PROYECTO TERMINAL UPIBI-IPN 18 1. Se buscó en bibliografía las propiedades fisicoquímicas del medio de cultivo que será
jugo de tuna para la producción de etanol.
2. Se buscó en bibliografía las constantes cinéticas para Saccharomyces cerevisiae o S. uvarum, en condiciones de fermentación anaerobia para producción de etanol.
3. Se calculó los rendimientos máximos teóricos de los microorganismos productores de etanol a diferentes concentraciones de azúcar y determino la capacidad de producción empleando las constantes cinéticas encontradas.
4. Se determinó la capacidad del biorreactor, así como sus dimensiones y área del envolvente.
5. Se determinó el calor generado por actividad microbiana en condiciones anaeróbicas. 6. Se calculó el Coeficiente Global de Transferencia de calor y el área necesaria para la
remoción de calor.
a) Coeficiente de película del lado del proceso.
b) Coeficiente de película del lado del intercambiador. c) Coeficiente Global de transferencia de calor del reactor. d) Gradiente de temperatura en la fermentación.
e) Área requerida para la transferencia de calor.
7. Se determinó el tipo de sistema de enfriamiento y esterilización del reactor y el área requerida para el proceso de esterilización.
a) Tipo de sistema de enfriamiento y esterilización.
b) Propiedades fisicoquímicas del medio de cultivo, fluidos de servicio y dimensiones del biorreactor.
c) Coeficiente de película del lado del proceso.
d) Coeficiente de película del lado del intercambiador para la fase de calentamiento. e) Coeficiente de película del lado del intercambiador para la fase de enfriamiento. f) Coeficiente Global de transferencia de calor para la fase de calentamiento y
enfriamiento.
g) Área requerida para la esterilización.
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19 19 a)
a) Perfil Perfil de de temperatura temperatura – – tiempo.tiempo. b)
b) Criterios Criterios de de muerte muerte térmica.térmica. c)
c) Criterio Criterio del del factor factor Nabla Nabla para para la la esterilización.esterilización. d)
d) Probabilidad Probabilidad de de contaminación de contaminación de un un lote.lote. 9.
9. Se Se determinó determinó las las especificaciones geométricas especificaciones geométricas del del biorreactor.biorreactor. a)
a) Tipo Tipo de de recipiente.recipiente. b)
b) Tipo de Tipo de tapa a tapa a la cabeza y la cabeza y en la en la base.base. c)
c) Tipo Tipo de de material material de de construcción.construcción. d)
d) Cálculo de espesores de pared con base a criterios de diseño de Cálculo de espesores de pared con base a criterios de diseño de tanques atanques a presión interna.
presión interna. e)
e) Presión máxima Presión máxima de trabajo de trabajo con el con el espesor determinado.espesor determinado. f)
f) Espesor Espesor y y tipo tipo de de soporte soporte del del biorreactor.biorreactor. 10. Se diseñó el sistema de aireación.
10. Se diseñó el sistema de aireación. a)
a) Capacidad Capacidad de de aireación.aireación. b)
b) Tipo Tipo y y características características del del difusor.difusor. c)
c) Diámetro Diámetro de de orificios.orificios. d)
d) Caída de Caída de presión y presión y presión de presión de aire requerida.aire requerida. 11. Se determinó las necesidades de instrumentación. 11. Se determinó las necesidades de instrumentación.
a)
a) Variables Variables del del proceso.proceso. b)
b) Selección de Selección de los sensores los sensores y transmisores y transmisores de de señal.señal. c)
c) Instrumentación Instrumentación para para la la seguridad seguridad del del equipo.equipo. d)
d) Aditamentos de Aditamentos de visibilidad y visibilidad y toma de toma de muestras.muestras. 12. Se ubicaron puertos en el biorreactor.
12. Se ubicaron puertos en el biorreactor.
13. Se analizó si se requiere un sistema de agitación. 13. Se analizó si se requiere un sistema de agitación.
14. Se realizó la determinación de los servicios necesarios para el biorreactor. 14. Se realizó la determinación de los servicios necesarios para el biorreactor. 15. Se realizó la localización del reactor en el área de proceso.
15. Se realizó la localización del reactor en el área de proceso. 16. Se realizó la Ingeniería Económica.
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20 20 VI.
VI. RESULTARESULTADOS DOS Y Y DISCUSIÓNDISCUSIÓN
1.
1. Propiedades fisicoPropiedades fisico químicquímic as deas del jugo de l jugo de tuna que tuna que será será el meel medio de dio de culcul tivo para lativo para la producció
producció n de etanol.n de etanol.
Una de las prioridades a contemplar en un proceso de fermentación son las propiedades Una de las prioridades a contemplar en un proceso de fermentación son las propiedades fisicoquímicas de un medio de cultivo, ya que estas serán las condicionantes para el fisicoquímicas de un medio de cultivo, ya que estas serán las condicionantes para el diseño de un sistema de agitación y para analizar que tan complejo es la transferencia de diseño de un sistema de agitación y para analizar que tan complejo es la transferencia de calor y masa.
calor y masa.
Tabla 2.
Tabla 2. Propiedades fisicoquímicas y composición del jugo de tuna. Propiedades fisicoquímicas y composición del jugo de tuna. Propiedad
Propiedad ReferenciaReferencia bibliográfica bibliográfica Densidad Densidad 1110 1110 kg/mkg/m33 (20) (20) Viscosidad
Viscosidad 7,54 mPa7,54 mPa⋅⋅ss (18)(18)
Capacidad calorífica Capacidad calorífica 4,019 kJ/kg4,019 kJ/kg⋅⋅ºCºC (22)(22) Conductividad térmica Conductividad térmica 0,616 W/m0,616 W/m⋅⋅ºCºC (22)(22) Proteínas Proteínas 3 3 %%ww// w w ((3355)) Grasas Grasas 0,20 0,20 %%ww//ww ((3355)) Carbohidratos Carbohidratos 15,5 %15,5 % w w// w w (principalmente (principalmente glucosa y fructosa) glucosa y fructosa) (35)(35) Calcio Calcio 3 3 %%ww//ww ((3355)) Fósforo Fósforo 2,8 2,8 %%ww// w w ((3355)) Vitaminas Vitaminas
(caroteno, niacina, tiamina, (caroteno, niacina, tiamina,
riboflavina y acido riboflavina y acido ascórbico) ascórbico) (35) (35)
Durante la elaboración de vino de frutas las propiedades fisicoquímicas del medio Durante la elaboración de vino de frutas las propiedades fisicoquímicas del medio cambian debido a que aparecen otros compuestos (
cambian debido a que aparecen otros compuestos (ver tabla 1)ver tabla 1), también cambia por la, también cambia por la adición de ácidos y bases si es que se adicionan para mantener el pH a lo largo de la adición de ácidos y bases si es que se adicionan para mantener el pH a lo largo de la fermentación, pero con todo esto, consideraremos que no cambiaran las propiedades, fermentación, pero con todo esto, consideraremos que no cambiaran las propiedades, esto con el fin de simplificar los cálculos posteriormente.