Destilacion de Etanol

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Balances de materia Figura Figura 4P1.1 Membrana de fibra hueca para la concentra ción de células.

apreciable. Una vez inmovilizado s en la membrana, la leva leva dura no puede reproducirse pero convierte la glucosa en etanol de acuerdo a la ecuación:

Caldo de

" —

fermentación

-—'

Solución

C H, Cv -> 2C,rLO + 2CO, r

7

(i

12

—-•'

fi

2

6

2

El etanol es soluble en 2-etil-l,3-hexanodiol, que difunde al interior del tubo y es arras trado fuera del sistema. El C 0 en forma gaseosa sale de la membrana a través de la válvula de escape. En la corriente acuosa que abandona el espacio anular, la concentración de glucosa sin convertir es 0.2% y la concentración de etanol 0.5%. Si el sistema opera en esta do estacionario:

2

lampón

Membrana de fibra hueca

-1

350 kg min   de un caldo del fermentador a través de una pila de membranas de fibra hueca como el mostrado en la Figura 4P1.1. El caldo contiene 1% de bacterias y el resto puede considerarse agua. El caudal de la solución tampón que que entra entra al espacio anular sit uado a lred edor de los tu bos de la membrana es de 80 kg min , de manera que el agua es forzada a atravesar la membrana hacia ella debido a la pre sión del caldo existente en los tubos de la membrana. Las células en el caldo son demasiado grandes para atravesar la membrana y salen de los tubos como un concentrado.

(a) ¿Cuál es la concentración de etanol en la corriente de hexanodiol que abandona el reactor? (b) ¿Cuál es el caudal m ásic o de C 0 ? 2

-1

El objeto del sistema de membrana es producir una sus pensión de células que contenga el 6% de biomasa. (a) ¿Cuál es el caudal a través del espacio anular? (b) ¿Cuál es el caudal de suspensión de células que sale de los tubos de la membrana? Suponer que las células no son activas; es decir, no existe crecimiento. Suponer además que la membrana no permite atravesar moléculas que no sean de agua desde el anillo al interior del cilindro o viceversa.

4.2 4.2 Reactor de memb me mbran ran a Se utiliza una batería de membranas cilindricas similar al mostrado en la Figura 4P1.1 para una bioconversión extractiva. La bioconversión extractiva significa que la fer ment mentac ació ión n y la extracción del prod ucto se p rodu cen simu ltá neamente. Las células de levadura se encuentran inmovilizadas den tro de las paredes de la membrana. Se hace pasar una solu ción ción de agua con un 10% de glu cos a a tra vés del e spa cio anular a una velocidad de 40 kg h"'. Un disolvente orgánico, como el 2-etil-l,3-hexanodiol, entra al tubo interior a una velocidad de 40 kg Ir . El hexanodiol no puede penetrar a la membrana ya que ésta está construida de un polímerp que repele los disolventes orgánicos y la levadura no se yft  afec tada relativamente por su toxicidad. Por otro lado,¿lado que la glucosa y el agua son insolubles en 2-etil-l ,3-hejxanodiol, estos compuestos no penetran al interior del tubo de manera 1

4.3 Desti lación de etanol Un líquido de un fermentador de destilería contiene 10% de etanol y 90% de agua. Se bombean 50000 kg h"' de este producto de fermentación a una columna de destilación. Bajo las actuales condiciones de operación se produce un destila do con un 45% de etanol y 55% de agua en la parte superior de la columna a una velocidad diez veces inferior a la de la alimentación. (a) ¿Cuál es la composición del residuo del «fondo» de la torre de destilación? (b) ¿Cuál es la velocidad de pérdida de alcohol en el fondo?

4.4

Separación de glucosa a partir de huevos deshidratados

La enzima glucosa oxidasa se utiliza comercialmen te para separar la glucosa de los huevos deshidratados para mejorar el color, el sabor y la duración. La reacción es: C H 0 0 + H 0->C H 0 H 0 (glucosa) (ácido glucónico) 6

1 2

6

+

2

2

6

I J

7

+

2

2

Para ello se utiliza un reactor de flujo continuo utilizando portadores de enzima inmovilizada en el interior del reci piente. La suspensión de huevo deshidratado, que fluye a una velocidad de 3000 kg Ir , contiene 2% de glucosa, 20% de agua y el resto sólidos de huevo inactivos. El aire se bom bea a través del reactor suministrando 18 kg de oxígeno por hora. El nivel deseado de glucosa en el producto de huevo deshidratado que abandona el reactor es 0.2%. Calcular: 1