MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham005629
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a620.11
■1001  ▼aSpeer,  David.
■24510▼aOptimization  and  Implementation  of  Continuous  Liquid-Liquid  Extraction  and  In-Situ  Separation  Processes  for  Practical  Recovery
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a146  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Tuteja,  Anish.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2024.
■520    ▼aLiquid-liquid  extraction  (LLE)  is  one  of  the  most  common  and  widely  utilized  separation  techniques  in  industrial  processes  to  date,  with  countless  industrial  systems  employing  this  unit  operation  around  the  world.  Although  LLE  offers  an  easy  and  low-energy  methodology  for  separating  miscible  liquids,  its  design  is  necessarily  constrained  by  the  need  to  avoid  the  formation  of  emulsions.  Emulsions,  while  very  effective  in  helping  an  extraction  process  reach  its  thermodynamic  equilibrium,  are  difficult  to  separate  out,  often  rendering  the  entire  LLE  system  economically  unviable.  As  such,  LLE  operations  typically  avoid  emulsion  formation  and  instead  opt  for  non-emulsified  systems  that  typically  have  lower  extraction  efficiencies  and  correspondingly  higher  operating  costs.  In  the  production  of  volatile  fatty  acids  (VFAs)  from  fermentation  broth,  for  example,  the  separation  block  can  be  responsible  for  up  to  half  of  the  overall  process  cost.  Alternatives  to  LLE,  such  as  distillation  or  electrodialysis,  struggle  with  similar  tradeoffs  related  to  high  economic  or  environmental  costs.  The  ideal  miscible  liquid  separation  system  should  be  highly  energy-efficient,  possess  low  operating  costs,  easily  scalable,  and  compatible  with  existing  industrial  processes.  In  this  dissertation,  we  describe  how  our  recently  developed  membrane-based  LLE  process  termed  as  Continuous  Liquid-liquid  Extraction  And  in-situ  Separation  (CLEANS)  operates  at  high  efficiency  with  reduced  operating  costs  and  minimal  energy  input.  We  examine  the  recovery  of  volatile  fatty  acids  (VFAs)  and  ammonia  via  CLEANS,  and  make  note  of  our  separation  technology's  unique  strengths.This  dissertation  begins  by  addressing  one  of  the  most  ubiquitous  challenges  faced  by  any  membrane-based  process-surface  fouling.  We  show  that  our  optimized  hydrophilic  and  oleophobic  (HL/OP)  membranes  are  capable  of  rapidly  separating  emulsions  many  times  faster  than  by  gravity  alone,  and  that  they  can  function  even  after  over  a  month  of  continuous  fouling  in  oil.  Next,  we  design  a  CLEANS  based  LLE  process  using  these  HL/OP  membranes.  Our  optimized  CLEANS  process  demonstrates  a  capacity  to  recover  VFAs  over  an  order  of  magnitude  more  efficiently  than  has  been  reported  previously.  We  then  study  the  scale  up  and  techno-economics  of  the  developed  CLEANS  system  for  VFA  extraction.  Our  work  illustrates  that  the  CLEANS  process  enables  highly  consistent  extraction  efficiency  across  variable  scales  of  operation,  as  well  as  significantly  lower  operating  costs  and  shorter  payback  periods  when  compared  with  traditional  LLE  operations.  Finally,  we  expand  the  utility  of  our  CLEANS  processes  by  demonstrating  its  effectiveness  in  converting  dissolved  ammonia  found  in  wastewater  directly  into  ammonium  sulfate,  a  product  that  is  widely  utilized  as  a  fertilizer.  We  highlight  our  CLEANS  process'  unique  advantages  for  this  particular  application-namely,  that  it  does  not  require  heating  of  the  feed  stream,  nor  the  addition  of  costly  or  environmentally  detrimental  chemicals.  Overall,  this  dissertation  aims  to  demonstrate  the  utility  of  the  CLEANS  process  to  act  as  an  effective  recovery  methodology  for  a  wide  variety  of  industrially  relevant  chemical  species.  We  anticipate  that  the  CLEANS  process  may  prove  beneficial  for  separation  across  a  diverse  set  of  industries  including  bio-processing,  fuel  purification,  wastewater  treatment,  chemical  synthesis,  and  many  more.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aMaterials  science
■650  4▼aChemical  engineering
■650  4▼aAnalytical  chemistry
■650  4▼aBiochemistry
■653    ▼aLiquid-liquid  extraction
■653    ▼aMembrane  technology
■653    ▼aSeparation  processes
■653    ▼aVolatile  fatty  acids
■653    ▼aAmmonium  sulfate
■690    ▼a0794
■690    ▼a0542
■690    ▼a0486
■690    ▼a0487
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bMaterials  Science  and  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-03B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17164462▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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