Metodos de obtencion de etanol por medio de la caña de azucar

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Proceso para la obtención de etanol a partir de la caña de azúcar
Perea Nicasio Elizabeth, Mendoza Landín Nadia y Giovanni Alexander Escamilla García
Instituto Tecnológico de Celaya Ingeniería Química

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Procedimiento de simulación

RESUMEN
En este trabajo se muestran las tecnologías existentes para la obtención de etanol carburante a partir de una materia prima potencial de laagricultura Mexicana, la caña de azúcar. Se realizó la selección del proceso más adecuado para esta materia prima teniendo en cuenta factores económicos y ambientales. Finalmente se simularon los procesos escogidos, obteniendo resultados semejantes a los de los procesos reales correspondientes. Se demostró que las técnicas de simulación son una herramienta poderosa que permite minimizar tiempo, costos yexperimentación en diseños de los bioprocesos como los de obtención de alcohol carburante.

La simulación de los esquemas tecnológicos para la producción de etanol anhidro a partir de caña de azúcar, se realizó usando el simulador de procesos Aspen Plus versión 11.1 (Aspen Technologies, Inc., EUA). Se empleó para el cálculo de los coeficientes de actividad el modelo termodinámico NRTL y para elcomportamiento de la fase de vapor el Hayden-O’Conell. Los componentes que se tuvieron en cuenta para la simulación comprenden los provenientes de la materia prima e insumos: lípidos, proteínas, cenizas, fibra, almidón, azúcares, enzimas y amoniaco (como fuente de nitrógeno), y los formados en la etapa de fermentación: etanol, dióxido de carbono, biomasa, acetaldehído, oxígeno, alcoholes de fusel yglicerol. Parte de los datos para la simulación de las propiedades físicas fueron obtenidos del trabajo de Wooley y Putshe (1996). La capacidad de las plantas simuladas fue de 537.720 L/d.. Para la simulación de las áreas de separación se aplicó el método corto DSTWU basado en el modelo de Winn-Underwood-Gilliland incorporado al Aspen Plus, que proporcionó una estimación inicial del número mínimode etapas teóricas, de la relación de reflujo, la localización de la etapa de alimentación y la distribución de los componentes. El cálculo riguroso de las condiciones de operación en las columnas de destilación se desarrolló con el módulo RadFrac basado en el método de equilibrio inside-out que utiliza las ecuaciones MESH.

Para una producción de etanol anhidro de 537.720 L/d la materia primarequerida, calculada con base en un rendimiento promedio de 75 L/ton de caña es de 292,62 ton/h. La composición de la corriente principal de este proceso se presenta en la tabla 1, para el proceso a partir de caña de azúcar. De esta tabla se puede observar que las composiciones obtenidas coinciden con los datos de procesos industriales. Por ejemplo, el bagazo exhibe una humedad alrededor del 50%,la cachaza del 75% , al igual que un contenido de fibra del 46% en el bagazo. Los requerimientos de energía térmica por áreas y totales obtenidos a partir de los resultados de la simulación se encuentran en la tabla 3. En ella se puede observar que el proceso a partir de caña posee un requerimiento energético mayor, influenciado principalmente por el área de acondicionamiento. En esta etapa lamateria prima requerida en el proceso a partir de caña es casi 6 veces la de maíz, lo cual incrementa notoriamente el consumo energético en la esterilización del jugo respecto al de la cocción del maíz.

PALABRAS CLAVES: Etanol carburante, simulación, caña de azúcar, maíz, diseño de procesos.

PROCESO A PARTIR DE CAÑA DE AZUCAR
Acondicionamiento
El acondicionamiento consiste de un lavadoinicial de la caña con agua a 40ºC y posteriormente una molienda o trituración donde se extrae el jugo azucarado con agua a 60ºC, retirando como subproducto el bagazo con un contenido en fibra de alrededor del 46%, que puede ser utilizado en la generación de vapor. El jugo de caña obtenido se somete a un proceso de clarificación en el que se le agrega óxido de calcio y una pequeña porción de ácido...
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