producción de pectinasas final(1)

PRODUCCIN DE PECTINASAS POR ASPERGILLUS FLAVIPES FP-500

INSTITUTO POLITCNICO NACIONALUNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGIA

SNTESIS Y ANLISIS DE BIOPROCESOS

GRUPO 7BM1

CHAVEZ CRUZ ROBERTO

PRODUCCIN DE PECTINASAS POR Aspergillus flavipes FP-500

PROFESOR:DURN HERNANDEZ DAGOBERTO.

1. INTRODUCCIN1.1 Estructura y funcin de las pectinasLa pectina y las pectinasas

La pared celular de los materiales ctricos est conformada en su mayora por tres polisacridos: celulosa, hemicelulosa y pectina (de Vries & Visser, 2001). La pectina forma parte de la pared celular primaria, y su funcin es estabilizar a las microfibrillas de celulosa, as como a otros polmeros y protenas .(1) Es un heteropolisacrido de estructura compleja formada por una cadena lineal de unidades de cido D-galacturnico unidas entre s por enlaces ,1-4, en la regin del homogalacturonano, misma que en ocasiones puede estar intercaladas con unidades de L-ramnosa, lo que conforma la regin del ramnogalacturonano. Esta regin se caracteriza adems por presentar ramificaciones de carbohidratos de diversos tipos, como arabinosa, galactosa, xilosa, cido ferlico, apiosa y fucosa, entre otros (1) Las pectinasas son un grupo de enzimas de diversos tipos encargadas de degradar a la pectina hasta sus compuestos monomricos elementales. Las actividades enzimticas que actan sobre la cadena principal de la pectina comprenden a las hidrolasas, que actan sobre los enlaces -1,4-glicosdicos. Dado su modo de accin estas pueden ser del tipo endo, si actan de manera aleatoria a lo largo de la cadena principal, o exo, si actan sobre los finales no reductores de los oligogalacturnidos (1)La pectina es uno de los polisacridos ms complejos en la naturaleza. Su degradacin es producto de un conjunto de enzimas llamadas pectinasas. (2)Considerando la complejidad estructural de la pectina y el tamao, resulta difcil su acceso al interior de la clula microbiana. Los microorganismos deben secretar al medio las enzimas necesarias para degradar la pectina y as poder ser metabolizada.(3)La produccin de las pectinasas es un proceso complejo, regulado por diversos factores, de los que destacan la naturaleza y cantidad de la fuente de carbono y el valor del pH del medio de cultivo.Las pectinas es uno de los heteropolisacridos ms complejos de los que conforman a la pared celular de las plantas y especialmente de los materiales ctricos, su funcin es la de estabilizar a las microfibrillas de celulosa, as como a otros polmeros y protenas. Es el componente principal de la lamela media, y se encarga de mantener unidos a los componentes de la misma. Las sustancias pcticas comprenden del 0.5 al 40% del peso seco de la planta. (3)La estructura de la pectina est constituida por dos grandes regiones homogalacturonano (Figura 1) y ramnogalacturonano (figura 2). La regin homogalacturonano es la de estructura ms sencilla. Su cadena lineal est constituida por unidades de cido D-galacturnico, unidas entre s por enlaces alfa 1-4. A lo largo de dicha cadena se encuentran grupos acetilo (en los grupos hidroxilo de los carbonos 2 y 3) o metilo (en el carbono 6), as como algunos iones de sodio, potasio o amonio (2)

Figura 1 Estructura del Homogalacturano

Figura2. Estructura del Rhamnogalacturano

En la regin del ramnogalacturonano, las unidades de cido galacturnico se intercalan con las de L-ramnosa, mediante enlaces beta 1-2 y beta 1-4. Esta regin se caracteriza por ramificaciones de azcar de diversos tipos, que van desde largas cadenas de arabinanos y galactanos, hasta ramificaciones ms pequeas, conformadas por xilosa, cido ferlico, apiosa y fructosa, entre otros. (4)La complejidad estructural de la pectina puede limitar el rendimiento de diversos procesos industriales que emplean como materia prima este elemento. Por otro lado, en la naturaleza este tipo de materia prima es los sustratos de los microorganismos saprfitos, debido a la capacidad de estos para producir pectinasas.(4)

1.2 Microorganismos que producen pectinasas

Las enzimas pectinolticas son producidas por una extensa variedad de organismos, tales como nemtodos, protozoarios, levaduras, bacterias y hongos. De los anteriores destacan con potencial industrial los hongos filamentosos, debido a su fcil cultivo, y su alta produccin de enzimas extracelulares. La diversidad de las enzimas producidas por estos microorganismos, as como su elevada actividad, provienen de su diversidad metablica inherente, que se refleja en su habilidad para crecer sobre diversos sustratos bajo una gran variedad de condiciones. Los gneros ms utilizados para la produccin de las diversas polipectinasas de inters industrial son Trichoderma, Penicillium y Aspergillus, al ser clasificados generalmente como seguros para la salud humana (GRAS, por sus siglas en ingles). (3)

1.3 Las caractersticas de gnero Aspergillus

Los microorganismos del genero Aspergillus (Figura 3) son hongos filamentosos que crecen en materia orgnica bajo condiciones aerobias. Se encuentran en suelo, compostas y en materiales de plantas en descomposicin. Se caracterizan por tener una estructura mrfica conformada por un conidiosporo, el cual tiene un tallo y una cabeza conidial de ms de 700 m de dimetro, que surge desde la delgada pared micelial, llamada clula pie. Los hongos del genero Aspergillus crecen en un rango de temperaturas de 6-47 C, con una temperatura optima entre 35-37 C y un intervalo de valores de pH de entre 1.4 y 9.8. Tiene la capacidad para crecer en diversas fuentes de carbono. (2)

Figura3. Aspergillus1.4 Aspergillus flavipes FP-500

El grupo de los Aspergillus flavipes (Figura 4)est conformado por una sola especie. Aunque no representan una de las especies de Aspergillus ms estudiadas se ha demostrado que producen enzimas degradadoras de polisacridos como las -galactosidasas y pectinasas. (2)

Figura 4. Aspergillus flavipes

1.5 Procesos Fermentativos

Los procesos fermentativos pueden dividirse en: Fermentaciones lquidas sumergidas (Figura 5)(FS)Contenido de agua del medio 90-95 % Fermentaciones en sustrato slido (Figura 6) (FSS)El medio son partculas hmedas con ausencia o casi ausencia de agua libre. El sustrato no est ni disuelto ni en suspensin en un gran volumen de agua.Hay dos formas bsicas de cultivos slidos. Cultivos en sustratos naturales (granos, residuos agroindustriales). Cultivos con soportes inertes impregnados con medio nutritivo (perlita, bagazo, poliuretano).

Figura 6. Reactores empleados en fermentaciones lquidas sumergidasFigura 5. Tipos de reactores empleados en fermentaciones en sustrato slido.

.

Tabla 1 Comparacin de FSS vs Fermentacin sumergida1.6 Justificacin Actualmente el mercado en Mxico para la pectinasa, es muy amplio ya que su principal uso es la aplicacin para clarificar bebidas y Mxico se ha convertido en el mayor consumidor de refrescos en el mundo, rebasando a los Estados Unidos con un consumo mayor a los 163 litros por persona al ao. Mxico supera ya en 40% a los Estados Unidos en el consumo de refrescos por persona.

1.7 MercadoEn la actualidad existen muchas empresas dedicadas a la elaboracin de aditivos y algunas especializadas en produccin de pectinisas por diferentes mtodos. A continuacin se muestran las ms importantes distribuidoras y elaboradoras en Mxico.

2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo GeneralAnlisis, diseo y optimizacin de la produccin de pectiansas mediante Aspergillus flavipes FP-500.2.2 Objetivos Particulares

Determinacin de las bases de diseo para la produccin de pectiansas.

Modela miento y optimizacin de la cintica de fermentacin para la sntesis del producto.

3. INGENIERA BSICA3.1 Bases del Diseoa) Sistema de Fermentacin

FERMENTACIN SUMERGIDAEl cultivo sumergido tambin llamado fermentacin liquida es el que se refiere a un sistema en el cual los sustratos estn disueltos o suspendidos en un medio acuoso y son agitados para conservar la homogeneidad del sistema (figura 7).

Figura 7. Fermentacin sumergida

b) Composicin del Medio.Aspergillus flavipes FP-500 se hizo crecer en medio basal que contena en g/L: como fuente de carbono pectina; K2HPO4; KH2PO4; (NH4)2SO4. El pH del medio de cultivo se mantuvo constante durante toda la fermentacin y se trabaj a pH 5 (se ajusto con ayuda de soluciones de NaOH o H2SO4 a 2M).El medio se esteriliz a 121C y 1.5 psi durante 20 min.

c) Volumen de trabajo del fermentador

Se propuso que el volumen de operacin del fermentador de produccin ser de 50m3= 50,000 L.d) Productividad del fermentador

En la simulacin del proceso de produccin en el fermentador se obtuvo la siguiente productividad: Cultivo por lote 6.843 U/L *h Cultivo por lote alimentado11.08 U/L*he) Factor de Servicio

De acuerdo a la Ley Federal del Trabajo (ltima reforma publicada DOF 17-01-2006), en el artculo 74, son das de descanso obligatorio:

El 1o. de enero El primer lunes de febrero en conmemoracin del 5 de febrero El tercer lunes de marzo en conmemoracin del 21 de marzo El 1o. de mayo El 16 de septiembre El tercer lunes de noviembre en conmemoracin del 20 de noviembre El 1o. de diciembre de cada seis aos, cuando corresponda a la transmisin del Poder Ejecutivo Federal El 25 de diciembre

Otros das:

24 de diciembre 31 de diciembre 1 de Enero 3 das de arranque

El artculo 78 dice que los trabajadores debern disfrutar en forma continua seis das de vacaciones. Sin embargo, la planta no dejara de laborar esos das pues las vacaciones sern asignadas en periodos diferentes para cada trabajador.

Los trabajadores gozaran de un da a la semana de descanso, la ley marca de preferencia un domingo, aunque puede ser cualquier otro da, no obstante la planta tampoco dejara de funcionar ya que se manejaran turnos diferentes para los trabajadores. No se considerarn das no laborales para mantenimiento ya que este se realizara peridicamente. En base a esto el factor de servicio es: Los das de trabajo:

Ao de trabajo dura 350 dasSi se trabaja 3 turnos de 24 horas Por lo tanto: Se trabaja 8400 h /ao

f) Rendimiento de transformacin

Si sabemos que:1U es la cantidad de enzima que cataliza la transformacin de 1mol de cido Galacturnico (Condiciones dadas)

Entonces:

Por lo tanto:11080 mol de AG= 0.01108 moles de AG

Peso molecular AG 194 g/mol C6H10O7

0.01108 moles (

/ L*h de AG

g) Capacidad Instalada

C. I (capacidad instalada) = (C. I = ( de AG

3.2 Biosntesis del producto

a) Cintica de fermentacin

La fermentacin de Aspergillus flavipes sobre pectina como fuente de carbono para la produccin de pectinasas en un cultivo en lote presenta los valores mostrados en la tabla 2 de biomasa, sustrato y producto.Tabla 2. Datos de sustrato, biomasa y producto respecto al tiempot (h)x (g/L)s (g/L)p (kU/L)

00.1100

50.159.60.1

100.29.50.5

150.259.32.1

200.58.55.5

2516.613

3023.924.5

352.71.933

403.10.638

453.20.239

503.250.139.5

Tabla 3. Constantes cinticas de la produccin de pectinasConstanteValor

0.11h-1

Ks0.49g/L

ms0.01gsust/gcel h

Yg0.40gcel/gsust

N1

10 U/gcel

0 U/gcel h

Modelamiento.

Ecuaciones de apoyo

Se modelo la cintica de fermentacin experimental utilizando el software matemtico matcad y mathematica, utilizando las constantes cinticas previamente calculadas. El siguiente grfico muestra la correlacin entre los datos experimentales y el modelo calculado.Figura8. Relacin entre los datos experimentales y el modelo calculado. Lnea continua: modelo calculado y Lnea punteada: datos experimentales.

Simulacin y optimizacinCultivo por loteSe realiz una simulacin del modelo anterior en un cultivo por lote, cambiando las variables de operacin biomasa y sustrato inicial (x0 y s0 respectivamente), entre un rango de valores de 0.1 a 1 g/L, para la biomasa y de 10 a 50g/L para la pectina, los valores de esta ltima estuvieron limitados por la solubilidad de la pectina en agua. (50g/L a 25C)La funcin objetivo para optimizar el cultivo por lote fue la productividad, as los valores de x0 y s0 con los cuales se alcanza la mxima productividad son:x0=1 g/Ls0=50 g/LCon los valores anteriores se alcanza una productividad de 6.843kU/L h, la cual es significativamente mayor que la alcanzada en el cultivo sin optimizar que fue de 1.018 kU/L h. Adems el tiempo del cultivo disminuyo de 37.5 horas en el cultivo sin optimizar a 28 horas en el cultivo optimizado. En la ilustracin 7 se muestra el grfico obtenido del cultivo por lote optimizado, en el que se marca el trmino del cultivo y la productividad a lo largo del mismo.

Figura9. Cultivo por lote que muestra el trmino de ste a las 28 horas despus de iniciado el cultivo.

Cultivo por lote alimentadoUna vez que se optimiz el cultivo por lote, se procedi a la simulacin y optimizacin de un cultivo por lote alimentado. Los valores de biomasa, sustrato, producto y productividad al trmino del cultivo por lote, y por lo tanto al inicio del cultivo por lote alimentado son: Biomasa =20.161 g/L Sustrato= 0.266 g/L Producto=191.611 U/L Productividad=6.843 U/L hEl grfico obtenido del cultivo por lote alimentado, con una SF=50g/L y una F=1m3/h se muestra en la Figura 10.

Figura 10. Cultivo por lote alimentado sin optimizar.Como se puede observar el producto y por lo tanto la productividad disminuyen, esto se debe a la baja concentracin del sustrato alimentado, 50g/L, que como explicamos antes est limitado por la solubilidad de la pectina. Al realizar la simulacin variando SF nos damos cuenta que a un valor de SF de 200g/L la productividad aumenta significativamente. Por lo tanto se hace necesario aumentar la solubilidad de la pectina hasta mnimo 200g/L para que el uso de un cultivo alimentado sea factible de realizar. Una forma de aumentar la solubilidad de la pectina, que podramos utilizar, es mezclando la pectina con sacarosa previo a la solubilizacin.El comportamiento del cultivo cuando SF=200g/L y F=1 m3/h se muestra en la Figura 10.Figura10. Cultivo por lote alimentado con una SF=200g/L y F=1m3/h.Se optimiz el flujo de alimentacin del cultivo por lote alimentado con base en la misma funcin objetivo que en el cultivo por lote, es decir maximizando la productividad, el flujo optimizado es de 1.6m3/h, con el cual los valores de biomasa, sustrato, producto y productividad al trmino del cultivo son: Biomasa = 47.879 g/L Sustrato= 2.191 g/L Producto= 473.8 kU/L Productividad=11.08 kU/L h

3.3 Recuperacin y purificacin del producto

Proceso de recuperaciona) Precipitacion con etanol

b) Extraccin con gel Sephadex G-100

Rendimiento en la recuperacin y produccinTabla 4. Purificacin y recuperacin en tres diferentes procesos de separacin. FraccinProtena Total (mg)Actividad Total(U)Actividad especfica(U/mg)Purificacin(veces)Recuperacin(%)

Filtrado523.038187.301.0100

Precipitacin con etanol67.8220532.534.4557.77

Sephadex G-100(12%)6.3918145.8417.2448.12

FIchas tcnicas de quipos.Tanque de preparacin del medio.

3.2 Tabla 5 Ficha tcnica Tanque preparacin del medio.

3.3Tanque semillaTabla 6 Especificaciones tanque semilla.

3.3Intercambiador de calor.Tabla 7 Especificaciones serpentines intercambiadores de calor.

3.3 Cmara de secado.Tabla 8 Especificaciones secadores.



69

4 DTI(anexo 1)5 Dimensionamiento de tanques.

5.1 Dimensionamiento del tanque de preparacin de medio de cultivo (T-110)Tanque T-110 (tanque de preparacin del medio de cultivo) Volumen de operacin =

Tabla 9 Dimensionamiento tanque preparacin de medio.ConceptoformulaResultado

Volumen de operacin

Volumen total

Dimetro del tanque

Volumen tapa torisferica

Altura tapa

Volumen del cilindro

Altura del lquido

Altura del cilindro

Altura total

5.2 Tabla 10 Dimensionamiento de T-200 (tanque semilla)conceptoformulaResultado

Volumen de operacin5 m3

Volumen total

6.66 m3

Dimetro del tanque

1.492m

Volumen tapa

Altura tapa

0.373m


6.083m3

Altura del lquido

2.984m

Volumen del lquido vaco

1.369m3

Altura del lquido vaco

0.786m

5.2.1 Tabla 11 y 12 Sistema de Agitacin para de T-200 (Tanque semilla)Impulsor tipo Turbina Rushton de 6 paletas rectas estndar, con las siguientes relaciones geomtricas estndar:Dt/DiHL/DiLi/DiWi/DiHi/DiWb/DtNp Re104

330.250.2010.16

ConceptoRelacinResultado

Dimetro interno (Di)

Ancho de las paletas (Li)

Altura de la paleta (Wi)

Figura 11. Dimensiones del tanque semilla (T-200)

5.3 Tabla 13 Dimensionamiento del tanque de birreactor (T-210)conceptoformulaResultado

Volumen de operacin50m3

Volumen total

Dimetro del tanque

Volumen tapa

Altura tapa


Altura del lquido

Volumen del lquido vaco

Altura del lquido vaco

5.3.1 Tabla 14 Sistema de Agitacin para tanque de birreactor (T-210)Impulsor tipo Turbina Rushton de 6 paletas rectas estndar, con las siguientes relaciones geomtricas estndar:Dt/DiHL/DiLi/DiWi/DiHi/DiWb/DtNp Re104

330.250.2010.16

ConceptoRelacinResultado

Dimetro interno (Di)

Ancho de las paletas (Li)

Altura de la paleta (Wi)

Ancho del Bafle (Wb)

5.3.1.1 Calculo del espesor de las paredes de la tapa y del cilindroCasco cilndrico (costura longitudinal)Datos

Espesor de la tapa torisferica Se considera una relacin

5.3.1.1.1 Motor de agitacinDatos

Considerando que el motor funcione al 80% se estima una potencia de 22 HP con reductores de velocidad

Figura 12. Dimensiones del birreactor (T-210)

5.4 Tabla 14 Dimensionamiento del tanque de balance del primer proceso de membrana (T-300)conceptoformulaResultado

Volumen de operacin50m3

Volumen total

Dimetro del tanque


Altura tapa


Altura del lquido

Altura del cilindro

Altura total

5.5 Tabla 15 Dimensionamiento del tanque de balance del segundo proceso de membranas (T-330)conceptoformulaResultado

Volumen de operacin

Volumen total

Dimetro del tanque


Altura tapa


Altura del lquido

Altura del cilindro

Altura total

5.6 Tabla 16 Dimensionamiento del tanque de balance del tercer proceso de membranas (T-360)conceptoformulaResultado

Volumen de operacin

Volumen total

Dimetro del tanque


Altura tapa


Altura del lquido

Altura del cilindro

Altura total

5.7 Tabla 17 Dimensionamiento del tanque de filtrado (T-382)conceptoFormulaResultado

Volumen de operacin

Volumen total

Dimetro del tanque


Altura tapa


Altura del lquido

Altura del cilindro

Altura total

Sistema de agitacin.Proponiendo valores de volumen de aire por volumen del lquido por minuto (vvm): 0.25 a 2 vvm

Para vvm= 0.25Flujo de aire (): = =Presin hidrosttica (: = = Presin total (: = = Rendimiento de biomasa por calor que se tiene en la fermentacin (: = = Rendimiento de biomasa por oxgeno (: = = Eficiencia (: = = Presin parcial de oxgeno de salida del sistema ( : = = Presin de oxgeno en el difusor a la entrada (: = Media logartmica de la presin parcial de oxgeno en el difusor (: = = Concentracin de la fase lquida (en equilibrio) (C*):

= = Coeficiente de transferencia de oxgeno ( : = = Potencia gaseada (KLa equipo = KLa requerido

=

= = = Potencia terica (Declaracin de una nueva variable para N: = Factor de correccin de la potencia (: 1.- Valores de HL, Di y Dt: = = = = = Potencia real (otra variable): = Potencia gaseada (michell y miller) (Pg): Sustituimos B:

Despejamos N:

Potencia del compresor (bhp): 1.-Calculo de =2.-exponente politrpico y adiabtico (N,K). = = 1.373

Sustituimos:

=Potencia total:

Obteniendo as un valor de potencia total de 23.233 HP a 0.25 vvmDe esta misma manera se calcula los calores de 0.25 a 1vvm para seleccionar un valor de potencia mnima real para optimizar el sistema de agitacin, entonces se elije para trabajar el vvm=0.5 para optimizar el sistema de agitacin utilizando las condiciones de esa fila

Tabla 18 Tabla de potencias de sistemas de agitacin

)

0.25125000.1090.2810.3570.01295.613154.02420.10362.0903.13123.233

0.5250000.0550.2980.3670.01292.774308.0485.65943.8876.26111.920

0.75375000.0360.3040.3700.01291.878462.0732.76136.1009.39212.153

1500000.0270.3060.3710.01291.438616.0971.67031.49112.52314.193

Balances de materia y energaMemoria de clculo Etapa de preparacin del medio para Tanque Semilla

Fig 13 T-110 Tanque de preparacin de medio

Tabla 19 Entrada y salida al tanque de preparacin de medio para el tanque semilla

Entradas

CorrienteConceptoCantidadUnidadesClculo

2Pectina 250Kg

3K2HPO428.17Kg

4KH2PO455.39Kg

5(NH4)2SO4206.78kg

1Agua de proceso3959.66kg

4500kg-250kg-28.17kg-55.39kg-206.78kg

3959.66 kg

Salidas

6Medio de Cultivo de Tanque semilla4500kg

250kg+28.17kg+55.39kg+206.78kg+3959.66kg

4500kg

Fig. 14. T-110 Tanque de preparacin de medio(Etapa de preparacin del medio para Biorreactor)

Tabla 20 Entradas y salidas al tanque de preparacin de medio para el biorreactorEntradas


10Pectina 10000Kg

11K2HPO41126.65Kg

12KH2PO42215.71Kg

13(NH4)2SO48271.30kg

9Agua de proceso23386.34kg

45000kg-10000kg-1126.65kg-2215.71kg-8271.30kg

23386.34 kg

78Vapor a la entrada del serpentin43.04Kg/minIgual que en biorreactor de produccin

Salidas

14Medio de Cultivo del Biorreactor45000kg

10000kg+1126.65kg+2215.71kg+8271.30kg+23386.34 kg

45000kgAl ser tanque alimentado se considera que la primera descarga de este medio ser de 20000kg y en una segunda descarga, que es con lo que se alimentara el tanque durante el cultivo alimentado ,ser de25000kg

Solo se tomaran 20000kg en la primera descarga debido a que los 5000kg para alcanzar el Vop del reactor correspondern a la cantidad de inoculo-.

79Vapor a la salida del serpentn43.04Kg/minIgual que en biorreactor de produccin

Fig.15 T-200 Tanque semilla

Tabla 21 Entradas y salidas al tanque semilla.

Entradas


6Medio de cultivo4500L---

8Inoculo500LVop=5000LVinoculo=(0.1)(Vop)Vinoculo=500L

80Aire5000L/min

90Agua de enfriamiento345.10g/s

110Vapor para esterilizacin del medio de cultivo0.041Kg/min

Salidas

16Inoculo de biorreactor de produccin5000L

111Retorno de condensado0.041Kg/min

91Retorno de agua de enfriamiento345.10g/s

Fig. 16 T-210 Biorreactor de produccin

Tabla 22 Entradas y salidas al biorreactor.

Entradas


16Inoculo5000L---

14Medio de cultivo45500LVmedio= Vop- VinoculoVmedio= 50000L- 5000L

Vmedio=45000L

81Aire25000L/min

92Agua de enfriamiento4701.23g/s

110Vapor para esterilizacin del medio de cultivo43.04Kg/min

Salidas

17Caldo agotado 50000L

111Retorno de condensado43.04Kg/min

91Retorno de agua de enfriamiento4701.23g/s

Fig. 17 -300 Tanque de balance y UF-320 Membrana UF 10kDa

Tabla 23. Entradas y salidas tanque balance y Uf-320 Membrana UF 10kDaEntradas


22

Volumen de operacin (Vo)50m3Volumen que proviene del biorreactor

tiempo

50000kg-2393.5kg-4432kg-48.5kgkg

Volumen de operacin=kg+48.5kg+4432kg+2393.5kgVolumen de operacin=50000L

Salidas

20Volumen de concentracin (Vc)21.76 m3Volumen de Concentracin

kg

Volumen de filtrado durante la concentracin

Diafiltracin

20Volumen durante diafiltracin (Vf)

108.71m3

Volumen durante la diafiltracin con el fin de obtener el 99% de pureza

Fig. 18 T-330 Tanque de balance UF 10kDa y MF-350 Membrana micro filtracin 450nm

Tabla 24. Entradas y salidas de tanque de balance y membrana MF- 350Entradas


25Volumen de operacin (Vo)21.76m3Volumen que proviene del anterior tanque de balance

110

21760kg- -kg

Salidas

27Volumen de concentracin (Vc)15.957m3Volumen de Concentracin

kg

Volumen de filtrado durante la concentracin

Fig. 20 T-360 Tanque de balance microfiltracion 450nm y UF-380 Membrana ultrafiktracion 50kDa

Tabla 25. Entradas y salidas de tanque de balance micro filtracin.Entradas


31

Volumen de operacin (Vo)5.803m3Volumen que proviene del tanque de balance anterior

Salidas

33Volumen de concentracin (Vc)0.35 m3Volumen de Concentracin

Volumen de filtrado durante la concentracin -

Diafiltracin

33Volumen durante diafiltracin (Vf)

108.71m3

Volumen durante la diafiltracin con el fin de obtener el 99% de pureza

Diagrama de tubera e instrumentacin de procesoEl diagrama se localiza en el Anexo 2 del presente trabajo.Lista de tuberas

No. LneaTipo de FluidoFlujo [m3/s]Velocidad Recomendada del Fluido[m/s]Distancia de tuberia[m]D-int[mm]D-ext[mm]EspesorPresin de diseo[psi]TempMaterialNomenclaturaTamao nominal ()

[mm][C]

1Agua de proceso1.85x10-2323.8990.1101.65.7414.725Acero al carbnCS3 1/2"

2Pectina|N/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/A

3K3HPO4N/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/A

4KH3PO4N/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/A

5(NH4)2SO4N/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/A

6Medio de cultivo0.0252-5.512128.2141.36.5514.725Acero inoxidable 316SS25

8Inculo6.94x10-4135.142.23.5614.725Acero inoxidable 316SS31


10Pectina|N/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/A

11K3HPO4N/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/A

12KH3PO4N/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/A

13(NH4)2SO4N/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/AN/A

14Medio de cultivo0.0252-5.512128.2141.36.5514.725Acero inoxidable 316SS25

16Inculo6.94x10-4135.142.23.5614.725Acero inoxidable 3161

17ACaldo agotado5.55x10-231.5154.06168.287.1114.725Acero Inoxidable 316SS26

(Succin de la bomba)

17BCaldo agotado5.55x10-24.510.54128.2141.36.5514.725Acero Inoxidable 316SS25

(Descarga de la bomba)

18caldo purificado UF0.887684102381406.412.714.725Acero Inoxidable 316SS216


20caldo de filtrado, desecho1.09E-052.29068173726.633.43.3814.725Acero Inoxidable 316SS31




24caldo de filtrado, desecho1.09E-052.290681737526.633.43.3814.725Acero Inoxidable 316SS21

25caldo concentrado a la MF0.00127682610.33030744326.633.43.3814.725Acero Inoxidable 316SS23/8

26caldo purificado MF1.273633102428.7457.214.2714.725Acero Inoxidable 316SS218




30caldo filtrado a la UF (mod3)1.40E-062112.517.12.3114.725Acero Inoxidable 316SS23/8



33caldo purificado UF0.231569102207.7219.18.1814.725Acero Inoxidable 316SS28


35caldo purificado al secador de disco9.34E-062.5112.517.12.3114.725Acero Inoxidable 316SS23/8




39Disposicin de desechos1.85x10-236.190.1101.65.7414.725Acero al carbnCS3 1/2"

37bcaldo purificado al secador de disco9.34E-062.512.517.12.3114.725Acero Inoxidable 316SS23/8

40Producto lquido3.88E-042.413.421.33.7314.725Acero inoxidable 316SS2

41Aire seco2043 kg aire/h73.788.97.6210020Acero inoxidable 316SS23

42Aire Hmedo2635 kg vapor/h73.788.97.6210020Acero inoxidable 316SS23

43Producto en polvoNANANANANANANANANANANA

44H2SO41.5x10-6313.19.213.72.2414.725Acero inoxidable 316SS2

45Filtrado final (succin y descarga)3.89x10-40.635.142.23.561

2.415.821.32.7701-feb

46NaOH1.5x10-6313.69.213.72.2414.725Acero Inoxidable 316SS2

80Suministro de aireSERVICIO AUXILIARAIRE14.725Acero al carbncs

81Suministro de aireSERVICIO AUXILIAR14.725Acero al carbncs

90Agua de enfriamientoSERVICIO AUXILIAR14.725Acero al carbncs

91Retorno agua de enfriamientoSERVICIO AUXILIAR14.725Acero al carbncs









110Suministro de agua de vaporSERVICIO AUXILIAR14.725Acero al carbncs

111Retorno de condensadoSERVICIO AUXILIAR14.725Acero al carbncs

112Suministro de agua de vaporSERVICIO AUXILIARVAPOR14.725Acero al carbncs

113Retorno de condensadoSERVICIO AUXILIAR14.725Acero al carbncs








127Solucin de limpieza modulo 1 UF0.00343710920.926.72.8714.7253/4"



130Solucin de limpieza modulo 2 MF0.00343710920.926.72.8714.725Acero al carbnCS3/4"



133Solucin de limpieza modulo 3 UF0.00343710920.926.72.8714.725Acero al carbnCS3/4"








0. Diagramas isomtricos y de elevacin de los equipos

Los diagramas isomtricos y de elevacin de cada equipo se encuentran en el anexo 2 del presente documento.

Hojas de especificacin del equipo de proceso

TANQUE DE PREPARACIN DE MEDIO T-110 HOJA DE ESPECIFICACIN

ServicioPREPARACIN DE MEDIO PARA EL T-200 Y T-210

Alimentacin al tanque (Composicin)AGUA DE PROCESO, MATERIA PRIMA DE FORMULACIN.

Slidos (Tipo y concentracin)K3HPO4,PECTINA (50g/L), KH3PO4,(NH4)2SO4

Parmetros de operacin

PresinATMTemperatura 20-25 C

Nivel85%Capacidad52.65 m3

Flujo de aireN/aKlaN/a

Parametros de diseo

Presin120 psiTemperatura 20-25 C

Nivel85%Capacidad52.65 m3

Flujo de airen/aKlaN/a

U (cal/s cm2 K)n/A

Diseo mecnico

ImpulsoresTipoRushtonNo3Velocidad de agitacin (rpm)75

Peso de tanque21kg/m^25-10 tonMaterial de construccinAcero inoxidable 316lEspesor de pared0.24 cm cal 12

TapasTipotoriesfericasPresin mxima120 psiEspesor de pared0.24 cm cal 12

Tipo de soporteBarras Chaqueta (SI/NO)noTipo de chaquetan/a

Dimensionamiento

1250 cmObservaciones

2142 cm

3802 cm

4304.12 cm

551.39 cm

6556.8 cm

7n/a

BOMBA P-120 HOJA DE ESPECIFICACIN

ServicioEnvo de medio de cultivo a tanques

TipoLocalizacin

Condiciones de operacin

FluidoMedio de cultivo

GPM DiseoGPM normal

NPSH disponibleNPSH requerido

Presin de descargaPresin de succin

Cada de presinViscosidad

Diseo

Dimetro del ejeTipo de soporte

Tipo de impulsorTamao succin

Tamao descargaPotencia de diseo

Material de construccinCarcasaAcero inoxidable

ImpulsorAcero inoxidable

RendimientoMotorPotencia (hp)6.11

Observaciones

TANQUE SEMILLA T-200 HOJA DE ESPECIFICACIN

ServicioFoto

Alimentacin al tanque (Composicin)

Slidos (Tipo y concentracin)

Parametros de operacin

PresinTemperatura

NivelCapacidad

Flujo de aireKla

Parametros de diseo

PresinTemperatura

NivelCapacidad

Flujo de aireKla

U (cal/s cm2 K)

Diseo mecnico

ImpulsoresTipoNoVelocidad de agitacin (rpm)

Peso de tanqueMaterial de construccinEspesor de pared

TapasTipoPresin mximaEspesor de pared

Tipo de soporteChaqueta (SI/NO)Tipo de chaqueta

Dimensionamiento

1Observaciones

2

3

4

5

6

7

BIORREACTOR T-210 HOJA DE ESPECIFICACIN

ServicioFermentacin

Alimentacin al tanque (Composicin)Medio de cultivo e Inoculo

Slidos (Tipo y concentracin)Clulas en susupensin


Presin2.878 atmTemperatura 35C

Nivel3.41mCapacidad50,000L

Flujo de aire1.25vvmKla15h-1

Parmetros de diseo

Presin2.878Temperatura 35

Nivel3.41Capacidad67,000L

Flujo de aire1.25vvmKla111h-1

U (cal/s cm2 K)3.77x10-4

Diseo mecnico

ImpulsoresTipoRushtonNo3Velocidad de agitacin (rpm)50

Peso de tanque25 tonMaterial de construccinAcero inoxidable 316Espesor de pared1.44 cm

TapasTipoSemielipticasPresin mxima3 atmEspesor de pared1.44 cm

Tipo de soporte5 patasChaqueta (SI/NO)SITipo de chaquetaConvencional

Dimensionamiento

12 m Observaciones

21.19m

38.41m

43.21m

50.8m

66.42m

7

BOMBA P-220 HOJA DE ESPECIFICACION

ServicioEnvo de caldo de T-210 a T-300Foto

TipoCentrifugaLocalizacionP-220


FluidoCaldo de fermentacion

GPM220

NPSH disponible20.16mNPSH requerido2.13

Cada de presion12.51mPresin de succin

Viscosidad1.2x10-3 Pa s

Diseo

Tipo de impulsorde flujo radialTamao succion4''

Tamao descarga3''Potencia de diseo3.59

Horizontal/VerticalHorizontal

Material de construccionCarcasaAcero inoxidable

ImpulsorAcero inoxidable

Rendimeinto0.7MotorPotencia (hp)3.59

Observaciones

TANQUE T-300 HOJA DE ESPECIFICACIN

ServicioTanque de balance para membrana de ultrafiltracin

Alimentacin al tanque (Composicin)Biomasa, producto e impurezas.

Slidos (Tipo y concentracin)Biomasa: 19 g/L producto: 6.69 impurezas: 9.7 g/L


Presin1 atm Temperatura 25C

Nivel576 cmCapacidad50 m^3

Flujo de aireno aplicaKlano aplica

Parmetros de diseo


Nivel576 cmCapacidad58.5 m^3


U (cal/s cm2 K)

Diseo mecnico

ImpulsoresTipoHliceNo.1Velocidad de agitacin (rpm)

Peso de tanqueMaterial de construccinacero inoxidable 304Espesor de pared0.41 cm

TapasTipoToriesfericaPresin mximano aplicaEspesor de pared0.41 cm

Tipo de soporteno aplicaChaqueta (SI/NO)noTipo de chaquetano aplica

Dimensionamiento

1Observaciones

2147 cm

3830 cm

4314 cm

553 cm

6576 cm

7no aplica

MEMBRANA ULTRAFILTRACIN UF-320 HOJA DE ESPECIFICACIN

ServicioPurificacin de productoFoto

Corte de peso molecular10 kDa


Flujo0.887 m^3/sCada de presin5 psi

Tiempo16 horasTipo de flujo (laminar/turbulento)turbulento

Modo de operacin (lote/continuo)lote

Configuracin de modulo

rea 117 m^2Configuracintubular

Numero de cartuchos23Dimetro de fibra0.0125 cm

Numero de fibras37

Conexin de alimentacionTamao (in)1Conexin permeadoTamao (in)4

Material

MembranaPVDFCarcasaAcero inox.

Limpieza

Limpieza Insitu (SI/NO)SIEsterilizable (SI/NO)NO


ServicioTanque de balance para membrana de microfiltracin


Slidos (Tipo y concentracin)Biomasa: 312.4 g/L producto: 6.69 impurezas: 0.097 g/L



Nivel273 cmCapacidad3.5 m^3


Parmetros de diseo




U (cal/s cm2 K)

Diseo mecnico





Dimensionamiento

1Observaciones

260 cm

3331 cm

4129 cm

521 cm

6237 cm

7no aplica


ServicioBomba utilizada en tanque T-330 y MF-350

TipoDesplazamiento positivoLocalizacin


FluidoBiomasa y protenas no enzimticas

GPM Diseo3.14E-02GPM normal



Cada de presin13Viscosidad0.0283 kg/ms

Diseo

Dimetro del eje266mmTipo de soporte


Tamao descargaPotencia de diseo1208

Material de construccinCarcasa

Impulsor

Rendimiento0.7MotorPotencia (hp)1208


ServicioTanque de balance para membrana de ultrafiltracin


Slidos (Tipo y concentracin)Biomasa: 23.69 g/L producto: 6.69 impurezas: 0.02 g/L





Parmetros de diseo




U (cal/s cm2 K)

Diseo mecnico





Dimensionamiento

1Observaciones

296 cm

3473 cm

4206 cm

534 cm

6377 cm

7no aplica


ServicioBomba utilizada en T-360 y UF-380Foto

TipoDesplazamiento positivoLocalizacion


Fluidofiltrado (protenas) y concentrado (enzima de inters)

GPM Diseo3.14E-02GPM normal



Cada de presin13Viscosidad0.0283 kg/ms

Diseo

Dimetro del eje266mmTipo de soporte




Impulsor


MEMBRANA ULTRAFILTRACIN UF-380 HOJA DE ESPECIFICACIN

ServicioPurificacin de producto

Corte de peso molecular50 kDa


Flujo0.231 m^3/s Cada de presin5 psi

Tiempo16 h.Tipo de flujo (laminar/turbulento)turbulento

Modo de operacin (lote/continuo)Lote

Configuracin de modulo

rea 33.11 m^2Configuracintubular

Numero de cartuchos7Dimetro de fibra0.0125 cm

Numero de fibras37

Conexin de aireTamao (in)1Conexin permeadoTamao (in)4

Material

MembranaPVDFCarcasaAcero inox.

Limpieza

Limpieza Insitu (SI/NO)SIEsterilizable (SI/NO)NO


Servicio

Alimentacin al tanque (Composicin)

Slidos (Tipo y concentracin)



NivelCapacidad

Flujo de aireKla

Parmetros de diseo

PresinTemperatura

NivelCapacidad


U (cal/s cm2 K)

Diseo mecnico





Dimensionamiento

1Observaciones

2

3

4

5

6

7


TipoDesplazamiento positivoLocalizacin


Fluido

GPM DiseoGPM normal



Cada de presinViscosidad

Diseo

Dimetro del ejeTipo de soporte




Impulsor


SECADOR POR ASPERSIN SA-386 HOJA DE ESPECIFICACIN

ServicioSecadoFoto

TipoAcabado del producto

Localizacion


EntradaFlujo1400 Kg/h

Temperatura del aire de entrada160 C

Contenido de humedad0.6 Kg agua/ Kg totales

SalidaFlujo558 Kg/h

Temperatura del polvo atomizado60 C

Contenido de humedad0.071 Kg agua/ Kg slidos secos

Tiempo de secado0.248 s

Tipo de atomizadorBoquillas (15)Separador de aceite NO

Tipo de flujo Contracorriente

Potencia total instalada57 KWConsumo trmico especifico700-850 Kcal/H2O

Presin mxima soportada30 bar

Dimensiones

Recamara292 cm

H cilindro487 cm

H cono778 cm

a cono60

D cono111 cm

Hojas de especificacin de instrumentos y vlvulas de procesoHojas de especificacin de instrumentacin. DE PRESIN.MARCA. tipo de instrumento: Presin (PE)sensor de presin

ESPECIFICACIONES

Modelo S65 - serie

Tipo Sensor ptico

Dimetro externo65 mm

Resolucin 5000 pixeles

Voltaje 12--24 v

Longitud del cable 1m

Costo.US $ 1000

MARCA. tipo de instrumento: Transmisor de Presin (TE)

ESPECIFICACIONES

Modelo SA-11

Precisin 0,25 a 0,5 %

Rango de presin0,0.25 a 25 bar

Costo.US $300

Conexin Clamp conexin DIN 11 864 Varivent NEUMO BioConnect

MARCA. tipo de instrumento: indicador de presin (PI)

ESPECIFICACIONES

Modelo 1000

Precisin +- 2%

Rango de presin0 a 7bar

Costo.US $350

Condiciones de OperacinToperacin: -40 C a 93C

Conexin2-1/2 "y 4-1/2" tamaos-posterior o lateral conectado

MARCA. tipo de instrumento: alarma de presin (PA)Presostato

ESPECIFICACIONES

Modelo FSG 30-50

Voltaje 32-115 volts

Grado de circuitoA600

Grado de proteccin IP 20

Potencia HP

Accionado Por diafragma

Fluido de control Agua

Presin mxima por ciclo5.75 bar

Frecuencia mxima de operacin 600 ciclos op. / hora

Temperatura de funcionamiento + 45C

Tipo de salida 2 NC 4 terminales

Conexin elctricaBloque terminal: glndula cable.

Conexin hidralica gas hembra

DE NIVEL.

MARCA. tipo de instrumento: transmisor de Nivel (LT)

ESPECIFICACIONES

Modelo RMG

Precisin +- 2.5%

Rango de presin0 a 200 bar

Costo.US $200

Condiciones e Operacin.para temperaturas entre -80---200C, densidad mayor 400 kg/m3

Conexin Rosca, bridada DIN,ANSI

MARCA. tipo de instrumento: indicador de Nivel (LI)

ESPECIFICACIONES

Modelo KHN

Precisin +- 2.5%


Costo.US $235

Condiciones e Operacin.rango de caudal: 1000-10000 L/h

Conexin G 1G3 hembra

MARCA. tipo de instrumento: alarma de nivel (LA)

ESPECIFICACIONES

Modelo 104

Temperatura de proceso 105 C

Presin de proceso 100 bar

Suministro 120-240 V para CA 24 V para CC

Exactitud 0.50% de escala mxima

Material Acero inoxidable 316 , sellos de tefln o delrin.

Accin Directo/inverso con puente para seleccin de autoproteccin.

Salida Contactos de rel 10A A 250 V CA

Costo US $300

MARCA. tipo de instrumento: registrador de nivel (LR)

ESPECIFICACIONES

Modelo MTM/N10

Dimetro de sonda 10 mm (sumergida en el fluido)

Medicin Miden 2 s programable en 2 horas

caractersticasMemorizan hasta 500 000 medidas

Costo US $300

MARCA. tipo de instrumento: transductor de nivel (LY)

ESPECIFICACIONES

Modelo LPC

Precisin 0.1%


Costo.US $1000

Condiciones e Operacin.rango de caudal: 1000-10000 L/h

Conexin conexin roscada conexin sanitaria (Conexin Tri Clamp)

DE TEMPERATURA.

MARCA. WEST MXICO. Sensores de temperaturTipo de instrumento: Elemento primario de medicin de temperatura (TE)

ESPECIFICACIONES

Modelo TCO termopar con ojillo tipo zapata y cable de extensin

Tipo J,K con ojillo

Temperatura 300C

Costo.

Orificio 1/8, 3/16, u otras

Extensin Tefln o fibra de vidrio

MARCA. VAISALAtipo de instrumento: Registrador de Temperatura (TR)

ESPECIFICACIONES

Modelo VL 1016/1416 Veriteq

Dimensiones 3,4 x 2,1 x 1 pulgadas (85 x 59 x 26 mm);60 g (2,7 oz)

Precisin 0.1%

Rango de Funcionamiento A travs de sondas desde -95 C a +70 C (-139 F a 158 F)

Costo.

Frecuencia de muestreoDesde una cada 10 segundos hasta una vez por da

DE FLUJO

MARCA. BOOCCAtipo de instrumento: Medidor de Flujo (FE)

ESPECIFICACIONES

ModeloBF70-1-2 Medidor de flujo del lquido por ultrasonido

Compatibilidad de tamao de flujo15-2000 mm

Velocidad de flujo 0.01-12 m/s

Medio aplicableAgua, aceite, lquidos homogneos

Presin 0.75

Seal de salidaCorriente 4-20 mA.

Temperatura de operacin 20-60C

Material del sensor de flujoAcero inoxidable y cermica

Potencia de trabajo220 VAC

MARCA. BOOCCAtipo de instrumento: Medidor de Flujo (FE)

ESPECIFICACIONES

ModeloBF70-2-2 Medidor de flujo ultrasnico de gas

Compatibilidad de tamao de flujo15-2000 mm

Velocidad de flujo 0.03-60 m/s

Medio aplicableGas limpio, gas sucio, gas mezclado

Presin 0.75

Seal de salidaCorriente 4-20 mA.

Temperatura de operacin 20-60C

Material del sensor de flujoAcero inoxidable y cermica

Potencia de trabajo220 VAC

MARCA. BARTONtipo de instrumento: Registrador de Flujo (FR)

ESPECIFICACIONES

Materiales de construccin Manejador de grfica con reloj mecnico o elctrico con varias velocidades de rotacin. Plumillas tipo desechables. Ventana de cristal o ciegos. Mecanismo de registro de acero inoxidable para larga vida til.

Capacidad de registro Hasta 3 variables ya sea de un mismo tipo o combinado (F+P+T)

Rango de Presin desde 30 in Hg hasta 30,000 psig

Hojas de especificacin de vlvulas.

MARCA. Vlvula de mariposa

ESPECIFICACIONES

Tipo Regulacin

Modelo KT

SerieSerie universal PN-10/16 DN-40 A DN-500 mm

Material Acero inoxidable AISI-304/316

Costo.US $3500

Condiciones e Operacin.Temperatura: -40C +200 C.

Uso Adaptar caractersticas caudal-presin a las condiciones de servicio

Conexin Montaje entre bridas DIN 2632

MARCA. Vlvula de diafragma sanitario del acero inoxidable con te

ESPECIFICACIONES

Tipo Estndar

Modelo G-FRPP-001

Operacin Manual

Temperatura Temperatura media

Presin Presin media

Material Acero inoxidable

Tamao DN25-150&1 " - 6 " aplicados al sistema de tubera de acero inoxidable

Costo $ 1000

Conexin afiance con abrazadera, suelde con autgena

MARCA. Vlvulas automticas de mariposa para lquidos y gases

ESPECIFICACIONES

Material Hierro ductil recubierto

Actuadores Elctricos y neumticos

Costo US $100

MARCA. Vlvulas de compuerta

ESPECIFICACIONES

Material Acero inoxidable

Caractersticas Vstago fijo Bonete atornillado

Costo US $200

MARCA.

Tuberas acero al carbn.

ESPECIFICACIONES

UsoServicios

Norma DIN 2448/1620.84

Cedula40

CalidadST-37/ TU E220 A.

Dimetro nominal3

Dimetro interno90.1 mm

Dimetro externo 101.6 mm

Espesor5.74

Condiciones tcnicas de suministroDe acuerdo a DIN 1629

Hojas de especificacin de tuberas.

MARCA.

Tuberas. cero inoxidable

ESPECIFICACIONES

Cedula40

MaterialAcero inoxidable 316

Metros lineales6.10

UsoTransporte de los fluidos del proceso proceso:

Caldo purificado, caldo filtrado, durante proceso microfiltracin y ultrafiltracin

Dimetro nominal de tuberas durante el proceso16, 1, 18, 3/8, 8

Forma de suministro Los tubos se suministran recocidos y decapados en longitudes estndar de 6 m

Hojas de especificacin de accesorios.

Proveedor

AccesorioModeloUsoCaractersticas

Codo 90 ANSI

Schedule 10Tubera de lnea 34, 38Material: acero inoxidable 316DN = 8D(mm) =219,10T = 8,18 mmA=R = 304,08 mmPeso= 21,52 kg/u

TES ANSI

Schedule 10Tubera de lnea 33, 37Material: acero inoxidable 316DN = 8D(mm) =219,10T = 3,76 mmM=177,80 mmC= 177,80 mmPeso= 8,50 kg/u

Curva 90

HHTubera de lnea 19, 23Material: acero inoxidable 316Dimetro= 15A= 17 mmB= 47 mmC= 28 mm

Te

IgualTubera de lnea 18, 22Material: acero inoxidable 316Dimetro= 15A= 17 mmB= 71 mmC= 32mm

Curva 90

HHTubera de lnea 27, 31Material: acero inoxidable 316Dimetro= 18A= 19 mmB= 53 mmC= 32 mm

Te

IgualTubera de lnea 26, 29Material: acero inoxidable 316Dimetro= 18A= 19 mmB= 71 m mC= 33

Unin Hembra

Conexin a alarma de presin, e indicador de nivelDimetro= A=17 mmB=46 mmC=10 mm

Bridas

DIN 2632-PN10Conexin de las vlvulas mariposaCon dimetro nominal=15Con dimetro nominal= 20

Tes

Socket WeldTubera de lnea 21, 28, 36Material: acero inoxidable 316Tamao 3A= 86mm B=110mmD= 89,8 E=29

Codos

Socket WeldTubera de lnea 30, 32, 35, 36Material: acero inoxidable 316Tamao= 3/8A= 28,5 mmB= 33,5 mm

5.1. Distribucin de planta

6. Estudio de prefactibilidad econmica6.1. Monto de la inversin del Bioproceso

a) Costo del equipo de proceso

Tabla. 1 Lista del equipo con su costo, considerando que un dlar de los E. E. U. U. equivale a 14.08 pesos mexicanos.CantidadClaveEquipoDescripcinProveedorCosto (dlares)Costo(pesos)

1T-110Tanque de preparacin del medioTanque de acero inoxidable con capacidad de operacin de 25 m3TYTZA$ 8 521.90$120 000. 00

1P-120BombaDesplazamiento positivoMatche$1580.00$ 22 248.565

1T-200Tanque de semillaBiorreactor de acero inoxidable para una capacidad de operacin de 5 m3Matche$112 200.00$1 579 929.72

1T-210Tanque BiorreactorBiorreactor de acero inoxidable para una capacidad de operacin de 50 m3Matche$380 100.00$ 5 352 328.76


1T-300Tanque de balanceTanque de acero inoxidable con capacidad de operacin de 50 m3TYTZA

$1 420.32$ 20 000.00



1UF-320Membrana de ultrafiltracinMembranas tubulares de ultrafiltracin de tamao de poro de 10kDa $ 9 636.85$ 135700.00

1T-330Tanque de balance UF 10kDaTanque de acero inoxidable con capacidad de operacin de 22 m3TYTZA$7 101.58$100 000.00


1MF-350Membrana de microfiltracinMembranas tubulares de microfiltracin de tamao de poro de 450 nm$ 9 267.56$ 130 500.00

1T-360Tanque de balance MF 450nmTanque de acero inoxidable con capacidad de operacin de 6 m3TYTZA$1 420.32$20 000.00


1UF-380Membrana ultrafiltracin 50 kDaMembranas tubulares de microfiltracin de tamao de poro de 450 nmTYTZA $ 9 636.85$ 135700.00

1T-382Tanque de filtrado (UF 50kDa)Tanque de acero inoxidable con capacidad de operacin de 5.45 m3TYTZA

$1 420.32$20 000.00


1F-385FiltroMarca KaishanDimetro del poro: 0.45 micrones.Matche$ 400$ 5 632.55

1SA-386Secador por aspersinCmara de secado por aspersin, incluido con el cicln separador, dimensiones Alto. 4.26 m. Largo: 3.0 m Ancho: 2.7 mMatche$17 284.54$ 243,390

1CS-388Cicln separador

Costo Total del equipo:$567,890.24$7,995,894.58

b) Estimacin de la inversin fija por el mtodo de factores desglosados

El mtodo de factores desglosados se basa en el costo de los equipos ms importantes (equipos del proceso). Esta estimacin puede tener una aproximacin de 30%.ConceptoSlidos y lquidosCosto (pesos)

1. Costo Total de equipo de proceso1.07,995,849.58

Transporte, seguro, impuestos y derechos aduanales.

a) Equipo local0.05399792.47

b) Equipo extranjero0.300

2. Gastos de instalacin.0.302398754.87

3. Tuberas0.302398754.87

4. Instrumentacin0.151199377.44

5. Aislamiento0.05399792.479

6. Instalaciones elctricas0.151199377.44

7. Edificios.0.302398754.87

8. Terreno0.10799584.958

9. Servicios auxiliares0.302398754.87

10. Costos fsicos de la planta3.0023987548.70

11. Ingeniera, supervisin y construccin.0.655197302.23

12. Imprevistos0.604797509.75

Inversin fija.4.2533,982,360.70

Por lo tanto la inversin fija del proyecto, a utilizar es: $ 33,982,360.70 pesos; obtenido por el mtodo de factores desglosados.

6.2. Costos de operacina) Cuadro del Programa de operacin

ao012345

% operacin00.60.80.911

Produccin de Pectinasa(ton)0558.432744.576837.648930.72930.72

b) Cuadro de los Costos totales de operacin

Costos directosLos costos directos de operacin son los que estn involucrados en la elaboracin y venta del producto, por lo que varan con el volumen de produccin. Estos costos se calculan a continuacin. PectinaComo la pectina es un componente del medio de cultivo, calculamos primero la cantidad de medio de cultivo por lote de produccin, como sigue

La concentracin de pectina en el medio de tanque semilla y biorreactor en lote es de 10g/L, la concentracin en el medio alimentado es de 200g/L, por lo que

Para determinar el nmero de lotes producidos por ao, analizamos el tiempo total del bioproceso, del estudio tcnico sabemos:Fermentacin en tanque semilla: 27h Fermentacin en biorreactor: 42.7h Membrana 10kDa: 20h Membrana 450nm: 20h Membrana 50kDa: 20h Secado:15hTiempo total: 144.7h 6das Sin embargo durante el proceso downstream es posible realizar la limpieza de tanques y biorreactor, esterilizacin de medio y fermentacin con el fin de mantener una operacin contina. Consideramos que mientras se realizan las separaciones de membrana y el secado final, se realizan tambin las siguientes operaciones Limpieza simultanea del tanque de preparacin del medio, tanque semilla y biorreactor: 3 horas. Esterilizacin del medio de cultivo en tanque semilla: 1.86h (36.2min de calentamiento, 10min de mantenimiento, 65.8min de enfriamiento) Fermentacin en el tanque semilla: 27h Esterilizacin del medio de cultivo en el biorreactor: 4.6h (94.27min de calentamiento, 10min de mantenimiento, 171.53min de enfriamiento) Fermentacin en el biorreactor: 42.7hEl tiempo total de las operaciones anteriores es de 74.56 horas mientras que el tiempo total de las operaciones downstream es de 75 horas, por lo tanto el tiempo que duran stas es suficiente para realizar una nueva fermentacin. As los lotes por ao son

Obtenemos el costo de la pectina para uso industrial, el cual es de (Proveedor: Huaibei Foreign Trade Develop Corp.)

Finalmente, el costo anual en pectina es

K2HPO4La concentracin de K2HPO4 en el medio de cultivo es de 2g/L, por lo tanto el consumo por lote es de

El costo del fosfato monobsico de potasio es de (Proveedor: International Keli Creative Co., Ltd.) El costo por kilo es de

El costo anual es de

KH2PO4La concentracin, costo y proveedor para el KH2PO4 es igual que para el K2HPO4, por lo tanto el costo anual en KH2PO4 es de

(NH4)2SO4La concentracin de (NH4)2SO4 en el medio de cultivo es de 5g/L, por lo tanto el consumo por lote es de

El costo del sulfato de amonio es de (Proveedor: International Keli Creative Co., Ltd.) el costo por kilo es de

El costo anual es de

El costo en materias primas se resume en la tabla 4.Tabla 4. Costo anual de materia primaMateria primaCosto anual

Pectina$55,539,540

K2HPO4$225,666.00

KH2PO4$225,666.00

(NH4)2SO4$94,027.50

Total$56,084,900

Costos indirectosConceptoPrecio por mesPrecio por ao

Telefono/internet*$3,000$36,000

Vigilancia$20,000$240,000

Papelera$6,000$72,000

Equipo de seguridad**$1,500(50)$75000

Material de limpieza$4,000$48,000

Personal de Limpieza$16,000$192,000

Agua de servicios$8,000$96,000

Electricidad$150,000$1,800,000

Total$208,500$2,559,000

Costos de mano de obra

CargoCantidadTurnoPlantillaSalario mensual por personaSalario mensual plantillaMonto anual platilla

Almacenista339$6,500.00$58500$702000

Ayudante de almacenista236$4,500.00$27000$324000

Ayudante general339$3,500.00$31500$378000

Jefe de bioprocesos224$22,500.00$90000$1080000

Jefe de producto224$24,000.00$96000$1152000

Tcnico de bioprocesos339$12,456.00$112104$1345248

Operadores de producto terminado339$7,000.00$63000$756000

Supervisores bioprocesos224$13,000.00$52000$624000

Supervisores de producto terminado224$15,000.00$60000$720000

Secretaria de planta111$5,000.00$5000$60000

Gerente de planta111$62,000.00$62000$744000

COSTO ANUAL DE MANO DE OBRA$7,885,248

6.3. Rentabilidad del procesoa) Cuadro de Ingresos por ventasCuadro de Ingreso por ventas

Ao 1Ao 2Ao 3Ao 4Ao 5

Toneladas de Pectinasas558.432744.576837.648930.72930.72

Precio Por KG$150$150$150$150$150

Ingreso Neto$83,764,800$111,686,400$125,647,200$139,608,000$139,608,000

b) Cuadro de Estado de resultados

Resultados Pro-forma

ConceptoAo 1Ao 2Ao 3Ao 4Ao 5

Condiciones60 % de la capacidad80 % de la capacidad90 % de la capacidad, 100 % de la capacidad. 100 % de la capacidad.

Ingreso por ventas$83,764,800$111,686,400$125,647,200$139,608,000$139,608,000

Costo de produccin49,703,678.0055,312,16860,920,65866,529,148.0066,529,148.00

Utilidad marginal$34,061,122.00$56,374,232.00$64,726,542.00$73,078,852.00$73,078,852.00

Costos de financiamiento$7,420,212.39$7,420,212.39$7,420,212.39$7,420,212.39$7,420,212.39

Utilidad Bruta$26,640,909.61$48,954,019.61$57,306,329.61$65,658,639.61$65,658,639.61

Impuestos(ISR 30%)0$14,686,205.88$17,191,898.88$19,697,591.88$19,697,591.88

Utilidad neta$26,640,909.61$34,267,813.73$40,114,430.73$45,961,047.73$45,961,047.73

Flujo Neto de Efectivo$201,590,722.00$265,060,826.12$298,829,043.12$332,597,260.12$332,597,260.12

c) Cuadro de Capital de trabajo

ActivosCantidad (Ao 1)Cantidad (Ao 2)Cantidad (Ao 3)Cantidad (Ao 4)Cantidad (Ao 5)

Efectivo en caja$83,764,800$111,686,400$125,647,200$139,608,000$139,608,000

Bancos$7,420,212.39$7,420,212.39$7,420,212.39$7,420,212.39$7,420,212.39

Total$91,185,012.39$119,106,612.39$133,067,412.39$147,028,212.39$147,028,212.39

PasivosCantidad (Ao 1)Cantidad (Ao 2)Cantidad (Ao 3)Cantidad (Ao 4)Cantidad (Ao 5)

Deudas$7,420,212.39$7,420,212.39$7,420,212.39$7,420,212.39$7,204,089.70

Proveedores49,703,678.0049,703,678.0049,703,678.0049,703,678.0049,703,678.00

Total$57,123,890.39$57,123,890.39$57,123,890.39$57,123,890.39$56,907,767.70

Capital de trabajo$34,061,122.00$61,982,722.00$75,943,522.00$89,904,322.00$90,120,444.69

Esto quiere decir que nuestro capital que disponemos para trabajar es del $34,061,122

d) Determinacin de la Tasa Interna de Retorno y de la TMAR

Si el banco da +- 3% anual y tomamos un 15% para el premio al riesgo entonces:

Nuestra TMAR ser de:

Prestamoao 0-83,686,038.70

Flujo Netoao1$26,640,909.61

Flujo Netoao 2$34,267,813.73

Flujo Netoao 3$40,114,430.73

Flujo Netoao 4$45,961,047.73

Flujo Netoao 5$45,961,047.73

TIR32%

Como puede observarse la TIR es mayor a TMAR, por lo que se puede concluir que nuestra empresa es rentable.

6.4. Anlisis de sensibilidad

a) Con respecto al mtodo de amortizacin del crdito

Tabla 3. Amortizacin del Crdito Bancario (miles de pesos)

DATOS FUNDAMENTALES DE LA DEUDA

CONCEPTOImport. PrestadoTasa de intersUnidad de tiempoPlazoPeriodoscuota

VALOR $ 33,982,400.00 3.00000%ao15 aos5

CUADRO DE AMORTIZACION

Ut transcurridasSaldo al inicioSaldo al finalAmortizacinIntersCuota

1 $ 33,982,400.00 $ 35,001,872.00 $ 6,400,740.39 $ 1,019,472.00 $ 7,420,212.39

2 $ 27,581,659.61 $ 28,409,109.40 $ 6,592,762.60 $ 827,449.79 $ 7,420,212.39

3 $ 20,988,897.01 $ 21,618,563.92 $ 6,790,545.48 $ 629,666.91 $ 7,420,212.39

4 $ 14,198,351.54 $ 14,624,302.08 $ 6,994,261.84 $ 425,950.55 $ 7,420,212.39

5 $ 7,204,089.70 $ 7,420,212.39 $ 7,204,089.70 $ 216,122.69 $ 7,420,212.39

$ 33,982,400.00 $ 3,118,661.94 $ 37,101,061.94

Inters Proporcional Total Sobre Capital TOTAL INTERESES SOBRE CAPITAL0.0917728579.18%0.091772857

Conclusiones

b) Con respecto al porcentaje de financiamiento de la inversin fijac) Precio mximo de las materias primas principales y precio mnimo del producto que sigan haciendo rentable el proyecto.d) Capacidad instalada mnima que siga haciendo rentable el proyectoPRODUCCIN DE PECTINASAS POR ASPERGILLUS FLAVIPES FP-500

110

123

ANEXO 2 Diagrama de tubera e instrumentacin

CDIGOSDEFINICINPSVVlvula de seguridad de presin; pH; T para temperatura; O para oxgeno disuelto; P para presin; F para flujoLEElemento primario de nivel; pH; T para temperatura; O para oxgeno disuelto; P para presin; F para flujoLTTransmisor de nivel; pH; T para temperatura; O para oxgeno disuelto; P para presin; F para flujoLICControlador indicador de nivel; pH; T para temperatura; O para oxgeno disuelto; P para presin; F para flujoLY Rele de nivel; pH; T para temperatura; O para oxgeno disuelto; P para presin; F para flujoLCVVlvula reguladora de nivel; pH; T para temperatura; O para oxgeno disuelto; P para presin; F para flujoLIIndicador de nivel; pH; T para temperatura; O para oxgeno disuelto; P para presin; F para flujoLRC Controlador registrador de nivel; pH; T para temperatura; O para oxgeno disuelto; P para presin; F para flujoLAAlarma de nivel; pH; T para temperatura; O para oxgeno disuelto; P para presin; F para flujoLAHLAlarma alta-baja de nivel; pH; T para temperatura; O para oxgeno disuelto; P para presin; F para flujoLAHAlarma de alta de nivel; pH; T para temperatura; O para oxgeno disuelto; P para presin; F para flujoLALAlarma de baja de nivel; pH; T para temperatura; O para oxgeno disuelto; P para presin; F para flujo

ANEXO 3 Esquemas isomtricos, diagramas de elevacin y vistas de los equipos de proceso

ETAPA DE FERMENTACIN Tanque de preparacin de medioT-110 Agitador del tanque de preparacinAG-112 Bomba P-120 Tanque semillaT-200 Agitador del tanque semillaAG-201 Tanque de biorreactorT-210 Agitador del Tanque biorreactorAG-211 Bomba P-220

ETAPA DE RECUPERACIN DEL PRODUCTO Y PURIFICACIN Tanque de balance T-300 Agitador AG-301 BombaP-310 Modulo de ultrafiltracin 10 kDa UF-320 Tanque de balanceT-330 Agitador AG-332 Bomba P-340 Modulo de Microfiltracin 450 nm MF-350 Tanque de balanceT-360 Agitador AG-361 Bomba P-370 Modulo de ultrafiltracin 50 kDa UF-380

ETAPA DE ACABADO Y ENVASE Tanque de balanceT-382 Agitador AG-383 Bomba P-390 Calentador de aire CA-395 Secador por aspersin SA-386 Cicln separadorCS-388

6 Bibliografa.

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producción de pectinasas final(1)

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