Refer e Nece1

8/19/2019 Refer e Nece1

1/11

Defnición del Etanol

El Etanol o alcohol etílico es un compuesto líquido, incoloro, volátil, inflamable y soluble en agua cuyas

moléculas se componen de carbono, hidrógeno e hidróxilos (C!"C#"$%& El Etanol se produce a partir

de ! principales materias primas'

)lmidones, que se encuentran en cereales (maí*, trigo, cebada, etc% y tubérculos (yuca, camote, papa,

etc%& +os almidones contienen carbohidratos de mayor compleidad molecular que necesitan ser

transformados en a*-cares más simples mediante un proceso de conversión (sacarificación%,

introduciendo un paso adicional en la producción de etanol, con lo que se incrementan los costos de

capital y de operación& ./0

Usado como Combustibles

) nivel mundial el etanol es usado principalmente como'

Combustibles' ya sea para me*clar o reempla*ar los petróleo y derivados& El 12,34 de producción

mundial de etanol se usa como combustibles& .#0

5nsumo en la industria procesadora' dado que el #/4 de la producción mundial se destina a las industrias

de cosméticos, farmacéutica, química, entre otras&

5nsumo en la elaboración de bebidas' que utili*a alrededor del /!4 de la producción mundial&

. 3.3 TECNOLOGÍAS PARA LA PRODUCCIÓN DE ETANOL

)ctualmente el etanol se obtiene por fermentación de los a*-cares presentes en la biomasa para utili*arlo

como combustible y como materia prima química& +a materia vegetal usada en la producción de etanol

puede clasificarse en' amilácea (alto contenido en almidón, e, maí*, soya%, alto contenido en a*-cares

(alto contenido en mono y disacáridos' sacarosa, glucosa, fructosa y maltosa, e& Ca6a de a*-car,

remolacha% y lignocelulósica (hemicelulosa y celulosa, e& corte*a de árboles, residuos orgánicos, baga*o,

papel%&

+os pasos básicos de la conversión de biomasa a bioetanol son'

/& Producción de biomasa, resulta de la conversión de dióxido de carbono de la atmósfera en materia

orgánica por medio de la fotosíntesis&

#& Pretratamiento de la biomasa, es la conversión de la biomasa en una materia prima adecuada para la

fermentación (a*-cares fermentables%& Este paso constituye la mayor diferencia entre los procesos

disponibles para la producción de bioetanol, ya que varía de acuerdo a la naturale*a del material usado&


2/11

+as materias con alto contenido de a*-cares requieren, por lo general, poco o ning-n tratamiento

preliminar a parte de la dilución7 mientras las materias amiláceas y celulósicas deben ser hidroli*adas

antes de que act-en sobre ellas las levaduras&

!& Fermentación, consiste en una secuencia de reacciones donde se libera energía y se obtiene etanol y

dióxido de carbono a partir a*-cares por medio de la acción de un biocatali*ador (microorganismos como

levaduras y bacterias%& +a reacción general que tiene lugar durante la fermentación es'

4. Separación, procesamiento del producto de la fermentación para la obtención de etanol grado

carburante y otros subproductos que puedan ser usados en la obtención de químicos, combustibles, calor

o electricidad&

3.. !AI"8e la producción nacional, básicamente en base a maí* duro colorado o flint y maí* dentado, gran parte es

destinado a exportación como grano entero& En el país, se destina a la elaboración de alimentos

balanceados y para destilerías .!0& 9e utili*a bao molienda h-meda, para la obtención de almidón y

glucosa para la industria de las golosinas& $tros productos derivados de su industriali*ación son' aceites,

margarinas, abones, cosméticos, mayonesas, etc& :iene una importante intervención en las comidas

regionales (básicamente los maíces dulces%& ;inalmente es importante su contribución a la alimentación

animal en forma de ensilae de planta entera, destinándose anualmente alrededor de 1


3/11

3.3..3.. La1ado

8espués de las inspecciones características del mai* que los molinos hacen a los productores de cereal,

previo almacenamiento, este es sometido a un sistema de pre" limpia& +as impure*as que acompa6an el

mai* son similares a las que se encuentran en otros cereales& +as que se adhieren al grano pueden ser

eliminadas con aire seco que las arrastra, y las de mayor tama6o o menor tama6o, se separan por medio

de tamices o cribas de material perforado& El material ferrroso que pueda perudicar las maquinarias

sucesivas, se desechan por vía magnética& +as piedras y arena son eliminadas en las llamadas mesas de

gravedad o máquinas de flotación de aire, las que separan el material por diferencia de peso específico&

+os productos primarios son ' almidón , proteína, aceite y fibra

3.3..3. !olie%da

5ndustrialmente existen dos tipos de molienda para la producción de etanol a partir de maí*, la molienda en

h-medo y la molienda en seco& +os rendimientos alcan*ados son 3/>,3 ? 313.3..3.. !ace)acio%

+uego de limpiar el mai* se macera& 9e sumerge el mai* en agua con


4/11

Deneralmente, el líquido de maceración se concentra hasta un 224 de sólidos y se me*cla con la cascara

( o más correctamente el salvado% y@o el germen agotado, para destinarlo a la alimentación animal& +os

sólidos desecados contienen un !24 de nitrogeno proteico, #14 de ácido láctico, /A4 de ceni*as y 4 de

ácido fítico, además contienen niveles ra*onables de vitamina F&

3.3..3.. Obte%cio% de aceite a 'a)ti) de (e)me% de ma*+

El germen de maí* desgrasado (D=8% es un subproducto que se obtiene al elaborar harina cruda o

precocida y extraer el aceite de maí*& Este subproducto se usa exclusivamente en la alimentación animal,

debido a que es un material heterogéneo con alto contenido de salvado.0&

8espues de la maceración, explicada anteriormente se muele groseramente el grano ablandado en un

molino de fricción& Esto tiene por obeto romper el grano y liberar el germen sin fragmentarlo& )

consecuencia de la maceración , el germen se hincha y vuelve gomoso& Gara liberar el germen pueden ser

necesarios dos pases por el molino, tras de lo cual, se separa del resto del grano con un separador de

ciclón para líquidos o hidrociclone& +a separación se basa en la densidad , a causa de una mayor rique*ade aceite, el germen tiene menor densidad& El germen recuperado se lava para quitarle el almidon

adherido y se deseca& 8espues se destina a la producción de aceite&

3.3..3.# 2id)$lisis

+a hidrólisis de almidón se lleva a cabo mediante procesos ácidos o en*imáticos&

+os primeros fueron ampliamente usados hasta los a6os 1< cuando se dio la inmersión de las en*imas en

este campo, introduciéndose primero la amiloglucosidasa en la parte de sacarificación y luego la H"

amilasa en la licuefacción& 9on muchas las ventaas obtenidas con el proceso en*imático y es por ello que

hoy es la opción técnica más adecuada en la hidrólisis de almidón, abarcando un !


5/11

#a primera llamada licuefacción, para la cual se utiliza alfa-amilasa, a n de &idrolizar

el almidón a de'trinas. #a misma cataliza la &idrólisis de la cadena lineal (amilosa) !

la ramificada (amilopectina) del almidón, rompiendo enlaces *1, interiores

(endoamilasa) para formar una mezcla de de'trinas+ por ello se la conoce como

de'trinogénica (mezcla de amilode'trina, eritrode'trina, acrode'trina !maltode'trina) con poca producción de maltosa. equiere un p óptimo de acción

que se encuentre dentro del rango -/ ! una temperatura de "0-/ 23 (4iblioteca

%igital de la 5niversidad de 3&ile, 616). 7or su acción, la alfa-amilasa provee de

fragmentos menores que pueden ser utilizados por otra enzima, en este caso la

glucoamilasa

. En la figura ! se describe el proceso de licuefacción, generalmente llevado a cabo en un cocedor jet

donde el calentamiento inicial se reali*a mediante vapor directo& +as altas temperaturas y las fuer*as

mecánicas permiten una rápida gelatini*ación y el proceso opera prácticamente en continuo& i(u)a 3. Es4uema del ')oceso de licue5acci$% de almid$%

#a segunda etapa consiste en la sacaricación, este paso se lleva a cabo en tanques

agitados por lotes, con amiloglucosidasa, transformando las de'trinas obtenidas

anteriormente en az$cares fermentables. 8sta es una enzima &idrolítica del grupo de

las amilasas, también conocida como amiloglucosidasa+ su nombre sistemático es

1,-alfa-%glucano gluco&idrolasa. 9u función es actuar en la reacción de &idrólisis en

cadenas de polisacáridos rompiendo los enlaces 1,-alfa-%-glucosa que se

encuentran allí de manera residual después de &aber sido &idrolizadas por alfa ! beta

amilasas. El principal producto nal de la acción de la glucoamilasa sobre el almidónes glucosa, lo cual la diferencia de la alfa ! beta amilasas. 9u actividad es má'ima

entre p - , ! temperatura alrededor de :3 - ":3. 3omo resultado de la

actividad enzimática se obtienen los az$cares fermentables.


6/11

3.3.# ER!ENTACION

+as tecnologías y equipos requeridos para la fermentación son muy similares para las diferentes materias

primas& +os procesos a partir de a*-car (ca6a de a*-car% y almidón (maí* y trigo% son actualmente los de

mayor aplicación a escala comercial y pueden llevarse acabo de tres modos' +otes, lotes alimentados o en

continuo&

8entro de estos modos los reactores batch siguen siendo la tecnología de fermentación más utili*ada .!30,

aunque particularmente en Frasil los que mayor aplicación han encontrado son los de lotes alimentados

.!20 gracias a que con estos se logran altos rendimientos al incrementar progresivamente la concentración

de levadura&En la fermentación a partir de glucosa y@o xilosa, la masa sacarificada se ingresa a una temperatura de

!#IC a una cascada de fermentadores en los que se encuentra la levadura, allí se permite un tiempo de

residencia de unas 31 horas a un p sobre !,2 y una temperatura no superior a !3IC .!10& +a levadura se

recupera mediante el uso de centrífugas continuas y se recircula al proceso .!30&

+a concentración del etanol en el caldo de salida del fermentador es generalmente de >4 en peso (/#4

en volumen%&

3.3.#. !ic)oo)(a%ismos utili+ados e% la 5e)me%taci$%

+os microorganismos utili*ados para la etapa de fermentación dependen principalmente del tipo dea*-cares disponibles para la transformación& :ales a*-cares son me*clas de sacarosa, glucosa, fructuosa,

maltosa, xilosa, galactosa y arabinosa, dependiendo del tipo de materia prima utili*ada& oy, el >24 del

alcohol mundial obtenido por fermentación se produce a partir de hexosas mediante Saccharomyces

cerevisiae.

3.3.#.# I%6ibido)es de la 5e)me%taci$%

El hidroli*ado resultante del pretratamiento no solo contiene monómeros fermentables si no también

sustancias que inhiben el proceso de fermentación

Estos inhibidores pueden dividirse en cinco grupos' sustancias producidas durante el pretratamiento (ácidoacético%, productos de la degradación de a*-cares (furfural, ácido fórmico%, productos de la degradación

de lignina (compuestos aromáticos y poliaromáticos%, productos de la fermentación (etanol, ácido acético,

glicerol, ácido láctico% y otros como los metales y aditivos& 9e ha considerado que el ácido acético y los

productos de la degradación de la lignina presentan mayor efecto de inhibición sobre los microorganismos

.!30&


7/11

+a remoción de productos del fermentador conlleva al mantenimiento de una alta productividad durante la

fermentación

El uso de células inmovili*adas sobre un material sólido se ha visto ventaoso respecto a las células libres

y se han reali*ado diversos estudios .3/0 de la producción de etanol por fermentación con células

inmovili*adas de Saccharomyces, en los cuales se ha corroborado que las células inmovili*adas son más

efectivas en la producción de etanol, sin embargo este tipo de reactores no son convenientes para lograr

vol-menes de producción a nivel industrial debido a la dificultad de encontrar un soporte apropiado para

estas magnitudes&

3.3.3 SEPARACIÓN

+a separación de etanol carburante a partir del licor fermentado, se lleva a cabo por técnicas similares a

las encontradas en las industrias de etanol para bebida (destilación convencional%, sin embargo el etanol

debe ser deshidratado posteriormente para usarse como carburante& Esta etapa de deshidratación se

puede reali*ar mediante varios métodos' 8estilación a*eotrópica, destilación extractiva, tamicesmoleculares, destilación a vacío, pervaporación, extracción con fluidos supercríticos y procesos híbridos&

3.3.3.3 Tamices molecula)es

+os tamices moleculares son sustancias granulares, duras, esféricas o cilíndricas fabricadas a partir de

materiales tales como potasio y aluminosilicatos& 9e clasifican de acuerdo al diámetro nominal del poro

interno, que provee el acceso al volumen intersticial libre encontrado en la estructura microcristalina& Gara

la deshidratación de etanol se utili*a un tami* :ipo !J, lo que significa que el diámetro medio de los

caminos intersticiales es de !J, esto debido a que la molécula de agua tiene un diámetro medio menor a

este valor, mientras que la del etanol es mayor ./10& )demás, las moléculas de agua pueden seradsorbidas sobre la superficie interna de los poros del tami*& Estas ra*ones son las que hacen -tiles los

tamices moleculares para la separación de la me*cla etanol agua&

3.3.7.# Ti'o de )esiduos del ')oceso a 'a)ti) de ma*+

El tipo de residuos provenientes de la producción de etanol a partir de maí* es una función de la

composición del maí* y sobre todo de la forma en que el proceso es llevado a cabo, es decir, mediante

molienda en h-medo o molienda en seco&

3.3.7.3 T)atamie%to de a(ua )esidualEl obetivo del tratamiento de las aguas con sistemas biotecnológicos es la necesidad de disminuir su nivel

de contaminación7 en este caso especialmente su carga orgánica para poder verterlas de acuerdo a las

normas de regulación ambiental& Deneralmente, después de la remoción de los contaminantes, este tipo

de agua puede utili*arse con propósitos de irrigación&


8/11

Gara el tratamiento de las aguas residuales se han propuesto varias tecnologías tales como' +agunas de

tratamiento, filtros de goteo, reactores anaeróbicos de capa de lodo ascendente y reactores batch de lodos

activados en serie& ) continuación se hace una breve descripción de las características técnicas y

& +a tecnología K)9F para tratamiento de aguas residuales altamente concentradas ha ganado

popularidad en ingenios a*ucareros y destilerías7 además el metano producido como

subproducto puede ser usado como fuente energética&

Kna configuración que permite reducir los costos del tratamiento por lodos

activados y que representa la opción más efectiva y eficiente económicamente

.2/0, consiste en acoplar el sistema K)9F (de bao requerimiento energético% con

el de lodos activados& El proceso consiste en alimentar primero el reactor K)9F,

donde se remueven los F$8s en un < a A


9/11

2&!&! Especificaciones y condiciones de operación para la producción deetanol a partir de maí*

En la figura ## se muestra el esquema seguido para la descripción del proceso a partir de maí*, a lo largo

de cada una de las etapas que lo conforman&

Almace%amie%to & P)et)atamie%to


10/11

El maí* es almacenado en tres silos de #&


11/11

1. 7elaez, .3., et al., Producción de etanol a partir de harina de yuca en unsistema de hidrólisis enzimática y fermentación simultánea. %!na, 611. 78; p.10-1"".

6. 9alomón, ., Etanol: combustible alternativo. 6".BCC, >..#., . E97E##, .D. 4A?B9?, >. 5#B?F., "ssessment ofEthanol Production #ptions for Corn Products. 4ioresource?ec&nolog!, 1==".58; p. 6

Refer e Nece1

Documents

Transcript of Refer e Nece1