Construcción y uso de un alambique para etanol© Copyright 1980 J.A. Diaz Publications
Autor: S.W. Mathewson
Los equipos para moler, prensar, cocer, descomponer el almidón y fermentar se pueden diseñar para un funcionamiento continuo o por lotes. Para el proceso por lotes se puede construir casi de cualquier tamaño. Sin embargo no se presta a una automatización completa y requiere más trabajo. El equipamiento continuo se puede automatizar completamente, pero es caro diseñarlo y construirlo.
El cocedor de chorro de vapor es un ejemplo de equipamiento continuo. La pasta de fermentación se inyecta en una tubería junto con vapor a una presión de 150 libras. Se cuece rápidamente (en unos minutos) y sale por el otro extremo lista para enfriarla y descomponer el almidón. Si se acidifica la pasta de fermentación, como se explicó en el capítulo siete, la cocción y la descomposición ocurren a la vez, y la pasta de fermentación sale del cocedor lista para la fermentación.
El uso de vapor a presión para el proceso por lotes es un poco más sencillo. Aquí se emplea un recipiente a presión en vez del cocedor de chorro de vapor. Aunque la operación no es continua, los tiempos de cocción son muy cortos y es posible cocer y descomponer el almidón a la vez con hidrólisis ácida.
Los fermentadores también pueden ser continuos. Simplemente se conectan en serie para pasar la mezcla de un recipiente al siguiente. La fermentación continua se adapta mejor a sistemas continuos de cocción y descomposición donde todas las variables están controladas. Es muy importante que todo lo que entre en un sistema de fermentación continua sea estéril, o todo el sistema quedará contaminado rápidamente. La cocción con vapor a presión proporciona suficiente esterilización, la mayoría de los demás procesos no.
En general los sistemas continuos se adaptan mejor a materias primas homogeneas de calidad constante. El proceso por lotes es mejor cuando hay diferencias en la calidad de la materia prima que requieran ajustes en la cocción, la descomposición y la fermentación. El equipamiento continuo es muy caro, mientras que el equipamiento para lotes es más sencillo y fácil de contruir. A continuación se explica la construcción de equipamiento por lotes de diferentes tamaños y grados de sofisticación.
El equipamiento para la cocción y la descomposición puede ser tan sencillo o tan elaborado como se quiera. La figura 13-1 muestra un bidón de 55 galones con una gran valvula de compuerta en el fondo. La figura 13-2 muestra el mismo bidón sobre una cámara de combustión. Un equipo de este tamaño puede procesar un bushel (56 libras) de grano en cada lote. Después de cocer y descomponer el almidón, la tapa hermética y la trampa de aire convierten al recipiente en un fermentador. Cuando termina la fermentación, una simple columna de reflujo, como la descrita en el capítulo catorce, lo convierte en un alambique. Usado de esta forma un sólo bidón de 55 galones produce tres galones de etanol cada tres o cuatro días. Con dos o tres fermentadores de 50 galones, con una cocción y una destilación al día, la producción sería más rápida.
La figura 13-3 muestra un equipo grande con algunas mejoras. El líquido se agita con una bomba centrífuga de tres o cuatro pulgadas. Cuanto mayor sea el diámetro de la bomba menor será el riesgo de que se atasque. Sin embargo incluso con bombas de gran diámetro a veces es necesaria una dilución completa en la etapa de cocción para asegurar una agitación suficiente. Con un recipiente de 3.000 galones se pueden preparar doscientos galones de etanol cada tres o cuatro días. Con más fermentadores se puede conseguir esa producción en un sólo día.
Las cubas también se pueden equipar con agitadores de paletas verticales u horizontales. También se puede acoplar fácilmente a un lateral un mezclador de chorro, que se parece un poco a un motor fueraborda.
A parte del recipiente sobre fuego que se muestra aquí, se puede cocer con cualquier otra fuente de calor. Quizás la mejor manera sea el vapor directo, que requiere únicamente la mínima dilución inicial, o ninguna dilución. El vapor se introduce por el fondo y gelatiniza la mezcla. Es especialmente ventajoso con patatas con 80% de humedad que hacen la dilución poco recomendable.
Como nota final, sea cual sea la fuente de energía, el equipo debe tener tanto aislamiento térmico como sea posible. Cuanto más aislado esté menos calor se desperdicia.
Se puede hacer un fermentador con casi cualquier recipiente adecuado. A pequeña escala funciona muy bien un cubo de basura de plástico resistente de 44 galones que se pueda cerrar bien. A gran escala son excelentes los depósitos de plástico de hasta 6.000 galones. La ventaja del plástico es que no se oxida y se puede limpiar fácilmente. El acero también sirve si se mantiene limpio.
El fermentador debe tener un agitador y refrigeración. La agitación pone los nutrientes a disposición de las células de levadura. Se puede agitar con bombas o con palas giratorias, como se explica en el apartado anterior. La refrigeración es necesaria para mantener la temperatura dentro de unos límites adecuados, especialmente en los fermentadores grandes. La figura 13-4 muestra un serpentín de refrigeración fácil de construir. Está hecho con tububería de cobre blando sobre un soporte que se puede mover entre el cocedor y el fermentador. Se consigue el mismo resultado enrollando una manguera de jardín dentro del fermentador.
Durante la fermentación se forma dióxido de carbono. Si se deja salir sin más puede que también se pierda una cantidad importante de vapor de etanol. La figura 13-5 muestra una trampa de aire. El aire sale a través del agua, que atrapa el vapor de etanol y deja salir el CO2. Los bulbos evitan que el agua se derrame arrastrada por el gas que sale o que entre en el fermentador.
Los fermentadores grandes desprenden una enorme cantidad de gas. El dispositivo de la figura 13-5 no sirve para recipientes mayores de cinco galones. La figura 13-6 muestra una trampa de aire construida con tubos de metal o de plástico. Hecha con tubería de 3/4 de pulgada sirve para fermentadores de hasta cincuenta galones, de hasta quinientos galones si se hace con tubería de dos pulgadas, y de hasta mil galones si es de tres o cuatro pulgadas. Recuerde que puede formarse presión interna rápidamente, y que si no se alivia puede causar una explosión. Una válvula de seguridad, junto con la trampa de aire, es una buena inversión.
Un fermentador continuo es simplemente una serie de cubas de fermentación. La pasta de fermentación entra por el fondo del primer fermentador, sale por arriba, entra por el fondo del segundo fermentador, y así sucesivamente. El tiempo total de fermentación se calcula dividiendo la capacidad total de los fermentadores entre la velocidad del flujo. Por ejemplo, Con un fermentador de mil galones y un flujo de veinte galones por hora, el tiempo de fermentación sería de cincuenta horas. Como se dijo antes, el líquido a fermentar debe estar esterilizado.
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