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

Metodología para la síntesis y diseño óptimo de plantas discontinuas

El trabajo presenta en forma de diagrama heurístico, una metodología elaborada por los autores, para el análisis, sintesis 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, involucrándo 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 500hL/d de etanol, obteniendo los disenos y configuraciones óptimas de cada una de las operaciones al mínimo costo de producción

Un enfocament integrat pel disseny preliminar òptim d'una planta de producció de malta a partir de sorgo

Con el objetivo de encontrar alimentos amigables para celíacos, el sorgo se presenta como un cereal con un alto contenido de nutrientes, que tiene varias propiedades beneficiosas, especialmente para aquellos países que carecen de otros cereales tradicionales como el trigo, el maíz o el arroz. Además, el cultivo del sorgo es económicamente rentable y no contiene las proteínas que afectan a los pacientes celíacos. En los últimos años, se ha desarrollado una variedad de productos alimenticios de “libre de gluten” para mejorar la dieta de los celíacos, como cervezas de sorgo, que a menudo son producidas de forma artesanal y a muy pequeña escala por cerveceros individuales. Sin embargo, hasta donde se conoce, no existe una bebida no alcohólica a base de sorgo. En este trabajo se propone un modelo matemático para el diseño óptimo de una planta discontinua de producción de malta a partir de sorgo a nivel industrial. El modelo se formula como un problema mixto entero lineal, el cual se implementa y resuelve en GAMS utilizando el resolvedor CPLEX. A través de resultados experimentales, se obtienen los parámetros de diseño y operación del modelo para desarrollar una formulación de ajuste real. Se minimiza el costo de inversión y se presenta un análisis técnico-social-económico con el objetivo de evaluar la opción más rentable y sostenible de producir malta a partir de sorgo. Para una producción de 5.000 L/d, el período de pago es de 4,8 años y el costo unitario por botella de 300 mL es de $0,312. La bebida de malta, obtenida con la tecnología presentada en este trabajo, cumple con los requisitos físicos y organolépticos establecidos para su consumo de acuerdo con la comparación reportada por Nieblas, con dos maltas de cebada comercializadas en Cuba malta Bucanero y Tínima.Amb l'objectiu de trobar aliments amigables per a celíacs, la sorgo es presenta com un cereal amb un alt contingut de nutrients, que té diverses propietats beneficioses, especialment per a aquells països que no tenen altres cereals tradicionals com el blat, el blat de moro o l'arròs. A més, el cultiu del sorgo és econòmicament rendible i no conté les proteïnes que afecten els pacients celíacs. En els últims anys, s'ha desenvolupat una varietat de productes alimentaris "lliure de gluten" per millorar la dieta dels celíacs, com cerveses de sorgo, que sovint són produïdes de forma artesanal i a molt petita escala per cervesers individuals. No obstant això, fins on es coneix, no existeix una beguda no alcohòlica a base de sorgo. En aquest treball es proposa un model matemàtic per al disseny òptim d'una planta discontínua de producció de malta a partir de sorgo a nivell industrial. El model es formula com un problema mixt sencer lineal, el qual s'implementa i resol en GAMS utilitzant el resolvedor CPLEX. A través de resultats experimentals, s'obtenen els paràmetres de disseny i operació del model per desenvolupar una formulació d'ajust real. Es minimitza el cost d'inversió i es presenta una anàlisi tècnica-social-econòmica amb l'objectiu d'avaluar l'opció més rendible i sostenible de produir malta a partir de sorgo. Per a una producció de 5.000 L/d, el període de pagament és de 4,8 anys i el cost unitari per ampolla de 300 ml és de 0,312$. La beguda de malta, obtinguda amb la tecnologia presentada en aquest treball, compleix amb els requisits físics i organolèptics establerts per al seu consum d'acord amb la comparació reportada per Nieblas, amb dos maltes d'ordi comercialitzades a Cuba malta Bucanero i Tínima.With the aim of finding friendly celiac food, sorghum is presented as a cereal with a high content of nutrients, which has several beneficial properties, especially for those countries that lack other traditional cereals such as wheat, corn, or rice. In addition, sorghum cultivation is economically profitable and it does not contain the proteins that affect celiac patients. In the last years, a variety of "free gluten" food products were developed for improving the celiac diet, as well as sorghum beers, which are frequently produced in a home-made manner on a very small scale by individual brewers. However, to the best of our knowledge, there is not a non-alcoholic beverage from sorghum. In this work, a mathematical model for the optimal design of a batch plant for producing malt drink from sorghum at industrial level is proposed. The model is formulated as a mixed integer linear problem, which is implemented and solved in GAMS using the CPLEX solver. Through experimental results, design and operation model parameters are obtained in order to develop real-fit formulation. The investment cost is minimized, and a technical-social-economical analysis is presented in order to evaluate the more profitable and sustainable option to produce malt drink from sorghum. For a production of 5,000 L/d, the payback period is equal to 4.8 years and the unit cost per bottle of 300 mL is $ 0.312. The obtained malt drink with technology presented in this work, meets the physical and organoleptics requirements established for its consumption according with the comparison reported by Nieblas, with two malt drinks from barley commercialized in Cuba, Bucanero and Tínima malt drink.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; Argentina. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Gallardo Aguilar, Irenia. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: Fleites Avila, Yoelvis. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; Cub

Visión global sobre la planificación de procesos discontinuos

La operación de una planta de producción tiene un importante efecto en la eficiencia, por lo tanto es de suma importancia encontrar la mejor programación posible. Debido a la conveniencia práctica, el tema de la programación de procesos a batch en las últimas décadas ha ganado un creciente interés y muchos enfoques se han publicado para solucionar una amplia variedad de problemas. En el presente trabajo, primero se resumen los diferentes tipos de problemas de programación, y a continuación, las ventajas y desventajas de los métodos disponibles para la programación de procesos discontinuos, para lograr la minimización del tiempo general del proceso y la maximización de la ganancia para un horizonte de tiempo dado. Las aproximaciones existentes en los métodos de optimización son categorizadas en cuatro clases: basadasen el evento global, basados en el evento de la unidad específica, apertura del tiempo y modelos basados en la precedencia. Se expone un ejemplo práctico de obtención del Modelo NLP y una comparación de los resultados obtenidos en ese ejemplo con el enfoque tradicional, MINLP

La integración de procesos en el esquema de una biorrefinería

En la actualidad existe un gran esfuerzo para lograr la viabilidadeconómica del uso de la biomasa lignocelulósica como una nueva fuente de azúcares para la producción de etanol. La no viabilidad de estos procesos se debe fundamentalmente al costo de las enzimas y al no aprovechamiento de coproductos que se generan en el pretratamiento de la biomasa.La evaluación técnica, económica y ambiental de esquemasde biorrefinería es complicada debido a la incertidumbre en aspectos como la materia prima, los precios de la energía y el producto final, costos de inversión, operación y riesgos de las tecnologías. En el trabajo, se dan las pautas que muestran como la integración de procesos y la valoración de los coproductosen un esquema de biorrefinería conduce a la viabilidad delos procesos que emplean la biomasa para la obtención de biocombustibles. Se muestra un esquema de procesos integrados que intercambia recursos materiales y energéticos,dicho esquema se refiere a la industria de la caña de azúcar en la que se generan como productos principales jugo, bagazo y miel, así como otros en procesos anexos entre los que se encuentran la torula, el biogás, CO2, el furfural, la lignina y electricidad

Estudio de la cinética de la hidrólisis enzimática del bagazo pretratado

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 CellicRCTec2y β-glucosidasa con código NS50010, en un experimentocon un diseño factorial 23 haciendo réplicas al azar. Losvalores de la constante de Michaelis Menten y constante de inhibición determinados (KM y KI) son intrínsecos al sistemade celulosa y celulasa dado, y son independientes de las variables de operación empleadas

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

Análisis de factibilidad de la integración de los procesos de producción de azúcar y alcohol

En el estudio se determinaron los consumos de agua y energía en las producciones de azúcar y alcohol analizando en detalle los circuitos de estos recursos con el objetivo de proponer un manejo eficiente de los mismos en los procesos integrados.Para la integración energética se utilizó el software ASPENPLUS 11.1, donde se realizó la modelación y simulaciónde las etapas de evaporación, cristalización y centrifugación del proceso de fabricación de azúcar y de fermentación y destilación del proceso de producción de alcohol técnico B. Se evaluaron alternativas de intercambio de calor entre corrientes calientes y frías en cada uno de los procesos con el ASPEN PINCH.Se realizó la evaluación económica de las modificacionespropuestas considerando dos escenarios, con el fin de determinar la factibilidad de integración de los procesos deazúcar y alcohol

PRODUCCIÓN DE LEVADURA TORULA Y XILITOL EXTRAYENDO JUGO DE LOS FILTROS, PASO BÁSICO EN EL DESARROLLO COMO BIORREFINERÍA

Introducción: En la industria azucarera cubana es estratégico estudiar el posible desarrollo como biorrefinería, obteniendo alcohol, levadura torula y xilitol. Objetivo: Determinar las proporciones óptimas de extracción de jugo de los filtros para la obtención de levadura torula y el aprovechamiento del bagazo sobrante en la producción de xilitol en el concepto de biorrefinería. Materiales y Métodos: El análisis estadístico se emplea para obtener los modelos de cada etapa del proceso de obtención de azúcar crudo, utilizando datos en período de zafra. Se profundiza en los modelos que representan corrientes intermedias, como el jugo de los filtros, analizando diferentes porcientos de extracción de esta corriente, sus beneficios en la etapa de purificación y en la cantidad de bagazo sobrante. Se determinan los indicadores económicos para las alternativas estudiadas. Resultados y Discusión: El porciento óptimo de extracción de jugo de los filtros, en la etapa de purificación, es el 21,9%. Este valor permite una reducción del consumo de vapor del proceso azucarero. Las pérdidas de azúcar y miel se encuentran en el orden de los 545322,43 USD anuales y están superadas por las ganancias en la producción de xilitol y levadura torula. Conclusiones: La cantidad de jugo de los filtros extraída en el proceso azucarero garantiza la producción de miel para la obtención de levadura torula durante todo el año. Las pérdidas económicas, provocadas por la disminución en la obtención de azúcar y miel, por el jugo extraído, están superadas por las ganancias de la producción de xilitol y levadura torula

Primera aproximació a la cinètica de l’obtenció d’etanol mitjançant sacarificació i fermentació simultània del bagàs

El incremento de la disponibilidad de residuos y los costos energéticos han incentivado la descomposición de la biomasa lignocelulósica en azúcares y estas a combustible. Un empleo efectivo de los residuales azucarados puede ser la conversión por hidrólisis enzimática de los residuos en azúcares simples y la fermentación de estos azúcares para obtener etanol. El etanol para combustible puede ser obtenido mediante el proceso de sacarificación y fermentación simultánea (SSF). En el presente trabajo se analiza el modelo matemático desarrollado por Phillippidis et al. (1992) empleando los datos experimentales obtenidos por Albernas-Carvajal et al. (2014). Para la solución del sistema de ecuaciones diferenciales obtenido se empleó el algoritmo de Runge-Kutta-Fehlberg (RKF). El valor del etanol obtenido experimentalmente y determinado por método cromatográfico es similar al valor del etanol obtenido por el algoritmo matemático de (RKF).The increased availability of waste and energy costs have encouraged the breakdown of lignocellulosic biomass into sugars and these into fuel. An effective use of residuals may be sweetened by enzymatic hydrolysis conversion of waste, into simple sugars and fermentation of these sugars to ethanol. Fuel ethanol can be obtained by the process simultaneous saccharification and fermentation (SSF). In present paper mathematical model developed by Phillippidis et al. (1992) was analyzed using the experimental data obtained by Albernas-Carvajal et al. (2014). For solving the obtained differential equations system the Runge-Kutta-Fehlberg (RKF) algorithm was used. Ethanol value obtained experimentally and determined by chromatographic method is similar to ethanol value obtained by (RKF) mathematical algorithm.L’increment de la disponibilitat de residus i els costos energètics han incentivat la descomposició de la biomassa lignocel·lulòsica en sucres i aquests en combustible. Un us efectiu dels residus ensucrats pot ser la conversió per hidròlisi enzimàtica dels residus en sucres simples i la fermentació d’aquests sucres per obtenir etanol. L’etanol per a combustible pot ser obtingut mitjançant el procés de sacarificació i fermentació simultània (SSF). En el present treball s’analitza el model matemàtic desenvolupat per Phillippidis et al. (1992) emprant les dades experimentals obtingudes per Albernas-Carvajal et al. (2014). Per a la solució del sistema d’equacions diferencials obtingut es va emprar l’algoritme de Runge-Kutta-Fehlberg (RKF). El valor de l’etanol obtingut experimentalment i determinat per el mètode cromatogràfic és similar al valor de l’etanol obtingut per l’algoritme matemàtic de (RKF).Fil: Albernas Carvajal, Yailet. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: Pedraza Gárciga, Julio. 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; Argentina. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ingeniería Química. Departamento de Matemáticas; ArgentinaFil: Rodríguez Rodríguez, Leyanis. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; CubaFil: González Suárez, Erenio. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas; Cub