Diseño de una planta de producción de goma Xantana a partir de melaza de remolacha

Abstract

Objeto del proyecto El objetivo del presente proyecto es el diseño de una planta de producción de goma xantana a partir de melaza de remolacha, así como la descripción y dimensionamiento de las principales unidades de proceso de la planta industrial. Justificación La elección del presente Proyecto Fin de Carrera se sustenta en la posibilidad de obtener un producto que muestra propiedades muy interesantes en cuanto a su reología y textura. El motivo principal para su desarrollo, es dar respuesta a la gran demanda de este hidrocoloide en el mercado, el consumo anual a nivel mundial es de 96000 toneladas. La materialización de este proyecto supondría la existencia del primer negocio en España enfocado exclusivamente a la producción de esta goma. Viabilidad Viabilidad técnica La única forma de obtener este producto es mediante fermentaciones con la bacteria Xanthomonas campestris. La dificultad técnica que tiene esta fermentación frente a otras fermentaciones industriales, es que a medida que se va generando el producto, el caldo de cultivo se vuelve más viscoso, lo que conlleva una dificultad de la homogeneización del medio. Viabilidad legal La viabilidad legal de este producto como aditivo alimentario se encuentra respaldada por el reglamento UE Nº 231/2012 de la Comisión de 9 de marzo de 2012. Viabilidad económica La tasa interna de retorno del proyecto es de un 17,2% por lo que es un negocio atractivo para invertir. Además la planta transforma un producto de poco valor como la melaza en uno con gran valor. Usos Como aditivo se le ha asignado el código E-415 . Entre las principales funciones de este aditivo se encuentran ser un compuesto emulgente, estabilizante y espesante. La industria alimenticia usa este aditivo en zumos, batidos, helados, sopas, salsas, mayonesas, etc. Otros sectores que emplean la goma xantana son el farmacéutico, el cosmético, el textil y la pintura.La planta está diseñada para que la producción de goma xantana se haga en dos líneas paralelas. El diagrama de flujo de la planta se muestra en la página siguiente. En cada línea hay tres biorreactores de producciónde100m3. Estos reactores trabajan en discontinuo con un desfase en la fermentación de 14 horas. La fermentación tiene una duración de 34 horas. Cada lote de producción comienza con la adición a los biorreactores de 8400 kg de melaza, 90 m3 de agua con ciertas sales y 10 m3 de inóculo con una concentración de Xanthomonas campestris de 0.5 gL. La fermentación finaliza con 4,343 g de biomasa; 8.574 gL. de sacarosa y 26,420 gL. de goma xantana.El ciclo de tareas del tanque de fermentación dura aproximadamente 42 horas. El caldo de cultivo contenido en el biorreactor se repartirá en cuatro tanques de mezcla. La función que tendrán los tanques de mezcla es la precipitación de la goma xantana con alcohol isopropílico. En el transporte del medio de cultivo del biorreactor a los tanques mezcla se hará que el fluido circule por centrifugadoras de cesta tubular para retirar la biomasa contenida. En el proceso se va a recuperar el isopropanol empleado en la extracción de la goma xantana para hacerlo eficaz económicamente y medioambientalmente. Para ello se ha dimensionado y diseñado una unidad de rectificación con el objetivo de recuperar el alcohol al 86% v/v. El flujo de líquido que sale de los tanques de mezcla, en el vaciado, pasará por un filtro de tambor rotatorio, donde se separará el polvo de xantano de la mezcla formada. El polvo de xantano que sale del filtro de tambor rotatorio se dirigirá a un molino Raymond, que permitirá tener un tamaño de partícula homogéneo. Finalmente en el proceso, la goma xantana se almacenará en un depósito con deshumidificador. La planta se ubicará en una nave del polígono industrial El Portal, en Jerez de la Frontera. Uno de los motivos por el que se ha pensado en esta ubicación es que ese polígono, posee un complejo industrial para la producción del azúcar (AB Azucarera) que proporcionará de melaza a la planta. La planta tiene 321 de días hábiles al año, por lo que el número de ciclos de fermentación anual por reactor de producción de la goma, es de 183. El consumo eléctrico anual es de 13,6 MWh. Unidades de la planta a) Unidades diseñadas -Intercambiadores de calor para la esterilización de la materia prima -Biorreactores -Tanques de Mezcla -Torres de destilación - Calderines -Condensadores -Tanques de almacenamiento -Sistema de tuberías b) Unidades comerciales seleccionadas -Bombas -Centrifugadoras de cesta tubular -Filtro de tambor rotatorio al vacío Molino Raymond -Calderas c) Resto de unidades -Planta de agua desmineralizada -Depósito de xantano