Time analysis of the enzymatic hydrolysis of pretreated bagasse

En el estudio se hace un análisis del tiempo de hidrólisis enzimática de bagazo pretratado de forma ácida y básica, en función de la obtención de azúcares reductores totales (ART). Para ello se emplean los resultados obtenidos a nivel de laboratorio, donde se emplearon las enzimas Celulolíticas Novozyme CellicRCTec2 y β-glucosidasa con código NS50010, en un experimento con un diseño factorial 23haciendo réplicas al azar. A partir de los parámetros fundamentales de la cinética enzimática determinadas por Albernas 2014, para determinar la velocidad de producción de ART en el tiempo, mediante un modelo cinético pseudo-homogéneo de Michaelis Menten, se combina con los indicadores dinámicos de rentabilidad en busca del tiempo óptimo de hidrólisis enzimática en el proceso de obtención de etanol empleando hidrolizado de bagazo.In the study, the time of enzymatic hydrolysis of pretreated acid and alkaline bagasse is analyzed, with the goal of obtaining total reducing sugar production (ART). For it, we used the obtained results at laboratory level, where the Novozyme CellicRCTec2 and β- glucosidase with code NS50010 Cellulolitics enzymes were used; in an experiment with a 23 factorial design, making random replicas. Starting from main parameters of the enzymatic kinetics determined by Albernas 2014 to determine ART production rate in time, and applying a Michaelis Menten pseudohomogeneous kinetic model, it is combined with the profitability dynamic indicators to find the enzymatic hydrolysis optimal time in the process to obtain ethanol using bagasse hydrolyzate.Fil: Yailet, Albernas Carvajal. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: Corsano, Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Santos Herrero, Ronaldo. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: Gonzalez Suarez, Erenio. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; Cub

Estudios preliminares de la descolorización del licor negro procedente del pulpeo Organosolv del bagazo de la caña de azúcar por Trametes versicolor

El licor negro generado del proceso Organosolv del bagazo de la caña de azúcar fue tratado con el hongo de podredumbre blanca Trametes versicolor, para la realización de estudios preliminares de evaluación de la disminución del color, compuestos aromáticos y demanda química de oxígeno (DQO). Los estudios se realizaron en erlenmeyers. Se obtuvieron reducciones de color y compuestos aromáticos en el orden de 90 a 95% y 95% de DQO. En el transcurso del experimento fue detectada la actividad de la lacasa pero no de lignina peroxidasa o manganeso peroxidasa, aunque Trametes versicolor es capaz de producir estas enzimas. A partir de los resultados obtenidos, se puede concluir que existe una relación entre la producción de lacasa y la disminución del color. Esta correlación responde a la ecuación Y (reducción de color) = 34,77+ 5,533 (actividad de lacasa).Black liquor from sugar cane bagasse Organosolv process were treated with the with-rot fungus Trametes versicolor, to do preliminary studies of evaluation to reduce of colour, aromatic compounds and chemical oxygen demand (COD). The studies were made in shake flask. Reductions in colour and aromatic compounds of 90 to 95% and in COD of 95% were acheived. During the experiment, lacasse activity was detected but neither lignin peroxidase (LiP) nor manganese peroxidase (MnP) were detected, nevertheless Trametes versicolor is able to produce these enzymes. From the results obtained, it can be concluded that there is a relationship between lacasse production and colour reduction. This correlation responds to the equation Y(colour reduction) = 34,77+ 5.533 (lacasse activity).El licor negre generat pel procés Organosolv del bagàs de la canya de sucre es tracta amb el fong de podridura blanca Trametes versicolor, a efectes de realitzar estudis preliminars d'avaluació de la disminució del color, compostos aromàtics i demanda química d'oxigen (DQO). Els estudis es realitzen en erlenmeyers. S'assoleixen reduccions de color i de compostos aromàtics de l'ordre del 90 al 95%, i del 95% pel que fa a la DQO. En el transcurs de l'experiment es detecta activitat de lacasa, però no de lignina peroxidasa o manganès peroxidasa, tot i que Trametes versicolor es capaç de produir aquests enzims. A partir dels resultats obtinguts, es pot concloure que existeix una relació entre la producció de lacasa i la disminución del color. Aquesta correlació respon a la equació Y (reducció de color) = 34,77+ 5,533 (activitat de lacasa)

Estudi de la cinètica de la hidròlisi enzimàtica del bagàs pretractat

En el estudio se determinan los parámetros fundamentales de la cinética enzimática a partir de un modelo cinético pseudo-homogéneo de Michaelis Menten, previamente estudiado con otros materiales lignocelulósicos, para determinar la velocidad de producción de Azúcares Reductores Totales (ART) en el tiempo. Para ello se emplearon los resultados obtenidos a nivel de laboratorio, en el cual se llevó a cabo la hidrólisis enzimática del bagazo previamente pretratado de forma ácida y básica. Se emplearon las enzimas Celulolíticas Novozyme CellicRCTec2 y β-glucosidasa con código NS50010, en un experimento con un diseño factorial 23 haciendo réplicas al azar. Los valores de la constante de Michaelis Menten y constante de inhibición determinados (KM y KI) son intrínsecos al sistema de celulosa y celulasa dado, y son independientes de las variables de operación empleadas.In this work, the enzymatic kinetic essential parameters are determined through the pseudo-homogeneous Michaelis– Menten kinetic model, which was previously studied using different lignocellulosic materials in order to establish the total reducing sugar (ART) production rate. For that purpose, experimental results of enzymatic hydrolysis of bagasse were used, where an acid and alkaline pretreatment was previously applied. The Novozyme CellicRCTec2 and β-glucosidase with code NS50010 Cellulolitics enzymes were used, in a test with 23 factorial design and random replicas. The Michaelis–Menten constant and inhibition parameters (KM and KI ) are intrinsic to the given cellulose and cellulase system, and they are independent of the used operation variables.En l’estudi es determinen els paràmetres fonamentals de la cinètica enzimàtica a partir d’un model cinètic pseudo-homogeni de Michaelis Menten, prèviament estudiat amb altres materials lignocel·lulòsics, per determinar la velocitat de producció en el temps de Sucres Reductors totals (SRT). Per a això es van emprar els resultats obtinguts a nivell de laboratori, en el qual es va dur a terme la hidròlisi enzimàtica del bagàs prèviament pretractat de manera àcida i bàsica. Es van emprar els enzims cel·lulòlitics Novozyme CellicRCTec2 i β-glucosidasa amb codi NS50010, en un experiment amb un disseny factorial 23 fent rèpliques a l’atzar. Els valors de la constant de Michaelis Menten i de la constant d’inhibició determinats (KM i KI ) són intrínsecs al sistema de cel·lulosa i cel·lulasa donat, i són independents de les variables d’operació utilitzades.Fil: Albernas Carvajal, Yailet. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: Corsano, Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño (i); ArgentinaFil: Mesa Garriga, Leyanis. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: Santos Herrero, Ronaldo. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: Gonzalez Suarez, Erenio. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; Cub

Fragmentación primaria en la combustión en lecho fluidizado de pellets de serrín

Parece ser que La combustión en lecho fluidizado tiene buenas perspectivas dentro de las opciones tecnológicas para la generación de energía a partir de un combustible, dada su flexibilidad respecto a los combustibles a emplear como sus posibilidades de operación limpia y eficiente, junto a la posibilidad de cambio de escala. En este artículo se exponen los resultados alcanzados a escala de planta piloto en el funcionamiento de un reactor de lecho fluidizado en la combustión de pellets de serrín con vistas a su aplicación en el aprovechamiento de los residuos sólidos en el proceso de producción de bioetanol de lignocelulósicos

Aproximation of the kineticexpression in pretreament stages bagasse acidic and basic

Se presenta la determinación de las expresiones de velocidad de la hidrólisis ácida del bagazo de caña de azúcar empleando ácido sulfúrico, obteniendo así el modelo cinético aproximado. Para el diseño experimental del pretratamiento ácido se elaboró un diseño factorial 22 , variando la temperatura de reacción (175-185ºC) y la concentración de ácido sulfúrico (0-1.25 %). Para el pretratamiento básico se elaboró un diseño factorial 23 , con una temperatura de reacción (175-195ºC), una concentración de etanol de (10 y 30 %) y de NaOH de (1.5 y 3.0 %). Para la determinación de las expresiones de velocidad se aplica el método diferencial de análisis de datos a través de la técnica de los mínimos cuadrados. Se determina los valores de energía de activación de las reacciones de liberación de xilosa en el pretratamiento ácido y liberación de lignina en el básico y se comparan con los reportados en la literatura. Se estudia la influencia de la variación de la concentración de ácido, así como la de la variación de la temperatura través de la ecuación de Arrhenius.The determination of the rate expressions of the acid hydrolysis of sugarcane bagasse using sulfuric acid, obtaining the approximate kinetic models is presented. For the experimental design to acid pretreatment a 22 factorial design was elaborated, varying the reaction temperature (175-185 ºC) and the sulfuric acid concentration (0-1.25%). For acid pretreatment a 23 factorial design was elaborated, varying the reaction temperature (175-195ºC), ethanol concentration (10-30 %) and NaOH concentration (1.5-3.0%). For the determination of the rate expressions the differential method of data analysis is applied through of least squares technique. The values of activation energy in reactions of xylose liberation in the acid pretreatmentFil: Granado Ojito, Jany. Empresa de servicios técnicos industriales UEB; CubaFil: Cornes Izquierdo, Yaniset. UEB Quintín Banderas; CubaFil: Albernas Carvajal, Yailet. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: Corsano, Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño (i); ArgentinaFil: Gonzalez Suarez, Erenio. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: Santos, Ronaldo. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: Mesa, Leyanis. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; Cub

Preliminary design for simultaneous saccharification and fermentation stages for ethanol production from sugar cane bagasse

The interest of ethanol production from agro-industry residues as raw material has deserved great attention since these feedstocks may constitute an alternative to fossil fuels as well as represent beneficial effects both from economic and environmental point of view. The sugar cane bagasse (SCB) represents an available and cheap opportunity of raw material. The use of lignocellulosic biomass as a feedstock needs a pretreatment stage to breakdown lignocellulosic complex into lignin, cellulose and hemicelluloses, then the hydrolysis stage converts cellulose into fermentable glucose, and finally, in order to increase the glucose yield, simultaneous saccharification and fermentation (SSF) process is carried out. In this work a preliminary design for these stages is proposed. A mixed integer linear programming model is formulated in order to obtain the optimal number of parallel units in each stage and their sizes (plant configuration and capacity). The production planning along the time horizon of one year is determined, given by the number of batches to be processed and its size. Different production scenarios are analyzed, for which the investment cost is minimized, and economic profitability indicators are calculated.Fil: Albernas Carvajal, Yailet. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: Corsano, Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Gonzalez Cortes, Meilyn. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: Gonzalez Suarez, Erenio. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; Cub

Estudios preliminares de la descolorización del licor negro procedente del pulpeo Organosolv del bagazo de la caña de azúcar por Trametes versicolor

El licor negro generado del proceso Organosolv del bagazo de la caña de azúcar fue tratado con el hongo de podredumbre blanca Trametes versicolor, para la realización de estudios preliminares de evaluación de la disminución del color, compuestos aromáticos y demanda química de oxígeno (DQO). Los estudios se realizaron en erlenmeyers. Se obtuvieron reducciones de color y compuestos aromáticos en el orden de 90 a 95% y 95% de DQO. En el transcurso del experimento fue detectada la actividad de la lacasa pero no de lignina peroxidasa o manganeso peroxidasa, aunque Trametes versicolor es capaz de producir estas enzimas. A partir de los resultados obtenidos, se puede concluir que existe una relación entre la producción de lacasa y la disminución del color. Esta correlación responde a la ecuación Y (reducción de color) = 34,77+ 5,533 (actividad de lacasa).Black liquor from sugar cane bagasse Organosolv process were treated with the with-rot fungus Trametes versicolor, to do preliminary studies of evaluation to reduce of colour, aromatic compounds and chemical oxygen demand (COD). The studies were made in shake flask. Reductions in colour and aromatic compounds of 90 to 95% and in COD of 95% were acheived. During the experiment, lacasse activity was detected but neither lignin peroxidase (LiP) nor manganese peroxidase (MnP) were detected, nevertheless Trametes versicolor is able to produce these enzymes. From the results obtained, it can be concluded that there is a relationship between lacasse production and colour reduction. This correlation responds to the equation Y(colour reduction) = 34,77+ 5.533 (lacasse activity).El licor negre generat pel procés Organosolv del bagàs de la canya de sucre es tracta amb el fong de podridura blanca Trametes versicolor, a efectes de realitzar estudis preliminars d'avaluació de la disminució del color, compostos aromàtics i demanda química d'oxigen (DQO). Els estudis es realitzen en erlenmeyers. S'assoleixen reduccions de color i de compostos aromàtics de l'ordre del 90 al 95%, i del 95% pel que fa a la DQO. En el transcurs de l'experiment es detecta activitat de lacasa, però no de lignina peroxidasa o manganès peroxidasa, tot i que Trametes versicolor es capaç de produir aquests enzims. A partir dels resultats obtinguts, es pot concloure que existeix una relació entre la producció de lacasa i la disminución del color. Aquesta correlació respon a la equació Y (reducció de color) = 34,77+ 5,533 (activitat de lacasa)

Diseño óptimo de la tecnología de etanol empleando sustratos celulósicos aplicando la metodología de la superestructura

En las últimas décadas una tecnología que ha tomado auge en la búsqueda de alternativas de combustibles renovables es el desarrollo del etanol de segunda generación, o sea a partir de residuos lignocelulósicos como el bagazo de caña de azúcar, o los hidrolizados derivados de ella (Gálvez, 2004). Los estudios previos han demostrado que este proceso presenta etapas continuas y discontinuas; las etapas discontinuas tales como la hidrólisis enzimática y la fermentación se consideran críticas; ya que presentan la peculiaridad de que los tiempos de duración de las mismas son elevados, oscilando sobre las 12 horas la hidrólisis enzimática y 24 h la fermentación (Mesa, 2010), (Albernas et al., 2014 a). Este aspecto es muy importante en su análisis pues provoca que el proceso presente elevados tiempos de espera en esas etapas, lo cual afecta el tiempo total del proceso y provoca que para lograr la continuidad del mismo se necesite a primera instancia un elevado número de equipos, lo cual tiende a afectar la rentabilidad del mismo. La industria alcoholera cubana debe buscar nuevas fuentes de materias primas que se puedan complementar con la miel en el proceso de obtención de etanol y que a la vez logre ser competitiva desde el punto de vista técnico y económico. Precisamente obteniendo etanol empleando hidrolizado de bagazo se está diversificando la industria azucarera al tener otro uso el bagazo y se está logrando un mayor desarrollo industrial al implementar otra tecnología que, además permite obtener otros coproductos como el furfural y la lignina que aumentan la rentabilidad del proceso global. En numerosas investigaciones se ha demostrado que la tecnología de etanol a partir de bagazo por si solo aún presenta el inconveniente de que para lograr la rentabilidad se necesita aprovechar la posibilidad de obtener coproductos que lo garanticen, como el caso del furfural y la lignina (Mesa, 2010), (Morales et al., 2013), así como un buen diseño que pueda atenuar u optimizar los costos teniendo en cuenta la óptima programación que es esencial en la determinación y reducción del tiempo del proceso.Fil: Albernas Carvajal, Yailet. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: Gonzalez Suarez, Erenio. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: Corsano, Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; Argentin

Metodología para la síntesis y diseño

El trabajo presenta en forma de diagrama heurístico, una metodología elaborada por los autores, para el análisis, síntesis y diseño óptimo de plantas discontinuas. Esta metodología o procedimiento fue elaborado a partir de un estudio teórico analizando las características fundamentales, dando una continuidad a los diferentes pasos, logrando una caracterización sistemática, dada la gran cantidad de aspectos que es necesario tener en cuenta para el desarrollo de un proceso discontinuo y la complejidad de los mismos. Se trata desde el análisis global del proceso, el análisis de las etapas del proceso teniendo en cuenta el solapamiento o no de las mismas para la reducción del tiempo del ciclo limitante. Se propone la obtención de modelos para la optimización del diseño del proceso, involucrando aspectos relacionados con la incertidumbre tanto en el tiempo, como en las variables de entrada, hasta la integración de procesos. Además, se presenta un ejemplo de aplicación del procedimiento en las operaciones de prefermentación y fermentación en la obtención de 500 hL/d de etanol, obteniendo los diseños y configuraciones óptimas de cada una de las operaciones al mínimo costo de producción.Fil: Albernas Carvajal, Yailet. Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas; CubaFil: Corsano, Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño; ArgentinaFil: Gonzalez Cortes, Meylin. Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas; CubaFil: Verelst, Harry. Vrije Universiteit Brussel; BélgicaFil: Gonzalez Suarez, Erenio. Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas; Cub

Optimal design of pre-fermentation and fermentation stages applying nonlinear programming

In the present work, the optimal design of pre-fermentation and fermentation operations for ethanol production is obtained developing a superstructure mathematical model. Different configurations of both operations are simultaneously considered in an overall model which also includes detailed kinetics equations. The zero wait is the transfer policy selected for these stages for ensuring the quality of these operations, given the nature and characteristics of microbiological sugary substrates. From the overall proposed model, the optimal configuration of the stages, the number of duplicated units in each stage, the size of each process unit, the process variables as concentrations and flows, and the total investment and production cost are obtained. This model is formulated as a non-linear programming problem, which is solved by the Professional Software, General Algebraic Modeling System (GAMS) with the application of CONOPT solver. The optimal design and operation of pre-fermentation and fermentation stages are obtained and the attained results are compared with the structures in conventional distillery.Fil: Albernas Carvajal, Yailet. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: Corsano, Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Santa Fe. Instituto de Desarrollo y Diseño (i); ArgentinaFil: Kafarov, Viatsheslav V.. Universidad Industrial Santander; ColombiaFil: Gonzalez Cortes, Meilyn. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: Gonzalez Suarez, Erenio. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; Cub