Preparacin de Informes en formato IEE

PRODUCCION DE BIOCOMBUSTIBLES Y ALCOHOLES A PARTIR DE JUGO DE CAA PANELERAJaime Yesid Salazar Reyes

e-mail: Jaimesalazar_1990@hotmail.com

RESUMEN: En este proyecto llevaremos a cabo el proceso que conlleva obtener bioetanol a partir de caa de azcar enfocndose propiamente en la fase de destilacin que involucra la columna destrozadora, la columna concentradora, la columna hidroselectora y la columna rectificadora. Evaluaremos cada una de estas columnas basndonos en balances de masa y energa realizados previamente hasta comprender que funcin cumplen para la produccin del mencionado bioetanol como tambin simular por medio del programa matlab para dar a conocer cmo se comporta dicha produccin en la industria desde una interfaz fcil de usar mediante control de variables de proceso.

PALABRAS CLAVE: destrozadora, concentradora, hidroselectora, rectificadora.

ABSTRACT: This project will carry out the process involved in obtaining ethanol from sugarcane focusing properly in phase involves destrozadora distillation column, the concentrator column, the column hidroselectora and rectifying column. Evaluate each of these columns based on mass and energy balances previously made to understand that is the role for the production of bioethanol as mentioned by the matlab simulation program to show how such production behaves in the industry for a user friendly interface by using process control variables. KEYWORDS: destroyer, concentrator, hydro- selector, grinder.1 INTRODUCCINEl proceso de la obtencin del bioetanol a partir de caa de azcar comprende la extraccin de jugo de caa (rico en azucares) y su acondicionamiento para hacerlo ms asimilable por las levaduras durante el proceso de la fermentacin. Del caldo resultante de la fermentacin debe separarse la biomasa, para dar paso a la concentracin del etanol se la cual se obtiene por una columna destrozadora de esta pasara previamente a las columnas concentradora, hidroselectora y rectificadora mediante diferentes operaciones unitarias y a su posterior deshidratacin, forma en que es utilizado como aditivo oxigenante. 1.1 ETAPAS DEL PROCESOSECCION DE MOLIENDA.La caa preparada por las picadoras llega a los molinos y mediante presin se extrae el jugo que se recolecta en tanques. En el recorrido de la caa por el molino, se le agrega agua para diluir los jugos y maximizar la extraccin de la sacarosa que contiene el material fibroso que pasa a travs de todas las unidades que componen dicho molino.

Un proceso de molienda logra recuperar cerca del 95% del azcar presente en la caa, el bagazo final contiene el azcar no extrado, la fibra leosa y del 45 a 55% de agua.

SECCION DE CLARIFICACION Y PREPARACION DEL JUGO.En esta etapa se recibe y almacena el jugo de caa, que alimenta la planta. El jugo proveniente de la seccin de almacenamiento, se alcaliniza con cal hasta pH entre 6.8 y 7.2%, luego se precalienta para facilitar su paso por el regulador de densidad y evitar al mismo tiempo la formacin de microorganismos, posteriormente se aade un floculante, con el fin de favorecer la precipitacin los

Slidos suspendidos y algunas sustancias como sales de cal y material proteico, que son nocivos en la fermentacin y aumentan los problemas de incrustaciones en la destilacin. El jugo pasa por un filtro para retener las partculas ms gruesas antes mencionadas, antes de pasar al recipiente de acidificacin donde se adiciona cido sulfrico para mantener el pH entre 4.0 y 5.0. Este jugo clarificado se esteriliza calentndolo a 110C por un tiempo de 10 minutos; se enfra en un intercambiador por contacto con agua hasta 33C que es la temperatura apropiada para pasar a la

SECCION DE FERMENTACION.

En esta etapa por cada 100 Kg de jugo que entran al proceso se produce 0.22 Kg de cachaza, 0.04 Kg de torta y un jugo filtrado con 18Bx.

Seccin de fermentacin.En los procesos en los que no se desea recuperar azcar, el jugo pasa directamente a fermentacin, en los otros casos el jugo clarificado pasa a la etapa de evaporacin donde se obtiene azcar A, B, y C de acuerdo al grado de pureza y melazas o mieles dependiendo del punto final de evaporacin.

En la fermentacin, por accin biolgica de la levadura, se da la transformacin de los azcares fermentables contenidos en el jugo, en alcohol etlico y gas carbnico. El proceso puede ser por lotes o continuo, se prefiere presentar este ltimo debido a que es ms eficiente.

2 Fermentacin continuaCon la fermentacin continua se logran ahorros de agua y de energa, ya que se presentan diversas oportunidades de recirculacin, sobre todo en la seccin de purificacin del etanol, es decir en la destilacin y en la rectificacin. Otro de los elementos importantes para la adopcin de la fermentacin continua, es que se evitan problemas de infeccin en los equipos cuando no se estn utilizando.La fermentacin continua consiste principalmente en que se va aadiendo continuamente al bioreactor el mosto a fermentar, y se va extrayendo igual cantidad de material fermentado. De esta manera, la formacin de la mayor cantidad de producto ocurre durante el crecimiento exponencial de las levaduras, mientras que en el proceso discontinuo, la formacin de producto tiene lugar unicamente durante una fraccin del ciclo de fermentacin. Esto implica adems una mayor productividad especfica, es decir mayor cantidad de producto obtenido con respecto al tiempo. De la misma manera, la cantidad de vinaza va a ser menor, por lo menos en un litro por litro de alcohol producido.Al adoptar la fermentacin continua, hay grandes posibilidades de disminuir el consumo de energa mediante el aprovechamiento de calor de las corrientes originadas durante el proceso.La flemaza despus de la doble expansin es utilizada para la alimentacin del agua caliente que requiere la columna de hidroseleccin. De esta forma el agua residual se descarga a la alcantarilla despus de pasar por un intercambiador de placas para ser enfriada completamente.As mismo se pueden aprovechar otras corrientes, como los vapores de cabeza de la columna hidroselectora, que al condensarlos genera una cantidad de calor que puede ser aprovechado para la energa requerida por la columna destrozadora.3 COLUMNAS DE DESTILACION

3.1 Columna destrozadora

Despus de llevar a cabo el proceso de fermentacin del cual obtenemos el vino pasamos a la columna destrozadora una agotadora y otra concentradora; la primera columna, la agotadora o destrozadora como tambin se le conoce, trabaja al vaco, baja presin, de ella se separan las flemas con todas las impurezas por un lado y las vinazas por el otro.3.2 Columna concentradora

Las flemas pasan a la columna concentradora donde comienza el proceso de depuracin del alcohol etlico. Una parte del producto obtenido durante el proceso de fermentacin contiene, en algunos casos, sustancias de mayor volatilidad que el alcohol etlico razn por la cual son extradas en la parte superior de esta columna conformando lo que se conoce como ALCOHOL SECUNDARIO.

En la industria este producto es utilizado esencialmente como base para barnices y tambin para uso domstico donde se lo conoce como "alcohol de quemar. Este alcohol contiene aldehdos, steres y otros componentes, que le dan caractersticas txicas y aromas desagradables al alcohol final, razn por la cual son retirados del resto del alcohol ajustndose a las especificaciones solicitadas y adoptadas por cada cliente por la parte superior de la columna concentradora, como consecuencia de ser mucho ms voltiles que el etanol (o alcohol etlico).

El resto de la mezcla hidroalcohlica, con mayor punto de ebullicin, sale con un contenido de alcohol del 90 %, de all desciende por la columna transformndose en una flegma de Buen Gusto, que se procesar en la ltima columna

3.3 Columna hidroselectora

Se inyecta vapor y se agrega agua para disminuir el contenido de alcohol hasta un 13 % en el fondo y un 24 % en la parte superior.

Por la parte superior, como se mencion anteriormente, se recoge una solucin con 24G.L., a una temperatura de 90C, que contiene, adems de alcohol, impurezas como cetonas, aldehdos, steres y metanol. Esta corriente se conoce como alcohol impotable o de mal gusto y se comercializa con destino a industrias de cosmticos y como solventes.

La corriente del fondo, a temperatura de 92C y con un contenido alcohlico del 13%, pasa a una columna rectificadora con el fin de elevar hasta 96% su contenido alcohlico. Esta columna trabaja a presin mayor de la atmosfrica.3.4 Columna rectificadoraEl vapor alcohlico obtenido en la columna despojadora se alimenta a la columna rectificadora donde se produce el alcohol rectificado a una concentracin de 95%(v/v) de etanol, en el fondo de la columna se obtiene como subproducto las flemazas que son alimentadas a la planta de tratamiento de aguas residuales y Alcohol, aceites fussel.4 BALANCE DE MASA.En el balance de masa del proceso se consideran los consumos netos de los insumos necesarios para producir una tonelada de alcohol etlico rectificado. Este balance realizado por etapas del proceso, fermentacin, destilacin y rectificacin, tiene en cuenta las corrientes de entrada, salida y conversiones de materiales con su respectiva eficiencia real.//Figura3. Ecuacion(1)Corrientes de entrada: melaza, agua, sales nutritivas y vapor. Corrientes de salida:alcohol 96%,C02,alcohol importable, aceite fussel, agua y vinazas. De la composicin media de las melazas de caa tomamos que estas contienen un 45 % de azcares fermentablesexpresados como: C6H1206 Tomando como base de clculo la produccin de 1 Ton de alcohol etlico y conociendo la relacin de cantidad de materia prima necesaria por unidad de producto obtenido: 0.25 litros de etanol / Kg de melaza.

Por lo tanto, la cantidad de melaza consumida para el proceso de obtencin de una tonelada de alcohol etlico es de 5 toneladas. A partir de esta cantidad se calculan las corrientes del proceso por etapas como se describen a continuacin.4.1 EsterilizacinEl principio fundamental de esta etapa, como se mencion anteriormente, es el de desinfectar la materia prima para evitar que durante la fermentacin se presente el crecimiento de bacterias que interrumpen la fermentacin.La cantidad de vapor utilizada en esta etapa es tomada del balance de energa debido a que este es utilizado para llevar la temperatura de la melaza hasta 105C, temperatura ptima para una buena esterilizacin.As el vapor consumido es de 0.4503 toneladas por toneladas de alcohol etlico.

Corrientes de entrada: melaza, vapor. Corrientes de salida:melaza esterilizada.Ecuacin (2)5 Ton + 0.4503 Ton = 5.4503 Ton de melaza esterilizada

4.2 ClarificacinEn la clarificacin o dilucin, la cantidad de agua que se adiciona en esta etapa debe ocurrirse hasta que el mosto haya alcanzado una concentracin de azcares de 15%.De esa manera, el total de agua necesaria para en esta etapa la aporta el vapor adicionado para la esterilizacin, y agua clarificada, completando as la totalidad de mosto que entra a fermentacin.Corrientes de entrada: melaza esterilizada, agua.Corrientes de salida:mosto. Ecuacin (3)La cantidad de mosto a fermentar para producir una tonelada de alcohol etlico rectificado es 20.2 toneladas.4.3 FermentacinCorrientes de entrada: agua, melazas y nutrientes.Corrientes de salida:Vino fermentado, C02.Ecuacin (4)Para el clculo del C02tenemos que las 5 toneladas de melaza que entra a proceso presentan un 45% de azcares fermentables.5 Ton * 0.45 = 2.25 ton de azcar fermentable.De la reaccin de fermentacin, por estequiometria: el 48.9 % del azcar se convierte en C02, entonces:(2.25 Ton * 0.489) = 1.1 Ton de C02que salen.As: 20.2 Ton + 0.01 Ton = Vino + 1.1 TonVino = 19.11 Ton.4.4 DestilacinEsta etapa abarca el paso del mosto a travs de varias columnas como la destrozadora, concentradora e hidroselectora, necesarias para alcanzar las caractersticas requeridas del alcohol final.Columna Destrozadora.Corrientes de entrada:: Vino fermentado.Corrientes de salida:Flemas, vinazas.Flemas: Corriente con un contenido alcohlico del 45%.5 Ton * 0.45 = 2.25 Ton de azcar fermentable.De la reaccin de fermentacin el 51.1 % del azcar se convierte en AlcoholEntonces 2.25 Ton * 0.511 = 1.15 Ton de Alcohol Etlico.La corriente de flemas que abandona la destrozadora presenta 45% de concentracin alcohlica.As: (1.15/0.45) = 2.555 Ton19.11 Ton = Vinazas + 2.555 TonVinazas = 16.555 toneladas.Columna Concentradora.Corrientes de entrada: Flemas.Corrientes de salida:Corriente alcohlica, Flemazas.Ecuacin (5)En esta etapa la corriente alcohlica presenta una concentracin del 92% de etanol. Como el alcohol puro que viene de la etapa anterior corresponde a un total de 1.15 Ton. Entonces(1.15/0.92) = 1.25Ton2.555 Ton = Flemazas + 1.25 TonFlemazas = 1.305 TonColumna Hidroselectora.Corriente de entrada: Corriente alcohlica al 92 %Agua necesaria para la hidroseleccin.Corrientes de salida: Vapor alcohlico con una concentracin del 13 %Alcohol impotable con concentracin alcohlica del 24%De la relacin de produccin de impotables: 0.006 Toneladas de alcohol impotable por tonelada de alcohol etlico.Total de impotables de salida = 0.006 toneladasCorriente de Vapor Alcohlico = 1.15/0.13 = 8.835 TonEcuacin (6)1.25 Ton + Agua = 0.006 Ton + 8.835 TonAgua para esta etapa = 7.59 Toneladas por tonelada de alcohol producido.Rectificacin:Corriente de entrada: Vapor alcohlico.Corrientes de salida: Alcohol etlico rectificado, aceites fussel, flemazas.Ecuacin (7)De la relacin de produccin de Aceites fussel con la produccin de Alcohol Rectificado al 96 %: por 1 Ton de este ltimo se producen 0.00125 Ton de Aceites fussel.As: 8.835 Ton = Flemazas + 0.00125 Ton + 1 TonFlemazas = 7.834 Ton5 BALANCE DE ENERGIAAl igual que para el balance de masa, la base de clculo es una tonelada de Alcohol etlico rectificado y el balance de energa se realiza por etapas del proceso que presenten cambios de temperatura es decir aquellas que ceden o absorben energa para que puedan llevarse a cabo.//Figura4.ESTERILIZACION:Q(vapor) ESTERILIZACIONEste es el calor involucrado en esta etapa es el necesario para esterilizar la melaza por medio de adicin directa de vapor hasta conseguir una temperatura de a 105C. La temperatura inicial de la melaza es de 25C..25C = 77F Cp = 0.52 BTU/Lb F = 1209.5 J/Kg F105C = 221FEcuacin (8)Donde m es la masa de entrada, Cp la capacidad calorfica de la mela