Abstract:
The Ecuadorian rice sector generates annually 388,885 tons of rice husk. This residue is inadequately disposed of through burning, which contributes 54.62 kt CO₂eq of annual emissions. This work evaluates furfural production via acid hydrolysis as a sustainable alternative for valorizing this agroindustrial byproduct.
A four-reaction kinetic model was implemented in Aspen Plus V14 that considers the simultaneous transformations of xylose-intermediate-furfural-degradation products. To validate the model, we compared its predictions with experimental data from Ershova et al. (2015) and obtained excellent results: a coefficient of determination R² = 94.19% and an average relative error of 8.78%.
We applied a 3×2×3 factorial experimental design varying temperature (160-200°C), H₂SO₄ concentration (0.5-1.0M), and residence time (30-90 min). The optimal conditions identified were 180°C, 0.5M H₂SO₄, and 60-90 minutes. These conditions maximize yield (57-59%) while minimizing humin formation.
The economic analysis determined a capital investment (CAPEX) of $8.2 million and annual operating costs (OPEX) of $14.5 million. With a payback period of 5 years and an IRR of 20%, the results confirm the techno-economic feasibility of the process for the Ecuadorian rice industry.
Keywords: Acid hydrolysis, Lignocellulosic biomass, Aspen Plus simulation, Circular bioeconomy, Xylose.
Description:
El sector arrocero ecuatoriano genera anualmente 388.885 toneladas de cascarilla. Este residuo se dispone de manera inadecuada mediante quema, lo que contribuye con 54,62 kt CO₂eq de emisiones anuales. Este trabajo evalúa la producción de furfural mediante hidrólisis ácida como una alternativa sostenible para valorizar este subproducto agroindustrial.
Se implementó un modelo cinético de cuatro reacciones en Aspen Plus V14 que considera las transformaciones simultáneas de xilosa-intermediario-furfural-productos de degradación. Para validar el modelo, comparamos sus predicciones con datos experimentales de Ershova et al. (2015) y obtuvimos resultados excelentes: un coeficiente de determinación R² = 94.19% y un error relativo promedio de 8.78%.
Aplicamos un diseño experimental factorial 3×2×3 variando temperatura (160-200°C), concentración de H₂SO₄ (0.5-1.0M) y tiempo de residencia (30-90 min). Las condiciones óptimas identificadas fueron 180°C, 0.5M H₂SO₄ y 60-90 minutos. Estas condiciones maximizan el rendimiento (57-59%) mientras minimizan la formación de huminas.
El análisis económico determinó una inversión de capital (CAPEX) de $8.2 millones y costos operativos anuales (OPEX) de $14.5 millones. Con un período de recuperación de 5 años y una TIR del 20%, los resultados confirman la viabilidad técnico-económica del proceso para la industria arrocera ecuatoriana.
