67.56 Técnicas Energéticas. Bioetanol 1C 2007

Transcripción

1 67.56 Técnicas Energéticas Bioetanol 1C 2007

2 Usos Bebidas alcohólicas Aditivos de combustibles Combustible Alcoquímica Solvente Perfumes Medio de reacción

3 Producción de azúcar Molienda de caña de azúcar. Pesado y análisis del primer jugo. Purificación. Decantación. Jugo clarificado, cachaza, jugo filtrado. Concentración del jugo clarificado. Cocción del jugo concentrado. Separación del azúcar de mieles y melaza.

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5 Azúcar de 1 a : refinamiento, secado, pesado, embolsado y expedición o almacenaje. Azúcar de 2 a : se usan como azúcares crudos o se diluyen en agua y retornan al cocimiento de 1 a. Azúcares de 3 a : se diluyen en mieles de 1 a y retornan al cocimiento de 2 a. Mieles de 1 a : pasan en parte al 2 o cocimiento y en parte se usan para diluir el azúcar de 3 a. Mieles de 2 a : pasan al 3 er cocimiento. Melaza: contiene cierta cantidad de azúcar; se utiliza como M. P. para obtener alcohol, en destilerías anexas al ingenio o en destilerías independientes.

6 Obtención de etanol: materias primas Sustancias con alto contenido de sacarosa (caña de azúcar, remolacha, melazas, sorgo dulce) Sustancias con alto contenido de almidón (maíz, papa, yuca) Sustancias con alto contenido de celulosa (madera, residuos agrícolas) Hidrocarburos

7 Sustancias ricas en sacarosa Azúcar de caña Azúcar de remolacha Mieles Melazas Jugo de frutas Mostos Sorgo dulce Suero de leche

8 Mieles: Propiedades Componente Miel de caña Miel de remolacha Agua (%) Materia orgánica (%) Sacarosa (%) Glucosa (%) 14 1 Fructosa (%) 16 1 Azúcares totales (%) Nitrógeno total (%) Proteína Kjeldahl (%) Ceniza (%)

9 Melazas Minerales presentes en melazas Colorantes Contenido microbiano Condiciones de proceso en la fabricación Almacenamiento

10 Jugo de los filtros Corriente del proceso azucarero (corriente intermedia que se obtiene al separar la cachaza del jugo clarificado) Preacondicionamiento Ventajas y desventajas respecto de la melaza

11 Mostos o vinazas de destilería Residuos del proceso Ventajas: fermentaciones más rápidas (retorno de compuestos nitrogenados y sales minerales), mayor acidez en fermentadores Otros usos (fertilizantes, alimentación animal, obtención de levaduras, biogas)

12 Obtención de etanol: etapas Conversión de carbohidratos en azúcares simples Fermentación de azúcares en etanol Separación del etanol de los subproductos

13 Fermentación alcohólica Enzimas: concepto Microorganismos: levaduras hongos bacterias Elección Tipos, géneros Cultivos binarios o mixtos, trabajados genéticamente, etc. Importancia

14 Componentes minoritarios luego de la fermentación Sustancias: Alcoholes superiores Ésteres Ácidos Aldehídos Importancia

15 Residuos lignocelulósicos Ventajas Residuos lignocelulósicos Madera dura (eucaliptus) Madera blanda (pino) Residuos agroindustriales (bagazo) Cultivos agroenergéticos (cardo) Composición Desventajas

16 Conversión de materiales lignocelulósicos a etanol: etapas básicas Hidrólisis de la celulosa del material lignocelulosico a azúcares reductores fermentables (catalizada por enzimas: celulasas ). Fermentación de los azúcares a etanol (levaduras o bacterias). Factores que afectan la hidrólisis: porosidad de la materia prima (área de superficie accesible), cristalinidad de la fibra celulósica y contenido de lignina y hemicelulosa.

17 Etapas Pretratamiento: hacer más accesible el material para la etapa posterior. Prehidrólisis: permite liberar las hemicelulosas que contiene el material. Hidrólisis: libera la glucosa presente en los materiales lignocelulósicos. Fermentación: de las hexosas y pentosas para obtener etanol. Separación y concentración del alcohol.

18 Pretratamiento Clasificación: Físicos. Físicos- químicos. Químicos. Biológicos. Sin un pretratamiento efectivo, los rendimientos en azúcares son bajos, la celulosa no será alcanzada por las enzimas celulasas.

19 Pretratamientos Físicos Dividen el material lignocelulósico en partículas finas (superficie/ volumen => celulosa susceptible a hidrólisis. La acción mecánica también causa una reducción de la cristalinidad y del grado de polimerización de la celulosa. Tratamiento mecánico Radiación de alta energía Pirólisis

20 Pretratamientos Físico - Químicos Explosión a vapor (autohidrólisis) Explosión con amonio Oxidación húmeda

21 Pretratamientos Químicos Ozonólisis Hidrólisis ácida Hidrólisis alcalina Delignificación oxidativa Proceso Organosolv

22 Hidrólisis Luego del pretratamiento del material lignocelulósico se realiza la hidrólisis de la celulosa y las hemicelulosas. Procesos de hidrólisis ácida. Procesos de hidrólisis enzimática: la celulosa es degradada por las celulasas a azúcares reductores que pueden ser fermentados por levaduras o bacterias a etanol.

23 Sacarificación y fermentación simultáneas (SFS) velocidad de hidrólisis < requerimiento de enzimas rendimientos < tiempo de proceso

24 Costo Costo de MP Composición MP Proceso de obtención (consumo MP, de catalizador, volúmenes producidos, consumo de energía, inversión).