PRODUCCIÓN DE

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DE BIOETANOL

MATERIAS PRIMAS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL

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MATERIAS PRIMAS PARA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL

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ESQUEMA DE FABRICACIÓN DUAL ESQUEMA DE FABRICACIÓN DUAL ESQUEMA DE FABRICACIÓN DUAL ESQUEMA DE FABRICACIÓN DUAL DE AZÚCAR Y ALCOHOLDE AZÚCAR Y ALCOHOLDE AZÚCAR Y ALCOHOLDE AZÚCAR Y ALCOHOL

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MELAZA DILUIDA

AGUA

MELAZA

DIOXIDO DE CARBONO

PIE DE CUBAAGUA

ACIDO SULFURICO

INDUSTRIA SUCROALCOHOLERA ARGENTINA

Proceso Tipo de producción

VINO

MOSTO FERMENTADO

CREMA DE LEVADURA

FERMENTACIÓN ETÍLICAFERMENTACIÓN ETÍLICAFERMENTACIÓN ETÍLICAFERMENTACIÓN ETÍLICA

• La fermentación es un proceso en el que los microrganismos catalizan la transformación de un sustrato deseado (Maxon).

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sustrato deseado (Maxon).

• Fermentación es todo proceso microbiológico que produce una determinada sustancia (Gaden).

FERMENTACIÓN ETÍLICAFERMENTACIÓN ETÍLICAFERMENTACIÓN ETÍLICAFERMENTACIÓN ETÍLICA• Fermentación es un proceso Fermentación es un proceso Fermentación es un proceso Fermentación es un proceso metabólico caracterizado por la metabólico caracterizado por la metabólico caracterizado por la metabólico caracterizado por la oxidación incompleta (Jorgensen).oxidación incompleta (Jorgensen).oxidación incompleta (Jorgensen).oxidación incompleta (Jorgensen).

• Fermentación es un proceso Fermentación es un proceso Fermentación es un proceso Fermentación es un proceso metabólico en el que por la metabólico en el que por la metabólico en el que por la metabólico en el que por la

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• Fermentación es un proceso Fermentación es un proceso Fermentación es un proceso Fermentación es un proceso metabólico en el que por la metabólico en el que por la metabólico en el que por la metabólico en el que por la actividad de enzimas producidas actividad de enzimas producidas actividad de enzimas producidas actividad de enzimas producidas por microrganismos, se producen por microrganismos, se producen por microrganismos, se producen por microrganismos, se producen transformaciones químicas en transformaciones químicas en transformaciones químicas en transformaciones químicas en sustancias orgánicas ( Underkoffler sustancias orgánicas ( Underkoffler sustancias orgánicas ( Underkoffler sustancias orgánicas ( Underkoffler y Hickey; Prescott y Dunn.y Hickey; Prescott y Dunn.y Hickey; Prescott y Dunn.y Hickey; Prescott y Dunn.

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Hexosa

•Para producir Bioetanol por fermentación a partir de cualquier materia prima, hace falta el trabajo de MICRORGANISMOS.

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MICRORGANISMOS.

•Los microrganismos son organismos microscópicos monocelulares, visibles unicamente al microscopio.

MICRORGANISMOS PRODUCTORES BIOETANOL

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Saccharomyces cereviseae

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LEVADURA S. cerevisiae

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PROCESO MELLES PROCESO MELLES PROCESO MELLES PROCESO MELLES ---- BOINOTBOINOTBOINOTBOINOT

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CENTRÍFUGA PARA SEPARAR LEVADURAS

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EFECTO DE LA RECIRCULACIÓN DE LEVADURA

Ren

dim

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ferm

enta

ción

(%

)R

endi

mie

nto

de fe

rmen

taci

ón (

%)

Recirculación de levadura (%)Fuente: Fermentec. 2005

PARÁMETROS FISICOPARÁMETROS FISICOPARÁMETROS FISICOPARÁMETROS FISICO----QUÍMICOS A TENER QUÍMICOS A TENER QUÍMICOS A TENER QUÍMICOS A TENER PRESENTES EN EL MOSTO DE PRESENTES EN EL MOSTO DE PRESENTES EN EL MOSTO DE PRESENTES EN EL MOSTO DE

ALIMENTACION ALIMENTACION ALIMENTACION ALIMENTACION

• Grados Brix (ºBx): Porcentaje de sólidos solubles.

• Pol: Porcentaje de sacarosa.• Azúcares Reductores Director (ARD):

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• Azúcares Reductores Director (ARD): Glucosa y Fructosa presentes.

• Azúcares Reductores Totales (ART): Suma de la sacarosa hidrolizada y los ARD

• No azúcares: ºBx – Pol.• Cenizas: Material inorgánico.

FÓRMULA DE LA SACAROSAFÓRMULA DE LA SACAROSAFÓRMULA DE LA SACAROSAFÓRMULA DE LA SACAROSA Y SU Y SU Y SU Y SU HIDRÓLISISHIDRÓLISISHIDRÓLISISHIDRÓLISIS

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=

INTERCAMBIADORES DE CALOR

Al vacío De Placas Tubular

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PUNTO CRÍTICO DE RECONTAMINACIÓN DEL JUGO DECANTADO

PRINCIPALES IMPACTOS DE LA CONTAMINACIÓN EN LA FERMENTACIÓN

• Floculación.

• Consumo de azúcares.

• Excreción de compuestos tóxicos (Acidos Orgánicos).

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(Acidos Orgánicos).

• Aumento de la producción de glicerol.

• Reducción de la viabilidad.

• Aumento de los Azúcares residuales al final de la fermentación.

• Reducción del rendimiento de fermentación.

IMPACTOS DE LA FLOCULACIÓN EN LA FERMENTACIÓN

• Disminución de la superficie de contacto entre las células de levadura y el medio fermentativo.

• Aumento del tiempo de fermentación.

• Disminución de la concentración de

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• Disminución de la concentración de levaduras en las centrífugas.

• Aumento del poder tamponante del vino.

• Muerte de levaduras/Inhibición de la fermentación.

• Menos rendimiento de la fermentación.

BACTERIAS LÁCTICAS

• Son el contaminante mas frecuente en las fermentaciones

• Son muy perjudiciales.

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• Son muy perjudiciales.

• Tienen rápido desarrollo.

• Elevada tolerancia a la temperatura (óptima 45 ºC).

• Resistencia a pH bajo (acidófilas)

INCIDENCIA DE CONTAMINACIÓN INCIDENCIA DE CONTAMINACIÓN INCIDENCIA DE CONTAMINACIÓN INCIDENCIA DE CONTAMINACIÓN BACTERIANA BACTERIANA BACTERIANA BACTERIANA

EN EL RENDIMIENTO DE LA FERMENTACIÓNEN EL RENDIMIENTO DE LA FERMENTACIÓNEN EL RENDIMIENTO DE LA FERMENTACIÓNEN EL RENDIMIENTO DE LA FERMENTACIÓN

Niveles de contaminación del vino

106 107 108

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Rendimiento Fermentación 91 – 92 % 90 % 88 %

Observación: Fermentación con reciclo de levaduras.

FERMENTACIÓN

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PROBLEMAS Y SOLUCIONES

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

TRANSFORMACIÓN

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TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DE HIDRATOS

DE CARBONO EN BIOETANOL

FORMACIÓN DE BIOETANOL

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+ Calor

CONDICIONES DE OPERACIÓN

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CONDICIONES DE OPERACIÓNCONDICIONES DE OPERACIÓNCONDICIONES DE OPERACIÓNCONDICIONES DE OPERACIÓN

MALA

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CONDICIONES DEL MOSTO EN CUBAS

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CONDICIONES DE FERMENTACIÓN

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RENDIMIENTO Y CONTENIDO DE RENDIMIENTO Y CONTENIDO DE RENDIMIENTO Y CONTENIDO DE RENDIMIENTO Y CONTENIDO DE LEVADURA EN VINOLEVADURA EN VINOLEVADURA EN VINOLEVADURA EN VINO

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RENDIMIENTO Y CONTENIDO DE BACILOS EN EL MOSTO

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RENDIMIENTO EN FUNCIÓN DE LA ACIDEZ DEL VINO

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TIEMPO DE FERMENTACIÓN EN TIEMPO DE FERMENTACIÓN EN TIEMPO DE FERMENTACIÓN EN TIEMPO DE FERMENTACIÓN EN FUNCIÓN DEL INÓCULO PRESENTEFUNCIÓN DEL INÓCULO PRESENTEFUNCIÓN DEL INÓCULO PRESENTEFUNCIÓN DEL INÓCULO PRESENTE

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CORRELACIÓN ENTRE BACILOS Y CORRELACIÓN ENTRE BACILOS Y CORRELACIÓN ENTRE BACILOS Y CORRELACIÓN ENTRE BACILOS Y

ACIDEZ EN EL VINOACIDEZ EN EL VINOACIDEZ EN EL VINOACIDEZ EN EL VINO

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EFECTO DE LA TEMPERATURA DEL MOSTO EFECTO DE LA TEMPERATURA DEL MOSTO EFECTO DE LA TEMPERATURA DEL MOSTO EFECTO DE LA TEMPERATURA DEL MOSTO SOBRE LA CONTAMINACIÓNSOBRE LA CONTAMINACIÓNSOBRE LA CONTAMINACIÓNSOBRE LA CONTAMINACIÓN

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���� CRESCIMENTO ���� 2% a 5% de açúcar no meio (biomassa).

���� CONCENTRAÇÃO LIMITE (FERMENTAÇÃO) ���� 25 a 30% • Produção de etanol passa a ser prejudicada • Biomassa diminui.

GLICOSE

c) Efeito da concentração de Etanolinibe a atividade metabólica e leva a morte da levedura (sem

condição de sobrevivência);

limite no vinho → 12% de álcool → variável (espécie e linhagem de leveduras e condições da fermentação).

Influência do etanol na fermentação (Franz, 1961)

RENDIMIENTOS

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CUBA DE FERMENTACION CUBA DE FERMENTACION CUBA DE FERMENTACION CUBA DE FERMENTACION ABIERTAABIERTAABIERTAABIERTA

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CUBA DE FERMENTACION CUBA DE FERMENTACION CUBA DE FERMENTACION CUBA DE FERMENTACION CERRADACERRADACERRADACERRADA

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FERMENTADORES DE 1.000 m3

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LIMPIEZA ADECUADA DE CUBAS

INCRUSTACIONES

CONTAMINACIÓN

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CONTAMINACIÓN

ACIDO Y ANTIBIÓTICOS

EFICIENCIA DE FERMENTACIÓN

SOLUCIÓN PARA EL PROBLEMA:

ASEPSIA DE LAS CUBAS

MANUAL:

Baja eficiencia (principalmente si es cuba

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Baja eficiencia (principalmente si es cuba con serpentines).

AUTOMÁTICA (Picos de alta presión):

Ideal pues tiene elevada eficiencia, es rápida y no requiere mano de obra.

DURANTE LA FERMENTACIÓN:

Impurezas del mosto(Tierra y bagacillo)

Producción de espumapor las levaduras

Uso de antiespumantes / dispersantes

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Uso de antiespumantes / dispersantes

Incrustaciones en paredes y techo de cubas

Favorece aumento de la contaminación

PROCESOS DE FERMENTACIÓN

• DISCONTINUO (Por lotes):

limpieza en cada ciclo fermentativo

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• CONTINUA:

limpieza lo mas frecuente posible por que es mas difícil (necesidad de bajar el nivel de la cuba primaria).

REFRIGERACIÓN

AGUA DE POZO

• IDEAL, YA QUE PRESENTA:

• Volumen Suficiente.

• Exenta en general de flora

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• Exenta en general de flora microbiana.

• Tiene baja dureza.

• Libre de resíduos. (napa freática sin contaminación).

• Baja temperatura.

TRATAMIENTO DE AGUA:

• Procedimiento simple y bien conocido.

• Rápido.

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• Rápido.

• De bajo costo.

• Genera significativas mejoras en la fermentación.

PROBLEMAS DE RECONTAMINACIÓN

SOLUCIÓN:

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- Eliminación de puntos muertos.

- Instalaciones de vapor para esterilizar.

PROBLEMA:Recontaminación

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SOLUCIÓN:Eliminación de puntos muertos

TEMPERATURA DE FERMENTACIÓN

• Influencia directa sobre la fermentación.

• Favorece la multiplicación bacteriana.

• Intensifica la floculación.

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• Intensifica la floculación.

• Arriba de 35 ºC: afecta el desempeño de las levaduras.

• Reduce la viabilidad de las levaduras.

• Disminuye el rendimiento de la fermentación.

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN EL GRADO ALCOHÓLICO

Temperatura: 28 ºC.

Temperatura: 30 ºCMostos de melaza

9,59 ºGL

11,98 ºGL

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Temperatura: 32 ºC

TEMPERATURA [ºC]

RENDIMIENTO DE FERMENTACIÓN

11.37 ºGL

VINAZAS: 9 l / lVINAZAS: 6 l / l

VINAZAS: 6 l / l

CONSIDERACIONESANÁLISIS DE TODAS LAS ETAPAS

DEL PROCESO:Monitoreo a través de Controles Microbiológicos:

Metodologías y tomas de muestras.

Entrenamiento, concientización y valorización del equipo de trabajo (interdisciplinario).

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equipo de trabajo (interdisciplinario).

Identificación de las posibles causas de los problemas.

Actuación rápida y eficiente sobre las causas de los problemas identificados.

Acción preventiva (asepsia, calidad de la materia prima, mantenimiento de bajos niveles de contaminación.

PARÁMETROS A CONSIDERAR

• Viabilidad y vitalidad celular.• Nivel de contaminación.• Floculación de la levadura.• Concentración de levaduras en las

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• Concentración de levaduras en las centrífugas.

• Temperatura en las cubas.• Tiempo de fermentación.• Acidez producida. • Rendimiento general de la destilería.

PARA UN BUEN GERENCIAMIENTO, ES NECESARIO CONTAR CON INFORMACIÓN CONFIABLE.

ES FUNDAMENTAL TENER UN SISTEMA IDÓNEO DE

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SISTEMA IDÓNEO DE MUESTREOS, MÉTODOS

ANALÍTICOS Y EQUIPAMIENTO DE LABORATORIO ADECUADOS Y

SOBRE TODO PERSONAL CAPACITADO Y ENTRENADO.

PRECAUCIONES PARA DETERMINAR EL RENDIMIENTO

DE LA

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EL RENDIMIENTO DE LA

FERMENTACIÓN ALCOHOLICA

SON ESENCIALEAS MEDIDAS CORRECTAS Y CONFIABLES.

• OPERACIONALES.

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• ECONÓMICAS.

• BALANCE DE ART.

DIFICULTADES EXISTENTES PARA TENER MEDICIONES PRECISAS EN LAS

DESTILERÍAS.

• CONTRACCIÓN DE VOLÚMENES.

• CUBICAJE: MEDICIÓN DE CUBAS Y DEPÓSITOS.

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Y DEPÓSITOS.

• VISUALIZACIÓN DE LOS VOLÚMENES CON NIVELES DE MEDICIÓN.

• PÉRDIDAS EN VÁLVULAS.

PROCEDIMIENTOS PARA MEDICIONES CORRECTAS

• Cubicar cubas y depósitos.

• Instalación de reglas.

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• Instalación de reglas.

• Instalaciones de niveles.

• Cubas sin pérdidas.

CUBA CON REGLA

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INSTALACIÓN DE REGLAS

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INSTALACIÓN DE NIVELES

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INSTALACIONES SIN PÉRDIDAS

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Evitar agitación mecánica. Aire comprimido y espuma durante la fermentación

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USAR CINTAS MÉTRICAS EN LAS MEDICIONES

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MEDICIONES ECHAS CON EXACTITUD

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PISOS INTERMEDIOS

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MEDICIONES CON PANTALLAS

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MEDICIONES DEL PROCESO

• VINO BRUTO:

• Cubas centrifugadas.

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• Volúmen de vino bruto del día anterior.

• Volúmen del pulmón de vino bruto.

AREA DE RECUPERACIÓN Y ACTIVACIÓN DE LEVADURAS

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TANQUE DE MOSTO FERMENTADO

SEDIMENTADOR TANQUE ACTIVACION

MEJORAS LOGRADAS EN LA INDUSTRIA BRASILERA

Al inicio de PROALCOOL

Al Presente

Capacidad de molienda [TCD] - 6x78" 5.500,0 13.000,0

Tiempo de fermentación [h] 24 4 - 6

Tenor alcohólico del vino [ºGL] 7,5 10,0

Rendimiento de extracción [%azuc. En caña] - 6 molinos 93,0 97,0

Rendimiento fermentativo [%] 80,0 88,0

Rendimiento de destilación [%] 98,0 99,5

Rendimiento Total [l alcohol hidr./t caña] 66,0 86,0

Consumo total de vapor [kg/t caña] 600,0 380,0

Consumo específico de vapor [kg/l alc. hidrat.] 3,4 2,0

Consumo específico de vapor [kg/l alc. anhidr.] 4,5 2,8

Eficiencia en calderas [%] 66,0 87,0

Presión [bar] / Temperatura [ºC] 21 / 300 85 / 530

Excedente de bagazo [%]-Ingenios p/alcohol Hasta 8 Hasta 78

Biogas a partir de vinaza [Nm3/l alc.] - 0,1

Producción de vinaza [l vinaza/l alcohol] 13,0 0,8

Tiempo de fermentación [h]

MEJORAS LOGRADAS EN LA INDUSTRIA BRASILERA

Fuente: Finguerut.Proc.ISSCT.2010

Fuente: CTC. Brasil Fuente: CTC. Brasil

Contenido final de etanol % v/v Concentración de levadura % v/v

MEJORAS LOGRADAS EN LA INDUSTRIA BRASILERA

MEJORAS LOGRADAS EN LA INDUSTRIA BRASILERA

USO DEL AGUA

CONCLUSIONES

� Es importante tener en cuenta para la optimización delproceso de fermentación:

- Condiciones de la materia prima de alimentación

- Refrigeración de las cubas

- Calidad del agua empleada para enfriamiento y parael proceso

- Monitoreo analítico del proceso fermentativo

- Cerramiento de cubas

- Iniciar el proceso de selección de levaduras

• Necesidad de ingreso de mas destilerías a la producción de Bioetanol combustible.

• Aumento superficie con caña. Aumento de producción de caña por hectárea. Aumento del contenido de azúcares totales

fermentescibles

• Mejora en los rendimientos productivos y en los sistemas de

EXTENSIÓN DEL PLAN EN TUCUMÁN

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• Mejora en los rendimientos productivos y en los sistemas de control analítico en destilerías

• Necesidad de efectuar inversiones para tratamiento y/o acondicionamiento de efluentes.

• Necesidad de optimizar los balances energéticos y ambientales, tanto en el sector agrícola como en el industrial.

• Desarrollo de producciones complementarias de la caña como el sorgo dulce

FIN

77

FIN