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PLANTA DE PRODUCCIÓN DE ALCOHOL ETÍLICO.

1.     INTRODUCCIÓN.

La 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 alcohol etílico está familiarizado con las bebidas alcohólicas. En su forma no natural es usado como un solvente industrial y como materia prima para la manufactura de acetaldehido, acetato etílico, ácido acético, dibromito de etileno, glicol y muchos otros químicos orgánicos. El alcohol puro también puede ser utilizado para propósitos medicinales, farmacéuticos y saborizantes.

La fermentación del alcohol etílico es realizada en forma cerrada por cualquier carbohidrato rico en substratos. La melaza, licor producido de desechos, permanecen después de la cristalización de la sucrosa y es usada ampliamente como materia prima en la fermentación alcohólica. La melaza blackstrap contiene 35-40% de sucrosa y 15-20% de azúcares invertidos (glucosa y fructuosa) La melaza hightest contiene 21-22% de sucrosa y 50-55% de azúcares  invertidos. La mayoría de las melazas blackstrap no requieren otros nutrientes adicionales para realizar la fermentación del alcohol etílico. Sin embargo, las melazas hightest requieren cantidades considerables de sulfato de amonio y otras sales, como fosfatos. El contenido de nutrientes no azucarados de 50-lids de las melazas hightest es aproximadamente 7%, comparado con el 28-35% encontrado en las melazas blackstrap.

El alcohol etílico también puede ser producido por fermentación del almidón, suero o licor de desechos de sulfito. La fermentación de granos requiere un pretratamiento dado que la levadura no puede metabolizar directamente el almidón. Los granos (usualmente el maíz) son agrupados y calentados en una lechada acuosa para gelatinizar o solubilizar el almidón. Algunas enzimas líquidas pueden ser añadidas a bajas temperaturas. El almidón líquido es enfriado alrededor de 65¢XC y tratado con amilasa de malta o de hongos para convertir el almidón en oligosacáridos. Luego, la levadura es añadida junto con amiloglucosidasa (o glucoamilasa) los cuales convierten los oligosacáridos en glucosa. El proceso de fermentación y refinación posteriores son los mismos que se realizan cuando se usa melaza como materia prima.

La producción del alcohol etílico es realizada a través de procesos eficientes y automáticos. El proceso de manufactura no es muy complejo y es fácil de realizar. El control de la contaminación y el mantenimiento y reparación de las maquinarias y equipos también son fáciles. Aquellas naciones con climas tropicales y sub-tropicales, con abundante producción de azúcar y maíz, podrían invertir en el establecimiento de esta planta de producción que puede ser orientada tanto a la exportación como a la importación.

2.     INFORMACIÓN GENERAL DEL PROCESO.

2.1  DIAGRAMA DE FLUJO.

2.2  DESCRIPCIÓN DEL PROCESO.

1.     Transporte y almacenamiento de la melaza: La melaza obtenida desde una fábrica proveedora es transportada vía transferencia de tuberías o carros de almacenamiento a la planta de procesamiento de alcohol etílico. La melaza es colocada en un tanque de almacenamiento de concreto bajo tierra por bombeo de la melaza. Cuando el proceso ha comenzado, la melaza almacenada será bombeada en un contenedor o vasija de disolución para ajustarlo a una concentración adecuada.

2.     Preparación de la melaza: La melaza es bombeada dentro del tanque medidor a través de un bombeo desde el tanque bajo tierra el cual recibe el material directamente desde el tanque de almacenamiento por transferencia de tuberías. Después que la melaza es medida exactamente, fluye hacia el tanque de disolución de la melaza. Debido a su resistente concentración de azúcar, la melaza no soporta una fermentación directa, por lo tanto primero debe ser diluido a la concentración deseada. Este es llamado masa o templa, y presenta los carbohidratos listos para la inoculación o vacunación de los cultivos de semillas. La melaza utilizada en este proceso no necesita ser esterilizada o ¡§nutriotinizada¡¨ por un proceso diseñado especialmente, el cual será útil para eliminar el consumo de vapor y los costos de producción de corte. Después que la melaza es diluida a la concentración deseada, una mezcladora automática ayudará a darle una concentración homogénea para el proceso de fermentación, antes de que sea bombeado a una serie de fermentadores de acero.

3.     Estación de cultivo de granos: La estación es equipada con un fermentador piloto en conjunto con el equipo de cultivo de granos y los instrumentos de cultivo diseñados especialmente. 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.

4.     Suministro de agua procesada: El equipo suministrador de agua procesada y el equipo incrementador de presión son proporcionados. El suministro de agua procesada será diseñado para una carga máxima de 21 TM/Hr; sin embargo, sólo aproximadamente 210 TM es necesario diariamente. El agua utilizada en el proceso podría ser tratada como agua drenada de calidad o suministrado por un pozo de 90-100 metros de profundidad.

5.     Estación de fermentación: Existen 8 fermentadores con una capacidad aproximada de 45 KL. Los fermentadores están conectados por tuberías para una operación de fermentación continua. Esta estación tiene un control automático de temperatura, velocidad de flujo, operación de templado y operación de alimentación. Usualmente el ciclo de fermentación dura de 2-3 días. Dado que el alcohol etílico es formado por levadura desde monosacárido, es necesario descomponer la sucrosa en d-glucosa y d-fructuosa. Las enzimas producidas por la levadura cambian los monosacáridos en alcohol y dióxido de carbono. Después que ha sucedido la reacción, el alcohol etílico presente en los fermentadores puede ser separado por destilación. El contenido de alcohol de la masa es de 7-12% de su volumen, es bombeada hasta la sección de destilación del alcohol. Después de pasar a través de varios intercambiadores de temperatura, el residuo en la base del destilador transporta proteínas, residuos de azúcar y otras impurezas que pueden ser extraídas y usadas como componentes para alimento animal. El diseño de la estación elimina los errores de operación y puede alcanzar resultados efectivos a bajos costos de operación. La capacidad de esta estación puede presentar el requerimiento para la manufactura suficiente del caldo fermentado para la estación de destilación con una producción diaria de 30 KL de alcohol etílico.

6.     Estación de destilación y rectificación: El caldo conteniendo alcohol etílico, agua, aldehido, 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 aldehidos y alcohol, son condensados completamente y transportados detrás de la parte superior del destilador de aldehido. Cerca de la parte superior de la columna, el 95-96% del alcohol es absorbido a través del condensador para su almacenamiento.

3.     DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA.

3.1  CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN.

La planta equipada con la maquinaria y equipo descrita en la sección 3.4 de este estudio, operando tres turnos de ocho horas diarias, 200 días al año, podría ser capaz de producir 6,000 KL del 96% (del volumen de cañas de azúcar) de alcohol etílico por año. Algunas de las informaciones del alcohol de caña es el siguiente:

Concentración: más del 95% (por volumen)

Peso específico: menos de 0.8125 (15¢XC)

Color: agua blanca.

Ácido (menos ácido acético): menos de 0.0015gr/ 100ml.

Aldehido (como acetaldehido): menos de 0.0015gr/ 100ml.

Aceite combustible: menos de 0.040gr/ 100ml.

Residuos no volátiles: menos de 0.0080gr/ 100ml.

Cloruro: menos de 0.0040gr/ 100ml.

Furfural: nada.

Cobre: rastros.

Metal pesado: nada.

Tiempo de prueba del permanganato: 10-20 minutos.

3.2  MATERIAS PRIMAS.

Caña de azúcar con un contenido total de azúcar de más del 50%, con más de 84¢X Brix a 20¢XC (usado en el proceso de este estudio) El alcohol etílico también puede ser producido por fermentación de almidón, suero y licor de desechos de sulfito.

3.3  MANO DE OBRA REQUERIDA.

CLASIFICACIÓN DEL TRABAJO.                               PERSONAS/TURNO.

Bioquímico.                                                                                       1

Electricista.                                                                                       1

Mecánico.                                                                                          1

Fermentación.                                                                                    2

Destilación.                                                                                       3

Servicios.                                                                                          2

Laboratorio o control de calidad.                                                      2

Calderas y aguas blandas.                                                                 2

            TOTAL.                                                                                 14

3.4  MAQUINARIA Y EQUIPO.

ITEMS.                                                          N¢X DE MÁQUINAS.

A.    Equipo de fermentación:

Fermentadores continuos.                                                8

Equipo de disolución de la melaza.                                             1

Tanque de almacenamiento del caldo.                                         1

Tanque medidor del caldo.                                                          1

B.    Equipo de destilación:

Columna de la masa.                                                                   1

Columna del aldehido.                                                                1

Refrigerador del producto.                                                          1

Tanque de almacenamiento de polvo.                                         1

Refrigerador.                                                                               1

Máquina de entrega de residuos.                                                 1

Tanque medidor de alcohol.                                                        1

Columna del producto.                                                                1

Columna de tratamiento.                                                              1

Examinador de residuos.                                                             1

Columna de aceite combustible.                                                  1

Separador.                                                                                               1

Columna A para el refrigerado.                                                   2

Precalentador de la masa.                                                           1

Columna-Pu para el refrigerado.                                                 3

Columna A para el refrigerador de la base.                                1

Columna M para el refrigerador.                                                 2

Columna T para el refrigerador.                                                  2

Sistema de entrega de los desechos de gas.                                 1

Columna-Pr para el refrigerador.                                                1

C.    Equipos de servicio:

Caldera de vapor.                                                                        1

Bombas de alcohol.                                                                     2

Tanque de la masa.                                                                      1

Bomba de agua.                                                                           2

Panel eléctrico.                                                                           1

Filtros de alcohol.                                                                                   1

D.    Equipo automático:

Sistema de entrega automática.                                                    1

Control automático de vapor.                                                      1

Registrador de temperatura.                                                        1

Controlador de flujo.                                                                   1

Regulador automático de la masa o mezcla.                                1

E.     Equipo de laboratorio:

Medidor de pH.                                                                           1

Microscopio.                                                                               1

Medidor de viscosidad.                                                              1

Medidor de sacarina.                                                                  1

Fotómetro eléctrico.                                                                    1

Medidor de atincado.                                                                  1

Refractómetro.                                                                             1

3.5  GASTOS GENERALES DE LA PLANTA.

Caña de azúcar: 3.65 TM.

Combustible (aceite pesado): 0.32 TM.

Potencia eléctrica: 45,000 KwA.

Consumo de agua: 100 TM.

3.6  ÁREA DEL TERRENO Y EDIFICIO.

Área de fermentación: 528 m2.

Área de levadura pura: 144 m2.

Área de destilación: 84 m2.

Área de suministro de aire: 36 m2.

Área total de la planta: 1,200 m2.

3.7  LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA.

La planta de alcohol etílico podría ser ubicada cerca de un suministro de caña de azúcar y del mercado de alcohol etílico con buenas facilidades de transportación. La mayor parte de la planta será ubicada en área abierta, pero el cliente podría requerir una estructura de concreto reforzada para soportar aquellos servicios ubicados en posiciones elevadas.

3.8  DISTRIBUCIÓN DE PLANTA.

 

Información de proveedores:
Taiwan Turnkey Project Association
http://www.tpcc.org.tw/index-english.asp
Email: public@tpcc.org.tw

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