SIMULACIÓN DE UNA PLANTA
DE PRODUCCIÓN DE ÁCIDO
CÍTRICO EN SUPERPRO
DESIGNER 8.5®
Universidad Nacional de Colombia
Facultad de Ingeniería
Ingeniería Química
Viviana Contreras Moreno - 244473
Natalia Estefanía Páez Coy - 244389
Enero 27/2012
Introducción
Universidad Nacional de Colombia - Viviana Contreras - Natalia Estefanía Páez
Generalidades del Ácido Cítrico
Microorganismo: Aspergillus niger
Vías de Reacción
Proceso de producción
Reacciones y Cinética
Condiciones de cada etapa en la simulación
Simulación
Generalidades del Ácido Cítrico
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Sector Uso
Bebidas Saborizantes y reguladores de pH.
Dulces,
conservantes y
caramelos
Acidulante y regulador de pH para
lograr una óptima gelificación.
Alimentos
congelados
Ayuda en la acción antioxidante, inhibe
la actividad enzimática y el deterioro del
sabor y el color.
PROPIEDAD
Apariencia Sólido
Peso Molecular (g/mol) 192.13 (anhidro)
210.14 (monohidratado)
Color Blanco
Temperatura Ebullición (ºC) Descompone a 175ºC
Temperatura Fusión (ºC) 153
Gravedad Específica
(agua=1)
1.67/18ºC (anhidro)
pH 2.1 solución acuosa 0.1
M
Solubilidad en Agua 52.2 g/100g (20ºC)
Microorganismo: Aspergillus
Niger
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Es un hongo
filamentoso del
género
Aspergillus.
Vía de reacción
Fermentación Sumergida
Fermentación en Estado Sólido
Fermentación en una superficie de Agar
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Proceso de producción
considerado
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Tren de Inoculo
Csustrato=70g/L
T=35°C
Aireación (0,1 a 1 v.v.m)
Volumen= 200mL a 2m3
pH=5,85
Fermentación
Csustrato=120g/L
T=32°C
Aireación 1 v.v.m
Volumen= 20 m3
pH=2-3
Separación
Filtración Biomasa
Precipitación con Cal (55°C)
Filtración Cal
Regeneración con H2SO4 (55°C)
Filtración Yeso
Purificación
Evaporación
Cristalización
Adecuación del Producto
Lavado 78°C
Secado
Molienda y tamizado
Almacenamiento y Empaque
REACCIONES
CRECIMIENTO
PRODUCCIÓN
Estequiometrias y modelos cinéticos
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Reacción Crecimiento de
biomasa
Estequiometria
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0.0108 NH4 2SO4+0.28C6H12O6+1.1427O2 35°C
0.54 CH1.62O0.74N0.04+1.14CO2 +1.2858H2O+0.0108SO42−
Reacción Crecimiento de
Biomasa Modelo cinético
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Fuente: Favela-Torres et al., 1.998 & Bizukojc et al,
2.006.
Reacción Producción de Ácido
Estequiometria
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Fase 1: Producción de Polioles
Fase II: Producción de Biomasa
Fuente: Articulito
Reacción Producción de Ácido
Modelo cinético
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P/t = -1,33E-09t4 + 4,33E-07t3 - 5,76E-05t2 + 5,57E-03t + 1,30E-
01
R² = 9,39E-01 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 50 100 150 200 250
P/t
(g
/L*h
)
Tiempo (h)
Fuente: Ishaq et al, 2002.
μmax (1/h) 0,14963
Ks (g/L) 9,6459
Ki (g/L) 6,7524
kp (g/L) 198,65
Condiciones de Fermentación
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COMPOSICIÓN DEL MEDIO CULTIVO SUMERGIDO
(g/L)
Componente INOCULACIÓ
N
FERMENTACIÓ
N
Glucosa 70 120
(NH4)2(SO4) 3 3
K2HPO4 2 2
KH2PO4 2 2
MgSO4*7H2O 0,5 0,5
FeCl3*H2O 1,0x10-2 1,0x10-2
MnSO4 1,4x10-2 1,4x10-2
Fuente: Leagon, S. Mechanism of citric acid accumulation by Aspergillus niger. 1996
Condiciones de Separación
Precipitación con Cal
Formación de Suspensión
Regeneración con Ácido Sulfúrico
Acido Sulfúrico al 50%
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Análisis de la cantidad de Acido
Sulfúrico Adicionado
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[H2SO4]
adicionado
g/L
[CITRATO] g/L
[CaSO4] g/L
[CITRICO] g/L
[H2SO4] SR g/L
200 445,89 411,72 306,80 4,79 300 201,40 515,70 384,08 6,00 340 37,44 585,43 435,91 6,81 345 16,88 594,18 442,40 6,91 346 13,42 595,32 443,26 7,26 347 13,37 593,30 441,75 9,38 350 13,24 587,25 437,25 15,73 400 10,96 486,07 361,91 121,93 Cantidad de Ácido Sulfúrico adicionado a la regeneración – Análisis de Sensibilidad
0.00
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
700.00
200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400
[CaSO4] [CITRATO] [CITRICO] [H2SO4] SR
Condiciones de Purificación
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Evaporación
T=60°C y 70°C
Cristalización
T=5°C y 18°C
Adecuación del producto
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Lavado
Con agua a 90°C (eliminar Acido sulfúrico)
Secado
Con aire a 70ºC
Molienda
Reducción de Tamaño
Almacenamiento, empaque y
transporte
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Bolsas de 25 kg
Transporte: 64.74 bolsas de 25 kg/batch
SIMULACIÓN
Materias primas hasta distribución del
producto Universidad Nacional de Colombia - Viviana Contreras - Natalia Estefanía Páez
INICIO
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Adecuación materias primas, medio de cultivo
y tren de inóculo Tasa de aireación,
temperatura, pH
REACCIÓN
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Reacción a 20000L
P-16 / V-105
ALMACENAMIENTO
P-17 / RVF-101
FILTRACIÓN BIOMASA
S-133
BiomasaAgua Lav.
P-22 / R-101
PRECIPITACIÓN Ca(OH)2
S-142
P-23 / V-106
MEZCLADO 3
Cal
Agua
P-25 / NFD-101
FILTRACIÓN CITRATO
S-144
P-24 / R-102
REGENERACION CON H2S04
Citrato calcio solido
H2SO4
S-131
S-111
Lechada
S-102
Citrato, Hidroxido..
S-104
SEPARACIÓN
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P-19 / RVF-102
FILTRACIÓN CaSO4
S-137
Yeso
P-18 / EV-101
EVAPORACIÓN H2O
S-127
S-138
P-20 / CR-101
CRISTALIZACIÓN A. CÍTRICO
Ácido Cítrico (C)
S-140
P-21 / RVF-103
FILTRACIÓN A. CÍTRICO Cris.
S-139
Ácido Cítrico crys
S-146
S-147
PURIFICACIÓN
ADECUACIÓN DEL
PRODUCTO
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P-1 / WSH-101
LAVADO CON AGUA
A. Cítrico Cry 85%
Agua Residual
P-2 / HX-101
CALENTAMIENTO
Agua Lavado
S-105
P-4 / SDR-101
SECADO
S-103
Aire Sec.
S-108
P-3 / GR-101
MOLIENDA
A. Cítrico 99%
Adecuación, Almacenamiento y
empaque del producto
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P-11 / SB-101
ALMACENAMIENTO
P-6 / FL-101
EMPAQUE 1
P-8 / LB-101
EMPAQUE 2
S-110
DS-104DS-101
DS-102
DS-103P-7
TRANSPORTE
ÁCIDO CÍTRICO 99%
Diagrama de Gantt
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Indicadores económicos y
análisis de costos
Evaluación Económica del Proyecto
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Indicadores económicos y análisis
de costos
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Análisis Económico materias primas
Indicadores económicos y análisis
de costos
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Análisis Económico de Equipos
Bibliografía e Infografía
http://findarticles.com/p/articles/mi_m3289/is_n
10_v163/ai_16137965/
http://articles.economictimes.indiatimes.com/k
eyword/citric-acid
http://www.co.all.biz/g6194/
http://www.phxequip.com/plant.85/fermentation
-citric-acid.aspx
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