Determinación de las características fisicoquímicas y microbianas del mucílago del café para la bioproducción de alcohol y la simulación de su obtención con el Software Aspen Hysys y Aspen Plus
En el proceso de producción de café se genera un residuo llamado mucílago, el cual es altamente contaminante al no recibir una disposición adecuada. Este mucílago de café está compuesto con una cantidad considerable de azúcares, dando así la posibilidad de producir bioetanol. Por ese motivo se estud...
- Autores:
-
Arias Amaya, Nicolás
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2020
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
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- Palabra clave:
- Energy engineering
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En el proceso de producción de café se genera un residuo llamado mucílago, el cual es altamente contaminante al no recibir una disposición adecuada. Este mucílago de café está compuesto con una cantidad considerable de azúcares, dando así la posibilidad de producir bioetanol. Por ese motivo se estudió y se seleccionó la Saccharomyces Cerevisiae como levadura para llevar a cabo un proceso de fermentación con el fin de ver la cantidad y calidad de etanol que se puede producir. Luego de experimentar con varias sustancias mezcladas con el mucílago para alcanzar mejores resultados, la melaza de caña se destacó como la mejor opción. Posteriormente, con los datos de la investigación, más datos encontrados en la literatura de experimentos similares, se pasó a simular este proceso en Aspen Plus y Aspen Hysys. Por medio de estos softwares se evidenció un proceso de producción de etanol, con una pureza del 15,1% v/v, una productividad volumétrica de 2,2 g/L.h, y un flujo másico de 10.000 kg/día. Producto que, tras un proceso de purificación, permitió obtener etanol al 90,1%v/v. La herramienta Aspen demostró que la decisión de mezclar el mucílago con la melaza de caña, mejora significativamente la obtención del etanol. |
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Por ese motivo se estudió y se seleccionó la Saccharomyces Cerevisiae como levadura para llevar a cabo un proceso de fermentación con el fin de ver la cantidad y calidad de etanol que se puede producir. Luego de experimentar con varias sustancias mezcladas con el mucílago para alcanzar mejores resultados, la melaza de caña se destacó como la mejor opción. Posteriormente, con los datos de la investigación, más datos encontrados en la literatura de experimentos similares, se pasó a simular este proceso en Aspen Plus y Aspen Hysys. Por medio de estos softwares se evidenció un proceso de producción de etanol, con una pureza del 15,1% v/v, una productividad volumétrica de 2,2 g/L.h, y un flujo másico de 10.000 kg/día. Producto que, tras un proceso de purificación, permitió obtener etanol al 90,1%v/v. La herramienta Aspen demostró que la decisión de mezclar el mucílago con la melaza de caña, mejora significativamente la obtención del etanol.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 17 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 17 1.2. OBJETIVOS 17 1.2.1 Objetivo General 18 1.2.2 Objetivos Específicos 18 1.3. METODOLOGÍA 18 1.4. ALCANCE 20 1.5. MARCO REFERENCIAL 21 1.5.1 Marco teórico 21 1.5.1.1 Cafeto. 21 1.5.1.2 Proceso de la Producción del Café. 23 1.5.1.3 Mucílago de Café. 26 1.5.1.4 Aplicaciones del Mucílago de Café. 28 1.5.1.5 Fermentación. 29 1.5.1.6 Microorganismos Fermentadores. 32 1.5.1.7 Saccharomyces cerevisiae 36 1.5.1.8 Filtración 37 1.5.1.9 Destilación. 38 1.5.1.10 Etanol 39 1.5.1.11 Bioetanol. 41 1.5.1.12 Usos del Etanol. 42 1.5.1.13 Aspen Hysys – Aspen Plus. 43 2. TOMA DE MUESTRAS 45 2.1 TOMA DE MUESTRAS 1 45 2.1.1. Medición de pH 46 2.1.2. Determinación de azúcares reductores. 47 2.1.3. Medición de nitrógeno y grados Brix 48 2.1.4. Aislamiento de levaduras. 50 2.2. TOMA DE MUESTRAS 2 51 2.3. TOMA DE MUESTRAS 3 52 2.3.1. Medición de pH, grados Brix y glucosa 53 2.3.2. Análisis microbiológico de levaduras 57 2.4. TRABAJO EXPERIMENTAL 61 2.4.1. Cultivo de Levadura 61 2.4.2. Tratamiento de mucílago 61 2.4.3. Montaje de ensayos con melaza 61 2.4.4. Concentraciones de melaza y levadura 62 2.4.5. Implementación de ensayos con azúcar pulverizada y dextrosa. 63 2.4.6. Preparación del inóculo 64 2.5 MONTAJE DE FRASCOS FINALES 67 3. DATOS LABORATORIO 68 3.1 TOMA DE MUESTRAS 3 68 3.2 MEZCLA MUCÍLAGO Y MELAZA A DISTINTAS CONCENTRACIONES 69 3.3 MEZCLA DE AGUA CON AZÚCAR PULVERIZADA Y DEXTROSA 72 3.3.1 Azúcar Pulverizada 72 3.3.2 Dextrosa 74 3.4 FRASCOS CON MEZCLAS FINALES 76 3.4.1 Frasco 1: Agua + 25% melaza + levadura 76 3.4.2 Frasco 2: Agua + 25% azúcar morena + levadura 79 3.4.3 Frasco A: Mucílago no filtrado + 25% melaza + levadura 82 3.4.4 Frasco B: Mucílago no filtrado + 25% azúcar morena + levadura 82 3.4.5 Frasco C: Mucílago no filtrado + levadura 83 3.4.6 Frasco D: Mucílago filtrado + levadura 86 3.4.7 Frasco E: Mucílago filtrado + 25% azúcar morena + levadura 89 3.4.8 Frasco F: Mucílago filtrado + 25% melaza + levadura 89 4. SIMULACIÓN EN ASPEN HYSYS Y ASPEN PLUS 90 4.1. DETERMINACIÓN DE LA INFORMACIÓN DE ENTRADA 90 4.1.1. Caracterización del mucílago de café 90 4.1.1.1. Análisis bromatológico 90 4.1.1.2. Composición detallada del mucílago de café 91 4.1.2 Definición del mucílago de café dentro del simulador. 93 4.1.2.1 Selección de componentes desde la librería de Aspen Hysys. 93 4.1.2.2. Selección del modelo termodinámico para el mucílago definido en la simulación 97 4.1.2.3. Establecimiento de mezclas. 97 4.2. AJUSTE DE CONDICIONES DE FERMENTACIÓN. 98 4.2.1. Información de entrada 98 4.2.2. Planteamiento General de la etapa de reacción. 98 4.2.2.1. Definición de reacciones químicas 98 4.2.3 Procedimiento para adición de componentes, modelo termodinámico y definición 99 4.2.3.1 Definición del Esquema de Reacción – Escenario 1 104 4.2.3.2. Definición del Esquema de Reacción – Escenario 107 4.2.3.3. Definición del Esquema de Reacción – Escenario 3. 111 4.3.4. Comparación entre aspectos productivos y consumo energético en los escenarios planteados 116 4.4. ESQUEMA DE RECUPERACIÓN Y PURIFICACIÓN DEL BIOETANOL 117 4.4.1. Zona 1. 120 4.4.2. Zona 2 121 4.4.3. Zona 3 122 5. RESULTADOS……………………………………………………………………….125 6. CONCLUSIONES 125 7. RECOMENDACIONES 132 BIBLIOGRAFÍA 133PregradoIn the coffee production process, a residue called mucilage is generated, which is highly polluting if it is not properly disposed. This coffee mucilage is composed of a considerable amount of sugars, this giving the possibility of producing bioethanol. For this reason, Saccharomyces cerevisiae was studied and selected as yeast to carry out a fermentation process in order to see the quantity and quality of ethanol that can be produced. After experimenting with various substances mixed with the mucilage to achieve better results, cane molasses stood out as the best option. Subsequently, with the research data and some more data found in the literature of similar experiments, this process was simulated in Aspen Plus and Aspen Hysys. By means of these software, an ethanol production process with a purity of 15.1% v / v, a volumetric productivity of 2.2 g / L.h, and a mass flow of 10,000 kg / day, was evidenced. Product that after a purification process allowed to obtain ethanol at 90.1% v / v. The Aspen tool showed that the decision to mix the mucilage with the cane molasses significantly improves the obtaining of ethanol.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaDeterminación de las características fisicoquímicas y microbianas del mucílago del café para la bioproducción de alcohol y la simulación de su obtención con el Software Aspen Hysys y Aspen PlusDetermination of the physicochemical and microbial characteristics of the coffee mucilage for the bioproduction of alcohol and the simulation of its obtaining with the Aspen Hysys and Aspen Plus SoftwareIngeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy engineeringTechnological innovationsEnergyBioproduction of alcoholCoffee mucilageAlcoholic fermentationCoffee processingPolysaccharidesPlant polymersIngeniería en energíaInnovaciones tecnológicasEnergíaProcesamiento del caféPolisacáridosPolímeros vegetalesBioproducción de alcoholMucílago de caféFermentación alcohólicaASPEN HYSYS El software de simulación de procesos líder en la industria “ Process Simulation Software.” [en línea]. 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