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Residue recovery approaches are essential to achieving more green production in seafood industry. Chitosan is a biopolymer with multiple purposes in sectors such as agriculture, food industry, cosmetics, water treatment systems, among others. Wastes from the shellfish industry can be employed in the synthesis of chitosan, turn out to be an alternative for waste recovery. One of the alternative uses of chitosan is as precursor for the production of modified bioadsorbents for removing pollutants. In this work, the environmental assessment of the production process on an industrial scale of chitosan microbead modified with magnetite nanoparticles and thiourea was developed for evaluating the possible environmental impacts. The software Aspen Plus® was used for the process simulation, that allows the quantification of mass flows and estimation of properties. The environmental evaluation was done by using the WAste Reduction (WAR) algorithm, through the WAR GUI software. The results showed that the process consumes potential environmental impacts (PEI), obtaining a positive value of 1,870 PEI/h. The categories related to toxicological impacts (HTPI, HTPE, TTP and ATP) presented lower values than the related to atmospheric impacts (GWP, ODP, PCOP and AP), with the greatest contribution being human toxicity by ingestion (HTPI) and toxicity terrestrial potential (TTP), which are associated with the median lethal dose (LD50) of the compounds involved in the process. PEI consumption was determined by using as energetic source natural gas., Las estrategias de valorización de residuos son clave para lograr una producción más sostenible dentro de la industria de mariscos. El quitosano es un biopolímero que cuenta con múltiples aplicaciones en sectores como agricultura, la industria alimentaria, cosmética, sistemas de tratamiento de agua, entre otros. Los residuos de la industria de los mariscos pueden ser aprovechados en la síntesis de quitosano, convirtiéndose en una alternativa de valorización de residuos. Uno de los usos alternativos del quitosano es como precursor para la preparación de bioadsorbentes modificados con el fin de eliminar contaminantes. En este trabajo, se desarrolló la evaluación ambiental del proceso de obtención a escala industrial de un bioadsorbente de quitosano funcionalizado con nanopartículas de magnetita y un quelante (tiourea), con el objetivo de evaluar los posibles impactos ambientales. Se utilizó el software Aspen Plus ® para la simulación del proceso, que permite la cuantificación de flujos másicos y estimación de propiedades. El análisis ambiental se realizó utilizando el Algoritmo de Reducción de Residuos (WAR) a través del software WAR GUI. Los resultados mostraron que el proceso consume impactos ambientales potenciales (PEI), obteniendo un valor positivo de 1.870 PEI/h. Las categorías relacionadas con los impactos toxicológicos (HTPI, HTPE, TTP y ATP) presentaron menores valores que las relacionadas con impactos atmosféricos (GWP, ODP, PCOP y AP), siendo las de mayor contribución toxicidad humana por ingestión (HTPI) y la toxicidad potencial terrestre (TTP), categorías que se encuentran asociadas a la dosis letal media (LD50) de los compuestos involucrados en el proceso. Se determinó consumo de PEI usando como fuente energética gas natural.

The sustainable growth of the beekeeping production chain has become very important in recent years, by the development of industrial processes and activities that promote the. Mead is the name given to a type of wine that is produced from the alcoholic fermentation from diluted honey. It is one of the oldest drinks on record and is highly desirable and sought after in Northern Europe. In Colombia, mead production is done at a small scale. In this work, the environmental impacts associated with an existing mead plant located in the Municipality of San Mateo, Boyacá, were evaluated. Additionally, the possible impacts generated of implementing a production plant in the Department of Bolívar were assessed. The analysis was carried out using the WARGUI diagnostic tool, an open-source software that allows evaluating both the impacts produced and those consumed by the process, in 8 different categories. This software allows to carry out a study and present alternatives related to the use of fuels and waste, information that contributes to improving the sustainability of the process. The results that stand out are that there was no considerable difference between the impacts caused to the environment of the pilot plant in Boyacá and the simulated one in the Department of Bolívar and, in general, both plants presented a sustainable behavior from the environmental point of view., El desarrollo de procesos y actividades industriales que promueven el crecimiento sostenible de la cadena de producción apícola se ha vuelto muy importante en los últimos años. Hidromiel o mead es el nombre dado a un tipo de vino que se produce a partir de la fermentación alcohólica de la miel de abejas diluida; es una de las bebidas más antiguas y apetecida en el norte de Europa. En Colombia, la producción de hidromiel se da a pequeña escala. En este trabajo se evaluaron los impactos ambientales asociados a una planta existente de hidromiel ubicada en el Municipio de San Mateo Boyacá. Adicionalmente, se valoraron los posibles impactos que se generarían en el momento de implementar una planta de producción en el Departamento de Bolívar. El análisis se realizó usando la herramienta de diagnóstico WARGUI, un software de código abierto que permite evaluar tanto los impactos producidos como los consumidos por el proceso, en 8 categorías diferentes. Esta herramienta permitió realizar un estudio y presentar alternativas relacionadas con el uso de combustibles y residuos, información que contribuye a mejorar la sostenibilidad del proceso. Los resultados que se destacan son que no se presentó una diferencia considerable entre los impactos ocasionados al ambiente de la planta piloto de Boyacá y la simulada del Departamento de Bolívar y, que en general, ambas plantas presentaron un comportamiento sostenible desde el punto de vista ambiental.

Due to the adverse effects that polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) have on the ecosystems of Cartagena Bay. An exergy analysis was carried out to an industrial water treatment process which uses a bioadsorbent from chitosan modified with nanoparticles, to evaluate the energy performance of the process and assess its possible application. The process was simulated in Aspen Plus software and property values ​​of the streams were subtracted for the analysis. In this analysis it was found that the solvent recovery stage shows the highest irreversibilities (284,251.2344 Mj / h), unlike the other stages of the process that presented irreversibilities of the order of 10 ^ 2 (Mj / h), this it is due to the use of thermal energy in the separation equipment that it tends to be lost easily when it is used to do useful work. In addition, a sensitivity analysis was carried out between the adsorption stage and the recovery stage, this indicates that the exergetic efficiency of the adsorption stage increases up to 99%, there is only a 0.1% increase in global efficiency. While an increase of 0.4% in the efficiency of the recovery stage produces a change of 0.4%, this indicates that this stage is crucial to increase the overall exergetic efficiency of the process, which was 15%., Debido a los efectos adversos que tienen los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en los ecosistemas de la bahía de Cartagena. Se realizó un análisis exergético a un proceso industrial de tratamiento de agua mediante el uso de un bioadsorbente a partir de quitosano modificado con nanopartículas ara evaluar el rendimiento energético del proceso y valorar su posible aplicación. En el software aspen plus se simuló el proceso y se sustrajeron valores de propiedades de las corrientes para el análisis. En este análisis se encontró que la etapa de recuperación de los solventes presenta las mayores irreversibilidades (284,251.2344 Mj/h), a diferencia de las otras etapas del proceso que presentaron irreversibilidades del orden de 10^2 (Mj/h), esto es debido al uso de energía térmica en el equipo de separación que tiende a perderse con más facilidad al usarse para realizar un trabajo útil. Además, se realizó un análisis de sensibilidad entra la etapa de adsorción y la de recuperación, este indica que, la eficiencia exergetica de la etapa de adsorción aumenta hasta un 99%, solo se presenta un aumento del 0.1% de la eficiencia global, mientras que un aumento del 0,4% de la eficiencia de la etapa de recuperación produce un cambio de 0.4%, esto señala, que esta etapa es crucial para aumentar la eficiencia exergetica global del proceso que fue de 15%.

Enhancing the biochemical supply chain towards sustainable development requires more efforts to boost technology innovation at early design phases and avoid delays in industrial biotechnology growth. Such a transformation requires a comprehensive step-wise procedure to guide bioprocess development from laboratory protocols to commercialization. This study introduces a process design framework to guide research and development (R&D) through this journey, bearing in mind the particular challenges of bioprocess modeling. The method combines sustainability assessment and process optimization based on process efficiency indicators, technical indicators, Life Cycle Assessment (LCA), and process optimization via Water Regeneration Networks (WRN). Since many bioprocesses remain at low Technology Readiness Levels (TRLs), the process simulation module was examined in detail to account for uncertainties, providing strategies for successful guidance. The sus-tainability assessment was performed using the geometric mean-based sustainability footprint metric. A case study based on Chitosan production from shrimp exoskeletons was evaluated to demonstrate the method’s applicability and its advantages in product optimization. An optimized scenario was generated through a WRN to improve water management, then compared with the case study. The results confirm the existence of a possible configuration with better sustainability performance for the optimized case with a sustainability footprint of 0.33, compared with the performance of the base case (1.00).

This research is focused on the safety analysis of a preliminary design for a pilot-scale shrimp biorefinery through the Inherent Safety Index (ISI) method. This approach analyzes hazards associated with chemicals and process conditions covering several safety aspects. The chemical approach encompasses the heat released by the reactions, the chemical interaction between substances, their toxicity, explosiveness, flammability, and corrosivity while the process approach covers the amount of inventory handled, maximum working temperature and pressure, equipment safety, and the process structure. In all cases, subindexes were determined considering the worst possible scenario. The results show that the biorefinery is inherently safe by obtaining an ISI of 21 points, with chemical and process safety indices of 15 and 6, respectively. The indicators that stood out were the heat of reaction associated with the deacetylation of chitin as it is highly exothermic, and the flammability of acetone as the most dangerous substance in the process., Esta investigación se enfocó en la evaluación de seguridad de undiseño preliminar de una biorefinería de camarón a escala pilotoa través del método de Índice de Seguridad Inherente (ISI). Este enfoque analiza riesgos asociados a variables de las sustancias químicas utilizadas y a condiciones operativas del proceso, abarcando muchos aspectos de la seguridad. El enfoque químico abarca el calor liberado por las reacciones, la interacción química entre sustancias, y la toxicidad, explosividad, inflamabilidad y corrosividad de ellas mientras que el enfoque de proceso cubre la cantidad de inventario manejado, temperatura y presión máximas trabajadas, la seguridad de equipos utilizados y la estructura del proceso. En todos los casos se determinan los subíndices considerando el peor escenario posible. Los resultados muestran que la biorefinería es inherentemente segura al obtener un ISI de 21 puntos, con índices de seguridad químico y de procesos de 15 y 6, respectivamente. Los indicadores que sobresalieron fueron el calor de reacción asociado a la desacetilación de la quitina al ser altamente exotérmica, y la inflamabilidad de la acetona como la sustancia más peligrosa en el proceso.

Magnetite nanoparticles present attractive properties including high magnetization, low toxicity, adsorption capacity, and simple preparation, making them efficient in water purification processes, soil remediation, and biomedical applications. In this sense, there is growing interest in the production of magnetite nanoparticles; therefore, evaluating the performance of this process on a large scale gives relevant information to process designers. In this work, the simulation and exergy analysis of large-scale production of magnetite nanoparticles via coprecipitation were performed using computer-aided tools. The process was modeled for the production of 807 t/year of magnetite nanoparticles; the data for the simulation were obtained from the literature, and experimental results were developed by the authors. The exergy efficiency of the process was estimated at 0.046%. The exergy of waste was estimated to be 105※313 MJ/h, while the unavoidable exergy losses were 2941 MJ/h. Washing 2 and 3 represented the most critical stages of the process, contributing 95.12% of the total irreversibilities due to the waste exergy, which corresponds to the water and ethanol exergy discarded in these stages. These results show that the process must be improved from the energy point of view and require the implementation of process optimization strategies to reach a more sustainable design.

Lemongrass (Cymbopogoncitratus) is a leaf that has been used throughout the years for medicinal and food purposes. Currently, other uses have been added in the chemical industry since its infusion helps the process of synthesis of TiO2nanoparticles, generating by-products such as cellulose and other compounds that have great potential for reuse. For this reason, in the present research an exergetic analysis of the process of TiO2nanoparticle production from lemongrass and titanium isopropoxide is performed. From this analysis it is possible to know which process stages require improvements and to evaluate the overall efficiency of the process. This process is an academic research conducted by the University of Cartagena. The simulation was performed on the specialized Aspen Plus V10TM software. It was observed that with approximately 32675 ton/year of lemongrass and 5724 ton/year of titanium isopropoxide, 1496 ton/year of TiO2nanoparticles are produced, with an overall exergetic efficiency of 0.2366%. In addition, a sensibility analysis was done to propose improvements that would increase the overall efficiency of the process., La hierba limón (Cymbopogon citratus) es una hoja que a lo largo de los años ha sido utilizada con fines medicinales y alimenticios. Actualmente, se han añadido otros usos en la industria química ya que su infusión ayuda al proceso de síntesis de nanopartículas de TiO2, generando subproductos como celulosa y otros compuestos que tienen un gran potencial para su reutilización. Por tal razón, en la presente investigación se realiza un análisis exergético del proceso de producción de nanopartículas de TiO2a partir de la hierba limón e isopropóxido de titanio, a partir de este análisis es posible conocer qué etapas del proceso requieren mejoras y evaluar la eficiencia global del proceso. Este proceso tiene una capacidad de procesamiento de32675 ton/año de hierba limón y 5724 ton/año de isopropóxido de titanio, con la que se producen 1496 ton/año de nanopartículas de TiO2, con una eficiencia exergética global del 0.30%. Adicionalmente, se realizó un análisis de sensibilidad para proponer mejoras que aumenten la eficiencia global del proceso.

Waste generation during shrimp processing is a serious environmental and public health issue that has motivated the search for valorization alternatives such as chitosan extraction. Due to its properties, such biopolymer has been used in different sectors like pharmaceutic, water treatment and biomedicine. In this work, process simulation and environmental evaluation was carried out for the conversion of shrimp-derived chitosan into chitosan microbeads modified with thiourea. To this end, it was used the process simulation software Aspen Plus® and the waste reduction algorithm (WAR). Four cases were considered regarding contributions of energy and products. The conversion yield was calculated in 2 kg MPs-Thiourea/kg chitosan. The environmental evaluation showed that case 3 reached the highest total output impacts (1.23×10+3 PEI/h), followed by case 2, case 1 and base case. It was concluded that energy contributions are less than product contributions and the overall process is environmentally friendly for atmospheric and toxicological impacts., La generación de residuos durante el procesamiento del camarón es un alarmante problema de salud pública y medioambiental, lo que ha motivado a la búsqueda de alternativas de valorización de estos residuos tal como la producción de quitosano. Debido a sus múltiples propiedades, este biopolímero ha sido utilizado en diferentes sectores como el farmacéutico, tratamiento de aguas y biomedicina. En esta investigación, se realizó la simulación y evaluación ambiental de un proceso químico enfocado en la conversión de quitosano a partir del exoesqueleto de camarón hacia microperlas de quitosano modificadas con tiourea. Para ello, se utilizó el software de simulación Aspen Plus® y el algoritmo de reducción de residuos (WAR). Cuatro casos fueron considerados referentes a las contribuciones de energía y productos. El rendimiento de producción de las microperlas (MPs) fue de 2 kg MPs-Tiourea/kg quitosano. La evaluación ambiental mostró que el caso 3 alcanzó el valor más alto para impactos totales de salida (1.23×10+3 PEI/h), seguido por el caso 2, caso 1 y caso base. Se concluyó que la contribución de energía es menor a la del flujo de productos y que el proceso es amigable con el medio ambiente para las categorías de impactos atmosféricos y toxicológicos.