Diseño de una planta para la producción de poliácido láctico por policondensación a partir de ácido láctico proveniente de la fermentación de melaza utilizando el hongo Rhizopusoryzae.

Abstract

En el presente trabajo se evaluó la factibilidad técnica para realizar una línea de producción de poliácido láctico por medio de polimerización de ácido láctico 80% (v/v) proveniente de una fermentación microbiana empleando el hongo productor de ácido láctico Rhizopus oryzae y se planteó una propuesta del diseño básico de la línea de producción. La fermentación se realizó con un caldo hecho a partir de melaza 20% (v/v).

El diseño de los equipos de la planta, y por ende, el trabajo, se dividió en cuatro áreas principales: Equipos para la transferencia de calor, equipos de vacío, transporte de fluidos e instrumentación básica de la planta y lazos de control elementales para el funcionamiento de la misma. En el trabajo se plantean las bases de diseño y la exposición de los cálculos realizados, análisis y diagramas construidos que permitirían el diseño formal de una planta de producción de ácido láctico para un sistema de 11 fermentadores de melaza utilizando el hongo Rhizopus oryzae. Para la polimerización del ácido láctico, el presente trabajo hace énfasis en el diseño del reactor utilizado en la primera reacción que se lleva a cabo para la polimerización del ácido láctico. Esta reacción se fundamenta en el proceso de formación de oligómeros de bajo peso molecular como paso previo a la obtención del polímero. El trabajo proporciona información para determinar la posibilidad para Guatemala de producir PLA que compita con la calidad del que se comercia mundialmente.

La planta trabajará en jornadas de 24 horas, 30 días al mes, por 10 meses y 2 meses detendrá la producción para operaciones de mantenimiento. Se trabajarán jornadas de cuatro turnos díarios, según se requiere en el Código de Trabajo. El costo final de producir PLA es de $1.50/kg, con una inversión de $43,664,842.00. Para una TMAR menor a 7.3% el proyecto es rentable. Se tercerizará el transporte y la producción de melaza que es la materia prima más importante.

Para cumplir con la capacidad establecida en el trabajo se necesitan cinco reactores CSTR de distintos volúmenes, en un arreglo en serie y trabajando de manera continua, para producir un caldo con una concentración de ácido láctico de aproximadamente 6.1 g/L.

El proceso general utiliza 14.275t/h de melaza al 70% v/v de azúcares totales y 40.664t/h de agua para producir 2,442kg/h de una solución de ácido láctico disuelto en agua al 87.17% m/m. Para la primera reacción en la polimerización se obtuvo una cinética experimental de orden 1.2, con un oligómero de peso molecular de 300.52 g/mol, para la demanda de 13,400 t de poliácido láctico al año se obtuvo un reactor con un volumen de 235.3 m³.

Finalmente, se llegó a la conclusión que una planta de producción de poliácido láctico partiendo de una solución al 80% (v/v) y con capacidad de 45t/día es técnicamente factible al poder llevarse a cabo con equipo de dimensiones tales que pueda ser fabricado o que se pueda conseguir en el mercado industrial.