Balance de materia a una columna de destilacinSubmitted byGermn Fernndezon Sat, 10/20/2012 - 10:51Obtener la masa y composicin de las corrientes P y B sabiendo que la relacin entre la corriente de alimentacin y destilado es de 10.

Sabemos que la corriente de destilado es la decima parte de la alimentacin.P=F10=1000kg10=100kg(1)Aplicando un balance de materia total:1000=100+BB=900kg(2)Aplicando balances de materia a etanol y agua se obtiene su fraccin msica en la corriente B.EtOH:(0.10)(1000)=(0,60)(100)+WEtOH,B(900)WEtOH,B=0,044(3)H2O:(0,9)(1000)=(0,40)(100)+WH2O,B(900)WH2O,B=0,956(4)

4. RESULTADOS Y DISCUSIN. 4.1 COMPOSICIN DE LAS DISTINTAS FRACCIONES OBTENIDAS EN LA EXPLOSIN POR VAPOR La materia prima utilizada en este trabajo ha sido madera de chopo (Populus nigra), ya que, entre los cultivos de corta rotacin destinados a la produccin de biomasa, el chopo est considerado como un cultivo energtico prometedor para el centro y sur de Europa debido a su alto rendimiento (El Bassam, 1996). Como fase previa a la hidrlisis enzimtica es necesario un pretratamiento que haga accesible la biomasa lignocelulsica al ataque enzimtico. En este trabajo se ha utilizado un pretratamiento de explosin por vapor para facilitar la hidrlisis enzimtica de madera de chopo. Las condiciones utilizadas durante el pretratamiento (210 C y 4 minutos) se fijaron como ptimas en un trabajo previo (Negro y col., 2003 b). Tras el pretratamiento se obtienen dos fracciones: una slida y una lquida. La fraccin slida, o biomasa pretratada, se recupera en un 60% con respecto a la materia prima inicial. La fraccin lquida se obtiene en una relacin materia prima/fraccin lquida de 1/10 (p/v); es decir, por cada 100 gramos de materia prima que se introducen en el reactor de pretratamiento se recuperan 60 gramos de material pretratado y 1 litro de fraccin lquida. Los resultados de la composicin de la materia prima y de la fraccin slida obtenida tras el pretratamiento de explosin por vapor de biomasa de chopo, realizados segn los mtodos descritos en el apartado 3.7, se muestran en la tabla 4.I. La celulosa, componente mayoritario, constituye el 43,2% del total de la materia prima. La hemicelulosa (24,8% del total de la materia prima) est compuesta principalmente por xilosa, representando este azcar el 72% del total de la hemicelulosa. El alto contenido en xilosa es caracterstico de las maderas duras, debido a que la hemicelulosa de estas maderas est constituida principalmente por xilanos formados por unidades de xilosa unidas por enlaces (1-4). La fraccin de lignina determinada como lignina cido insoluble, representa en este material un 26,2% del total. El contenido en cenizas es 1,8%. A partir de los anlisis de la composicin de la fraccin slida del material pretratado referido a materia prima (composicin del material pretratado x porcentaje de recuperacin) (tabla 4.I), se pueden calcular los porcentajes de solubilizacin durante el pretratamiento de la hemicelulosa (88%), lignina (17%) y celulosa (15%). Como puede observarse, la fraccin hemicelulsica se solubiliza casi en un 90%. Considerando los azcares hemicelulsicos individualmente los porcentajes de solubilizacin de xilosa y manosa son del 87% y 78% respectivamente. La galactosa y arabinosa se solubilizan en un 100%. Tabla 4.I.- Composicin de la materia prima y de la fraccin slida obtenida tras la explosin por vapor de chopo (210 C 4 minutos). Los datos son media de cuatro repeticiones. Entre parntesis se muestra la desviacin estndar. Composicin (%)(p/p) Materia prima Material pretratado (Referido a materia prima) Hemicelulosa Xilosa Arabinosa Galactosa Manosa Celulosa (como glucosa) Lignina cido insoluble Cenizas 24,8 (0,9) 17,9 (0,8) 1,6 (0,2) 2,5 (0,27) 2,8 (0,2) 43,2 (1,39) 26,2 (1,1) 1,8 (0,1) 2,9 (0,4) 2,3 (0,4) 0 0 0,6 (0,1) 36,8 (1,1) 21,7 (0,7) 0,6 (0,01) La composicin en azcares, productos de degradacin y pH de la fraccin liquida obtenida tras el pretratamiento de explosin por vapor de madera de chopo se muestra en la tabla 4.II. Respecto a los carbohidratos, el azcar mayoritario es la xilosa encontrndose en una concentracin mxima de 7,1 g/l. Teniendo en cuenta el contenido en azcares hemicelulsicos (24,8%), el porcentaje de solubilizacin y la concentracin de azcares hemicelulsicos en el lquido (9,6 g/l), slo se recupera en la fraccin lquida un 44% de la hemicelulosa solubilizada, producindose un 56% de degradacin. Considerando individualmente los azcares hemicelulsicos, en la fraccin lquida slo se recupera el 45% de la xilosa solubilizada, el 54% de la manosa y el 32% de la galactosa y arabinosa. En cuanto a la glucosa, del 8% que se solubiliza slo se recupera en la fraccin lquida 1,8 g/l, lo que supone una degradacin del 72%. Tabla. 4.II.- Intervalo de concentracin de los azcares y productos de degradacin encontrados en la fraccin lquida despus del pretratamiento con explosin por vapor de chopo a una temperatura de 210C y 4 min.Respecto a los productos de degradacin del material lignocelulsico, todos los compuestos identificados en esta fraccin, han sido previamente detectados en hidrolizados de diferentes maderas duras como chopo (Ando y col., 1986; Fenske y col., 1998; Luo y col., 2002), roble (Tran y col., 1985; Lee y col., 1999) y sauce (Jnsson y col., 1998). Estos productos de degradacin pertenecen a tres grupos: cidos alifticos, furanos y compuestos fenlicos. Los compuestos identificados en la fraccin lquida y su origen se muestran en la figura 4.1. El cido actico es el compuesto mayoritario, siendo su concentracin mxima de 2,1 g/l. Este cido tiene su origen en la hidrlisis de los grupos acetilos de las hemicelulosas que se produce durante el pretratamiento. La alta concentracin de este compuesto, con relacin al resto de productos, se debe al elevado nmero de restos acetilo que presentan las maderas duras. Estas maderas pueden tener hasta siete grupos acetilo por cada diez restos de xilosa (Martn y Manzanares 1994). El segundo compuesto, en cuanto a su concentracin en la fraccin lquida, es el furfural, encontrndose en una concentracin mxima de 0,62 g/l. Este compuesto se origina como consecuencia de la degradacin de las pentosas (en este caso principalmente xilosa) que se produce a esta temperatura y en estas condiciones. Sin embargo, esta concentracin del furfural slo puede explicar parcialmente las perdidas de xilosa y arabinosa producidas en el pretratamiento (47 y 69 % de degradacin respectivamente). Hay que tener en cuenta que se trata de un producto voltil, por lo que es probable que se haya producido perdida por evaporacin durante la descompresin producida en el pretratamiento, o que se produzcan recondensaciones en el interior del reactor (Laser y col., 2002). Otro furano identificado es el 5-hidroximetilfurfural (HMF) en una concentracin mxima de 0,12 g/l. Este compuesto se origina por la degradacin de las hexosas (glucosa, galactosa y manosa) que, en este caso al tratarse de una madera dura, son componentes minoritarios de las hemicelulosas. Esto explica la baja concentracin de HMF en la fraccin lquida.http://biblioteca.ucm.es/tesis/bio/ucm-t26833.pdf

Destilacin Para casos en que la fermentacin produce productos ms voltiles que el agua, la tecnologa escogida es la recuperacin por destilacin. El alcohol producido por fermentacin contiene una parte significativa de agua, que debe ser eliminada para su uso como combustible. Dado que el etanol tiene un punto de ebullicin menor (78,3C) que el agua (100C), la mezcla se calienta hasta que el alcohol se evapore y se pueda recuperar por condensacin. El contenido de agua de bioetanol virgen es generalmente mayor a 80%. Se requieren grandes cantidades de energa para concentrar el etanol a 95.6% (mezcla azeotrpica de etanol-agua). La columna separa la mayora del bioetanol del agua (y slidos) y produce una corriente de tope rica en etanol y una corriente de fondo rica en agua. En estos flujos el bioetanol de biomasa celulsica tiene una concentracin de 5% (en peso) menor que en el bioetanol obtenido de maz (BALAT et al., 2008). El primer paso es recuperar el bioetanol en la destilacin, donde la mayora del agua permanece con la parte slida. El producto (37% de bioetanol) es luego concentrado en una columna de rectificacin a una concentracin justo por debajo del azetropo (95%). El producto de fondo restante es alimentado a una columna de agotamiento para remover el agua adicional, y el bioetanol destilado de esta ltima columna se combina con la alimentacin de la columna de rectificacin. La recuperacin puede llegar a 99.6% para reducir las prdidas de bioetanol (BALAT et al., 2008).