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PRODUCCIÓN DE ETANOL EN GUATEMALA

RODOLFO ESPINOSA SMITH Coordinador, Programa de Investigación

Industrial

HONDURAS

EL SALVADOR

MEXICO

Puerto Quetzal

La distancia promedio del 81% de los ingenios a Puerto Quetzal es de 65 Km.

• Suchitepéquez •Retalhuleu •Escuintla •Santa Rosa

BALANCE PRELIMINAR DEL PROCESO DE LA CAÑA DE AZUCAR Y DEERIVADOS

Proceso de Fabrica

Caña de azúcar 130 TONS (117

TONS/Ha)

Caña disponible para moler 100 TONS

Agua 75 % Fibra 11.5 % Sacarosa 11.8 % Glucosa 0.375% Fructosa 0.375% Sales 0.625% Ácidos Org. 0.187% Proteína 0.068% Almidón 0.007% Gomas 0.05% Ceras/Grasas 0.012% Otros 0.5%

Puntas y hojas 30 TONS

Agua de proceso 30 TONS

Aire de combustión

Azúcar Crudo 10.8 TONS

Excedente de electricidad 1500

kWH

Excedente de bagazo (50%

humedad) 4 TONS

Cachaza (80% humedad) 3 TONS

Gases de combustión 120 TONS

Ceniza de los hornos 0.3 TONS

Melaza (85O Brix) 2.8 TONS

TONS % Agua 0.58 21 Sacarosa 0.92 33 Glucosa 0.20 7 Fructosa 0.25 9 Otros reductores 0.08 3 Otros carbohidratos 0.11 4 Ceniza 0.34 12 Compuestos nitrogenados 0.13 4.5 Ácidos no nitrogenados 0.14 5 Ceras / esteroles 0.01 0.4 Otros ------- 1

PRINCIPALES INDICADORES

1984/85 - 2011/12

Quintales

(En millones)

Sacos

(En millones)TM (Lbs/TC) (Kg/TM)

1984-85 84 5,570 66.3 53,093 11.95 11.00 549,831 197 99

1994-95 150 12,917 86.1 73,852 28.11 25.87 1,293,259 200 100

1999-00 180 14,339 79.7 116,747 35.98 33.10 1,655,235 231 115

2004-05 197 17,820 90.5 120,713 44.29 40.74 2,037,130 229 114

2006-07 210 19,813 94.3 130,912 47.17 43.40 2,169,886 219 110

2007-08 216 19,957 92.4 135,593 46.07 42.39 2,119,357 212 106

2008-09 230 20,157 87.6 143,602 48.20 44.35 2,217,345 220 109

2009-10 235 22,530 95.9 144,149 50.89 46.82 2,340,852 208 103

2010-11 235 19,219 81.7 144,149 44.53 40.96 2,048,152 213 107

2011-12 250 23,854 95.4 151,673 54.33 49.98 2,499,200 210 105

CAÑA MOLIDA

(Miles de TM)

Capacidad (TM)

de Molienda

diaria de la

Industria

Rendimiento Azúcar PRODUCCION DE AZUCAR

ZAFRA

AREA

COSECHADA

(Miles Ha)

RENDIMIENTO

Caña (TM/Ha)

1 TC = 20.00 qq 1 Lb = 0. 46 Kg 1 TM = 21.7391 qq 1 TC = 2,000 Lbs 1 TC = 0.907 TM 1 TC = 920 Kg

] ] ]

10 años

5 años

5 años

27 años

* Fuente Cengicaña, Inspección de Ingenios

COMERCIO INTERNACIONAL DEL AZUCAR LOS DIEZ PAISES LIDERES EN EXPORTACION

ZAFRA 2010-2011

10 1

5

4

América Latina

y el Caribe

70%

Resto del Mundo

30% Exportación Mundial

Total Neta

44,977 TMVC

(miles de TMVC)

Diez países Lideres 91%

Otros Exportadores 9%

1. Brasil 3. Australia 5. India 7. Cuba 9. Suazilandia

2.Tailandia 4. Guatemala 6. México 8. Colombia 10. Mauricio

2

8

6 7

9 3

FUENTE : International Sugar Organization – ISO -, WORLD SUGAR BALANCE, NOVEMBER 2,011.

Producción Mundial

165,183 TMVC

(Miles de TMVC)

Consumo Mundial

163,989 TMVC

(Miles de TMVC)

En América Latina y el Caribe ZAFRA 2010/11

2do. Exportador 1,319,583 TM

4to Productor 2,048,152 TM

FUENTE : Departamento de Inspección – ASAZGUA Y Exportaciones. Zafra 2010/2011

Costa Rica El

Salvador Guatemala Honduras Nicaragua TOTALES

Producción Total

Sacos de 50Kg 8,000,003 13,799,116 49,984,010 9,351,998 12,291,340 93,426,466

En Toneladas Métricas Valor Crudo (TMVC)

413,672 715,829 2,499,200 467,600 614,567 4,710,869

Exportación Total

En Sacos de 50Kg 2,505,040 8,279,116 35,484,010 2,746,650 6,999,016 56,013,832

En Toneladas Métricas Valor crudo (TMVC)

125,252 380,839 1,774,200 137,332 349,951 2,767,575

Producción y Exportación

Etanol en lts. 24,863,000 1,409,253 265,000,000 N/D 10,000,000 301,272,253

Ingreso Divisas-Exportaciones del

Azúcar, Etanol y Derivados en US$

52,909,710 233,900,000 769,910,000 90,000,000 190,000,000 1,336,719,710

Centroamérica

ALCOHOL

Actualmente cuatro ingenios producen alcohol, alcanzando

una producción de 265 millones de litros al año. Generando divisas por un valor de 67 Millones US$

En el 2011

1400

1000

500

400

300

200

100

1975 05 85 90 95 2000 10 80 15

AÑO

Cap

acid

ad In

stal

ada,

Lit

ros

x 1

00

0/d

ía

ALCOHOL NEUTRO

Capacidad instalada para producción de Etanol en Guatemala

ALCOHOL POTABLE CONSUMO LOCAL + EXPORTACIÓN

DES

HID

RAT

AC

IÓN

850 K

PRODUCCION DE ETANOL

REACCION (BIOQUIMICA) : GLUCOSA DE TRANSFORMACION EN SOLUCION

SEPARACION Y CONCENTRACION ETANOL DE PRODUCTO (DESTILACION): EN SOLUCION

PRODUCTO

TRATAMIENTO / DISPOSICION: SUBPRODUCTOS

AVANCES TECNOLOGICOS EN LA PRODUCCION DE ETANOL

GUATEMALA

COMPRA DE MIELES POR CONTENIDO DE AZÚCARES

FERMENTABLES, NO POR °BRIX

…. Avances…

COMPRA DE MATERIA

PRIMA POR CONTENIDO DE

AZÚCAR FERMENTABLE, NO

POR ° BRIX

…. Avances…

ANEXIÓN A UN INGENIO

AZUCARERO

PRODUCCION DE ETANOL EN INGENIO AZUCARERO

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

VENTAJAS DE DESTILERÍA ANEXA A INGENIO AZUCARERO

• APROVECHAMIENTO DE INFRA-ESTRUCTURA

• USO DE VAPOR DE ESCAPE

• RETORNO DE CONDENSADO A CALDERA

• USO DE ENERGÍA ELECTRICA CO-GENERADA

• AHORRO EN TRANSPORTE DE MELAZA

• POSIBLE USO DE JUGO Y MIELES INTERMEDIAS

• USO DE CONDENSADOS PARA DILUCIÓN

• USO DE VINAZA EN CAÑAVERALES PROPIOS

MELADURA

TACHO

1a A

MAGMA 2a TACHO

2a B MAGMA 3a

TACHO

3a C SEMILLA

MASA A

C C C

MASA B MASA C

MIEL A(1a)

80%S

73%P

MIEL B(2a)

78%S

54%P

AZUCAR 2a AZUCAR 3a

AZUCAR 1a H2O H2O

MELAZA

MIEL C

85%S

35%P

12% CENIZA

S.C.

TACHO

H2O

HTMELAZA

83%S < 3%CENIZA 74-

78% A < 45% SACAROSA

PROCESO EN EL INGENIO… 2 /2

…. Avances…

DILUCIÓN DE MIELES EN

LÍNEA

0

2

4

6

8

10

12

14

12 24 36 48

%

HORAS

Fermentador A )

-2.0

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

20.0

0 12 24 36 48

%

horas

Fermentador A

\\

…. Avances…

USO DE CROMATOGRAFÍA

LIQUIDA DE ALTA

PRESIÓN ( HPLC) PARA

CARACTRIZACION DE

MIELES Y FORMULACION

DE MOSTOS

CARBOHIDRATOS

MONOSACÁRIDOS

PENTOSAS

ARABINOSAS

XILOSA RIBOSA

DES-OXIRIBOSA

HEXOSAS MANOSA GLUCOSA (F) (R) FRUCTOSA (F) (R) GALACTOSA (R)

DISACÁRIDOS: (OLIGOSACÁRIDOS)

SACAROSA (F)* MALTOSA LACTOSA RAFINOSA STAQUIOSA

TRI…

TETRA…

POLISACÁRIDOS: ALMIDÓN CELULOSA GLICÓGENO DEXTRINA PECTINAS…

AZÚ

CA

RES

Mosto en fermentación - Azúcares fermentables, ácidos orgánicos y etanol

AVANCES….

• USO DE ANTIBIÒTICOS

SELECTIVOS EN LA

FERMENTACIÒN PARA INHIBIR

BACTERIA CONTAMINANTE

MONITOREO PROPA-PREFER-FERMENTADOR

0

50

100

150

200

250

300

350

4 8 12 16 19 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64

TIEMPO ACUMULADO, Hrs.

RE

CU

EN

TO

DE

CE

LU

LA

S

l¿LEVADURAS E6 / ml

CONTAMINANTES E6/ ml

Conteo Microbiológico con adición de antibiótico selectivo

0

50

100

150

200

250

300

350

4 8 12 20 24 33 34 38 42 46 54 58 62 66 69

Horas acumuladas

cel/

mL

x 1

06

contaminación (cocos+bacilos)

Levaduras

…. Avances…

ESTUDIO DE LA CINÈTICA

DE LAS REACCIONES

BIOQUÌMICAS DE LA

FERMENTACIÒN---

…. Avances…

USO ADECUADO DE

INÒCULO

COSTOS DIRECTOS DE PRODUCCION

80%

12%

3% 4% 1%

MATERIA PRIMA

ENERGIA (E.E., VAPOR )

INSUMOS

PERSONAL

OTROS

C O

C-OH

C-OH OH-C

OH-C

CH2OH C2H5OH + OTROS

CO2

NH4

H3PO4

Saccharomyces cereviseae

0

0

0

CONDICIONES DE CRECIMIENTO Saccharomyces cereviseae

VIABILIDAD

VIABILIDAD

VIABILIDAD

4 7 10 14

30 40

25 50 65 85

DENSIDAD

T oC

PH

0 36

P

S

tiempo

0 36 tiempo

P0 ≈ 0 S01= 150AF g/L

X0=0.03 g/L ~106células/L

N1P1

CO2

V X S1

P

ANTI-ESPUMANTE

FERMENTADOR

pH

T= 33

5.5

3.5

Δ Kcal

P1= 8.5% v/v

S1= 1 g/L

X1= 0.7 g/L ~2.5x108 células

ACTIVIDAD EN EL FERMENTADOR

FERMENTACION POR TANDAS

( BATCH )

CULTIVO EN EL

LABORATORIO

PROPAGACION

DE LEVADURA

PRE-FERMENTACIÒN

FERMENTACION

ALCOHOLICA

MOSTO FERMENTADO A

DESTILACIÒN

MIEL DILUIDA

FERMENTACION POR TANDAS CON RE-

USO DE LEVADURA ( Melle- Boinot )

FERMENTACION

ALCOHOLICA

REACTIVACIÓN DE

LEVADURA

CENTRIFUGACION-

RECIRCULACIÓN

MOSTO FERMENTADO

A DESTILACIÓN MIEL DILUIDA

FERMENTACIÓN CONTÍNUA

FERMENTACION

ALCOHOLICA

REACTIVACIÓN DE

LEVADURA

CENTRIFUGACION-

RECIRCULACIÓN

MOSTO FERMENTADO

A DESTILACIÓN

MIEL DILUIDA

ETAPA I , T1

ETAPA II , T2

CRECIMIENTO MICROBIANO

VIABLE CELLS

0

AZÚCARES FERMENTABLES 40g/L

LEVADURA, x

N , P

AIRE

PROPAGADOR

15 hrs

x

P, ETOH

S, AF

PROPAGADOR…

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

0 PREFERMENTADOR

AZÚCARES FERMENTABLES 80 g/L

x

N , P AIRE INICIAL

12 hrs

P

x

S

PREFERMENTADOR…

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

R.E.Ingeniería

•Diseño y logiamontaje de plantas

•Biotecno

0 A TANQUE

DE VINO

FERMENTADOR

AZÚCARES FERMENTABLES 150g/L

x

4hrs 44 48hrs

F

x

S

FERMENTADOR

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

FERMENTACION POR TANDAS CON

PRE-FERMENTACIÓN CONTÍNUA

PREFERMENTACIÒN

FERMENTACION

ALCOHOLICA

MOSTO FERMENTADO A DESTILACIÒN

MIEL DILUIDA

PROPAGACION

DE LEVADURA

SECUENCIA DE FERMENTACIÓN

0

0

0 A TANQUE

DE VINO

FERMENTADOR

AZÚCARES FERMENTABLES 150g/L

x

PREFERMENTADOR

AZÚCARES FERMENTABLES 80 g/L

AZÚCARES FERMENTABLES 40g/L

LEVADURA, x

N , P

AIRE

PROPAGADOR x

N , P AIRE INICIAL

15 hrs

x

P, ETOH

S, AF

12 hrs

P

x

S

4hrs 44 48hrs

F

x

S

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

AZÚCARES FERMENTABLES 40g/L

LEVADURA, x

N , P

AIRE

PROPAGADOR PREFERMENTADOR

AZÚCARES FERMENTABLES 80 g/L

N , P AIRE INICIAL

A TANQUE

DE VINO

FERMENTADOR

AZÚCARES FERMENTABLES 150g/L

0 15 hrs

x

P, ETOH

S, AF

SECUENCIA DE FERMENTACIÓN

INÓCULO INÓCULO

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

MONITOREO PROPA-PREFER- FERMENTADOR

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

4 8 12 16 19 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64

TIEMPO ACUMULADO, Hrs.

CO

NC

EN

TR

AC

ION

Etanol, %v/v

Azucar Fermentable, % w/w

BRIX

% volumen en reactor

Curvas de Fermentacion a diferentes valores de Azucar fermentable Inicial

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

0 20 40 60 80 100 120

Tiempo, horas

Co

nc

en

tra

cio

n d

e a

lco

ho

l e

n m

os

to, %

v/v

%Etoh con 13.5% AF inicial % Etoh con 15.8% AF Inicial %Etoh con 20 % AF Inicial % Etoh con 27% AF Inicial

…. Avances…

INTRODUCCIÒN DE RE-

HERVIDORES PARA LA

FUENTE DE ENERGÌA DE LAS

COLUMNAS DE DESTILACIÒN

COLUMNA

ESQUEMA GENERAL DE DESTILACION

RE-HERVIDOR CONDENSADOR/ RE-HERVIDOR

CONDENSADORES/ ENFRIADOR

ALIMENTACION

REFLUJO

PRODUCTO(S) DE CABEZA

FONDO ( COLAS )

VAPOR

CONDENSADO

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

…. Avances…

APLICACIÒN DE

TECNOLOGÌA “PINCH” PARA

EL USO RACIONAL Y EFICAZ

DE LA ENERGÌA

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

COMBINACION DE REFLUJOS Y RE-HERVIDORES ( REBOILERS)

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

…. Avances…

INTRODUCCIÒN DE LA

DESTILACIÒN EXTRACTIVA

PARA REMOVER PRODUCTOS

CONGENÈRICOS

BARBET

E-4

CABEZAS (ALCOHOL DE 2a) ALCOHOL DE 96 GL

FLEMAZAVINAZA

VINO FUSEL

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

DESTILACION EXTRACTIVA

E-3E-1 E-2

CABEZAS + FUSEL (ALCOHOL DE SEGUNDA ALCOHOL 96 GL

P-7

FLEMAZA

VINAZA

VINO

P-2

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

ALCOHOL DESHIDRATADO (GRADO COMBUSTIBLE)

VINO

E-3E-1 E-2

P-7

FLEMAZA

VINAZA

P-2

E-5

E-6 E-7

CONGENERICOS

RECICLO DE ETOH

P-13

ALCOHOL 99.9 GL

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

…. Avances…

SUSTITUCIÒN DE LA

DESTILACIÒN ( AL VACÌO O

CON TERCER COMPONENTE )

POR ADSORCIÒN-

DESORCIÒN ( TAMIZADO

MOLECULAR ) PARA LA

DESHIDRATACIÒN DEL

ETANOL

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

…. Avances…

USO DE CROMATOGRAFÌA DE

GAS PARA EL CONTROL DE

PROCESO Y CARACTERIZACIÒN

MÀS PRECISA DE PRODUCTOS

ALCOHOL DE ALTO GRADO

E-3

FLEMAZA

VINAZA E-5

CONGENERICOS

RECICLO DE ETOH

E-9

ALCOHOL A 96 GL

METOH

CABEZAS

R.E.Ingeniería

•Diseño y montaje de plantas

•Biotecnologia

Alcohol crudo

Alcohol deshidratado grado carburante

…. Avances…

TRATAMIENTO Y UTILIZACIÒN

DE LA VINAZA COMO

SUBPRODUCTO VALIOSO ( NO

COMO DESECHO )

VINAZA, aka CHICHA, VINHOTO, VINHAZA, DISTILLING SLOPS, STILLAGE, COLAS DE 1ª. COLUMNA,

• Fracciòn no evaporada ( lìquida ), retirada del fondo de la primera ( stripping, beer, vino, destrozadora ) columna en la destilaciòn de etanol .

• Contiene agua, glicerol, levaduras, bacterias, sòlidos suspendidos y disueltos , àcidos orgànicos, alcoholes, etc. cuyas cantidades varìan segùn la materia prima y su preparaciòn para la fermentaciòn, su recirculaciòn a la misma, condiciones de la destilaciòn y tratamiento posterior

PRODUCCION DE VINAZA CAÑA

AGUA

INGENIO

FERMENTACION

DES

TILA

CIO

N

VAPOR

VINAZA

MELAZA

ETANOL

MIEL B

MIEL A

JUGO CONCENTRADO

CLARIFICACION

RECIRCULACION

7-11% ETOH

EVAPORACION

REBOILER

VAPOR

L vinaza / L Etanol ESCENARIO L. vinaza /L.ETOH ------------------------------------------------------------------------------

8% ETOH v/v, vapor directo 14.6

8% ETOH v/v, con reboiler 11.5

11 % ETOH v/v, con reboiler 8.1

10% ETOH v/v, reboiler y 15% de reciclaje 7.5

10% ETOH v/v, reboiler, 15% reciclaje y

evaporando a 45% ST. 2.5

….VINAZA…

• En las melazas se han identificado màs de 200 compuestos orgànicos diferentes, todos susceptibles a reaccionar durante la fermentaciòn

• En los mostos fermentados a partir de melazas se han identificado màs de 250 compuestos orgànicos; Los màs volàtiles se separan como vapores durante la destilaciòn. Los no volàtiles permanecen en la vinaza.

DISPOSICION DE VINAZAS

Neutralización

Oxidación

DIGESTIÓN ANAERÓBICA

VINAZA

MOSTO A DESTILACION

LEVADURA

VAPOR

SOLIDOS

RECIRCULACION A FERMENTACION

PRECALENTAMIENTO DE AGUA

NaOH

COMBUSTIBLE O COMPOST

FERTIRRIGACIÓN

METANO

EVA

PO

RA

CIÓ

N

Datos acumulados de 6 años

Almacenamiento/composting

COMPOSTAJE

Aplicación de vinaza a la cachaza para compost, en dosis que van desde un 1 m³

hasta 3 m³ por tonelada de cachaza a compostar, distribuidas durante el ciclo del

proceso de compostaje.

Fertilización líquida específica

APORTAR LOS NUTRIENTES REQUERIDOS POR EL CULTIVO PARA

MAXIMIZAR SU PRODUCTIVIDAD Y MINIMIZAR EL COSTO DE PRODUCCION

INVENTARIO EN EL SUELO

FE

RT

ILIZ

AC

ION

PERDIDAS POR ESCORRENTIA

PERDIDAS POR LIXIVIACION

VOLATILIZACION

CONSUMO POR EL CULTIVO CONSUMO POR

PLANTAS COEXISTENTES

SOLIDOS

60%

40% AGUA

VINAZA60

APORTE DE NUTRIENTES

VEHICULO

+

NUTRIENTE

….EN RESUMEN…

• La vinaza contiene agua, glicerol, levaduras, bacterias, sòlidos suspendidos y disueltos , àcidos orgànicos, alcoholes, etc. cuyas cantidades varìan segùn la materia prima y su preparaciòn para la fermentaciòn, su recirculaciòn a la misma y condiciones de la destilaciòn.

• NO HAY DOS VINAZAS IGUALES

• Su aprovechamiento y disposiciòn final dependerà de sus caracterìsticas , de las condiciones de su entorno y las necesidades de sus productores y usuarios.