Modelamiento y simulación de una serie de CSTRS con alimentación distribuida para la hidrólisis enzimática de bagazo de caña

Modeling and simulation of a series of CSTRs with distributed feed for the enzymatic hydrolysis of cane bagasse

Son presentadas consideraciones de diseño para la hidrólisis enzimática de bagazo de caña en una serie de reactores continuos de tanque agitado (CSTR’s) con alimentación distribuida de sustrato. Un modelo cinético previamente ajustado y validado es usado junto con los modelos de macrofluido y microfluido para describir el sistema de reacción. La alimentación distribuida de sustrato permite aumentar la concentración de sustrato superando los problemas de viscosidad y mezclado que se presentan en reacciones con concentraciones iniciales de sustrato mayores a 8-10% w/w. En la operación con alimentación distribuida se pueden obtener conversiones similares a las obtenidas en una serie con alimentación en el primer reactor.

INTRODUCCIÓN

La hidrólisis enzimática de biomasa lignocelulósica ha recibido especial atención en la última década debido a su potencial para convertir la fracción celulósica de sustratos lignocelulósicos en azúcares reductores los cuales son materia prima para la producción de etanol y otros productos químicos. Para que el etanol producido a partir de la biomasa lignocelulósica pueda ser un substituto o un complemento de la gasolina, los costos de producción deben ser reducidos sustancialmente. En este contexto, el estudio de las condiciones y estrategias de operación de sistemas de reacción continuos para la hidrólisis enzimática es un punto central en la reducción de costos. Uno de los factores más importantes en el balance energético y en la economía global del proceso es la concentración de sustrato en la corriente de entrada del sistema de reacción.

Las ventajas de operar a altas concentraciones de sustrato (>10% w/w) incluyen menor costo de capital debido a la reducción en el volumen de reacción, menor costo de operación como resultado de la reducción de los requerimientos de calentamiento, enfriamiento y potencia de mezclado, menor costo de procesamiento de efluentes debido a una mayor concentración de producto y menor consumo de agua. Sin embargo la hidrólisis enzimática a concentraciones iniciales de sustrato mayores a 10% w/w ha sido técnicamente difícil debido a que el sustrato puede absorber agua, la fase acuosa puede desaparecer y partes del sustrato pueden contener aire en vez de agua y comportarse como un material granular difícil de mezclar de manera uniforme.