3. DISEÑO BÁSICO DE UNA PLANTA PILOTO DE PRODUCCIÓN DE ETANOL

Transcripción

1 3. DIEÑO BÁICO DE UNA PLANTA PILOTO DE PRODUCCIÓN DE ETANOL 3.1 Esqua dl procso d producción d tanol El procso d frntación d la laza diant la actividad tabólica d las lvaduras accharoycs Crvisia y producción d alcohol no s basa únicant n l tanqu d frntación, sino qu coprnd una sri d opracions unitarias y d sparación. La atria pria s obtin d la industria azucarra, un subproducto d ésta, la laza. Ésta s ha d disolvr n aua hasta llar a una concntración d azúcars prcisa. Dspués d la opración d disolución, s tin la d filtración, n lla s dschan las ipurzas y fanos, diant l clarificado s obtin l osto qu srvirá coo sustrato para las células. La siuint tapa s la d acidificación, llando a valors bastant bajos y liinando icrooranisos sin intrés industrial. El ph final db sr l idóno para la lvadura a utilizar n l procso. Para trinar con st procso d prparación dl sustrato, s striliza, sindo la vía térica la ás usualnt utilizada. Con todo sto, s hacn alcanzar las condicions d opración óptias dl sustrato para su postrior inoculación. Así s tin un tanqu, llaado coúnnt, tanqu adr, dond s ncuntra sustrato inoculado. Las condicions a las cuals s opra n st tanqu son tals qu bnficin la nración y crciinto d las lvaduras. Así pus, s introducirá air n altas cantidads pro prvinindo la posibl containación dl ractor, ya qu la introducción d air hac jorar las condicions d vida n l dio d cultivo, hacindo posibl la xistncia d icrooranisos divrsos a los d intrés tabólico. Est ractor s d zcla coplta y su función s inocular a otros tanqus d ayor volun, dond s dsarrolla la frntación. La siuint tapa corrspond al procso d frntación, dond s propicia la producción d tanol a través d una buna alintación provnint dl tanqu adr, una tpratura d opración óptia y una buna aitación. Estos tanqus son d zcla prfcta, dotados d un sista d aitación y airación, adás d la adcuada instruntación para l control d las variabls. Tabién posn una caisa para su calfacción o rfriración sún convna. Inicialnt s ncuntran llnos d sustrato frsco listo para rcibir aport d lvaduras disultas n dio d cultivo, provnint dl tanqu adr. El producto d sta fas s db sparar a través d la dstilación y diant la dshidratación s obtndrá Etanol. Los dás productos van dsd los ranos scos d dstilría solubl (DDG) hasta los fanos. En l squa, rprsntado n l squa 2, s pud vr cuáls son los procsos fundantals n la producción d tanol. Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 1

2 3.2 Esqua d una planta piloto Est proycto stá basado fundantalnt n la xprintación. A scala laboratorio s ha studiado l coportainto dl procso d frntación. A partir dl cual s ha intntado obtnr unos ranos d opración óptios y unas condicions d trabajo adcuadas para auntar la productividad dl producto dsado. Est apartado trata sobr l disño d una planta piloto, tnindo n cunta los datos obtnidos n la fas xprintal. Adás d los datos d la fas xprintal, a través d la búsquda d inforación sobr xprintos ya ralizados, s toaran coo rfrncia los rsultados d stas invstiacions. ha propusto un squa a suir n l procso d fabricación d tanol. pud vr n s squa 3. Esta planta piloto consta d los siuints quipos: Dpósito. En él s alacna la laza ya prparada para sr usada coo alintación al tanqu d inoculación. Tanqu adr. tin un tanqu con sustrato frsco dond s l adiciona una cantidad d lvadura, ésta s ncara d inocular l ractor y así abastcr a los dás tanqus xistnts d icrooranisos suficints para l dsarrollo dl procso. Así la atria pria d lvaduras rqurida inicialnt s nor, ya qu part d los icrooranisos los fabrica l propio procso. Tanqus d frntación. En llos transcurr l procso d frntación. Estos ractors continn sustrato frsco y stán alintados por l tanqu adr qu ls proporciona bioasa inoculándolos. ista d sparación. El alcohol obtnido d la frntación db sr sparado d los dás subproductos. istas d aitación. Est sista stá instalado n cada ractor y así consiu jorar las condicions d opración, hacindo qu tals tanqus san ractors d zcla prfcta. istas d airación. suinistra air a cada tanqu d frntación y al tanqu adr, los caudals difirn d un quipo a otro y tabién dpndn dl tipo n l qu s ncuntr l procso. Calntainto/rfriración. A través d una caisa o rsistncia s calntarán los ractors, suinistrado sta aua una anta calfactora, sto s para antnr la tpratura óptia. i s dsprnd ucha nría d la racción, sta aua s convrtirá n rfrirant. Línas d procso. tinn varias línas, la d alintación, la d producción, la d dióxido d carbono, la dl aua y la d fanos. Dispositivos d control. Tals dispositivos idn los valors d las variabls d control, controlan los caudals y las condicions d opración, coo l ph y la tpratura. Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 2

3 Cada frntador constará d un didor d ph n continuo, d un trótro y un didor d flujo. En l squa 4 s v con ás dtall las línas qu ntran y saln dl ractor, las concntracions inicials y finals, l odo d oprar y l sista d calfacción. En bas a él s ha disñado l ractor biolóico. part d un dpósito qu contin sustrato frsco prparado para sr utilizado. D st dpósito saln trs corrints, una d llas alinta al tanqu adr, las otras dos suinistran sustrato d anra continua a los dos frntadors, una vz qu haya conzado l procso d frntación. El tanqu adr s alintado d sustrato d fora discontinua. A st tanqu tabién l lla una cirta cantidad d lvadura, ésta s introduc n l caldo d cultivo y s opra d tal fora qu s stiula l crciinto d éstas. Cuando s ha llado al crciinto stacionario (48 horas) s inoculan los otros dos tanqus. Esta alintación d icrooranisos disultos n l propio dio d frntación s discontinua y sirv para inocular a los dos frntadors. Cuando los ractors stán ya inoculados s coinza la alintación continua d sustrato frsco. Por otro lado va salindo una corrint con l sustrato convrtido n alcohol, n ás células y n sustrato no convrtido. Adás por arriba sal dióxido d carbono qu s otro subproducto d racción. suinistra air sólo a un ractor. El tanqu adr s airará d fora continua ya qu st hcho bnficia la prolifración d células. in baro, los dos frntadors no srán airados ya qu las condicions icroarobias joran la producción d tanol. El air s buno porqu dsplaza al dióxido d carbono y lo hac salir dl ractor d fora ás rápida, sto s bnficioso ya qu vita l fcto inhibidor dl dióxido d carbono. Adás l air tabién sirv coo aitador d la zcla. Por llo, los tanqus d frntación tndrán una aprtura suprior a la atósfra para hacr ás fácil la salida dl dióxido d carbono. Por otro lado, s podría pnsar qu sta aprtura al abint auntaría l riso d containación. Est riso s hac ínio cuando l dio s acidificado y la concntración d alcohol s alta, ya qu convirtn l dio d cultivo n hostil y áspro para la suprvivncia d icrooranisos ajnos al procso. D cada frntador sal una corrint d producto, stas dos corrints s unn n una sola y s llvan a un sparador dond s obtndrá l tanol y fanos. El aua sal d un baño calfactor y alinta las chaqutas d cada ractor fijando la tpratura d opración a la indicada. Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 3

4 3.3 Dscripción d los quipos d la planta piloto Dpósito El dpósito tin una capacidad d 1 3. Es d plástico rcubirto d lana d vidrio. Est aislant s usa para vitar qu xistan cabios uy bruscos d tpratura ntr l sustrato contnido n l dpósito y l caldo d cultivo d los ractors a los cuals alinta. El dpósito contin laza n disolución ya prparada para sr usada n l procso. El ph d la zcla s ácido pro no lo suficint coo para provocar corrosión y picaduras n l dpósito. La salida d flujo dl dpósito stá n la part infrior. Constará d un didor d nivl d líquido para podr sabr cuántos litros d sustrato contin. u objtivo s rant d alacnainto. prtnd qu las propidads dl sustrato alacnado no varín d fora considrabl por varios días. Un parátro iportant s la concntración dl sustrato, ya qu ést s alintado a los otros ractors intrvin d anra uy iportant n los rsultados finals. Por llo, l atrial dl cual stá copusto l dpósito db sr inrt, tal qu no intracciona con l sustrato y no varí su naturalza quíica y física. Tanqu adr El tanqu adr s una cuba d frntación icrobiana, la cual s inoculada dirctant con una asa prcisa d lvaduras. Es iual qu los otros dos ractors solo qu su volun srá nor. Est corrspond a 25 litros intras qu los otros dos srán d 50. Est ractor trabajará n discontinuo. Consta d un sista d airación y d aitación. A través d las válvulas s controlará l aport d air, l suinistro d sustrato provnint dl dpósito y la salida d flujo hacia los otros dos ractors. El ractor s d acro inoxidabl 316, para vitar una posibl corrosión por l uso d ruladors d ph n l sista. Todos los ractors srán dl iso atrial. La función d st ractor s crar n su dio las condicions óptias para l dsarrollo d la lvadura y así auntar l crciinto d ésta. Una vz consuido sto, alintará d fora discontinua a los otros dos ractors, inoculándolos y hacindo posibl l procso d producción d alcohol. Las condicions óptias d opración n st ractor s rfirn a una tpratura óptia para auntar l crciinto d las células, una airación intnsa para vitar altas concntracions d dióxido d carbono y dar condicions arobias y finalnt una buna aitación para consuir una ficint transfrncia d atria y hoonización d la zcla. Est tanqu srá d zcla coplta, s dcir qu su concntración n l intrior s iual a la d salida. Las cuacions qu lo odlan son las corrspondints al ractor d zcla coplta discontinuo. El crciinto d las células srá dscrito por la cuación d Monod. Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 4

5 La cuación d balanc d atria s rduc a la siuint xprsión: ( Acuulació n) = ( GnraciónPor R acción) d( V ) = V dt Ya qu los caudals d ntrada y salida son cro. Por otro lado la vlocidad d crciinto d las lvaduras, considrando una cinética Monod s pud scribir d la siuint fora: d µ r = µ = = dt K + Y l consuo d sustrato, a través dl factor d rndiinto Y /. r = d dt 1 = Y K r µ i s supon qu Y / pranc constant, s pud obtnr valuar l crciinto clular n función dl consuo d sustrato. + + Y = + Y Finalnt s obtin l tipo ncsario para rducir la concntración dl sustrato liitant a un valor fijado por l disñador. + Y ( ) ( + Y ( + K )) Ln( ) K Y Ln = µ ( + Y ) t ha aplicado la hipótsis d sustrato liitant, s dcir, los icrooranisos s alintan d uchos nutrints xistnts n l dio, pro sólo uno s liitant, n st caso s ha considrado qu la sacarosa s l nutrint liitant. Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 5

6 Para st ractor s ha d fijar varios parátros: Volun dl ractor Masa d lvadura a añadir Concntración inicial d sacarosa n l dio (dpnd d la concntración dl sustrato alacnado) Concntración final d sacarosa, sto dtrina l tipo d opración Matrial Los parátros cinéticos y stquioétricos caractrísticos dl procso, Y /, K, µ Condicions d opración - Tpratura - ph (volun d ácido/bas añadido) - Prsión - Caudal d air - Potncia d aitación Frntadors Est tipo d ractor s coúnnt llaado quiiostato. Opra n continuo y l flujo d ntrada y l d salida son iuals d anra qu l volun total contnido n l ractor s constant. Constan d un sista d aitación qu hooniza la zcla, tanto n concntración d bioasa, nutrints y producto coo n los parátros físicos coo la tpratura y l ph. La vntaja principal d oprar n continuo s la rtirada d producto y l suinistro d sustrato frsco al ractor. Así las condicions n l intrior son ás bnficiosas y las lvaduras pudn suir tabolizando los azúcars y producindo alcohol. Las cuacions qu dfinn a stos dos ractors son las spcíficas d ractors d zcla prfcta oprando n continuo. La cinética considrada s la d Monod, sabindo qu s stá hacindo una aproxiación. Tabién s considrará réin stacionario. Cuando xist una baja concntración d sustrato liitant o la concntración d aluna sustancia tóxica aunta d fora considrabl, l crciinto d las células pasa d sr xponncial a stacionario. Cuando l aport d sustrato al ractor haa qu la concntración d azúcars sa constant, sto causará un stado d quilibrio, n l cual, la concntración d bioasa tabién srá constant. habrá llado al réin stacionario. Las cuacions dl sista s scribn para tal stado. La cuación d balanc d atria ya qu l térino d acuulación s nulo. V r + Q ( ) = 0 i s part d qu las concntracions d tanol y lvaduras son nulas n l caudal d ntrada d alintación d sustrato frsco (alintación stéril), s pudn scribir las siuints cuacions: Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 6

7 Para la bioasa Para l sustrato = Y D K µ D D K = µ D Para l producto P = Y P µ D Y la vlocidad d dilución Q D = V Las variabls, y P dfinn l stado dl procso. on las concntracions d bioasa, sustrato y producto n l intrior y a la salida dl ractor. D y son variabls qu s fijan dsd l xtrior, µ, K s, Y / Y P/ son parátros cinéticos y stquioétricos caractrísticos dl procso. Es dcir, s pudn ncontrar tabulados dadas unas condicions d opración prcisas. Coo s opra sin rcirculación s pud dar un probla qu hay qu tnr n cunta. El lavado dl ractor. Ést s da cuando la vlocidad d dilución s iuala a la vlocidad spcífica d crciinto d las células (D = µ ). Ocurriría lo siuint: D = µ áx D >> µ ya qu µ << µ áx Esto sinifica qu l flujo d bioasa hacia l xtrior s ayor qu flujo aportado por l crciinto clular. Y por tanto s produc un dscnso considrabl n la concntración d bioasa n l ractor, s tndría un valor infinitésio d icrooranisos. Tabién la concntración dl producto sría uy pquña ya qu la vlocidad d dilución s áxia. Oprar crca d las condicions d lavado s bnficioso ya qu la productividad s hac áxia, pro s arrisado ya qu cualquir cabio n las variabls dl procso (tpratura, concntración d ntrada d sustrato, caudals ) pudn llvar a la fatalidad, s dcir, al lavado dl ractor y hacr así la concntración d bioasa nula. Es dcir, oprando n un punto próxio al crítico s consiu áxia productividad clular y d producto. Por llo la vlocidad d disolución tin una rstricción, su valor ha d sr nor qu l crítico para qu l ractor no ntr n instabilidad. Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 7

8 D C = µ, para llo D < µ áx K + El valor d la vlocidad d disolución qu axiiza la productividad, sin ntrar n instabilidad, s l siuint: D = µ K 1 K + 0,5 Para caudals bajos la vlocidad d dilución tind a cro y coo conscuncia la concntración d sustrato n l intrior dl quipo s hac uy pquña. Por lo contrario la concntración d bioasa aunta haciéndos áxia. A dida qu aunta la vlocidad d dilución la concntración d sustrato n l ractor va auntado, sto s traduc n una nor convrsión dl sustrato. Por so s ha d fijar l caudal adcuado d sustrato frsco. db d tnr n cunta qu si s fija la vlocidad d dilución a un dtrinado valor, s pud llar a las condicions d quilibrio n l crciinto clular. Para llo s ha d iualar l rito d dilución al coficint d crciinto. Entoncs la variación d bioasa rspcto dl tipo srá nula y s llará al quilibrio. d dt = x x D = x ( D) d D = = 0 dt = ct En st quipo las variabls a dfinir son las siuints: Flujo (d ntrada y salida, son iuals) Volun dl ractor Concntración d bioasa quilibrio Factor d dilución Concntración d ntrada d sacarosa µ, K s, Y / Y P/ Matrial Condicions d opración -Tpratura - ph (volun d ácido/bas añadido) - Prsión - Potncia d aitación - Condicions anarobias/arobias Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 8

9 ista d calfacción La planta consta d un quipo d calntainto d aua para distribuirla por l intrior d las caisas d los ractors y consuir así fijar una tpratura óptia d opración. Est baño térico dispon d una boba capaz d suinistrar l caudal rqurido para cuplir su objtivo. La tpratura a la qu s db llar s d 32ºC y no s ncsaria ucha potncia d ipulsión. Al sr l volun d los ractors nor a 500 litros, l sista d calfacción diant la chaquta térica s válido y suficint. ista d airación La danda d oxíno dpnd d la naturalza d los icrooranisos, d la fas n crciinto n qu s ncuntrn tals y d la naturalza d la funt d carbono. El air srá suinistrado sólo al tanqu adr ya qu los otros trabajan jor n condicions anarobias. El air suinistrado a través dl coprsor cra unas burbujas qu s foran n l inyctor, difusor o tabién llaado sparr. Ést sul star situado por dbajo d la zona d aitación. En st caso s tin una lína d air d alta calidad, si fus ncsario s l instalaría un quipo d filtrado a la ntrada al tanqu adr, así s rduciría la posibilidad d containación. Est air sólo s suinistrado al prir tanqu n dond sucd la prolifración d bioasa. Los dás oprarán bajo condicions icroarobias, ya qu xist oxíno disulto l dio d cultivo. Rspcto al disño d st sista s dbn d tnr n cunta las siuints condicions: El tanqu adr s d un volun rlativant pquño, la hoonización d la zcla db sr buna. La lvadura s usa d fora libr, s dcir, no quda inovilizada bajo ninún étodo, sto hac qu los problas d transfrncia d oxíno s iniicn hasta l punto d podr dsprciarlos. ún stas condicions, a la hora d lir l tipo d difusor d air, s toará l ás conóico y apto, ya qu para st caso no xistn problas d transfrncia d asa. Existn varios tipos d inyctors, tubulars, d anillo, n cruz, dispositivos d conducción abirta y difusors cráicos porosos. El tubular s l ás usado para icrooranisos iclials. on poco propnsos a la obstrucción. El difusor d tipo anillo s uy buno porqu cubr la áxia ára dl frntador asurando así una adcuada disprsión dl oxíno. La dsvntaja s qu tind a obstruirs. El d cruz s ás conóico y para asurar una buna transfrncia d oxíno s utiliza n sistas aitados. Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 9

10 Por otro lado l difusor cráico poroso tabién consiu una ran disprsión y así jora la difusión dl air. En la fiura 19 s ustran alunos tipos d difusors. Para st quipo s ha d dfinir los siuints parátros: Caudal d air (0,5-1,5 volun / volun líquido x inuto) Tipo total d suinistro (spcificar horas d inicio y final) ista d aitación Fiura 19. Tipo d difusors d air n frntadors. La planta consta d un sista d aitación para procurar la zcla coplta n cada uno d los ractors. Adás tabién s ncara d ropr las burbujas foradas por l air suinistrado. Para l disño d los aitadors s hac uso dl núro d potncia, ést varia sún sté airado l sista o no. Esta corrlacionado con l réin dl líquido n l intrior dl ractor. Est s dfin a través dl núro d Rynolds. Finalnt s tin una corrlación dond influy tabién la otría dl tanqu, obtniéndos la curva d potncia, fiura 20. P N P = ρn 3 D 5 ρd 2 N R = µ N P = b R x indo b = constant qu dpnd d la otría dl tanqu, x = xponnt n función dl réin d circulación y tipo d ipulsor. Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 10

11 Para R < 10, Réin Lainar, l N p disinuy con l R y la rlación s: b N P = R Y la potncia suinistrada al fluido s calcula diant la siuint cuación: P = bµ N 2 D 3 Para 10 < R < 1000, zona d transición dond la curva qu rlaciona l N p y l R dpnd d la otría dl tanqu adás d las condicions d opración. Para R > 10000, réin s turbulnto y R no influy prácticant nada sobr l N p. Las curvas s hacn planas n s trao y la potncia absorbida s calcula d la siuint fora: P = bρn 2 D 5 La introducción d air a un ractor aitado hac disinuir las ncsidads d la potncia suinistrada. La aitación n sistas airados s sirv d un parátro llaado hold-up o rtnción (ε ) d la fas as. V ε = V + V l ρ = ρ 1 ε ) ( N P P P P = ρn 3 D 5 ρ = = ρ 1 ε ) ( Mdiant sta cuación s calcula la disinución d potncia dbida a la aración. Esta disinución s v afctada por todas las variabls qu altrn l valor d ε, coo pud sr la vlocidad d aitación, l taaño d burbuja, l tipo d aitador, la tnsión suprficial, la viscosidad, Para stiar las ncsidads d potncia n un sista airado s hac uso d un ódulo adinsional llaado ódulo d airación (N a ). Est ódulo s dfin coo l cocint ntr la vlocidad suprficial dl as y la vlocidad tanncial n l xtro dl ipulsor. El valor d N a indica l rado d disprsión d las burbujas alrddor dl ipulsor. N Q D ND 2 a = = Q ND 3 La rlación ntr l núro d potncia y l ódulo d airación s obtin diant la xistncia d corrlacions píricas para cada tipo d aitador. Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 11

12 Los tipos d ipulsors qu xistn son varios, los d turbina d disco (Rushton), la turbina d palas planas, la hélic, d disco cobinado y d turbina abirta con paso variabl. Fi. 20 Esqua d difrnts tipos d ipulsors d aitación La turbina d disco o Rushton con sis o cuatro hojas rquir ucha potncia aunqu s sncilla y fácilnt intrcabiabl. El ánulo d la palta pud variar. La d tipo hélic s la ás usada para l cultivo d células vtals y anials ya qu no cra un fcto alto d cizalla. El aitador ás fctivo s uno d turbina con dflctors. Cobinando así las vntajas d uno y otro. La potncia ncsaria para ovr los rodts n los rcipints aitados utiliza la corrint léctrica. Para una dtrinada vlocidad d aitación la potncia ncsaria dpnd d la rsistncia ofrcida por l fluido a la rotación dl rodt. El consuo dio d potncia a scala industrial va dsd los 1Kw para tanqus d 0,1 3 hasta 200 Kw. Para un volun d unos 50 litros s pud aplicar una potncia alrddor d los 80 Kw. El rozainto producido n la caja d cabios dl otor dl aitador y las juntas rducn la nría transitida por lo qu la nría consuida por l otor dl aitador srá sipr ayor qu la ncsaria para la zcla. Para l disño d st sista, qu s usarían dos tipos ya qu l tanqu adr y los otros dos ractors tinn caractrísticas difrnts, s han d fijar las siuints variabls. Gotría dl tanqu Tipo d aitador Existncia d dflctors Dnsidad dl dio d cultivo Viscosidad dl dio d cultivo Caudal d airación (volúns d air/volun dl frntador y inuto) i xistis tal suinistro Vlocidad d aitación Con stas spcificacions y a través d la curva d potncia y d las proporcions stándar d los frntadors, s pud obtnr la potncia a suinistrar dl sista. Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 12

13 Fi. 21 Rlación ntr l núro d potncia y l d Rynolds para difrnts tipos d ipulsors. Fi. 22 Esqua d las proporcions y rlacions oétricas stándar para frntadors Fi. 23 istas airados. Rlación ntr l núro d potncia y l núro d aración para turbinas d disco. Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 13

14 3.4 Elcción d parátros para l disño ustrato La concntración d sacarosa n la disolución final d sustrato ha d sr dl 16,5% v/v. Esto quir dcir qu s tin una concntración d 134 /l. Lo qu indica qu s ncsitan 115 k d laza para disolvrlas n un volun d aua d 1600 litros. La cantidad d fosfato diaónico a añadir dpnd d la asa d laza xistnt. i por cada 1000 k d laza s adicionan 500 raos d fosfato, ntoncs la cantidad total a añadir srá d 57,5 raos. La disolución tin inicialnt un ph básico y ést s ha d acidificar hasta un valor d 4,5. Para llo s ha d añadir una cirta cantidad d ácido clorhídrico no uy diluido para no diluir aún ás la laza. A scala laboratorio, con un ractor d capacidad 1 litro, ran ncsarios 20 l d ácido clorhídrico 0,5 olar. Para un volun d 1600 litros srán ncsarios unos 32 litros d ácido. Para disinuir la cantidad d ácido a añadir s pud doblar su concntración, 1M y así s consiu qu la laza qud nos diluida, a part d ocupar un nor volun. Así qu s adiciona 16 litros d ácido clorhídrico 1M. La zcla s ha d aitar uy bin. Está suirá todos las tapas d prparación ya indicadas n capítulos antriors hasta obtnr un osto listo para alintar a los ractors. Entoncs, d fora squática, las condicions qu ha d cuplir l sustrato son: 115 k d laza 16,5 % v/v d sacarosa (nutrint liitant) ph = 4,5 Adición d fosforo y nitróno a través dl fosfato diaónico, 58 raos Dpósito En la lcción dl volun dl dpósito s ha d tnr n cunta l caudal d alintación continuo hacia los frntadors. i s quir suinistrar un caudal d 10 l/h durant un tipo d 72 horas, qu s la duración d la opración n continuo, s tin un total d 720 l. Y coo son dos ractors, l volun ascind a Por otro lado s ha d contar con l llnado d todos los ractors, adición d ácido, sto haría un total a roso odo d 1500 litros. V = 2 3 (volun líquido = 1600) Plástico Tanqu adr V = 25 l L = 10 raos (accharoycs Crvisia, IFI 255, icroarobia) 0 = 16,5%v/v f = 11%v/v Tanqu d acro inoxidabl 316 Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 14

15 Y / = 1 2 células/ sustrato K = 5 /l µ = 0,24 h -1 Condicions d opración - T = 32 ºC - ph = 4,5 - P = 1 at - Q air = 0,8 vv - P aitación = 1,43 kw (vr n sista d aitación) A través d la lcción d los parátros s obtin un tipo d procso d 18 horas. En st tipo s fora 54,55 /l d bioasa. Rsultados finals Duración d la inoculación = 18 horas Vlocidad d crciinto = 3,03 /lh Concntración final d bioasa = 54,55 /l Frntadors on dos tanqus d zcla prfcta dispustos s parallo. pudn considrar indpndints. Tinn las isas caractrísticas y por llo sólo s disñará uno d los dos. D = 0,19 h -1 (áxia productividad) V = 50 l Q = Q = 10 l/h q = 54,55 /l 0 = 16,5%v/v Y / = 0,8 células/ sustrato K = 5 /l µ = 0,24 h -1 Y P/ = 1,6 alcohol/ sustrato Acro inoxidabl Condicions d opración -T = 32ºC - ph =4,5 - Prsión = 1 at - P aitación = 3,98 kw (vr sista d aitación) - Condicions anarobias Con sto s tin qu las concntracions d bioasa, sustrato y producto n l intrior y n la corrint d salida dl ractor son las siuints: = 92 /l = 19 /l P = 147,2 /l Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 15

16 ista d aitación tin dos tipos d sistas d aitación ya qu s tin un tanqu d zcla prfcta d 10 litros sotido a airación y otros dos d 25 litros sin suinistro d air. Para hallar la potncia a suinistrar n los dos s van a scor las siuints variabls: V tanqum = 25 l D tanqum = 0,30, H tanqum = 0,36 (para l tanqu adr) V Frntador = 50 l D frntador = 0,30, H frntador = 0,71 (para los dos frntadors) ρ cultivo = 1100 k/ 3 µ cultivo = 0,01 k/s Q air = 0,8 vv (para l tanqu adr) V aitación = 250 rp Tipo d ipulsor: Turbina d disco Cálculo d la potncia a suinistrar sin airación D la fiura 22 s stablc l diátro dl ipulsor. T 0,30 D = = = 0, , N D ρ R = = 60 = 45833, µ 0,01 D la fiura s calcula l núro d potncia: N P = 5 4 (Réin turbulnto) ,3 P = N P ρ N D = = 3, 98KW 60 3 Cálculo d la potncia a suinistrar con airación Q Na = = 0,0799 ND 3 3 0,08 5 Q 3 as = 0,8 V 3 frntador in F 1in = 0,8 0,025. = 3, s 4 3 / s A través d la fiura 5 y utilizando l núro d airación s pud calcular l núro d potncia y a partir d ahí, obtnr la potncia a suinistrar al as. Np =1,8 Antispuants ,3 P = N P ρ N D = 1, = 1, 43KW 60 3 La jor anra d vitar la foración d spuas s diant dispositivos cánicos, coo los discos rotatorios d alta vlocidad. Para tanqus d frntación ás voluinosos, stos discos carcn d la potncia ncsaria para ropr tals burbujas. Por llo s utiliza unas sustancias quíicas llaadas antispuants. 3 5 Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 16

17 Estos aditivos tinn bnficios y dsvntajas. Por un lado hacn bajar la tnsión suprficial y con llo disinuyn la tndncia a coalscr d las burbujas. Esto s bnficioso ya qu así aunta l ára intrfacial d las burbujas al sr su diátro nor y su cantidad ayor. Pro por otro lado, la adición d antispuants rduc la ovilidad d la intrfas actuando dirctant sobr l coficint d transfrncia d asa, hacindo su valor nor. Por todo sto, hay qu discutir si ntant s buno o no añadir antispuants, coparando los pos y los contra. La foración d xcsivas burbujas tabién hac disinuir la difusión dl oxíno. Productividad La planta inicia su arranqu llnando l prir ractor, tanqu adr. Cuando s han alcanzado las condicions idals d crciinto, s suinistra la asa d lvadura spcificada antriornt. Al cabo d 18 horas s tin un cultivo s fas xponncial ya qu hasta qu no s llu a las 48 horas no s tin la fas stacionaria. El intrés s inocular a los dás ractors n fas xponncial y qu una vz dntro alcancn la fas stacionaria. La planta, para la prira vz qu s arranqu stará 18 horas ás 72 horas dl procso n continuo n funcionainto, s dcir, 90 horas. Pro n la próxia opración, l priodo d crciinto srá ás rápido porqu l tanqu adr ya stará inoculado d la antrior vz. La concntración d producto n la corrint d salida s d 147,2 /l. Pr oductividad = t f P Q N R = = 211, 68k Dond t f s l tipo total d procso, P s la concntración d producto a la salida, Q s l caudal d salida, y N R s l núro d ractors qu opran. Esta cantidad d alcohol s db sparar por dstilación d la corrint final dl procso. 211,8 kalcohol = 115kMlaza Y P / = 1,8 Fi. 24 Alunos tanqus d frntación Proycto Fin d carrra Disño básico d una planta piloto Páina 17