ANLISIS DE SENSIBILIDAD EN LA DESTILERA MAYAGEZ

Ing. Nilson Marriaga Cabrales, M.Sc.

PRODUCCIN DUAL AZCAR/ETANOLCaa

Extraccinjugo diluido meladura

Bagazo

Tratamiento jugo

Jugo claro

Evaporacin

Cristalizacinmiel B

azcar

FermentacinCO2 etol rect. 96 %

vino7% (v/v)

Deshidratacin

alcohol anhidroflemazas

Destilacinetol industrial

fusel

cachaza

vinaza

Compostaje

abono orgnico

Consumos de vapor: fbrica-destileraPERIODOS ANALIZADOSMolienda de caa (Ton Caa/da) Consumo de vapor fabrica (kg/h)

20036,059 133,650

20046,093 133,250

20056,287 128,890

2006 Prom.6,288 129,850 6,182 131,410

Produccin dual azcar/etanol 150,000 (litros/da)Miel B utilizada Meladura Jugo Claro (kg/h) (kg/h) (kg/h)12,189 345 12,284 244 12,828 0 12,831 0

12,530147

27,470

27,530

26,420

26,410

26,960139,550

Consumo de vapor fab.-destilera (kg/h)

141,750

140,300

137,150

138,900

% Incremento en el consumo de vapor

6.08143,000

6.14143,000

6.41143,000

7.04143,000

6.41143,000

Vapor disponible (kg/h)

Cul es la mxima capacidad de operacin de las columnas al cambiar el grado alcohlico del vino?

SIMULACIN DEL PROCESO

Simulacin de la etapa de fermentacin (EXCEL TM) Manejo del simulador ASPEN PLUS

Implementacin de la simulacin Ajuste con datos de operacin

Validacin con datos de operacin

Simulacin: preparacin de mezcla (EXCEL)

Simulacin: fermentacin (EXCEL)

Configuracin de las columnasCOLUMNAModelo

Despojadora Desgasificadora (C-401/2)RadFrac

Aldehdos (C-403)RadFrac

Rectificadora (C-411)RadFrac

Lavador de gases (S-401)RadFrac

Nmero etapas condensador Rehervidor Fases Convergencia Relacin reflujo Tipo de PlatoDuty rehervidor

22 no no liquido-vapor Standard Perforado-

25parcial liquido/vapor

58parcial liquido/vapor

7 no no liquido-vapor Standard -

no liquido-vapor Standard 5.4 (msica) Caperuza-

termosifn liquido-vapor Standard 4.3 (msica) Caperuza5.15 Btu/h

Configuracin del plato: Columna desgasificadora y despojadora

Configuracin del plato:Columna rectificadora

Configuracin del plato: Columna de aldehdos

RESULTADOS Anlisis de sensibilidad en el consumo de vapor

Escenarios para la produccin de alcohol

ANLISIS DE SENSIBILIDAD

Variacin del flujo del vino Variacin del contenido de etanol Seguimiento de variables Anlisis hidrulico

ANALISIS DE SENSIBILIDADColumna desgasificadora y despojadora% Etanol en el VinoVapor alcohlico para C-403 (kg/h) Vapor alcohlico para C-411 (kg/h) % (v/v) de etanol en vapor alcohlico Vapor directo para C-401 Vinaza para T-403 Vinaza para H-401 (kg/h) (kg/h) (kg/h)

6%212

7%227

8%243

1,913 40.1195 14,70513,071

2,034 42.5201 14,63012,939

2,153 47.5207 14,55612,812

% de vaporizacin de vinaza en T-403

11.11

11.56

11.98

ANALISIS DE SENSIBILIDADColumna de aldehdos% Etanol en el VinoAlcohol impuro (litros/h)Producto fondo (kg/h) % (v/v) de etanol en producto fondo

6%18

7%21

8%26

156 2843.50

167 3243.50

179 3543.50

Incondensables (kg/h)

ANALISIS DE SENSIBILIDADLavador de gases y tanque de aguas alcohlicas% Etanol en el VinoIncondensables desde H-421 Incondensables hacia S-401 Agua de lavado hacia S-401 Flujo de incondensables gua alcohlica desde S-401 (kg/h) (kg/h) (kg/h) (kg/h) (kg/h)

6%45 87

7%42 86

8%39 83

34536 398

33336 383

32135 369

guas alcohlicas desde T-408 (kg/h)% (v/v) de etanol en aguas alcohlicas

549 15

549 17

548 20

ANALISIS DE SENSIBILIDADColumna Rectificadora

% Etanol en el VinoAlcohol Rectificado FlemazaVapor hacia H-411

6%

7%

8%

(litros/h) (kg/h)(kg/h)

9081,692 368

1,0801,679 387

1,2471,664 413

Vaporizacin de la flemaza (%)

21.55

21.87

23.42

Consumo de vapor en la columna despojadora3000

2500

Vapor (kg/h)

2000

1 500

1 000

500

70000

85000

100000

115000

130000

145000

160000

175000

Flujo de vino (kg/h)6% 7% 8%

Consumo de vapor en el separador flash de vinaza22000

20000

1 8000

Vapor (kg/h)

1 6000

1 4000

1 2000

1 0000

8000

70000

85000

100000

115000

130000

145000

160000

175000

Flujo de vino (kg/h)6% 7% 8%

Consumo de vapor en el rehervidor de la columna rectificadora5500 5000 4500

Vapor (kg/h)

4000 3500 3000 2500 2000

70000

85000

100000

115000

130000

145000

160000

175000

Flujo de vino (kg/h)6% 7% 8%

Perfil de composicin de la columna desgasificadora y despojadora7

6

5

%(v/v) etanol

4

3

2

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 06%

1 1

1 27%

1 3

1 48%

1 5

1 6

1 7

1 8

1 9

20

21

22

Nm ero de Etapa

Composicin de la Vinaza0.1 0.09 0.08

% Etanol (v/v)

0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0

70000

85000

100000

1150006%

1300007% 8%

145000

160000

175000

Flujo de vino (kg/h)

Composicin de la Flemaza0.1 0.09 0.08 0.07

% Etanol (v/v)

0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0

70000

85000

100000

1150006%

1300007% 8%

145000

160000

175000

Flujo de vino (kg/h)

Tasas de incremento en el flujo de vapor

% Etanol en el VinoVapor de vinaza hacia rehervidor de tanque flashVapor hacia rehervidor del separador flash

6%1,6151,680

7%1,7481,811

8%1,8751,940

Entrada directa vapor a columna despojadora

195

201

207

Seccin de agotamiento Vapor hacia rehervidor de la rectificadora

1,875368 2,243

2,012387 2,399

2,147413 2,560

Incremento TotalFlujos en Kg/h

Relacin especifica de consumo de vapor2.900 2.800 2.700 2.600

RVap (kg/l)

2.500 2.400 2.300 2.200 2.1 00 2.000 1 .900

70000

85000

100000

115000

130000

145000

160000

175000

Flujo de vino (kg/h)6% 7% 8%

Rvap = Kg vapor /Litro alcohol ( 96 % v/v )

Tasas de incremento en la produccin de alcohol% Etanol en el VinoAlcohol impuro (Litros /h)

6%18

7%21

8%26

Alcohol rectificado Alcohol al 96% (v/v) Relacin especifica Rvap

(Litros /h) 908 (litros/h) (kg/litro) 926

1080 1101

1247 1273

2.7

2.3

2.0

Escenarios para la produccin de alcohol Caso base con operacin de reflujo total en la columna de aldehdos. Distribucin de 80% de etanol en el vino hacia la columna C-411, manteniendo la produccin de alcohol industrial. Distribucin de 80% de etanol en el vino hacia la columna C-411, con reflujo total de la columna C-403. Distribucin de 70% de etanol en el vino hacia la columna C-411, manteniendo la produccin de alcohol industrial.Distribucin de 70% de etanol en el vino hacia la columna C-411, con reflujo total de la columna C-403 Sistema de caso base sin la columna de aldehdos.

Operacin de la columna despojadora sin la entrada directa de vapor

EscenariosESCENARIO PRODUCCINVapor Alc. F2 Vapor Alc. F3 Vinaza F7 F12 Agua S-401 NOCONDProd. Fondo

C-403

F15

Flemaza

Alc. Rec.

Alc imp.

Caso Base

1,447

13,074

84,801

525

1,916

231

1,038

5,108

12,109

5,388

111

Caso base sin AIMPDISTRIBUCION DE 80%

1,447

13,074

84,801

526

1,916

232

1,147

5,218

12,112

5,495

0

Relacin 2% IMP/AREC

2,936

11,586

84,800

418

1,266

212

2,469

5,800

11,471

5,397

109

RR total C-403DISTRIBUCION DE 70%

2,936

11,586

84,800

418

1,266

213

2,576

5,908

11,463

5,513

0

Relacin 2% IMP/ARECRR total C-403SISTEMA SIN C-403 SISTEMA SIN ENTRADA DIRECTA DE VAPOR

4,3184,318 0

10,20410,204 14,22112,975

84,79984,799 84,801

4024001,117

1,2661,185 7,155

204207 315

3,8413,948 0

7,1647,186 9,816

11,46311,384 17,244

5,4145,518 5,498

1090 0

1,470

83,542

516

1,916

227

1,055

5,120

12,033

5,392

111

EscenariosRelacin especifica de consumo de vaporkcal/litro Kcal/kg Kgvap/litro kgvap/kg

Vaporrectificacin

Vapordespojamiento

Flujo total vapor kg/h

Eficiencia destilacin

Caso BaseCaso base sin AIMPDISTRIBUCION DE 80%

1,1791,189

1,5611,575

2.21 2.22 2.23 2.24 2.28 2.29 2.32

2.92 2.95 2.96 2.97 3.02 3.03 3.07

2,7232,845

13,33413,334

16,05716,179

99.2399.22

Relacin 2% IMP/ARECRR total C-403DISTRIBUCION DE 70%

1,1941,198

1,5801,587

2,9373,021

13,33413,334

16,27116,355

99.2799.28

Relacin 2% IMP/ARECRR total C-403

1,2191,224

1,6131,621

3,3193,384

13,33413,334

16,65316,718

99.3599.30

SISTEMA SIN C-403

1,240

1,642

3,560

13,315

16,875

99.07

SISTEMA SIN ENTRADA DIRECTA DE VAPOR

1,170

1,541

2.20

2.91

2,723

13,310

16,033

99.30

RESULTADOSA mayor contenido de etanol (8% v/v mx.) en el vino se incrementa el consumo de vapor en la seccin de destilacin para una misma cantidad de vino procesado, pero la relacin de consumo Rvap es menor. La columna despojadora est en capacidad de producir cerca de 175,000 litros/da de alcohol rectificado. El diseo de las columnas (rectificadora y de aldehdos) estn en capacidad de producir cerca de 283,000 litros/da de alcohol rectificado.Alcanzar la produccin de alcohol 283,000 litros/da representa un incremento del 70% en consumo actual de vapor de la destilera.

RESULTADOS Sin integracin energtica entre las etapas de evaporacin de vinaza ydestilacin se obtiene un consumo de vapor (5.06 kg/litro) integracin (2.21 kg/litro). y con

La seccin de agotamiento de vino (columna despojadora y evaporacinde vinaza) demanda 80% del vapor de calderas.

RESULTADOS Cuando se requiera producir alcohol impuro se recomienda distribuir un80% del etanol alimentado en la columna despojadora hacia la columna rectificadora.

Cuando no hay demanda de alcohol impuro, operar en el esquema derecirculacin total en la columna de aldehdos es ms conveniente que no operar dicha columna.

Es importante operar la columna despojadora sin la entrada directa devapor porque permite un mejor aprovechamiento energtico en el tanque flash de vinaza.

Validacin de balance de Materia

FLUJOSVino para destilacin vapor alcohlico para C-403vapor alcohlico para C-411

UNIkg/h kg/hkg/h

Valor Real de planta97,988 1,40012,814

Valor Simulacin97,988 1,44713,074

Diferencia Relativa (%)0.00 3.372.03

vinaza fondo de C-401 vinaza para H-401flemaza producida

kg/h kg/hkg/h

97,019 83,90711,998

95,961 84,80112,109

1.09 1.070.93

fondo de C-403 Alcohol impuroAlcohol Rectificado

kg/h kg/hkg/h

1,159 1085,377

1,038 1115,388

10.44 2.360.21

Validacin de balance de MateriaFLUJOSfusel oil liviano fusel oil pesado aguas alcohlicos agua hacia S-401Vinaza para el rea de evaporacin

UNIkg/h kg/h kg/h kg/h kg/h kg/h kg/h kg/h kg/h

Valor Real de planta221238

Valor Simulacin221238

Diferencia Relativa (%)0.000.00

5,0192,000

5,1081,916

1.774.19

19,60011,489

19,50411,764

0.492.40

Vapor de vinaza para H-404 Vinaza concentrada Vapor para Flubex Vapor para C-401

8,11112,094

7,74012,000

4.570.78

1,400

1,334

4.71