UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE PROCESOS QUÍMICOS
PREINFORME PRODUCCIÓN DE ETANOL A PARTIR DE MELAZA.
La Melaza es un producto derivado de la caña de azúcar, extraído del proceso de refinación de ésta. La melaza es utilizada en la Industria alcoholera para la elaboración de alcohol etílico, en la industria ganadera para la producción de alimento para ganado y en otras industrias como la acuicultura (cultivo de camarón), obtención de levaduras para panificación, entre otros.
El proceso de fermentación es un proceso metabólico-energético que comprende la descomposición de moléculas, tales como carbohidratos, de manera anaerobia. La fermentación ha sido utilizada desde tiempos antiguos en la preparación de alimentos y bebidas. El desarrollo químico ha revelado la naturaleza biológica del proceso de fermentación. El producto de la fermentación es el alcohol etílico, pequeñas cantidades de propanol, butanol, ácido acético, y ácido láctico; los alcoholes de alta concentración también se pueden formar. El etanol es un líquido incoloro y volátil que está presente en diversas bebidas fermentadas. Desde la antigüedad se obtenía el etanol por fermentación anaeróbica de una disolución con contenido en azúcares con levadura y posterior destilación. Dependiendo del género de bebida alcohólica que lo contenga, el etanol aparece acompañado de distintos elementos químicos que lo dotan de color, sabor, olor, entre otras características.
TOXICOLOGIA: El etanol es oxidado rápidamente en el cuerpo a acetaldehído, después a acetato y finalmente a dióxido de carbono y agua, el que no se oxida se excreta por la orina y sudor. Inhalación: Los efectos no son serios siempre que se use de manera razonable. Una inhalación prolongada de concentraciones altas (mayores de 5000 ppm) produce irritación de ojos y tracto respiratorio superior, náuseas, vómito, dolor de cabeza, excitación o depresión, adormecimiento y otros efectos narcóticos, coma o incluso, la muerte.
MANIPULACIÓN: Equipo de protección personal:
Para manejar este producto es necesario utilizar bata y lentes de seguridad, en un área bien ventilada. Cuando el uso es constante, es conveniente utilizar guantes. No utilizar lentes de contacto al trabajar con este producto. ALMACENAMIENTO: Lugares ventilados, frescos y secos. Lejos de fuentes de calor e ignición. Separado de materiales incompatibles. Rotular los recipientes adecuadamente. Depositar en contenedores herméticamente cerrados. Los equipos eléctricos y de iluminación deben ser a prueba de explosión.
OBJETIVOS: Objetivo general Estudiar el proceso de fermentación como método para producción de etanol.
Objetivos específicos
Identificar los fenómenos de transporte presentes en la producción de etanol a partir de melaza de caña de azúcar.
Analizar el efecto de las variables del proceso en las características del producto final.
Evaluar la eficiencia de la levadura utilizada en el proceso.
Operaciones involucradas en el proceso.
Fermentación: La fermentación es un proceso químico que se opera mediante la acción de microorganismos sobre elementos orgánicos. Es una oxidación parcial de los átomos de carbono que se efectúa en ausencia de oxígeno y libera, además, ciertos niveles de energía. El azúcar contenido en las melazas es la sacarosa, un disacárido constituido por una molécula de glucosa y una de fructuosa, los agentes de esta fermentación son algunas especies de levadura industrial del género Saccharomyces que convierten los azúcares simples obtenidos, en dióxido de carbono y etanol.
Sacarosa + H2O => Glucosa + Fructosa CH6H12O6+S. Cerevisiae => 2C2H5OH+2CO2
La fermentación se inhibe por su producto final, el etanol, por lo que no es posible obtener por este método rendimientos mayores de 10 a 15% de alcohol. Este proceso es realizado bajo una exacta supervisión de laboratorio, incluyendo la selección de la inoculación de los granos de levadura, la adición de nutrientes, el ajuste del pH, el control de temperatura, y finalmente la limpieza y esterilización de la máquina de cultivo de levadura para la realización del siguiente lote.
Destilación: El caldo que contiene alcohol etílico, agua, aldehído, ácido acético, etc., pasa a través de un intercambiador de temperatura hacia un condensador parcial para mantener el alcohol en la columna y para proporcionar un reflujo para las placas superiores. Los productos más volátiles, los cuales todavía pueden contener rastros de aldehídos y alcohol, son condensados completamente y transportados detrás de la parte superior del destilador de aldehído. Cerca de la parte superior de la columna, el 95-96% del alcohol es absorbido a través del condensador para su almacenamiento.
Balances presentes en el proceso:
Balance masa total alrededor de la columna de destilación.
F=D+W
Balance de masa del componente LK.
F XF =D XD+ WXW
Balance de Energía en la columna de destilación:
Calor neto en la torre:
Q = Q R+Q C
Balance en el condensador: Entalpías: HG, HL, HD
GHG= LHL + DHD + Qc Balance en el rehervidor: Q R= DHD + WHW + Q C - FHF
Fenómenos de transporte presentes en el proceso.
Transferencia de calor:
La transferencia de calor se verifica en la fuerza impulsora debido a una diferencia de temperatura por la cual el calor fluye de la región de alta temperatura a la de temperatura más baja. La ley de Fourier para conducción de calor puede escribirse como sigue para p y cp constantes:
Donde q/A es el flujo específico de calor en W/m2, a es la difusividad térmica en m2/s, y pcpT es J/m3.
Transferencia de masa: En este caso se transfiere masa de una fase a otra fase diferente; el mecanismo básico es el mismo, ya sea que las fases sean gaseosas, sólidas o líquidas. La ecuación para la difusión molecular de masa es la ley de Fick, similar a la ecuación (2.3-2). Se escribe como sigue para una concentración total constante en un fluido: donde Ji, es el flujo molar del componente A en la dirección z causado por la difusión molecular,
donde Ji, es el flujo molar del componente A en la dirección z causado por la difusión molecular, expresado en kg mol de Als . m2, DAB es la difusividad molecular de la molécula A en B en m2/s, cA es la concentración de A en kg mol/m3, y z es la distancia de difusión en m.
Diagrama del Proceso.
Preparación del Mosto
Preparación del Fermento
Fermentación
Centrifugación
Destilación
Referencias: El nuevo Día, periódico Tolimense. Fermentación Disponible en: http://www.elnuevodia.com.co/nuevodia/sociales/la-columna-del-chef/166937fermentacion#sthash.yKlwXhZd.dpuf. Fermentación de etano. Disponible en: http://www.sabelotodo.org/quimica/etanolfermentado.html. Hoja de seguridad del Etanol. Disponible en: http://www.quimica.unam.mx/IMG/pdf/12etanol.pdf
Geankoplis, C.J.Procesos de transporte y operaciones unitarias. 3a edición. MÉXICO, 1998. COMPAÑÍA EDITORIAL CONTINENTAL, S.A. DE C.V. MÉXICO
