2.4.1 Pretratamiento del sebo en rama
En el capítulo anterior se determinó que las fuentes principales de materia prima son los comercios con venta al mostrador, es decir, las carnicerías y frigoríficos. Es importante tener en cuenta que para favorecer los cálculos la misma ingresa a la planta completamente como sebo en rama, libre de huesos. El proceso de pretratamiento del sebo en rama consta en una serie de etapas de las que se obtendrá como producto principal el sebo purificado y chicharrón como subproducto.
Como se mencionó el porcentaje de rendimiento del sebo es del 60%, el 30% corresponde a humedad y el 10% restante al subproducto. [2.13] Estos rendimientos se encuentran expresados desde que la materia prima ingresa hasta luego de la filtración y prensado. El pre tratamiento tiene como objetivo la remoción de:
● Proteínas (Chicharrón)
● Fosfolípidos no hidratables
● Fosfolípidos hidratables
● Humedad
Una vez que la materia prima ingresa a la planta es descargada en tolvas para su almacenamiento. Dichas tolvas se encuentran conectadas con una trituradora para llevar a cabo el proceso de trituración y así obtener partículas de un tamaño uniforme (30 mm) que facilitaran el tratamiento térmico y brindaran un menor costo de operación. [2.14]
Generalmente, el proceso de cocción usado para el sebo es por vía seca (dry rendering) y en forma continua. El sebo en rama, el cual posee un punto de fusión de 36-38°C, es fundido a en tanques horizontales calefaccionados con camisa de vapor y agitación interna. Esta operación puede realizarse bajo presión, vacío o presión atmosférica. Usualmente se opera a una presión de hasta no más de 6 bar para el vapor vivo, con agitadores a bajas revoluciones para evitar la adherencia en las paredes. La temperatura aplicada no debe ser muy elevada ya que los ácidos grasos se oscurecen con facilidad. En este proceso se logra la formación de dos fases: una líquida compuesta por materia grasa fundida, y una sólida compuesta principalmente por proteínas (chicharrón).
72 La separación de ambas fases se realiza por medio de una etapa de filtración. El chicharrón filtrado contiene un alto porcentaje de grasas que pueden ser recuperadas por una etapa de prensado a una presión de aproximadamente 172 bares. [2.15] Las grasas recuperadas son conducidas a la corriente que sale del equipo de filtración con las grasas fundidas. El chicharrón obtenido puede ser comercializado en la industria para la fabricación de harina de carne, la cual es ampliamente utilizada para la manufactura de alimento para animales. Por lo tanto, el subproducto obtenido da lugar a una disminución de efluentes generados en la planta.
A continuación, se utiliza la etapa de desgomado. Esta etapa de refinación del sebo se utiliza para la eliminación de las gomas hidratables y las no hidratables. El proceso consiste de dos partes: la primera donde se añade un ácido y luego el desgomado con agua o vapor. El sebo posee aproximadamente un 60% de fosfátidos hidratables y un 40% de no hidratables [2.16]. Los fosfátidos hidratables son aquellos que pueden ser eliminados directamente con el añadido de agua (forman un precipitado). Mientras que para el caso de los fosfátidos no hidratables se recomienda la utilización de un ácido previo al añadido de agua.
La primera parte del desgomado, consiste en agregar un ácido que permita llevar los fosfátidos no hidratables, en hidratables. Existe una gran variedad de ácidos a utilizar para esto. No obstante, se afirma que la posibilidad de utilizar ácidos comestibles es una ventaja, ya que si ante alguna inconveniente queda alguna traza en el producto, no hay mayor inconveniente. Es por ello que el ácido cítrico es ideal para su utilización. La adición del ácido debe llevarse a cabo a temperaturas no muy bajas para evitar cristalizaciones del aceite de sebo, y en cantidades no muy altas (0.3% en peso respecto al aceite es ideal). Entre 65 y 85ºC es un rango de operación recomendado. Finalmente se deja que el ácido entre en contacto con la solución un breve periodo de tiempo. [2.17]
Durante la segunda parte del desgomado se agrega vapor o agua, idealmente entre un 2 y un 3% p/p respecto al aceite. El agua entra en contacto con todos los fosfolípidos hidratables y no hidratables (que ahora han sido transformados a hidratables), formando un precipitado.
El tiempo de residencia es de aproximadamente 30 min. La temperatura es una variable importante ya que a altas temperaturas la eficiencia del desgomado es menor debido al incremento de la solubilidad de los fosfátidos en la grasa; por otro lado, a bajas temperaturas aumenta la viscosidad de los fosfátidos lo que conlleva a una difícil separación (o incluso puede haber cristalizaciones). Luego de la hidratación se utiliza una centrífuga para realizar la separación de ambas fases. [2.17]
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2.4.2 Purificación de ácidos grasos
Luego de la hidrólisis y siendo que el reactor opera a contracorriente se obtendrán dos salidas:
la llamada agua dulce (que posee casi en la totalidad agua y glicerina), y la corriente orgánica.
Respecto a la segunda, la corriente rica en AG es enviada primero a una serie de separadores instantáneos (flash), donde se aprovechan las altas temperaturas para lograr separar el agua de la mezcla. Es importante, como se ha mencionado en el capítulo anterior, que se logre remover eficientemente el agua, siendo que la misma ocasiona problemas en las etapas posteriores donde se necesita trabajar a presión reducida.
Esta serie de separadores flash pueden aprovechar las elevadas temperaturas del reactor, por lo que, generando una caída de presión importante antes del equipo, es posible la eliminación de un compuesto sin mayores gastos (inclusive puede evaluarse la operación a presiones levemente superiores a la atmosférica).
Principalmente se tendrá ácido esteárico, oleico y palmítico. Los primeros dos son ácidos de igual tamaño de cadena carbonada, difiriendo únicamente en un doble enlace. Esto produce que los puntos de ebullición sean muy similares entre sí. A priori parecería que la destilación no sería una opción conveniente para separar dichos compuestos.
La mezcla resultante se dirige a una torre de destilación donde se obtiene ácido palmítico purificado.
Finalmente, el residuo resultante, rico en ácido esteárico y oleico debe purificarse. Mediante pruebas piloto realizadas con el simulador UNISIM Desing 460.1, se ha descartado la posibilidad de utilizar una segunda torre destiladora dada la elevada cantidad de platos resultantes (aproximadamente 200 platos).
Por ello se han buscado alternativas utilizadas a nivel industrial, encontrando que la cristalización es un método de fraccionamiento conveniente. Se pueden distinguir dos maneras de llevarla a cabo. La primera es conocida como el “proceso Emersol” o “proceso Texaco”, donde se utiliza metanol al 90% o acetona como solvente para favorecer la cristalización de los ácidos saturados. Luego la torta de ácidos cristalizados es llevada a un filtro rotatorio donde es separada de la fase rica en ácidos insaturados. Ambas corrientes son luego destiladas para recuperar el solvente.
74 Una segunda alternativa es la cristalización en seco. Según se menciona en la ficha Nº 10 de
“Tecnologías para la Industria Alimentaria” [2.18], la cristalización sin el uso alguno de solventes resulta más económica que los procesos anteriores. Por esto y siendo que los puntos de fusión de los ácidos principales (oleico y esteárico) son ampliamente diferentes, se ha escogido esta segunda opción.
2.4.3 Purificación del agua dulce
Luego del reactor es necesario realizar una purificación de la glicerina por cuatro motivos:
1. Para favorecer la cinética en el reactor de transesterificación.
2. Para poder reutilizar el agua en la planta.
3. Para poder maximizar la recuperación de los ácidos grasos.
4. Para evitar inconvenientes en el reactor de transesterificación, siendo que el agua actúa como envenenador del catalizador.
Para esto la corriente de agua dulce es enviada primero a un separador donde previamente la temperatura de la corriente es reducida. Los AG que se manejan en este proyecto son ácidos de cadena larga, muy poco solubles en compuestos polares como el glicerol o el agua.
Dentro de la mezcla de ácidos, Cedeño Gonzáles F. et al. [2.19] informan que las densidades de los ácidos esteárico, oleico y palmítico a altas temperaturas son similares y aproximadamente iguales a 850 Kg/m3; y aun así difieren en densidad con el agua y glicerina.
Por ello el decantador es la opción económicamente más factible ya que son equipos de bajo costo.
Se ha evaluado la posibilidad de realizar una segunda decantación para separar agua y glicerina, aunque dada la elevada solubilidad de estos compuestos, en el equilibrio sería imposible recuperar una gran cantidad de agua de esta manera.
Dada la importante necesidad de remover la fase acuosa por peligro de desactivación, se ha decidido escoger el método de destilación para maximizar la eficiencia de la etapa, dada la gran diferencia entre puntos de ebullición del agua con otros componentes de la mezcla. El agua será reutilizada en el reactor de hidrólisis.
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2.4.4 Purificación de monoglicéridos
En primera instancia la corriente que sale del reactor contendrá glicerina y la mezcla de glicéridos. Como la solubilidad del glicerol en el emulsificante no es elevada, se formarán dos fases. La fase Gly se denominará a la fase que predomina la glicerina y fase Mono a la que está compuesta principalmente por glicéridos.
Para eliminar la mayor parte de la glicerina se debe reducir la temperatura a fin de disminuir su solubilidad. Es sumamente complejo encontrar información en bibliografía respecto a la solubilidad de MG o DG en glicerol (o viceversa). Bajo circunstancias normales, una experiencia de laboratorio sencilla podría haberse llevado a cabo para obtener este valor, pero durante el año corriente esto no fue posible. Unisim Design suele fallar en estimar algunos equilibrios con compuestos hipotéticos como los glicéridos. Para el cálculo de las composiciones luego del decantador se han utilizado los datos expuestos por Cardeño et al[2.20] y Feuge et al[2.21].
Es posible entonces separar los componentes con una simple decantación a una temperatura mayor a 60°C. Ya que la fase rica en glicerol es más densa que la fase rica en glicéridos, esta será la fase que decanta. Además, la fase de glicerol podrá ser recirculada al reactor para no desperdiciar la glicerina.
Ahora bien, según el código alimentario argentino, la concentración máxima de glicerol en una mezcla de MG+DG varía según la especificación que se desee. Por ejemplo, para una mezcla GMS-40 no se puede superar un 3% como máximo, como se mencionó anteriormente
Debido a las restricciones impuestas por el ANMAT, es necesario agregar una etapa extra de purificación. Según P.H Eaves[2.22], con una centrifugación a altas rpm se pueden obtener cortes de monoglicéridos con un máximo de 1.54% de glicerol. Es por ello que se propone como última etapa de purificación la implementación de un centrifugado de la corriente.