DESCRIPCION DEL PROCESO DE LA PLANTA DE ALCOHOL

El proceso de obtención de alcohol se inicia con el cultivo de levadura en laboratorio y luego cultivo y propagación en Planta. Se utiliza la levadura sacharomice cerevisae.

Las materias primas ricas en azúcares reductores totales como la Miel B o Melaza   proceden de la Fábrica de Azúcar y se diluyen con agua de procesos para la preparación del mosto hasta un grado brix entre 25 a 27 ºBx dependiendo de la cantidad de ART que se requiera en el mosto.

Durante esta etapa se inyectan antibióticos o bactericidas a la línea de preparación de mosto para reducir la carga microbiana.

El mosto es alimentado a los Fermentadores, donde previamente han recibido levadura procedente de los Pre – Fermentadores. Los fermentadores tienen una capacidad para 200 m3 y recepcionan 60 m3 de pie de levadura.

El ciclo de fermentación consta del llenado con mosto, atenuación, centrifugación y lavado. El ciclo de fermentación dura entre 9 y 12 horas. El brix del mosto que está fermentando debe ser siempre la mitad mas uno con respecto al brix de alimentación. La levadura se encarga de transformar mediante reacciones bioquímicas los azúcares fermentescibles contenidos en los azúcares totales en alcohol etílico.   La temperatura de fermentación debe mantenerse entre 32 ºC – 34 ºC porque de lo contrario se puede propiciar la propagación de otros microorganismos principalmente las bacterias. Para mantener estas temperaturas se utilizan intercambiadores de placas.

El tipo de fermentación que se emplea es con recuperación de levaduras para obtener un mayor rendimiento. Para ello el mosto fermentado es bombeado hacia un tanque pulmón y luego hacia las centrífugas. De las centrífugas se obtiene el vino y la levadura. La levadura pasa a los prefermentadores donde recibe un tratamiento con ácido sulfúrico a pH 2.5, bactericida y se la deja reposar por 2 horas para ser reciclada a los fermentadores. En los prefermentadores se le inyecta aire para que el oxígeno ayude a las levaduras en su reproducción. También se le agrega nutrientes como úrea y ácido fosfórico para incrementar el material celular de las levaduras.

El vino de las centrífugas se va almacenando en un tanque volante donde   luego es bombeada a la destilería.

En la destilería se produce un 92% de Alcohol Etílico Rectificado y un 8% de Alcohol Etílico Industrial como subproducto.

El vino procedente de la fermentación con un 8 a 9% de alcohol, ingresa a una primera columna destiladora llamada Columna Mostera, de la cual se obtiene alcohol de graduación entre 45 y 50 ºGL.   Por la parte inferior de la columna mostera se elimina la vinaza la cual es bombeada a la piscina de vinaza para su posterior tratamiento y dosificación a los campos de caña.

El alcohol proveniente de la columna mostera pasa a una segunda columna llamada hidroselectora, donde por el tope se le agrega “agua de lavaje” denominada así para lavar el alcohol; es decir, para eliminar impurezas volátiles. El agua de lavaje permite diluir el alcohol procedente de la mostera hasta un grado alcohólico entre 10 a 20 ºGL en la base de la hidroselectora, de tal forma que las impurezas volátiles se separan y son extraídas

en su mayoría por el condensador vertical como alcohol de segunda (también conocido como alcohol etílico industrial). Luego de esta dilución el alcohol del fondo de la columna hidroselectora es bombeada a la columna Rectificadora donde es concentrada hasta 96,0 – 96,2 ºGL. Por el fondo de la columna rectificadora se elimina la flegmaza, que viene a ser el excedente de agua que se le retira al alcohol diluido procedente de la columna hidroselectora. Para asegurar la calidad del producto el Alcohol Etílico procedente de la Columna Rectificadora pasa a la Columna Demetiladora por donde se reduce o eliminan las trazas de metanol que se hubiera podido formar en la fermentación.

Las columnas mosteras y rectificadoras trabajan con una temperatura entre 106 ºC a 107 ºC para evitar que se pierda producto por la base de éstas. El alcohol etílico por tener un punto de ebullición inferior se concentra en los topes de las columnas. Cada columna consta de condensadores para refrigerar los vapores alcohólicos y retornarlos nuevamente en estado líquido como reflujo y de esta forma mantener la calidad del alcohol.

Las columnas hidroselectoras trabajan con una temperatura en las bases entre 90 ºC y 92 ºC y las bases de las columnas demetiladores entre 87ºC – 88ºC.

Las plantas de la destilería son de 65,000 Litros, 35,000 L y 40,000 Litros dando una capacidad total instalada de 140,000 litros por día.

Para el calentamiento de las columnas se utiliza vapor de 10 PSI Y 20 PSI proveniente de la Planta de Azúcar y de las Calderas.

Se reutiliza el agua de enfriamiento a los condensadores

empleando 4 torres de enfriamiento, cada una de ellas utiliza una piscina de 40 m3.

Como insumos químicos en la fermentación se emplea ácido sulfúrico, ácido fosfórico, úrea, bactericida, antibiótico, antiespumante y dispersante, hipoclorito de sodio para la limpieza y sanitización.

En la Destilación se emplea antincrustante y soda cáustica en el vino para evitar las incrustaciones de las sales en las mosteras.

ateria Prima: Caña de Azúcar.

La planta de Caña de Azúcar: Es un gramínea tropical que pertenece a la misma familia del Sorgo y el Maíz. 

Existen distintas variedades, las cuales pueden ser seleccionadas de acuerdo a criterios tales como: contenido de azúcar y fibra, factibilidad de cosecha y características específicas para las condiciones locales. 

La sacarosa en el jugo y la celulosa en la fibra, son los principales constituyentes químicos de la caña de azúcar.

PROCESO DE OBTENCION DEL ALCOHOL ABSOLUTO.

Recepción de la Materia Prima:

Son recepcionados por lo general en Básculas, las cuales son pesados y posteriormente almacenados en lugares determinados para su posterior procesamiento.

Preparación de la Caña de Azúcar para la Molienda:

El proceso de molienda de la Caña de Azúcar se divide en dos partes:

1. El rompimiento de las estructuras duras y las células.

2. La verdadera molienda de la Caña de Azúcar.

La preparación de la Caña de Azúcar se lleva a cabo de varias maneras:

• Mediante cuchillas giratorias que cortan las cañas en trozos, pero no extraen el jugo.• Con desfibradoras, que reducen la caña a tiras sin extraer el jugo.• Por medio de desmenuzadores que quiebran y aplastan la caña y extraen una gran parte del jugo.

Extracción del Jugo:

Despues de la preparación de la caña de azúcar a través de una cinta transportadora, son conducidos a los molinos o trapiches, que consta de unidades múltiples, que utilizan combinaciones de tres cilindros, a través de los cuales pasan sucesivamente la caña exprimida o bagazo. Para ayudar a la extracción del jugo, se aplican baño de agua o jugo diluido con agua sobre la capa de bagazo que sale de cada unidad de molienda. Este proceso es conocido como imbibición, saturación o maceración.

El bagazo final que sale del último molino, contiene el azúcar no extraída y tiene entre 45 a 55 % de agua y es empleado como combustibles en calderas.

Los jugos obtenidos de los molinos contienen partículas finas de bagazos y de tierras, los cuales son eliminados a través de coladores, este jugo es llamado Jugo Mixto.

Purificación del Jugo Mixto:

Clarificación:

El proceso de Clarificación del Jugo consiste en la precipitación por calentamiento de las impurezas, tanto solubles como insolubles, los cuales se separan del jugo clarificado por sedimentación y son filtrados en tambores rotativos de filtración.

Estos sedimentos filtrado se conoce con el nombre de cachaza, que pueden ser empleado en los campos como fertilizantes.

Evaporación:

El jugo clarificado transparente pasa a los calentadores para una evaporación de agua que posteriormente a través de intercambiadores frio/calor, son enfriados para empezar el proceso de fermentación.

Fermentación:

La fermentación consiste en el desdoblamiento de azucares en alcohol, a través de agentes de fermentación que son las levaduras.

El desdoblamiento de azucares en alcohol, se produce con la descomposición de los azucares o sacarosa en sus dos hexosas (fructosa y glucosa), que son azucares más simples, como muestra la reacción.

C12H22O11 + H2O Inversión (Acido) C6H12O6 + C6H12O6.Sacarosa Fructosa Glucosa 

Estas hexosas, por acción de la levadura produce la fermentación para la producción del alcohol etílico, liberando gas carbónico y calor.

C6H12O6 Levadura 2C2H5OH + 2 CO2 + Kcal.Hexosa Etanol Gas Carbónico Calor

En el proceso de fermentación se pueden distinguir 3 etapas:

1. Preliminar o Pre-Fermentación: En este proceso se produce el cultivo de la levadura para una multiplicación de los microorganismos en forma progresiva, y así obtener un máximo rendimiento.

2. Fermentación: A partir de la multiplicación de estos microorganismos y obtener la cantidad necesaria, se procede a la alimentación con el jugo clarificado o mosto, esto es realizado en tanques denominados Dornas de Fermentación, a una temperatura que varia entre 30 a 35°C., hasta completar el proceso de fermentación. El jugo clarificado o mosto fermentado se conoce con el nombre de vino.

3. Centrifugación o Pos-Fermentación: Completado el proceso de fermentación, se procede a la separación del vino de la levadura a través de una centrifugadora para iniciar un nuevo proceso.

Destilación:

La destilación consiste en separar los componentes de una sustancia, de acuerdo a sus diferentes puntos de ebullición.

Durante este proceso, el vino fermentado y separado de la levadura, es conducido a las torres de destilación, que están compuestas por bandejas a través del cual pasa una corriente de vapor que se mezcla con el liquido, que de acuerdo a sus diferentes puntos de ebullición y por condensación se produce una destilación continua obteniendo los distintos tipos de alcoholes, de acuerdo a su concentración o grado alcohólico requerido, quedando como residuo la vinaza.

Los distintos tipos de alcoholes que se obtienen en la destilación de acuerdo a su grado alcohólico se denominan:

• Alcohol de Quemar, que tiene una graduación alcohólica entre 83°- 85° G.L.• Alcohol carburante, que tiene una graduación alcohólica entre 93° - 95° G.L.• Alcohol rectificado, que tiene una graduación alcohólica de 96° G.L.• Alcohol absoluto, que tiene una graduación alcohólica entre 99° - 100° G.L.

Para la obtención del Alcohol Absoluto se emplea el Benceno para extraer totalmente el agua y obtener una pureza total.

La producción de etanol es un ejemplo de cómo la ciencia, la tecnología, la agricultura

y la industria deben trabajar en armonía para transformar un producto agropecuario en

un combustible.

El proceso de producción de etanol ha sido inmensamente refinado y actualizado en

años recientes ganando en eficacia. El proceso de producción varía ligeramente para

cada uno de los tres usos principales del etanol –bebidas, industrial y combustible-,

pero los pasos principales son los mismos.

La mayoría del etanol producido en los Estados Unidos está hecho a partir del grano de

maíz, pero también puede ser producido a partir de otros feedstocks como el sorgo,

trigo, cebada, papa o remolacha. Brasil, el principal productor mundial junto a los

EE.UU. lo produce a partir de caña de azúcar. 

Para la producción de etanol a partir de maíz hay dos métodos primarios: la molienda

seca y la molienda húmeda. La mayoría del etanol producido en los EE.UU. proviene del

proceso de molienda seca.

Ambos procesos incluyen esencialmente los mismos pasos: el preparado del feedstock,

la fermentación de los azúcares simples, el recupero del alcohol y de los subproductos

que van generándose en el proceso, diferenciándose en la preparación del grano para

la molienda y la posterior fermentación.

La elección de uno u otro sistema de producción implica la obtención de un

determinado conjunto de derivados o subproductos. Del proceso de molienda seca

además del etanol se obtienen los granos destilados secos y solubles (DDGS) que son

un alimento de alta calidad para el ganado.

Del proceso de molienda húmeda junto con el etanol se obtiene: aceite de maíz, gluten

feed y gluten meal. Estos últimos también se utilizan como alimento para animales.

Molienda Seca

La molienda seca es un proceso de producción para extraer el almidón contenido en el

maíz ampliamente aceptado en la industria del etanol puesto que comparativamente

con el proceso de molienda húmeda tiene menores requerimientos de capital tanto al

momento de construir como de operar la planta.

Los avances de la tecnología aplicada al proceso de molienda seca han hecho que en la

actualidad la conversión del maíz en etanol sea mucho más eficaz y productiva que en

la primera generación de plantas de molienda seca que operaban en la década del ’80.

Se han reducido en forma considerable los requerimientos de energía, se incorporaron

sofisticados procesos de automatización, las enzimas disminuyeron su costo a su vez

que vieron incrementado su poder de conversión, logrando con ello menores tiempos

de procesamiento, el desarrollo de cedazos moleculares, todos factores que han

contribuido a disminuir los costos y aumentar el volumen de etanol obtenido.

El costo de construir una planta de etanol de molienda seca se redujo en un 25-30%,

mientras el costo de producción casi un 50% en los últimos 20 años. Muchas plantas se

han integrado verticalmente, anexando explotaciones de feedlots, tambos, o en

algunos casos la explotación comercial de peces aprovechando el sistema de reciclaje

de las aguas usadas en la planta.

Los 8 pasos principales en la producción de etanol bajo este proceso son los

siguientes:

Molienda: El proceso de molienda seca comienza con la limpieza del grano de

maíz (puede ser cebada, trigo o sorgo), que una vez limpio pasa a través de los

molinos que lo muelen en un polvo fino –harina de maíz-.

Licuefacción: La harina de maíz se sopla en grandes tanques donde se la mezcla

con agua y las enzimas –amilasa alfa- y pasa a través de las cocinas donde se

licueface el almidón. A la mezcla se le agregan componentes químicos para

mantenerla con un pH de 7. En esta etapa se aplica calor para permitir la

licuefacción, en una primera etapa a alta temperatura (120-150ºC) y luego a

temperatura más baja (95ºC). Estas altas temperaturas reducen los niveles de

bacterias presentes en el puré o mosto.

Sacarificación: El puré de las cocinas luego es refrescado –a una temperatura

levemente debajo del punto de ebullición del agua- y se le agrega una enzima

secundaria –glucoamilasa- para convertir las moléculas del almidón licuado en

azúcares fermentables –dextrosa- mediante el proceso de sacarificación. Las

enzimas funcionan como catalizadores para acelerar los cambios químicos.

Fermentación: El etanol es producto de la fermentación. Al puré se le agrega

levadura para fermentar los azúcares –cada molécula de glucosa produce dos

moléculas de etanol y dos de dióxido de carbono- y con ello obtener el etanol y

el anhídrido carbónico. Usando un proceso continuo, el puré fluirá a través de

varios fermentadores hasta que fermente completamente. En este proceso el

puré permanece cerca de 48 horas antes que comience el proceso de

destilación. En la fermentación, el etanol conserva mucha de la energía que

estaba originalmente en el azúcar, lo cual explica que el etanol sea un

excelente combustible.

Destilación: El puré fermentado, ahora llamado cerveza, contendrá alcohol –

cerca del 15%- y agua –al 85%-, así como todos los sólidos no fermentables del

maíz y de la levadura. El puré entonces será bombeado a un flujo continuo, en

el sistema de la columna de destilación, donde la cerveza se hierve,

separándose el alcohol etílico de los sólidos y del agua. El alcohol dejará la

columna de destilación con una pureza del 90 al 96%, y el puré de residuo,

llamado stillage, será transferido de la base de la columna para su

procesamiento como subproducto.

Deshidratación: El alcohol pasa a través de un sistema que le quita el agua

restante. La mayoría de las plantas utilizan un tamiz molecular para capturar las

partículas de agua que contiene el etanol al momento de salir del sistema de

destilación. El alcohol puro, sin el agua, se lo denomina alcohol anhidro. 

Desnaturalizado: El etanol que será usado como combustible se debe

desnaturalizar con una cantidad pequeña (2-5%) de algún producto, como

nafta, para hacerlo no apto para el consumo humano.

Subproductos: Hay dos subproductos principales del proceso: el anhídrido

carbónico y los granos destilados. El anhídrido carbónico se obtiene en grandes

cantidades durante la fermentación. Muchas plantas lo recogen, lo limpian de

cualquier alcohol residual, lo comprimen y lo venden para ser usado como

gasificante de las bebidas o para congelar carne. Los granos destilados,

húmedos y secos –DDGS-, se obtienen del stillage, el cual se centrífuga para

separar los sólidos suspendidos y disueltos. Un evaporador se utiliza para

concentrar los sólidos suspendidos y disueltos y después se envían a un sistema

de secado para reducir el contenido de agua a aproximadamente un 10/12%.

Los DDGS contienen el núcleo del maíz menos el almidón. Algunas plantas

también elaboran un jarabe que contiene algunos de los sólidos que pueden ser

comercializados juntos o en forma independiente de l os granos destilados.

Molienda Húmeda

La molienda húmeda es un proceso capital intensivo, en el cual las plantas

procesan un gran volumen de granos. En general la capacidad instalada es de

varias centenas de millones de litros de etanol/año, mientras que las plantas

que trabajan bajo el proceso de molienda seca a lo sumo disponen de una

capacidad de producción anual de 230 millones de litros (60 millones de

galones).

La operación de molienda húmeda es más compleja porque el grano se debe

separar en sus componentes, con la ventaja que al lograr una separación más

efectiva de los mismos se obtienen subproductos de mayor valor agregado. En

la molienda húmeda solamente el almidón se fermenta mientras en la molienda

seca se fermenta el puré entero.

La molienda húmeda consiste en empapar el maíz en agua caliente en un

proceso llamado empapamiento, luego se retira el agua y los núcleos

ablandados pasan a los molinos y a los separadores donde se separa el germen,

extrayéndose de éste el aceite de maíz. Las piezas restantes –almidón, gluten y

fibras- se muelen y se pasan a través de separadores donde se retira la fibra, se

separa el almidón y el gluten. Luego se lava y se seca el almidón que puede ser

usado como almidón o ser convertido en dulcificantes –jarabes de maíz,

maicenas o etanol-.

Sintéticamente los pasos del proceso son los siguientes: i. Almacenamiento y

limpieza, ii. Maceración del grano de maíz, iii. Molienda gruesa (obtención del

germen), iv. Molienda fina (obtención del gluten feed), v. Separación del gluten

y almidón (obtención del gluten meal y del almidón), vi. Hidrólisis del almidón.