Filtración:

En diversas etapas del proceso se necesitará una unidad que consiga separar rápida y eficientemente una corriente compuesta por un líquido y un sólido, para ello, entre los distintos tipos de filtros, se ha escogido los de vacío debido, principalmente, a su gran capacidad, pequeño tamaño, posibilidad de trabajo en continuo y bajo coste de operación.

Dentro de los filtros a vacío se usarán principalmente los de tambor rotatorio, que consisten en un cilindro horizontal perforado recubierto por una tela filtrante, interiormente el cilindro está dividido en una serie de celdas interconectadas por una válvula y está sumergido parcialmente en una cuba con la suspensión a filtrar.

Aplicando vacío a las celdas sumergidas se forma una torta más o menos gruesa dependiendo de la velocidad de rotación del tambor, posteriormente, la torta se retira por uno de los múltiples métodos que existen, el más común es una simple rasqueta, pero existen métodos más complicados según sean las características de la torta formada.

A la hora de diseñar una unidad de filtrado rotatorio a vacío existen numerosas variables a tener en cuenta: porcentaje de tambor sumergido, velocidad de giro del mismo, sistema de suspensión del líquido a filtrar en la cuba, tipo de separación tela-torta…por ello, a la hora de adquirir un equipo de filtración a vacío, la empresa suministradora ofrece su experiencia en la elección del equipo más apropiado para cada función. Como aproximación y guía se usará el simulador Super Pro Designer para obtener un área filtrante con las condiciones de alimentación y tiempo que se requieren.

Filtración #1:

La primera filtración a realizar se hace necesaria antes de que las melazas entren en la columna de intercambio iónico. Las melazas, provenientes de la industria azucarera, vienen con gran cantidad de sólidos no disueltos de amplia distribución de tamaño y características, los cuales han de ser separados antes de entrar en operaciones posteriores.

Para la eliminación de estas impurezas se dispondrá de un filtro rotatorio de vacío que retirará aproximadamente un 10% del peso de la melaza a filtrar en forma de torta. Introducidas las variables y corrientes del proceso, el simulador Super Pro Designer da un área filtrante necesaria de 22,71 m2 (244,45 ft2), los filtros estándar de área similar usados

para este tipo de menesteres tienen un área de 250 ft2 con descarga de torta por cuerdas, por lo que se usará uno con estas características.

Filtración #2:

Tras acabar el ciclo fermentativo, y antes de la lechada de cal, se debe separar el micelio (microorganismo muerto) del medio post-fermentativo, es importante separarlo en su totalidad y lo más limpiamente posible ya que se trata de un subproducto de la planta comercializable. Para el cumplimiento de esta tarea hay dos principales alternativas, la primera es una centrifugación usando centrifugas similares a las que se usan para separar levaduras (yeast centrifuge) aunque existe el problema de que, en este caso, el microorganismo es de mayor tamaño. La segunda alternativa, que es la seleccionada, es un filtro rotatorio de vacío con precapa.

El uso de una precapa es debido a que la torta formada por el micelio no es suficientemente porosa, incorporando una ayuda filtrante se incrementa la porosidad de la torta y aumenta el caudal de filtrado.

Como ayuda de filtración se usará diatomeas aunque existen otros productos comerciales de mejor resultado. La descarga de estos filtros será con rasqueta, además pueden trabajar prácticamente en continuo ya que aunque haya que reponer la precapa cada cierto tiempo, existen sistemas de cuchilla automatizados que separan con precisión la torta de la precapa, lo que disminuye en gran medida los costes y el tiempo de reposición.

Debido a la enorme cantidad de datos experimentales necesarios para el diseño de este equipo, por analogía se escoge un filtro rotatorio al vacío con precapa usado por otras plantas productoras de ácido cítrico: un filtro de tambor rotatorio al vacío de 55 m2 de área

filtrante que tratará un mínimo de 11 m3 a la hora para un tiempo máximo de operación de 6 horas. Para estas mismas condiciones de operación y suponiendo una resistividad de la torta de 0,4, el simulador Super Pro Designer da un área de filtro de 46 m2, por lo que se optará por la primera aproximación.

Según la bibliografía consultada, para las condiciones de operación que se han impuesto, tras las 144 horas de fermentación se producirá una concentración de biomasa de 20 gramos por litro pesada en seco, por lo que tras esta filtración se habrá retirado 1.120 kg de biomasa por cada fermentador y un total de 11,20 t de biomasa por ciclo, una producción que, como ya se comenta en otro apartado, puede producir un beneficio

económico.

Filtración #3:

En esta etapa se separa el citrato cálcico producido por la lechada del resto del licor. Para ello se usará un filtro de tambor rotatorio a vacío que separará el citrato precipitado en forma de torta, quedando como residuo el resto del licor compuesto principalmente por

agua, nutrientes, deshechos de la fermentación, ácido cítrico e hidróxido cálcico sin reaccionar.

En esta unidad se ha de tener en cuenta que la filtración se va a realizar a una temperatura del licor cercana a la de su ebullición para así disminuir todo lo posible la viscosidad del licor y que éste no quede adherido a la torta. Como en el caso anterior. Se necesita un buen lavado de torta para que quede lo más limpia posible de licor ya que éste ya solo contiene impurezas.

Para un tiempo de operación de 12 horas y una porosidad de torta de 0,4 el simulador da un resultado de 48 m2 de área de filtrado necesaria. En la industria del ácido cítrico, para plantas de gran producción, se usan dos unidades en serie de filtro rotatorio de 55 m2 de superficie con descarga por cuerdas (string discharge). Aquí se usará un solo filtro

de 55 m2 con un tiempo de operación de 12 horas.

Planta industrial de producción de ácido cítrico a partir de melazas de remolacha. Memoria descriptiva

Filtración #4:

Tras la descomposición del citrato cálcico con ácido sulfúrico, el ácido cítrico quedará libre en disolución, pero se formará una gran cantidad de sulfato cálcico (yeso) que ha de separarse del producto. Para este fin se podría utilizar también un filtro de tambor, pero se formará mucha cantidad de yeso (más de 3ton / fermentador) y todo debe ser lavado adecuadamente para separar el ácido cítrico que quede adherido, por ello, en lugar de usar un filtro de tambor, en esta etapa se usará un filtro de banda horizontal de vacío, ya que estos filtros, además de tener la misma eficacia que los de tambor, tienen un lavado mucho más efectivo al poder tratar más cantidad de torta en el mismo tiempo, además de capacidad para configurar el tipo de lavado necesario para cada situación así como incorporar un sistema de secado de torta por camisa de vapor.

El inconveniente de este tipo de filtro es el gran tamaño que ocupa al tener de 2 a 3 metros de ancho y de 10 a 30 metros de largo, además de ser más lento que los de tambor.

Se seleccionará pues un filtro de banda de vacío con un sistema de lavado en contracorriente en dos etapas (el más efectivo) y de secado de torta por camisa de vapor con capacidad suficiente para tratar todo el volumen del tanque de disolución con ácido sulfúrico en no más de 6 horas. La fase líquida obtenida contiene agua, ácido cítrico y yeso en muy baja proporción además de iones disueltos de sulfato y calcio. La torta separada contendrá una ínfima proporción de producto.