ETANOL-CÁSCARA-DE-NARANJA.

HIDRÓLISIS Y FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA APARTIR DE LA CÁSCARA DE NARANJA. OBJETIVO PRINCIPAL. 

Evaluar mediante coeficientes de transferencia de masa las condiciones óptimas para la obtención de etanol en el proceso de hidrolisis y fermentación simultánea en cascaras de naranja.

OBJETIVOS PARTICULARES. 1. Emplear una hidrolisis acida como medio catalizador en el pretratamiento de una fermentación. 2. Hacer el seguimiento de la descomposición de azúcares y la formación de etanol durante una reacción de fermentación. 3. Comprender y aplicar el funcionamiento de una columna de vidrio para cuantificar el porcentaje de etanol en una muestra. 4. Comparar los porcentajes de etanol obtenidos y compararlos con los reportados en el artículo “ISSN 1900-8260”. 5. Estimar experimental y teóricamente los coeficientes de transferencia de masa involucrados en el proceso.

MARCO TEÓRICO Las industrias dedicadas a elaborar néctares, zumos y mermeladas únicamente utilizan la pulpa y desechan el 50% del fruto, por lo que la investigación i nvestigación se busca valorizar el resto de la fruta, especialmente la cáscara. Los residuos agroindustriales producidos por las industrias de jugos y pulpas en su mayoría son materias primas ricas en carbohidratos, son de bajo costo, y fuente abundante de azúcares fermentables. La basura tiene un valor si se separa, sin embargo, el desconocimien desconocimiento to sobre el manejo correcto de residuos, así como una falta de cultura de separación y reciclaje lleva a las personas a revolver los desechos, los cuales se convierten en basura que genera mal olor y contamina el ambiente, sin contar que pierde la posibilidad de ser reutilizados o reciclados, por lo que pierde su valor comercial.

Actualmente México tiene una deficiente disposición final de residuos, lo cual causa serios problemas de contaminación ambiental.

El presente proyecto busca una alternativa para el uso de los desechos orgánicos ricos en azúcares fermentables (en nuestro caso la cáscara de naranja), obteniendo de dichos residuos una producción de alcohol etílico. El proceso de la obtención de etanol se basa principalmente en la hidrolisis de la materia prima, para después someter a un proceso fermentativo. El equipo comprobara si una hidrolisis es una condición óptima para reducir el tiempo de proceso final de la fermentación. Sí la variable de la agitación constante en los sistemas es conveniente o no para obtener mayor cantidad de etanol. Y en base a los cálculos de transferencia de masa, índice de refracción y grados Brix, comprobar la existencia, pureza y cantidad de etanol que sean generados sea aceptable.

HIPÓTESIS. Para la generación del etanol primero se realizará un pretratamiento con H 2SO4 .El equipo propone al que someter a una hidrolisis la materia prima, obtendremos una importante reducción en el tiempo de fermentación. De esta manera aumentamos la efectividad y reducimos el tiempo final de todo el proceso. Al evaluar nuestros 3 sistemas problema, donde cada uno de ellos tiene una velocidad diferente de agitación, podemos decir que: obtendremos mayor cantidad de etanol en el sistema hidrolizado y expuesto a más velocidad de agitación.

MATERAL DE LABORATORIO Y REACTIVOS. REACTIVOS / MATERIA PRIMA H2SO4 5% NaOH 5 normal Levadura Comercial. Agua destilada. 300g Cáscara de naranja Agua.

 HIDRÓLISIS Y FERMENTACIÓN.

CANTIDAD 5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 15 1 1

MATERIAL Probetas Matraz Erlenmeyer Varilla de vidrio Pipeta graduada Limpiador de lechuga Probeta Potenciómetro Autoclave Agitador Jeringas metálicas Aguja metálica Tubos de ensaye Gradilla Refractómetro

ESPECIFICACIÓN 150 mL 1L 5mL 1L 5mL 6 in Chicos -

MONTAJE DE SISTEMAS.

CANTIDAD 3 3 1 1

MATERIAL Frascos de vidrio Mangueras flexibles Silicón caliente Cinta canela Algodón clavo Cuchillo

ESPECIFICACIONES 500 mL -

DESTILACIÓN EN VIDRIO.

CANTIDAD 2 2 2 2 4 10 1 1 1 1 2

MATERIAL Jeringas de vidrio Aguja metálica Termómetros Soportes Universales Pinzas y nueces Tubos de ensaye Gradilla Malla térmica Kit de destilación Quickfit Baño María Mangueras de látex

ESPECIFICACIÓN 5mL y 10 mL 6 in y 4 in chicos -

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.  

Lavar con agua y jabón las cáscaras de naranja recolectadas. Cortar en finas tiras la cáscara de naranja

MONTAJE DE LOS FRASCOS DE VIDRIO.

Forma de trabajo: 1. Limpiar perfectamente los frascos de vidrio y secarlos. 2. Realizar en cada tapa un orificio de 1 cm de diámetro, orientándolo un poco a la izquierda. 3. Realizar en cada tapa otro orificio del tamaño de un clavo orientado en el lado derecho. 4. Se colocará en cada tapa algodón en el orificio más pequeño de tal manera que tape por completo, después se sujetará con cinta. 5. En el orificio más grande de cada tapa se introducirá una pequeña parte de la manguera y se sujetará con silicón caliente, sellando por completo la tapa. 6. La manguera flexible se introducirá en una probeta (llena hasta la mitad de agua) para permitir la salida del CO 2 del sistema. * Revisar el montaje con el agitador y la propela * 

HIDRÓLISIS. Forma de trabajo: 1. Colocar los 300 g de cáscara de naranja en el matraz Erlenmeyer 2. Agregar 150 mL de H 2SO4 y mezclar con la ayuda de la varilla de vidrio. 3. Introducir a la autoclave, bajo las siguientes condiciones: 15 minutos, 125 °C, 15 psia. 4. Llevar la mezcla a un pH=5, con ayuda de NaOH a 5 normal. 5. Retirar los residuos de cáscara de naranja con ayuda del secador de lechuga. 6. Dividir en 3 partes iguales la solución resultante, y colocarlas en los 3 frascos de vidrio previamente estructurados para la fermentación.

FERMENTACIÓN

SISTEMA 1 Condiciones de trabajo: Agitación constante a 350 RPM Temperatura ambiente Agregar levadura (disuelta en un poco de agua tibia) 0.1 g/100 mL El proceso de fermentación tendrá un tiempo total de 24 horas. Dentro de las primeras 7 horas: Se recolectarán datos de °Bx, e índice de refracción cada 90 minutos.     

SISTEMA 2 Condiciones de trabajo: Agitación constante a 150 RPM Temperatura ambiente Agregar levadura (disuelta en un poco de agua tibia) 0.1 g/100 mL El proceso de fermentación tendrá un tiempo total de 24 horas. Dentro de las primeras 7 horas: Se recolectarán datos de °Bx, e índice de refracción cada 90 minutos.     

SISTEMA 3 Condiciones de trabajo:     

Ausencia de agitación. Temperatura ambiente Agregar levadura (disuelta en un poco de agua tibia) 0.1 g/100 mL El proceso de fermentación tendrá un tiempo total de 24 horas. Dentro de las primeras 7 horas: Se recolectarán datos de °Bx, e índice de refracción cada 90 minutos.

RECOLECCIÓN DE DATOS DURANTE LA FERMENTACIÓN. Forma de trabajo: Se realizan cada 90 minutos, durante las primeras 7 horas. 1. Con ayuda de la jeringa y la aguja metálica de 6 in se introduce en el orificio más pequeño de las tapas, y se retira un poco muestra. 2. Posteriormente se vacía esta muestra en un tubo de ensaye pequeño. 3. Después se registran las lecturas de °Bx e índice de refracción.

DESTILACIÓN Forma de trabajo: 1. Montar el equipo de destilación Quickfit. 2. Llevar hasta 78.37 °C la mezcla, para que empiece a destilar. 3. Tomar muestras cada 5 minutos de °Bx, índice de refracción y temperaturas de búlbo húmedo y seco.

MONTAJE EXPERIMENTAL CALCULO DE LAS SOLUCIONES.

ANÁLISIS DE LOS DATOS.   

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Gráfica de los perfiles de temperatura vs composición del destilado y residuo. Representación gráfica de la trayectoria del líquido en un diagrama TxY. Gráfica de L/Lo vs X. Incluir el comportamiento esperado de acuerdo con la ecuación de Rayleigh y los puntos experimentales. Comparación del contenido de etanol en los 3 sistemas y compararlos con los del artículo consultado: ISSN 1900-8260 Coeficientes de transferencia de masa del etanol