyrolysis liquids coming from polyolefins segregated of MSW: Using as automotive diesel fuel". These characterizations cover the pyrolysis liquids and their distilled fractions obtained from different feedstocks analyzed from two points of view according to the most feasible options: as raw material for the petrochemical industry and as diesel automotive fuel. The paper "Simulation-assisted design of a catalytic hydrogenation reactor for plastic pyrolysis fuels" makes up Chapter 5. This paper explores one of several upgrade options for the pyrolysis liquids consisting of catalytic olefin hydrogenation under a fluid dynamic computational perspective by developing an advanced simulation model for a catalytic multi-tubular reactor. / [EN] La present Tesi Doctoral s'ha centrat en la demostració de la viabilitat tècnica d'un procés de valorització de residus plàstics de tipus poliolefínico a una escala de planta pilot i en un entorn industrial (TRL 7). Els residus plàstics objecte de l'estudi han sigut plàstics post-consum de tipus film segregats del corrent mesclat de residus sòlids urbans (RSU), també usualment denominada fracció reste o fracció "tot un". La realització de la present Tesi Doctoral s'emmarca dins del programa "Ayudas para la formación de doctores en empresas - Doctorados Industriales" del Ministeri d'Economia, Indústria i Competitivitat i està integrada en el marc d'una línia d'investigació estratègica per a l'empresa URBASER S.A (empresa líder en gestió de residus sòlids urbans a Espanya i amb presència en més de 20 països). Aquesta línia estratègica comprén el pas del residu al recurs sota el concepte d'economia circular. En aquest context, la Tesi Doctoral es centra en l'estudi experimental del procés de piròlisi prestant especial atenció a la posada en marxa i operació de la instal·lació experimental i a la caracterització dels materials de partida i dels productes obtinguts. Les principals tasques desenvolupades i resultats obtinguts en aquesta investigació s'han plasmat en una sèrie de publicacions científiques que han permés presentar la Tesi Doctoral en el format de "Compendi d'articles". En el primer capítol s'aborda la problemàtica actual de la generació de residus plàstics urbans, en particular del plàstic tipus film, i s'avaluen les diferents alternatives existents per a la seua gestió sostenible, establint l'interés de l'estudi realitzat i els objectius perseguits. El segon capítol correspon a la publicació "Characterization of post-consumer plastic film waste from mixed MSW in Spain: A key point for the implementation of circular economy strategies", en la qual es caracteritzen les matèries primeres d'interés per al procés i les que s'han utilitzat com a alimentació en les diferents proves realitzades en la planta pilot. En el tercer capítol, buscant oferir una visió completa de la investigació, s'ha prescindit del format article i s'ha inclòs una breu descripció del sistema experimental i un resum del procés que s'ha seguit per a dur a terme la posada en marxa i operació de la instal·lació, juntament amb la metodologia experimental empleada i els principals resultats obtinguts. El quart capítol integra la publicació "Characterization and distillation of pyrolysis liquids coming from polyolefins segregated of MSW: Using as automotive dièsel fuel", en la qual es realitza una caracterització dels líquids de piròlisis obtinguts en la planta pilot a partir de diferents alimentacions de plàstic (principalment polietilé de baixa densitat) i les seues fraccions destil·lades, analitzant les diferents opcions per a utilitzar-los tant com matèria primera per a la indústria petroquímica com per al seu ús com a combustible d'automoció. En el cinqué capítol s'ha recollit la publicació "Simulation-assisted design of a catalytic hydrogenation reactor for plastic pyrolysis fuels", en la qual es realitza una anàlisi d'una de les possibilitats de millora de la calitat dels líquids de piròlisis sota la perspectiva de la fluidodinámica computacional, estudiant el procés catalític d'hidrogenació d'olefines mitjançant un model avançat d'un reactor multi-tubular. / El presente trabajo se ha realizado de manera conjunta en URBASER, S. A. y en el Instituto de Tecnología Química (ITQ) – Universidad Politécnica de Valencia, bajo la dirección de la Doctora Marta Guerrero Álvarez, por parte de URBASER, S. A. y del Doctor José Manuel Serra Alfaro, por parte del ITQ. Los trabajos realizados durante la realización de esta Tesis Doctoral han sido financiados en parte por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades a través del programa “Ayudas para la formación de doctores en empresas – Doctorados Industriales” (DI – 16 – 08700) y por el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial a través de los proyectos “Del residuo al recurso mediante el reciclaje” 3R2020+ (IDI – 20150730) y “Economía circular para la valorización de los residuos plásticos urbanos” CEUS (IDI –20181081) dentro del programa estratégico de Consorcios de Investigación Empresarial Nacional (CIEN). / Gala Buro, AJ. (2020). Estudio experimental a escala de planta piloto del proceso de valorización termoquímica de residuos plásticos urbanos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/160033 / Compendio

La presente tesis estudia el desarrollo de tecnologías de separación y recuperación de aromas. Se busca obtener dos clases distintas de productos, concentrados aromáticos y bebidas parcialmente desalcoholizadas. En ambos productos se requiere una alta calidad aromática.Distintos casos de estudio se han seleccionado:i) La separación concentración del 2,4-decadienoato de etilo, aroma impacto de la pera, y ii) la separación-concentración del trans-2-hexen-1-ol, aroma impacto de los arándanos. En ambos casos, se tratan corrientes acuosas de la etapa de concentración de zumos en la indsutria. Para el estudio de la separación /concentración del aroma de pera se aplica adsorción en Carbón Activo Granular y Destilación con Membranas a Vacío, y para el aroma del arándano se selecciona la Pervaporación. Para todos estos casos se analiza el rendimiento del proceso y se desarrolla el modelo matemático obteniéndose sus principales parámetros de transporte.iii) La reducción del contenido de etanol en vino mediante Destilación Osmótica. Se ha desarrollado el modelo matemático que describe el transporte del etanol y los compuestos aromáticos. La validación del modelo y el análisis sensorial se llevaron a cabo mediante vino real. / The thesis document deals with the development of technologies for the separation and recovery of aromatic compounds. Two different kind of products are sought, aroma concentrates from fruit juices and partially de-alcoholised beverages. On both products high aromatic quality is required.Several cases of study have been selected: i) The separation of separation-concentration of ethyl E-2, Z-4-decadienoato, pear impact aroma compound, and ii) separation-concentration of E-2-hexen-1-ol, bilberries impact aroma compound. In both cases, aqueous streams to be treated in the industry would come from the juice concentration stage. The study of the separation and concentration of the pear aroma compound was made by using Adsorption onto Granular Activated Carbon and Vacuum Membrane Distillation, and for the bilberry aroma compound, Pervaporation was selected. For all of these cases of study, the performance analysis and mathematical modeling have been performed and the main transport parameters.iii) The reduction of the alcohol content of wine by Osmotic Distillation. A mathematical model describing both the ethanol and aroma compounds transport was developed. Model validation and sensorial analysis on real wine were made.

[EN] Anaerobic digestion is a sustainable and technically sound way to valorise citrus waste if the inhibitory effect of the citrus essential oil (CEO) is controlled. Several strategies have been proposed to overcome these difficulties: keeping the organic loading rate (OLR) in low values to avoid excess dosage of inhibitor, supplementing the citrus waste with nutrient and buffering solutions or pre-treating the citrus waste in order to reduce the CEO concentration, either by recovery or by degradation of the CEO. Nevertheless, although some of them have been proven successful in recovering/degrading the CEO, none of them has been applied at full scale operation. The main objective of this thesis is to study the effect of the limonene (the main component of CEO) on the anaerobic digestion of citrus waste and to evaluate different strategies to improve this process. In a first approach to the problem, the effect and dynamics of the limonene in the anaerobic digestion process is studied in batch mode. The biochemical methane potential of several citrus waste types was assessed. The inhibitory concentration of limonene for the anaerobic digestion process was estimated also, observing a certain adaptation degree. Different strategies to avoid inhibition of the anaerobic digestion by limonene were studied in batch mode, namely biological treatment by fungi of the Penicillium genus, steam distillation and ethanol extraction. All treatments decreased the limonene concentration in the orange peel, with different efficiencies. Methane potential and production rate in the batch anaerobic digestion of the pretreated orange peel were not affected by the biological treatment, but an increase was observed after steam distillation and also after ethanol extraction. This effect was attributed to the removal of minority compounds of the CEO. Energy balance was negative for steam distillation and positive for the other two tested strategies. Continuous anaerobic co-digestion experiments of orange and mandarin peel with chicken and pig manure allowed observing the importance of the limonene dosage on the inhibitory effect. Systemic inhibition was observed in the mixture with higher limonene concentration, with symptoms of inhibition on methanogenesis, protein hydrolysis pathway, sulphate reduction and acetogenesis. The degradation of the limonene produced inhibitory compounds as well, causing persistent inhibition effects even after almost complete limonene degradation. Continuous anaerobic co-digestion of pretreated citrus waste with cow manure allowed for stable processes when the pretreatment was able to remove the limonene with high efficiency and without producing other inhibitory compounds (such as ¿-terpineol in the biological treatment). Thus, the pretreatments allowing for better results in terms of process stability were mechanical removal of the flavedo and ethanol extraction of the limonene. The anaerobic digestion is able to degrade the limonene, but its by-products can be even more inhibitory than the limonene itself. Therefore, it is concluded that to apply CEO recovery strategies before anaerobic digestion is recommended, since these could possibly the valorization of CEO as added value product and to increase biogas production. / [ES] La digestión anaerobia es una vía sostenible y técnicamente viable para valorizar los residuos cítricos si se controla el efecto inhibidor del aceite esencial cítrico (AEC). Se han propuesto varias estrategias para superar esta dificultad: mantener la velocidad de carga orgánica (VCO) en valores bajos para evitar dosis excesivas del inhibidor, suplementar el residuo cítrico con soluciones de nutrientes y tampón o pretratar el residuo cítrico para reducir la concentración de AEC, ya sea por recuperación o degradación del mismo. Sin embargo, aunque algunas de ellas han sido exitosas para recuperar o degradar el AEC, ninguna ha sido llevada a escala industrial. El objetivo principal de esta tesis ha sido estudiar el efecto del limoneno (el componente principal del AEC) en la digestión anaerobia de los residuos cítricos y evaluar diferentes estrategias para mejorar este proceso. En una primera aproximación al problema, se estudió el efecto y la dinámica del limoneno en la digestión anaerobia en discontinuo. Se evaluó el potencial bioquímico de metano de varios tipos de residuo cítrico y se estimó la concentración inhibitoria del limoneno para el proceso de digestión anaerobia, observando un cierto grado de adpatación. Se estudiaron diferentes estrategias para evitar la inhibición de la digestión anaerobia por limoneno en modo discontinuo: tratamiento biológico mediante hongos del género Penicillium, arrastre de vapor y extracción con etanol. Todos los tratamientos disminuyeron la concentración de limoneno en la piel de naranja, con diferentes eficiencias. El potencial de metano y la velocidad de producción en la digestión anaerobia discontinua de la piel de naranja pretratada no se vieron afectados por el tratamiento biológico, pero se observó un incremento tras el arrastre de vapor y la extracción con etanol. Este efecto se atribuyó a la extracción de compuestos minoritarios del AEC. El balance energético fue negativo para el arrastre de vapor y positivo para las otras dos estrategias. Los experimentos de co-digestión anaerobia en continuo de piel de naranja y mandarina con gallinaza y purín porcino permitieron observar la importancia de la dosis de limoneno sobre el efecto inhibitorio. Se observó inhibición sistémica en la mezcla con mayor concentración de limoneno. La degradación del limoneno produjo a su vez compuestos inhibitorios, con lo que el efecto inhibitorio persistió incluso tras la completa degradación del limoneno. La co-digestión anaerobia en continuo de residuo cítrico pretratado y estiércol de vacuno permitió tener procesos estables cuando el pretratamiento era capaz de eliminar el limoneno con alta eficiencia y sin producir otros compuestos inhibitorios (como ¿-terpineol en el caso del tratamiento biológico). Así, la eliminación mecánica del flavedo y la extracción del limoneno con etanol fueron los pretratamientos que dieron mejor resultado en términos de estabilidad del proceso. La digestión anaerobia es capaz de degradar el limoneno, pero sus subproductos pueden ser aún más inhibitorios que el propio limoneno. Por ello, se concluye que son recomendables los pretratamientos de recuperación de AEC, ya que permiten su valorización como producto de valor añadido y, a la vez, incrementar la producción de biogás mediante digestión anaerobia. / [CA] La digestió anaeròbia és una via sostenible i tècnicament viable per valoritzar els residus cítrics si es controla l'efecte inhibitori de l'oli essencial cítric (OEC). S'han proposat diverses estratègies per tal de superar aquesta dificultat: mantenir la velocitat de càrrega orgànica (VCO) en valors baixos per a evitar dosis excessives de l'inhibidor, suplementar el residu cítric amb solucions de nutrients i tamponants o pretratar el residu cítric per a reduir la concentració d'OEC, ja siga per recuperació o per degradació del mateix. Tanmateix, encara que algunes d'elles han estat exitoses per recuperar o degradar l'OEC, cap ha estat escalada a nivel industrial. L'objectiu principal d'aquesta tesi ha estat estudiar l'efecte del limonè (el component principal de l'OEC) en la digestió anaeròbia dels residus cítrics i avaluar diferents estratègies per a millorar aquest procés. En una primera aproximació al problema, es va estudiar l'efecte i la dinàmica del limonè a la digestió anaeròbia en discontinu. Es va avaluar el potencial bioquímic de metà de diferents tipus de residu cítric i es va estimar la concentració inhibitòria del limonè per al procés de digestió anaeròbia, observant-se un cert grau d'adaptació. S'estudiaren diferents estratègies per a evitar la inhibició de la digestió anaeròbia per limonè en modus discontinu: tractament biològic amb fongs del gènere Penicillium, destil·lació amb vapor i extracció amb etanol. Tots els tractaments reduiren la concentració de limonè a la pell de taronja, però amb eficiències diferents. El pre-tractament biològic no va influir en el potencial de metà ni en la velocitat de producció de la digestió anaeròbia discontínua de la pell de taronja. En canvi, s'observà un increment d'ambdós paràmetres amb la destil·lació amb vapor i l'extracció amb etanol. Aquest efecte es va atribuir a l'extracció de components minoritaris de l'OEC. El balanç energètic va ser negatiu per a la destil·lació amb vapor i positiu per a les altres dues estratègies. Els experiments de co-digestió anaeròbia en continu de pell de taronja i mandarina, amb gallinassa i purins de porc varen permetre observar la importància de la dosi de limonè sobre l'efecte inhibitori. Es va observar inhibició sistèmica a la mescla amb major concentració de limonè. La degradació del limonè va produir inhibidors, de manera que l'efecte inhibitori va persistir fins i tot després de la completa degradació del limonè. La co-digestió anaeròbia en continu de residu cítric pretractat i fem de boví va permetre tenir processos estables quan el pretractament era capaç d'eliminar el limonè amb alta eficiència i sense produir altres molècules inhibitòries (com α-terpineol en el cas del tractament biològic). Així, l'eliminació mecànica de l'epicarpi i l'extracció del limonè amb etanol foren els pretractaments que donaren millor resultat en termes d'estabilitat del procés. La digestió anaeròbia és capaç de degradar el limonè, però els seus subproductes poden ser encara més inhibitoris que el propi limonè. Per això, es conclou que son recomanables els pretractaments de recuperació de OEC, ja que permenten la seva valorització com productes de valor afegit i, a la vegada, incrementar la producció de biogàs mitjançant digestió anaeròbia. / Ruiz Fuertes, B. (2015). Effect of limonene on anaerobic digestion of citrus waste and pretreatments for its improvement [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/58769