Procedimiento de montaje de estructuras soporte tacho 9.docx
PRODUCCIÓN DE ETANOL EN GUATEMALA - uvg.edu.gt. Produccion_actual_del... · 81% de los ingenios a...
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PRODUCCIÓN DE ETANOL EN GUATEMALA
RODOLFO ESPINOSA SMITH Coordinador, Programa de Investigación
Industrial
HONDURAS
EL SALVADOR
MEXICO
Puerto Quetzal
La distancia promedio del 81% de los ingenios a Puerto Quetzal es de 65 Km.
• Suchitepéquez •Retalhuleu •Escuintla •Santa Rosa
BALANCE PRELIMINAR DEL PROCESO DE LA CAÑA DE AZUCAR Y DEERIVADOS
Proceso de Fabrica
Caña de azúcar 130 TONS (117
TONS/Ha)
Caña disponible para moler 100 TONS
Agua 75 % Fibra 11.5 % Sacarosa 11.8 % Glucosa 0.375% Fructosa 0.375% Sales 0.625% Ácidos Org. 0.187% Proteína 0.068% Almidón 0.007% Gomas 0.05% Ceras/Grasas 0.012% Otros 0.5%
Puntas y hojas 30 TONS
Agua de proceso 30 TONS
Aire de combustión
Azúcar Crudo 10.8 TONS
Excedente de electricidad 1500
kWH
Excedente de bagazo (50%
humedad) 4 TONS
Cachaza (80% humedad) 3 TONS
Gases de combustión 120 TONS
Ceniza de los hornos 0.3 TONS
Melaza (85O Brix) 2.8 TONS
TONS % Agua 0.58 21 Sacarosa 0.92 33 Glucosa 0.20 7 Fructosa 0.25 9 Otros reductores 0.08 3 Otros carbohidratos 0.11 4 Ceniza 0.34 12 Compuestos nitrogenados 0.13 4.5 Ácidos no nitrogenados 0.14 5 Ceras / esteroles 0.01 0.4 Otros ------- 1
PRINCIPALES INDICADORES
1984/85 - 2011/12
Quintales
(En millones)
Sacos
(En millones)TM (Lbs/TC) (Kg/TM)
1984-85 84 5,570 66.3 53,093 11.95 11.00 549,831 197 99
1994-95 150 12,917 86.1 73,852 28.11 25.87 1,293,259 200 100
1999-00 180 14,339 79.7 116,747 35.98 33.10 1,655,235 231 115
2004-05 197 17,820 90.5 120,713 44.29 40.74 2,037,130 229 114
2006-07 210 19,813 94.3 130,912 47.17 43.40 2,169,886 219 110
2007-08 216 19,957 92.4 135,593 46.07 42.39 2,119,357 212 106
2008-09 230 20,157 87.6 143,602 48.20 44.35 2,217,345 220 109
2009-10 235 22,530 95.9 144,149 50.89 46.82 2,340,852 208 103
2010-11 235 19,219 81.7 144,149 44.53 40.96 2,048,152 213 107
2011-12 250 23,854 95.4 151,673 54.33 49.98 2,499,200 210 105
CAÑA MOLIDA
(Miles de TM)
Capacidad (TM)
de Molienda
diaria de la
Industria
Rendimiento Azúcar PRODUCCION DE AZUCAR
ZAFRA
AREA
COSECHADA
(Miles Ha)
RENDIMIENTO
Caña (TM/Ha)
1 TC = 20.00 qq 1 Lb = 0. 46 Kg 1 TM = 21.7391 qq 1 TC = 2,000 Lbs 1 TC = 0.907 TM 1 TC = 920 Kg
] ] ]
10 años
5 años
5 años
27 años
* Fuente Cengicaña, Inspección de Ingenios
COMERCIO INTERNACIONAL DEL AZUCAR LOS DIEZ PAISES LIDERES EN EXPORTACION
ZAFRA 2010-2011
10 1
5
4
América Latina
y el Caribe
70%
Resto del Mundo
30% Exportación Mundial
Total Neta
44,977 TMVC
(miles de TMVC)
Diez países Lideres 91%
Otros Exportadores 9%
1. Brasil 3. Australia 5. India 7. Cuba 9. Suazilandia
2.Tailandia 4. Guatemala 6. México 8. Colombia 10. Mauricio
2
8
6 7
9 3
FUENTE : International Sugar Organization – ISO -, WORLD SUGAR BALANCE, NOVEMBER 2,011.
Producción Mundial
165,183 TMVC
(Miles de TMVC)
Consumo Mundial
163,989 TMVC
(Miles de TMVC)
En América Latina y el Caribe ZAFRA 2010/11
2do. Exportador 1,319,583 TM
4to Productor 2,048,152 TM
FUENTE : Departamento de Inspección – ASAZGUA Y Exportaciones. Zafra 2010/2011
Costa Rica El
Salvador Guatemala Honduras Nicaragua TOTALES
Producción Total
Sacos de 50Kg 8,000,003 13,799,116 49,984,010 9,351,998 12,291,340 93,426,466
En Toneladas Métricas Valor Crudo (TMVC)
413,672 715,829 2,499,200 467,600 614,567 4,710,869
Exportación Total
En Sacos de 50Kg 2,505,040 8,279,116 35,484,010 2,746,650 6,999,016 56,013,832
En Toneladas Métricas Valor crudo (TMVC)
125,252 380,839 1,774,200 137,332 349,951 2,767,575
Producción y Exportación
Etanol en lts. 24,863,000 1,409,253 265,000,000 N/D 10,000,000 301,272,253
Ingreso Divisas-Exportaciones del
Azúcar, Etanol y Derivados en US$
52,909,710 233,900,000 769,910,000 90,000,000 190,000,000 1,336,719,710
Centroamérica
ALCOHOL
Actualmente cuatro ingenios producen alcohol, alcanzando
una producción de 265 millones de litros al año. Generando divisas por un valor de 67 Millones US$
En el 2011
1400
1000
500
400
300
200
100
1975 05 85 90 95 2000 10 80 15
AÑO
Cap
acid
ad In
stal
ada,
Lit
ros
x 1
00
0/d
ía
ALCOHOL NEUTRO
Capacidad instalada para producción de Etanol en Guatemala
ALCOHOL POTABLE CONSUMO LOCAL + EXPORTACIÓN
DES
HID
RAT
AC
IÓN
850 K
PRODUCCION DE ETANOL
REACCION (BIOQUIMICA) : GLUCOSA DE TRANSFORMACION EN SOLUCION
SEPARACION Y CONCENTRACION ETANOL DE PRODUCTO (DESTILACION): EN SOLUCION
PRODUCTO
TRATAMIENTO / DISPOSICION: SUBPRODUCTOS
AVANCES TECNOLOGICOS EN LA PRODUCCION DE ETANOL
GUATEMALA
COMPRA DE MIELES POR CONTENIDO DE AZÚCARES
FERMENTABLES, NO POR °BRIX
…. Avances…
COMPRA DE MATERIA
PRIMA POR CONTENIDO DE
AZÚCAR FERMENTABLE, NO
POR ° BRIX
…. Avances…
ANEXIÓN A UN INGENIO
AZUCARERO
PRODUCCION DE ETANOL EN INGENIO AZUCARERO
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
VENTAJAS DE DESTILERÍA ANEXA A INGENIO AZUCARERO
• APROVECHAMIENTO DE INFRA-ESTRUCTURA
• USO DE VAPOR DE ESCAPE
• RETORNO DE CONDENSADO A CALDERA
• USO DE ENERGÍA ELECTRICA CO-GENERADA
• AHORRO EN TRANSPORTE DE MELAZA
• POSIBLE USO DE JUGO Y MIELES INTERMEDIAS
• USO DE CONDENSADOS PARA DILUCIÓN
• USO DE VINAZA EN CAÑAVERALES PROPIOS
MELADURA
TACHO
1a A
MAGMA 2a TACHO
2a B MAGMA 3a
TACHO
3a C SEMILLA
MASA A
C C C
MASA B MASA C
MIEL A(1a)
80%S
73%P
MIEL B(2a)
78%S
54%P
AZUCAR 2a AZUCAR 3a
AZUCAR 1a H2O H2O
MELAZA
MIEL C
85%S
35%P
12% CENIZA
S.C.
TACHO
H2O
HTMELAZA
83%S < 3%CENIZA 74-
78% A < 45% SACAROSA
PROCESO EN EL INGENIO… 2 /2
…. Avances…
DILUCIÓN DE MIELES EN
LÍNEA
0
2
4
6
8
10
12
14
12 24 36 48
%
HORAS
Fermentador A )
-2.0
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
18.0
20.0
0 12 24 36 48
%
horas
Fermentador A
\\
…. Avances…
USO DE CROMATOGRAFÍA
LIQUIDA DE ALTA
PRESIÓN ( HPLC) PARA
CARACTRIZACION DE
MIELES Y FORMULACION
DE MOSTOS
CARBOHIDRATOS
MONOSACÁRIDOS
PENTOSAS
ARABINOSAS
XILOSA RIBOSA
DES-OXIRIBOSA
HEXOSAS MANOSA GLUCOSA (F) (R) FRUCTOSA (F) (R) GALACTOSA (R)
DISACÁRIDOS: (OLIGOSACÁRIDOS)
SACAROSA (F)* MALTOSA LACTOSA RAFINOSA STAQUIOSA
TRI…
TETRA…
POLISACÁRIDOS: ALMIDÓN CELULOSA GLICÓGENO DEXTRINA PECTINAS…
AZÚ
CA
RES
Mosto en fermentación - Azúcares fermentables, ácidos orgánicos y etanol
AVANCES….
• USO DE ANTIBIÒTICOS
SELECTIVOS EN LA
FERMENTACIÒN PARA INHIBIR
BACTERIA CONTAMINANTE
MONITOREO PROPA-PREFER-FERMENTADOR
0
50
100
150
200
250
300
350
4 8 12 16 19 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64
TIEMPO ACUMULADO, Hrs.
RE
CU
EN
TO
DE
CE
LU
LA
S
l¿LEVADURAS E6 / ml
CONTAMINANTES E6/ ml
Conteo Microbiológico con adición de antibiótico selectivo
0
50
100
150
200
250
300
350
4 8 12 20 24 33 34 38 42 46 54 58 62 66 69
Horas acumuladas
cel/
mL
x 1
06
contaminación (cocos+bacilos)
Levaduras
…. Avances…
ESTUDIO DE LA CINÈTICA
DE LAS REACCIONES
BIOQUÌMICAS DE LA
FERMENTACIÒN---
…. Avances…
USO ADECUADO DE
INÒCULO
COSTOS DIRECTOS DE PRODUCCION
80%
12%
3% 4% 1%
MATERIA PRIMA
ENERGIA (E.E., VAPOR )
INSUMOS
PERSONAL
OTROS
C O
C-OH
C-OH OH-C
OH-C
CH2OH C2H5OH + OTROS
CO2
NH4
H3PO4
Saccharomyces cereviseae
0
0
0
CONDICIONES DE CRECIMIENTO Saccharomyces cereviseae
VIABILIDAD
VIABILIDAD
VIABILIDAD
4 7 10 14
30 40
25 50 65 85
DENSIDAD
T oC
PH
0 36
P
S
tiempo
0 36 tiempo
P0 ≈ 0 S01= 150AF g/L
X0=0.03 g/L ~106células/L
N1P1
CO2
V X S1
P
ANTI-ESPUMANTE
FERMENTADOR
pH
T= 33
5.5
3.5
Δ Kcal
P1= 8.5% v/v
S1= 1 g/L
X1= 0.7 g/L ~2.5x108 células
ACTIVIDAD EN EL FERMENTADOR
FERMENTACION POR TANDAS
( BATCH )
CULTIVO EN EL
LABORATORIO
PROPAGACION
DE LEVADURA
PRE-FERMENTACIÒN
FERMENTACION
ALCOHOLICA
MOSTO FERMENTADO A
DESTILACIÒN
MIEL DILUIDA
FERMENTACION POR TANDAS CON RE-
USO DE LEVADURA ( Melle- Boinot )
FERMENTACION
ALCOHOLICA
REACTIVACIÓN DE
LEVADURA
CENTRIFUGACION-
RECIRCULACIÓN
MOSTO FERMENTADO
A DESTILACIÓN MIEL DILUIDA
FERMENTACIÓN CONTÍNUA
FERMENTACION
ALCOHOLICA
REACTIVACIÓN DE
LEVADURA
CENTRIFUGACION-
RECIRCULACIÓN
MOSTO FERMENTADO
A DESTILACIÓN
MIEL DILUIDA
ETAPA I , T1
ETAPA II , T2
CRECIMIENTO MICROBIANO
VIABLE CELLS
0
AZÚCARES FERMENTABLES 40g/L
LEVADURA, x
N , P
AIRE
PROPAGADOR
15 hrs
x
P, ETOH
S, AF
PROPAGADOR…
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
0 PREFERMENTADOR
AZÚCARES FERMENTABLES 80 g/L
x
N , P AIRE INICIAL
12 hrs
P
x
S
PREFERMENTADOR…
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
R.E.Ingeniería
•Diseño y logiamontaje de plantas
•Biotecno
0 A TANQUE
DE VINO
FERMENTADOR
AZÚCARES FERMENTABLES 150g/L
x
4hrs 44 48hrs
F
x
S
FERMENTADOR
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
FERMENTACION POR TANDAS CON
PRE-FERMENTACIÓN CONTÍNUA
PREFERMENTACIÒN
FERMENTACION
ALCOHOLICA
MOSTO FERMENTADO A DESTILACIÒN
MIEL DILUIDA
PROPAGACION
DE LEVADURA
SECUENCIA DE FERMENTACIÓN
0
0
0 A TANQUE
DE VINO
FERMENTADOR
AZÚCARES FERMENTABLES 150g/L
x
PREFERMENTADOR
AZÚCARES FERMENTABLES 80 g/L
AZÚCARES FERMENTABLES 40g/L
LEVADURA, x
N , P
AIRE
PROPAGADOR x
N , P AIRE INICIAL
15 hrs
x
P, ETOH
S, AF
12 hrs
P
x
S
4hrs 44 48hrs
F
x
S
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
AZÚCARES FERMENTABLES 40g/L
LEVADURA, x
N , P
AIRE
PROPAGADOR PREFERMENTADOR
AZÚCARES FERMENTABLES 80 g/L
N , P AIRE INICIAL
A TANQUE
DE VINO
FERMENTADOR
AZÚCARES FERMENTABLES 150g/L
0 15 hrs
x
P, ETOH
S, AF
SECUENCIA DE FERMENTACIÓN
INÓCULO INÓCULO
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
MONITOREO PROPA-PREFER- FERMENTADOR
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
4 8 12 16 19 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64
TIEMPO ACUMULADO, Hrs.
CO
NC
EN
TR
AC
ION
Etanol, %v/v
Azucar Fermentable, % w/w
BRIX
% volumen en reactor
Curvas de Fermentacion a diferentes valores de Azucar fermentable Inicial
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
0 20 40 60 80 100 120
Tiempo, horas
Co
nc
en
tra
cio
n d
e a
lco
ho
l e
n m
os
to, %
v/v
%Etoh con 13.5% AF inicial % Etoh con 15.8% AF Inicial %Etoh con 20 % AF Inicial % Etoh con 27% AF Inicial
…. Avances…
INTRODUCCIÒN DE RE-
HERVIDORES PARA LA
FUENTE DE ENERGÌA DE LAS
COLUMNAS DE DESTILACIÒN
COLUMNA
ESQUEMA GENERAL DE DESTILACION
RE-HERVIDOR CONDENSADOR/ RE-HERVIDOR
CONDENSADORES/ ENFRIADOR
ALIMENTACION
REFLUJO
PRODUCTO(S) DE CABEZA
FONDO ( COLAS )
VAPOR
CONDENSADO
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
…. Avances…
APLICACIÒN DE
TECNOLOGÌA “PINCH” PARA
EL USO RACIONAL Y EFICAZ
DE LA ENERGÌA
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
COMBINACION DE REFLUJOS Y RE-HERVIDORES ( REBOILERS)
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
…. Avances…
INTRODUCCIÒN DE LA
DESTILACIÒN EXTRACTIVA
PARA REMOVER PRODUCTOS
CONGENÈRICOS
BARBET
E-4
CABEZAS (ALCOHOL DE 2a) ALCOHOL DE 96 GL
FLEMAZAVINAZA
VINO FUSEL
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
DESTILACION EXTRACTIVA
E-3E-1 E-2
CABEZAS + FUSEL (ALCOHOL DE SEGUNDA ALCOHOL 96 GL
P-7
FLEMAZA
VINAZA
VINO
P-2
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
ALCOHOL DESHIDRATADO (GRADO COMBUSTIBLE)
VINO
E-3E-1 E-2
P-7
FLEMAZA
VINAZA
P-2
E-5
E-6 E-7
CONGENERICOS
RECICLO DE ETOH
P-13
ALCOHOL 99.9 GL
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
…. Avances…
SUSTITUCIÒN DE LA
DESTILACIÒN ( AL VACÌO O
CON TERCER COMPONENTE )
POR ADSORCIÒN-
DESORCIÒN ( TAMIZADO
MOLECULAR ) PARA LA
DESHIDRATACIÒN DEL
ETANOL
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
…. Avances…
USO DE CROMATOGRAFÌA DE
GAS PARA EL CONTROL DE
PROCESO Y CARACTERIZACIÒN
MÀS PRECISA DE PRODUCTOS
ALCOHOL DE ALTO GRADO
E-3
FLEMAZA
VINAZA E-5
CONGENERICOS
RECICLO DE ETOH
E-9
ALCOHOL A 96 GL
METOH
CABEZAS
R.E.Ingeniería
•Diseño y montaje de plantas
•Biotecnologia
Alcohol crudo
Alcohol deshidratado grado carburante
…. Avances…
TRATAMIENTO Y UTILIZACIÒN
DE LA VINAZA COMO
SUBPRODUCTO VALIOSO ( NO
COMO DESECHO )
VINAZA, aka CHICHA, VINHOTO, VINHAZA, DISTILLING SLOPS, STILLAGE, COLAS DE 1ª. COLUMNA,
• Fracciòn no evaporada ( lìquida ), retirada del fondo de la primera ( stripping, beer, vino, destrozadora ) columna en la destilaciòn de etanol .
• Contiene agua, glicerol, levaduras, bacterias, sòlidos suspendidos y disueltos , àcidos orgànicos, alcoholes, etc. cuyas cantidades varìan segùn la materia prima y su preparaciòn para la fermentaciòn, su recirculaciòn a la misma, condiciones de la destilaciòn y tratamiento posterior
PRODUCCION DE VINAZA CAÑA
AGUA
INGENIO
FERMENTACION
DES
TILA
CIO
N
VAPOR
VINAZA
MELAZA
ETANOL
MIEL B
MIEL A
JUGO CONCENTRADO
CLARIFICACION
RECIRCULACION
7-11% ETOH
EVAPORACION
REBOILER
VAPOR
L vinaza / L Etanol ESCENARIO L. vinaza /L.ETOH ------------------------------------------------------------------------------
8% ETOH v/v, vapor directo 14.6
8% ETOH v/v, con reboiler 11.5
11 % ETOH v/v, con reboiler 8.1
10% ETOH v/v, reboiler y 15% de reciclaje 7.5
10% ETOH v/v, reboiler, 15% reciclaje y
evaporando a 45% ST. 2.5
….VINAZA…
• En las melazas se han identificado màs de 200 compuestos orgànicos diferentes, todos susceptibles a reaccionar durante la fermentaciòn
• En los mostos fermentados a partir de melazas se han identificado màs de 250 compuestos orgànicos; Los màs volàtiles se separan como vapores durante la destilaciòn. Los no volàtiles permanecen en la vinaza.
DISPOSICION DE VINAZAS
Neutralización
Oxidación
DIGESTIÓN ANAERÓBICA
VINAZA
MOSTO A DESTILACION
LEVADURA
VAPOR
SOLIDOS
RECIRCULACION A FERMENTACION
PRECALENTAMIENTO DE AGUA
NaOH
COMBUSTIBLE O COMPOST
FERTIRRIGACIÓN
METANO
EVA
PO
RA
CIÓ
N
Datos acumulados de 6 años
Almacenamiento/composting
COMPOSTAJE
Aplicación de vinaza a la cachaza para compost, en dosis que van desde un 1 m³
hasta 3 m³ por tonelada de cachaza a compostar, distribuidas durante el ciclo del
proceso de compostaje.
Fertilización líquida específica
APORTAR LOS NUTRIENTES REQUERIDOS POR EL CULTIVO PARA
MAXIMIZAR SU PRODUCTIVIDAD Y MINIMIZAR EL COSTO DE PRODUCCION
INVENTARIO EN EL SUELO
FE
RT
ILIZ
AC
ION
PERDIDAS POR ESCORRENTIA
PERDIDAS POR LIXIVIACION
VOLATILIZACION
CONSUMO POR EL CULTIVO CONSUMO POR
PLANTAS COEXISTENTES
SOLIDOS
60%
40% AGUA
VINAZA60
APORTE DE NUTRIENTES
VEHICULO
+
NUTRIENTE
….EN RESUMEN…
• La vinaza contiene agua, glicerol, levaduras, bacterias, sòlidos suspendidos y disueltos , àcidos orgànicos, alcoholes, etc. cuyas cantidades varìan segùn la materia prima y su preparaciòn para la fermentaciòn, su recirculaciòn a la misma y condiciones de la destilaciòn.
• NO HAY DOS VINAZAS IGUALES
• Su aprovechamiento y disposiciòn final dependerà de sus caracterìsticas , de las condiciones de su entorno y las necesidades de sus productores y usuarios.