PROCESOS DE LA PRODUCCION DE ALCOHOL ETILICO, PARA LA OBTENSION DE ALCOHOL ANHIDRO O CARBURANTEEl mundo busca soluciones en el EtanolIng. Carlos Vliz Cevallos

*PRODUCCION DE ALCOHOL ETILICO

El proceso de elaboracin del Etanol podramos decir que empieza con el abastecimiento de la materia prima que convenientemente preparada se la somete a fermentacin alcohlica por va bioqumica, este proceso puede ser realizado de diversas formas, entre los ms comunes estn con recuperacin de levadura y sin recuperacin de levadura.

*Materia PrimaLas materias primas ms utilizadas y econmicas, son las que se originan en la caa de azcar:Jugo, miel A, miel B, y melaza; utilizndose ms extensamente el jugo y la melaza considerada un residuo de los ingenios azucareros y de la cual se puede obtener un buen porcentaje de alcohol. La melaza es un lquido denso de coloracin obscura y su composicin es muy variable de acuerdo con la variedad de la caa, la edad, sanidad, maduracin, quema, etc.

*Generalmente la melaza tiene un promedio de 80 Brix, la riqueza de azcar total, su mayor parte es fermentescible, sacarosa, glucosa, y fructuosa. Las reacciones que se producen en el medio producen grandes proporciones de cidos orgnicos que perjudica el desenvolvimiento de la fermentacin originando lo que nosotros en produccin conocemos como el poder tampao, requirindose segn su variacin la utilizacin de mayor o menor volumen de cido sulfrico para su correccin.

*Una buena melaza puede tener un promedio de 52,13 a 56% de azcares totales, un pH de 5,5; cenizas 8,5 a 10%.Entre los parmetros principales de la melaza consideramos: La densidad de la melaza: 1,34 slidos totales, brix, agua, sacarosa, glucosa, fructuosa, azcares reductores, azcares infermentescibles, azcares no fermentables, ceniza, sodio, potasio, calcio, fsforo, sulfato residual, cloruro, cido pantotnico, hierro, silicio, magnesio, protena cruda, total de nutrientes digeribles, protena digerible, tiamina, riboflavina, niacina.

*En la melaza es importante tambin conocer el grado de infeccin que tiene, normalmente este es medido en bast./ml. Un valor de 1 a 5 X 105

*JUGO DE CAANormalmente el jugo de caa se lo utiliza para la produccin de azcar por ser ms rentable, pero, no necesariamente debe ser as y, existiendo en el pas grandes extensiones de cultivos de caa, adems extensiones de terrenos sin uso, estos podran ser utilizados para la siembra de la caa constituyndose en una gran oportunidad para los pequeos y medianos productores los que debidamente financiados podran ser productores de alcohol carburante, el jugo de caa como lo hemos dicho es una excelente materia prima

para la produccin de etanol sta, bien manejada desde la molienda, (solo se requiere uno o dos juegos de molinos, incluso podran ser molinos artesanales en paralelos) puede generar ndices de conversin que son interesantes en la produccin de alcohol, sta vara de acuerdo con muchos factores como la variedad de caa de azcar, estado de maduracin, fertilizacin, riego, almacenamiento, extraccin, etc. esto no sera un mayor impedimento para los caicultores que han venido produciendo caa orgnica y que es de excelente calidad.

*Los componentes principales del jugo de caa son:Densidad del jugo : 1,07Brix a 20C : entre 14 y 16ART, pH, sulfitos, Acidez sulfrica, slidos suspendidos, slidos suspendidos en el mostoDebido al brix del jugo y a su alto contenido de azcares, el manejo es muy delicado y se lo tiene que hacer siguiendo y cumpliendo con recomendaciones muy puntuales, porque de no hacerlo la fermentacin y degradacin del mismo es inevitable.

*Adems de lo descrito para esta materia prima, es importante tener en cuenta los procesos de produccin y almacenamiento y lo mejor en cada caso es que la materia prima producida sea consumida total o parcialmente. La preparacin de los mostos debe ser realizada teniendo en cuenta su composicin y variabilidad para ubicarlos dentro de ciertas caractersticas de un sustrato ideal, deberamos tener mucho cuidado para la obtencin de un mosto ideal: El control del brix y azcares totales, acidez total, pH, control de las sales minerales, los compuestos nitrogenados, especialmente en forma amoniacal, vitaminas, temperatura, antispticos.

*Hay que considerar tambin que es muy importante observar el contenido de azcares en el mosto, y los nutrientes que se deban agregar para una buena fermentacin.

En lo referente a nutrientes normalmente se recomienda la adicin de superfosfato triple 80 mg/litro de mosto superfosfato simple 180 mg/litro de mosto, en cuanto al nitrgeno se recomienda la adicin de sulfato de amonio 100 mg/litro de mosto, el jugo de caa debe ser tamizado para evitar que el bagazo

*bagacillo produzca infecciones en el momento de la fermentacin y evitar taponamientos en las centrfugas.Estas son las dos principales materias primas utilizadas en nuestro medio y en muchos pases donde la caa de azcar presenta la mejor alternativa econmica para la produccin de etanol. Tambin se pueden utilizar como materia prima varios granos pero, implican procesos adicionales y las eficiencias son variables y menos econmicas, entre ellos el maz, trigo, los que primeramente se someten a un proceso de limpieza, pasando a la molienda seca para obtener harina, luego es calentado y licuado en agua caliente, vapor condensado, vinaza recirculada, etc. posteriormente

*pasa a la fase de sacarificacin, se corrige el pH, se le adecua a una temperatura de 30C aproximadamente y se lo somete a fermentacin. Entre otras materias primas podemos citar la remolacha, la yuca, el pltano y en fin cualquier material verde as como los desechos agrcolas y basura que contenga materia orgnica que puedan ser sometidas al proceso de hidrlisis de la celulosa en forma encimtica y cida para transformarla en etanol.

*Todas estas materias primas vistas son sometidas tradicionalmente al proceso de fermentacin, aunque en la actualidad se estn proponiendo otros mtodos como el de segregacin molecular que fragmenta la biomasa separando las protenas del almidn fibras etc. Siendo la produccin de alcohol etlico rectificado, alcohol etlico anhidro, y alcohol etlico crudo los productos finales de nuestra actividad deberamos tener en consideracin otro de los aspectos importantes de la produccin que es la fermentacin alcohlica.

*Fermentacin AlcohlicaPara que la fermentacin alcohlica pueda desenvolverse rentablemente es necesario que el mosto azucarado sea inoculado con levadura que son los microorganismos responsables de la fermentacin, la mezcla del mosto y la levadura dan inicio a la fermentacin alcohlica. De los aspectos importantes de este proceso podemos distinguir varias fases de la fermentacin, conduccin, formacin de productos secundarios, accidentes de la fermentacin, rendimiento, etc.

*Las fases de la fermentacin alcohlica van determinando la intensidad de la produccin de CO2 , alcohol y el desprendimiento de calor que van desarrollando en la fase preliminar principal y en la etapa post fermentativa.Para la produccin de alcohol, es de alta importancia seleccionar el gnero, la especie, variedad y raza de levadura, esta pueden ser seleccionadas del medio con buenos resultados; factores que ayudan al desenvolvimiento y multiplicacin de la cepa, la alimentacin de azcar en el mosto al inicio de la fermentacin debe ser lenta, se debe controlar el pH, la concentracin de sales

*nutritivas, mantener la temperatura del mosto, preparndonos de esta manera para la fermentacin propiamente dicha, pudindose registrar un incremento de volumen por la produccin de espumas en el tanque fermentador hasta de un 20% que en muchos casos originan derrames, es necesario agregar suficiente antiespumante. La ultima fase de la fermentacin se caracteriza por que es justamente all cuando se produce la mayor parte de las infecciones y de alcoholes superiores que constituyen la mayor parte del aceite de la caa, es por esto que esta fase debe ser la ms breve posible y cuando el brix se repite en dos horas

*seguidas es recomendable su destilacin. Los principales factores que controlan la actividad y la eficiencia de la fermentacin son:

La Concentracin de Azcares.- Esta depende de la calidad del alcohol que desea obtener, se puede ir incrementando tratando de no sobrepasar el lmite donde puede convertirse en un inhibidor de la fermentacin, que las concentracin de alcohol se puedan convertir tambin en un factor de prdidas de azcar, entonces debemos tener cuidado de la seleccin de la levadura ha utilizarse.

*Agitacin.- La agitacin dentro del fermentador o la turbulencia del mosto es importante para mantener a las clulas de la levadura en suspensin aumentando la superficie de contacto.

pH.- Considerando que la levadura se desenvuelve perfectamente en medios cidos, el mosto debe tener suficiente cido para evitar el desenvolvimiento de las bacterias

*La temperatura.- durante el proceso de la fermentacin es importante el control de la temperatura, podramos de acuerdo con la experiencia manejarlos con temperatura entre 28 y 34C. considerando que a temperatura ms baja obtendramos alcohol menos contaminado y a temperatura ms alta tendramos la formacin de produccin de sustancias contaminantes del alcohol u otros alcoholes.

*La Luz.- Es necesario que para la reproduccin de la levadura se recomienda suficiente luz, de preferencia luz natural, pero en el proceso fermentativo es deseable la ausencia de luz aunque industrialmente se lo puede hacer en presencia de luz.

Oxigeno.- El oxgeno es necesario para la multiplicacin de la levadura, pero en el proceso fermentativo no es requerido, ya que la levadura se desarrolla en ambiente cerrados.

*Elementos minerales.- Los elementos minerales son esenciales para el desenvolvimiento de la levadura, el fsforo, azufre, hierro , magnesio, calcio, como nutrientes esenciales el nitrgeno como sulfato de amonio.

Vitaminas.- principalmente se ha utilizado la vitamina B1 para acelerar el curso de la fermentacin.

*Calidad y cantidad de levadura.- En cuanto a la calidad, en el mercado existen muchas cepas de levadura alcohlicas cuyo desenvolvimiento como lo dijimos antes est dado por el medio, y podramos decir que para un desarrollo normal de fermentacin se podran utilizar 50 x 109 clulas por litro de mosto hasta concentraciones de 450 x 109.

*Preparacin de la levadura alcohlica.- de acuerdo con las caractersticas de la levadura la preparacin es diferente estos pueden utilizarse desde cultivos que tardan en su multiplicacin hasta dos semanas, y levaduras en polvo prensados que pueden trabajar casi inmediatamente. Muy pocas destileras estn utilizando el desarrollo a travs de equipos de multiplicacin pura, este de aqu es muy costoso.

*PROCESO DE PRODUCCION DE ALCOHOL ANHIDRO A PARTIR DE VINOCon el vino en el pulmn se inicia el proceso de destilacin, bombeando hacia la planta de destilacin, siendo su primer paso el ingreso a la columna destrozadora (CD), que trabaja con sistema a vaco, aqu es separado el alcohol del vino; por medio de diferencias de puntos de ebullicin, se transforma en vapor alcohlico, luego es condensado por medio de intercambiadores de temperatura.

*A esta columna ingresa adems, agua tratada y vapor, que es la forma de calentamiento general de la planta y como desecho obtenemos la vinaza, la que se entrega, una parte para los Municipios, otra para riego y fertilizacin de canteros, la restante es tratada en la piscina de oxidacin pero, es muy importante considerar la vinaza como un fertilizante ideal conjuntamente con el bagazo para abonar los terrenos de cultivo.

El vapor utilizado es generado por calderas, estas calderas necesitan agua, que previamente ha sido tratada en la planta, mediante un proceso de filtrado y ablandamiento.

*El alcohol sale de esta columna (CD) a 90GL, pasa a la columna hidroselectora (CI), donde es lavado e hidratado con flegmasa de columna CR.El alcohol hidratado de CI pasa por la columna rectificadora (CR), aqu no se extrae contaminantes, alcohol resultante debe tener mnimo 95GL. De CR pasa a la columna (CM), la misma que realiza un trabajo de eliminacin de agua para poder llevar el alcohol a 99GL, como mnimo, en este sistema se trabaja a presin atmosfrica. Para complementar este trabajo se utiliza la columna CO, para concentrar

*ciclohexano que es el elemento que sirve como medio de captacin del agua presente en el alcohol; por medio de controles se mantienen las temperaturas adecuadas para este proceso entre estas dos columnas y un decantador o separador donde se observan los niveles de control. Todo este proceso se realiza para obtener como producto final el alcohol anhidro alcohol carburante.

*TIEMPOS DE ARRANQUES DE PROCESO

Desde el arranque de proceso transcurre un tiempo de diez horas, si se inicia con equipos vacos, pero si se realizan cambio de bridas en CM habiendo producido antes alcohol etlico, tarda seis horas en obtener produccin de alcohol anhidro.

*PROCESO DE PRODUCCION DE ALCOHOL ETILICO ANHIDRO A PARITR DE ALCOHOL CRUDOCon la materia prima alcohol crudo se inicia el proceso de destilacin bombeando desde almacenamiento hacia la planta de destilacin, siendo su primer paso el ingreso a la columna hidroselectora (CI), donde es lavado e hidratado.

*El alcohol hidratado de CI pasa a la columna Rectificadora (CR), aqu no se extrae contaminantes, el alcohol resultante debe tener mnimo 95 GL. De CR pasa a la columna (CM), la misma que realiza un trabajo de eliminacin de agua para poder llevar el alcohol

*a 99.80GL, en este sistema se trabaja a presin atmosfrica. Para complementar este trabajo se utiliza la columna (CO) que concentra el ciclohexano eliminando el agua.

*TIEMPO DE ARRANQUE DE PROCESO

Desde el arranque de procesos transcurre un tiempo de ocho horas, si se realiza cambio de bridas en columna CM. habiendo producido antes alcohol etlico.Si el sistema se encuentra cargado, el tiempo transcurrido para producir alcohol anhidro es de seis horas.

*Para la produccin del alcohol carburante entre otros se han considerados las siguientes opciones:

Ciclo-hexano (CH) que acta como agente azeotrpico.Mono etileno glicol (MEG), como agente arrastrador.Tamiz molecular (TM)Pervaporation (PV)

*PLATOS DE LA DESTILERIA CAPACIDAD: 20.000 a 25.000 LITROS/DIA

SECCIONPLATOSCOLUMNA C1 DESTROZADORA DE VINODESTROZADORACONCENTRADORA241438COLUMNA C2HIDROSELECTORAAGOTAMIENTORECTIFICACION402262COLUMNA C3RECTIFICADORAAGOTAMIENTORECTIFICACION185472COLUMNA C4DESMETILIZADORAAGOTAMIENTORECTIFICACION38947

*PLATOS DE LA DESTILERIA CAPACIDAD: 30.000 a 35.000 LITROS/DIA

SECCIONPLATOSCOLUMNA CDDESTROZADORA DE VINODESTROZADORACONCENTRADORA241236COLUMNA CIHIDROSELECTORAAGOTAMIENTORECTIFICACION401151COLUMNA CRRECTIFICADORAAGOTAMIENTORECTIFICACION205272COLUMNA CMDESMETILIZADORAAGOTAMIENTORECTIFICACION222648COLUMNA CODESMETILIZADORAAGOTAMIENTORECTIFICACION201333

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RESUMENEn los procesos productivos se debe tener presente los siguientes trminos y valores:Materia Prima directamente fermentable:Glucosa y fructuosa presente en la pulpa de las frutas, sacarosa, caa de azcar y derivados, remolacha azucarera, sorgo.

Materia Prima indirectamente fermentable:Almidn: constituido por yuca, maz, camote, granos de cebada, tubrculo, banano.

Celulosa: madera, bagazo, paja de caa, paja de arroz, palma, etc.

Sacarificacin.- Es el proceso para convertir el almidn o la celulosa en azcares fermentables y se lo puede hacer utilizando cido sulfrico clorhdrico, o por medios biolgicos con enzimas.

Composicin del jugo.- Azcares, sacarosa, glucosa y fructuosa .Sales inorgnicas, orgnicos, aminocidos.

Otros no azcares.- protenas, almidones, gomas, ceras, grasas, etc.

Brix.- El brix est representado por slidos soluble (sacarosa), los azcares reductores y otros componentes.

Azcares Reductores.- glucosa y fructuosa.

No azcares orgnicos.- Son las materias nitrogenadas, grasas y ceras, pectinas, cidos libres y combinados.

No azcares inorgnicos.- Son las cenizas compuestas por silice, potasio, fsforo, calcio, sodio, magnesio, azufre, hierro, aluminio, cobre, zinc

Algunos valores prcticos considerados tenemos:1 Ha. = 70 ton. caa = 67 l de alcohol1 ton. caa aprox. = 100 l de jugo1 l de alcohol etlico requiere entre 14 y 18 l de jugo dependiendo de su contenido de ART.

En trminos prcticos referencial del 1% de azcar fermentescibles obtendramos 0,54 en volumen de alcohol.

1 Ha. = aprox. A 25 ton. de yuca1 Ton. de yuca puede producir 170 l de alcohol1 Ha. Camote = 25 ton. camote1 Ton. camote = 120 l. de alcohol1 Ha. = 3 ton. maz1 Ton. maz = 300 y 400 l. de alcohol1 Ha. Terreno = 35 ton. sorgo1 Ton. sorgo = 55 l. de alcohol

ART de la melaza entre 48 y 56%Brix de la melaza entre 78 y 82 BrixpH de la melaza 5.5 , 5.7Sulfitos en la melaza menor a 100 ppm.1 gl. De melaza = 1,25 l. de alcohol0,80 gl melaza = 1 l de alcohol etlico1 gl melaza = 18,75 l. de jugo1 gl melaza = 1,2 l de alcohol anhidro1 gl melaza = 1,3 l de alcohol crudo

Sulfitos del jugo menor a 80 ppm.1 ton. de caa = 5.7 gl de melaza1 ton. de caa = 2 qq. de azcar15 l de jugo = 1 l de alcohol etlico1 l. de alcohol anhidro = 15,5 l de jugo de caa15 l de jugo = 1,04 l de alcohol crudo13 lbs. De vapor/l de alcohol anhidro11 lbs de vapor/ l de alcohol etlico3,5 lbs. Vapor/l de alcohol crudo

0,22 a 0,24 kw/l de alcohol anhidro0,14 a 0,16 kw/l de alcohol crudo0,18 a 0,20 kw/l de alcohol etlico11 a 13 l de vinaza/l de alcohol

Como combustible el alcohol anhidro puede se utiliza en diferentes proporciones como se puede apreciar. A parte de los combustibles tradicionales existen otros tipos de combustibles alternativos, los mas utilizados sn:

E5: Es una mezcla de nafta sper sin plomo con 5 % de etanol anhidro (se entiende por etanol anhdrico al que tiene el 99,5 % como grado de hidratacin).

GASOHOL (E10): Es una mezcla que contiene 90% de nafta sper sin plomo y 10% de etanol anhidro por volumen. ALCONAFTA (E15): Es una mezcla que contiene 15% de etanol anhidro y 85% de nafta sper volumen. E85: Es una mezcla que contiene 85% de etanol anhidro y 15% de nafta sper sin plomo por volumen.

E93: Es una mezcla que contiene 93% de etanol anhidro, 5% de metanol anhidro y 2% de kerosn por volumen. E95: Es una mezcla que contiene 95% de etanol anhidro y 5% de nafta sper sin plomo por volumen. E100: Es etanol anhidro al 100%. ETBE (ethyl tertiary butyl ether): Es un aditivo que oxigena la nafta ayudando a una combustin ms limpia. Se puede aadir a la nafta hasta un 17% del volumen.

M85: Es una mezcla que contiene 85% de metanol anhidro y 15% de nafta sper sin plomo por volumen. Se utiliza en motores originalmente diseados para gasolina. M100: Es metanol anhidro al 100%. Se utiliza en motores diseados originalmente diesel. MTBE (methyl tertiary butyl ether): Es un aditivo que oxigena la nafta, reduciendo la emisin de monxido de carbono.

GRACIAS POR SU ATENCION