TECNOLÒGICO DE MÉXICO CAMPUS MAZATLÁN Anteproyecto
PRODUCCIÓN DE BIOETA BIOE TANOL NOL A PARTIR PARTIR DE FERMENTACIÓN DE MAÍZ AMARILLO DE SINALOA Presenta:
Esparza Hr!"a C"#$%"a Ingeniería Bioquímica no. de control: 101000827 Materia:
Ta&&r Ta&&r ! I#'s$"(a)"*# II Maestra:
M+C+ ,ar&a G-a!a&-p S.#)%z Os-#a
Maatl!n" #in. A $iciem%re de 201& 1
CONTENIDO INTRODUCCION+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++/ ANTECEDENTES++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++0 OB1ETI2O GENERAL++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++3 '%(eti)o Particular ...............................................................................................7
1USTIFICACION+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++4 HIPOTESIS++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++5 METODOLOGÍA++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++67 Proceso de molido *+medo ,-et Milling Process..................................................10 Proceso de molido en seco ,$ry Milling Process ...................................................13
CRONOGRAMA++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++68 BIBLIOGRAFÍA+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++69
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INTRODUCCION /l consumo glo%al de com%usti%les genera enormes cantidades de gases contaminantes que son li%erados a la atmosera" causando cam%ios signiicati)os en el clima del planeta" por lo que se *a con)ertido en una de las pro%lem!ticas que m!s preocupan a los go%iernos" las comunidades y la opinin p+%lica en general. [Federación Nacional de Biocombustibles. Abc de los alcoholes carburantes.] /l uso de los *idrocar%uros en el siglo pasado *a dado lugar a la emisin de m!s de 20 mil millones de toneladas de car%ono emitido a la atmsera" de las cuales 13 países contri%uyeron con el 82.84. M56ico emiti en ese período el equi)alente al 14 de las emisiones totales y lo u%ican en el lugar 1 como emisor *istrico. [Arvizu, noviembre de 1994; N!"#!$A%NA&].
Para resol)er este pro%lema *umano y ecolgico *an surgido" desde *ace )arias d5cadas" di)ersas ideas para generar energía no contaminante" utiliando" por e(emplo" la energía solar" la elica y la geot5rmica. #in em%argo" es el uso de la %iomasa como energ5tico el que m!s atencin *a reci%ido de%ido a los %uenos resultados o%tenidos" ya que es un recurso reno)a%le de r!pida produccin. a mayoría de la %iomasa en el planeta deri)a de la acti)idad de organismos otosint5ticos" es decir" que utilian la energía solar para 9crear materia )i)a %asada en compuestos de car%ono; es por eso que la %iomasa posee una ele)ada cantidad de energía" lo que implica que su uso tam%i5n sea sustenta%le" porque estamos utiliando car%n que ya se encontra%a en la atmsera y no car%n sil su%terr!neo.[htt'())***.uv.m+)cienciahombre)revistae)vol-num1)articulos)a'uesta.html] os %iocom%usti%les pueden ser o%tenidos de la %iomasa" son líquidos" slidos o gaseosos a partir de materia )egetal o animal" mediante procesos ísicos %iolgicos" químicos y
alto poder energ5tico con características muy similares a la gasolina pero con una importante reduccin de las emisiones contaminantes en los motores tradicionales de com%ustin. /l etanol" o alco*ol etílico" es una sustancia con rmula molecular > 2?'" que puede ser utiliada como com%usti%le en motores de com%ustin interna con ignicin a c*ispa ,ciclo 'tto de dos maneras" %!sicamente: 1 en meclas de gasolina y etanol an*idro; o 2 como etanol puro" generalmente *idratado. a @a%la 1 sintetia las principales características del etanol y de una gasolina típica. ale o%ser)ar que estas propiedades no se reieren a una especiicacin ormal" que incluye di)ersas propiedades y par!metros asociados a la seguridad" al desempe=o"
a
la
contaminacin
y
a
la
agresi)idad
química.
[htt'())***.bioetanoldecana.or)es)do*nload)ca'.'d/]
Ta:&a 6; Pr
Fuente( A0 19923 5oldember $acedo 19943.
/l etanol presenta algunas dierencias importantes con relacin a los com%usti%les con)encionales deri)ados de petrleo. a principal es el ele)ado tenor de o6ígeno" que constituye cerca del 4 en masa del etanol. as características del etanol posi%ilitan la com%ustin m!s limpia y me(or desempe=o de los motores" lo que contri%uye a reducir las emisiones contaminantes" aun al meclarlo con la gasolina. /n estos casos" act+a como un 4
)erdadero aditi)o para el com%usti%le normal" me(orando sus propiedades. Co o%stante la larga e6periencia con el etanol como com%usti%le en algunos países" en particular Brasil" es nota%le como" en di)ersos países donde el etanol toda)ía no se utilia regularmente" su%sisten pre(uicios y desinormaciones so%re las reales condiciones de uso y las )enta(as que se de%en asociar a este com%usti%le y aditi)o.
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ANTECEDENTES /l etanol *a sido usado como com%usti%le automotor desde el nacimiento de los autom)iles. /n 183&" mientras ouis Denault" Armand Peugeot" ?er%ert Austin" ?enry Eord" Farl Ben y otros intenta%an adaptar el motor de com%ustin interna ,recientemente in)entado en )e*ículos" simult!neamente en Erancia y Alemania se in)estiga%a como lle)ar a ca%o la utiliacin del etanol en estos motores. [htt'())***.conae.ob.m+)*or6)sites)78NA!)resources)ocal7ontent)4--)1)imaes)vehic uloetanol.'d/]
>uando ?enry Eord dise=o su primer autom)il modelo @ en 1308" espera%a utiliar etanol *ec*o de recursos reno)a%les. Para que uera el com%usti%le utiliado principalmente de 1320 a 132&" la compa=ía de petrleo /st!ndar comerciali un 2 4 por )olumen a%soluto de etanol en gasolinas en el !rea de Baltimore" pero el alto precio del maí com%inado con las diicultades de almacenamiento y transportacin termin con el proyecto. Actualmente" países como Brasil" >anad! y /stados Gnidos presentan un desarrollo muy importante en cuanto a la produccin de etanol se reiere. #i %ien el etanol es una solucin paliati)a para nuestro pro%lema" el estudio de su produccin representa un reto importante para las tecnologías del uturo Brasil es el líder mundial en el uso de etanol; casi la mitad de sus autos operan con alco*ol puro. /n respuesta a la crisis de 1370 el go%ierno %rasile=o" en cooperacin con la industria pri)ada" implant un programa nacional para producir alco*ol de la ca=a de a+car y producir etanol que uera compati%le con sus motores. [Federacin Nacional de Biocombustibles. Abc de los alcoholes carburantes.]
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OB1ETI2O GENERAL '%tener %ioetanol a partir de la ermentacin de maí para utiliarse como com%usti%le automotor y así reducir un poco la contaminacin.
O:>$"'< Par$")-&ar /l Proyecto tiene como o%(eti)o principal desarrollar un nue)o proceso sustenta%le y amiga%le con el am%iente" que permita la produccin de %iocom%usti%les líquidos a partir de la ermentacin del maí y así reducir el da=o causado por la contaminacin.
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1USTIFICACION /l mundo encara el agotamiento progresi)o de sus recursos energ5ticos %asados mayoritariamente en com%usti%les no reno)a%les y" al mismo tiempo" el consumo de energía aumenta a ritmos cada )e mayores. a +nica orma de encarar esta pro%lem!tica es mediante recursos energ5ticos reno)a%les. Para ello" la %iotecnología orece m+ltiples alternati)as tecnolgicas. Gna solucin reno)a%le es el uso de energía solar en orma de %iomasa" la cual est! representada en los materiales lignocelulsicos y los culti)os de plantas ricas en energía. a utiliacin de %iomasa lle)a consigo una disminucin de la contaminacin atmos5rica.
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HIPOTESIS /sta in)estigacin se lle)a a ca%o para analiar dierentes procesos de produccin de %ioetanol a partir de maí para o%tener como resultado que en el proceso de molienda en seco se o%tiene una mayor produccin de %ioetanol que en la molienda *+meda.
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METODOLOGÍA a produccin de etanol es lle)ada a ca%o )ía glucolítica" tam%i5n conocida como la ruta de /m%den Meyer*o Parnas ,/MP" en la cual la glucosa es transormada en etanol %a(o condiciones anaer%icas. a siguiente ecuacin e6presa la produccin de etanol a partir de glucosa por esta ruta.
C0H6?O0@ ? P" @ ? ADP G&-)
? C? H9OH @ ? CO?@ ? H? O @ ? ATP
E$a#<& @ D"*"!< ! )ar:<#< @ A(-a @ E#r(a
Para la produccin de %ioetanol a partir de maí *ay dos procesos principales: la molienda en seco y la molienda en *+medo. /n la molienda *+meda solamente el almidn se ermenta" mientras que en la molienda seca se ermenta el pur5 entero.
Pr<)s< ! <&"!< %!< $ M"&&"#( Pr<)ss /s un proceso comple(o" dado el ele)ado n+mero de pasos a seguir en el pretratamiento del maí y su separacin en sus dierentes componentes. /n este proceso" el maí es 9escaldado en agua caliente" lo que ayuda a romper las proteínas" li%erar el almidn presente en el maí y a%landar el grano para el proceso de molido. D/>/P>IHC IMPI/JA: la materia prima se reci%e y se analia el contenido de *umedad" presencia de mo*os y apariencia general. #i cumple con los controles est!ndar de calidad se en)ía a un sistema de limpiea y posterior almacenamiento. MA>/DA>IHC $/ KDAC': el grano se remo(a en tanques por 0L0 *oras a temperaturas de &3L&> en agua que contiene del 0"1 al 0"2 4 de di6ido de aure" este ayuda a separar el almidn y la proteína solu%le y permite pre)enir el crecimiento de microorganismos no deseados manteniendo el p? cerca de &.
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M'I/C$A KDG/#A: se muele el grano a%landado en un molino de riccin y se li%era el germen sin ragmentarlo" el cual se separa del resto del grano con *idrociclon" se la)a para quitarle el almidn ad*erido y se deseca para la posterior produccin de aceite. M'I/C$A EICA: el material restante se muele con molinos de impacto. >on el o%(eti)o de separar el almidn y las proteínas de la i%ra. a i%ra ,sal)ado se elimina por tamiado y se la)a para quitar el almidn ad*erido" se escurre ,con presin y se deseca para su utiliacin como alimento animal. #/PADA>IHC $/ KG@/C AMI$HC: la mecla almidnLproteínas ,gluten se separa mediante centriugas continuas. /l gluten con un 0 L704 de proteína es centriugado y secado. /ste es utiliado como alimento animal. /l almidn es puriicado por recentriugacin para reducir el contenido de proteínas a menos de 0. 4. /ste puede ser en)iado a la etapa de *idrlisis o secado y modiicado químicamente para su )enta. I>G/EA>>IHC: el almidn meclado con agua de proceso y enimas ,alaL amilasa" es calentado para permitir la licueaccin a 8>. Posteriormente se agregan componentes químicos ,nutrientes y regulacin de p? y se esterilia a 110>. #A>ADIEI>A>IHC: la solucin es enriada a 0> tras el agregado de otra enima ,glucoamilasa que con)ierte las mol5culas de almidn en aucares simples. E/DM/C@A>IHC: al mosto enriado a > se le adiciona le)adura #accharomces cerevisiae3. /sta mecla es ermentada por 2 días donde los
aucares simples son con)ertidos en etanol y di6ido de car%ono. D/>GP/DA>IHC $/ A /A$GDA: el producto de la ermentacin se pasa a tra)5s de una centriuga donde se separa la le)adura del resto. /sta es concentrada y tratada con !cido para eliminar las %acterias con el o%(eti)o de ser reutiliada. 11
$/#@IA>IHC: el mosto" en una primer etapa" es concentrado *asta un 0L704. uego es en)iado a una columna de puriicacin donde se separa por ca%ea las impureas ,alde*ídos y algunos esteres y por la parte inerior un líquido residual que es conducido a la columna de rectiicacin. /n esta se o%tiene los aceites de usel constituidos por !cidos y alco*oles superiores y el etanol aeotrpico. AMA>/CAMI/C@': el alco*ol se condensa y se en)ía a tanque de almacenamiento. /n la gr!ica 1 se puede )er la secuencia sintetiada del proceso.
Gra")a 6+ Pr<)s< ! M<&"#!a %!a+
Pr<)s< ! <&"!< # s)< Dr= M"&&"#( Pr<)ss /ste proceso consiste en limpiar y moler los granos de cereal *asta reducirlos a inas partículas por un sistema mec!nico. #e produce una *arina con el germen" la i%ra y la 5cula del maí. Para producir una solucin NaucaradaO la *arina es *idroliada o con)ertida en sacarosa usando enimas o una disolucin !cida. D/>/P>IHC IMPI/JA: igual al proceso de molido *+medo. 12
M'I/C$A: se utilia un molino de martillo con el propsito de romper el grano acilitando la penetracin del agua en la etapa de coccin. I>G/EA>>IHC" #A>ADIEI>A>IHC E/DM/C@A>IHC: son seme(antes a las correspondientes en la molienda *+meda" dierenci!ndose en que el total de los componentes del grano son utiliados en estas etapas. $/#@IA>IHC: se carga el mosto ermentado en la primera columna donde se separa el material slido depositado en el ondo" continuando las etapas de concentracin" puriicacin y rectiicacin" coincidiendo estas con las de la molienda en *+medo. AMA>/CAMI/C@' /n la gr!ica 2 se puede )er el proceso detallado.
Gr.")a
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Pr<)s< ! <&"!< # s)<+
CRONOGRAMA Cr<#<(raa ! A)$"'"!a!s Acti)idades 1 L
R'"s"*# L"$rar"a; /la%oracin de los
D"s$r":-)"*# Tp
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1
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Mayo 2
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L L L L L 2 L L L L L
antecedentes Eormulacin de los o%(eti)os ,general y /specíicos $esarrollo del planteamiento del pro%lema /la%oracin de la *iptesis $esarrollo de la (ustiicacin /la%oracin del marco terico $einicin de la estrategia metodolgica Epr"#$a& Preparacin material Aplicacin de la metodología Proceso de la muestra Rs-&$a!
BIBLIOGRAFÍA [Federacin Nacional de Biocombustibles. Abc de los alcooles carburantes. tt!"##$$$.minminas.%o&.co' (. 2. )s.*.+. [Federacion Nacional de Biocombustibles. Abc de los alcooles carburantes. tt!"##$$$.minminas.%o&.co' (. 2. )s.*.+. [tt!"##$$$.bioetanoldecana.or%#es#do$nload#ca!2.!d*,. )s.*.+.
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[tt!"##$$$.conae.%ob.m-#$or#sites#/NA#resources#ocal/ontent#466#1#ima %es#&eiculoetanol.!d*,. )s.*.+. [tt!"##$$$.u&.m-#cienciaombre#re&istae#&ol26num1#articulos#a!uesta.tml,. )s.*.+. Ar&iu Fernnde os uis' . .' (-ico' /. /.' rimera dici:n' n. d.' ;N< =(ANA>' ? ;=BN 968<817<704<0' (. )s.*.+.
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