Diseño de un proceso para la producción de bioetanol a partir de cáscara de papa

Resumen

El diseño del proceso para la producción de bioetanol fue realizado con el propósito de producir este biocombustible, el cual en el Perú es utilizado como un aditivo de la gasolina, con el fin de mejorar la calidad del combustible debido a que aumenta los niveles de oxígeno y reduce las emisiones de gases de efecto invernadero. El proceso diseñado tiene la capacidad de producir 5086.36 m3 /año (32 MBLS) de bioetanol con alta pureza (99.7% v/v) lo que podría abastecer el 2.9% del volumen importado en el Perú. Además, se consideró emplear la cáscara de papa como materia prima debido a su alto contenido de azúcares fermentables. A partir de las referencias bibliográficas se decidió trabajar con hidrólisis enzimática debido a su alto rendimiento de azúcares, y fermentación utilizando la levadura Saccharomyces cerevisiae ya que es un microorganismo capaz de fermentar hexosas de manera eficiente logrando producir etanol. Para la destilación extractiva se utilizó el solvente tetraetilenglicol porque permite una buena separación en la destilación, no es tóxico y no contamina el medio ambiente, además, se contó con una etapa de recuperación de solvente. En este trabajo se realizó el diseño del secador, reactores, columnas de destilación, bombas, intercambiadores de calor, entre otros. Para el diseño de los reactores se analizó la cinética que ocurre en cada uno de ellos y se determinaron sus dimensiones, obteniéndose una capacidad de 34 m3 para la etapa de hidrólisis y un reactor de una capacidad de 187 m3 para la etapa de fermentación. También, se realizó el diseño de tres columnas de destilación determinando el número de etapas reales, la altura y el diámetro. Así mismo, se realizó el diseño del equipo de secado, nueve intercambiadores de calor y una caldera cuya fuente de energía es el gas natural con un consumo de 2600.42 Sm3 por día. Con el objetivo de determinar las condiciones de operación de las tres columnas de destilación se utilizó el simulador ProMax 4.0. A través de la simulación, se determinó la potencia térmica en el rehervidor y condensador, el número de etapas teóricas necesarios para obtener la concentración deseada en la corriente de destilado y fondo determinando que se necesitan 17, 26 y 11 etapas teóricas para la primera, segunda y tercera columna de destilación, respectivamente. Asimismo, se analizó la concentración del etanol, agua y tetraetilenglicol en el flujo del destilado y fondo a medida que la posición de la etapa de alimentación variaba, determinándose la posición óptima para cada una de las columnas de destilación. Finalmente, se realizó la evaluación económica a un horizonte de 20 años considerando el precio de venta en Estados Unidos ($ 0.7/L), determinando a través del flujo de caja que el proyecto es rentable a partir del quinto año, con una tasa interna de retorno de 25% y un valor actual neto de $ 4,880,405.94. Con el análisis de sensibilidad, se halló que el OPEX es más sensible en comparación al precio de venta del bioetanol y el CAPEX ya que se demostró que cuando el OPEX aumenta en un 30% se obtiene una TIR de 12%.

Fecha de lectura	2021
Idioma original	Español (Perú)
Supervisor	Patricia Araujo Pantoja (Asesor)