Economic optimization of the number of evaporators and design of auxiliary equipment for the enzymatic inversion of sucrose

  • Amanda Acosta-Solares Departamento de Ingeniería Química. Facultad de Química y Farmacia, Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas. Cuba https://orcid.org/0000-0002-7656-5476
  • Omar Pérez-Navarro Departamento de Ingeniería Química. Facultad de Química y Farmacia, Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas. Cuba https://orcid.org/0000-0001-6963-1327
  • Mariano F. Cortés-Falcón Departamento de Ingeniería Química. Facultad de Química y Farmacia, Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas. Cuba https://orcid.org/0000-0001-6227-9869
Keywords: auxiliary equipment; glucose; enzymatic inversion; optimization.

Abstract

The development of the enzymatic inversion of sucrose from a thermostable biocatalyst ensures an increase in the quality and the technical-economic and environmental efficiency of the glucose production process: For the insertion of this technology, the design of the equipment that guarantees the inversion conditions and the concentration values of the hydrolyzed solution is required. The objective of the work is to design the equipment required for the preparation of the substrate, and the concentration of the invert liquor in an economical optimum number of evaporation effects. In the technological development, a dissolving tank, two heat exchangers and a multiple evaporation effect were conceived. The standardized liquid-vapor shell and tube heat exchangers were selected according to the TEMA standard, applying the traditional method of the logarithmic mean of the temperature difference. The ratio of the total costs associated with the evaporation stage to the number of evaporators was obtained. The evaluation of the developed economic optimization function indicated the installation of a double effect. The steam economy in the designed concentration system showed a value of 1,89 for an adequate steam utilization, mainly due to the previous heating of the inlet stream to this stage of the process.

References

1. CORTÉS, M. F., Alomá, I. C., Pérez, O., Leyva, J. La regresión óptima para la hidrólisis enzimática en la producción de glucosa. Revista Icidca [en línea]. 2019, 53(2), pp. 17-25. ISSN 1025-3076. Disponible en: https://www.revista.icidca.azcuba.cu/wp-content/uploads/2020/05/articulo-9-1.pdf
2. DÍAZ, L. R., Zumalacárregui, L., Pérez, O., González, G. A. Evaluación del proceso de producción de glucosa a partir de Sacarosa en la UEB Argentina. Revista Tecnología Química. 2020, 40(3), pp. 611-626. ISSN 2224-6185. Disponible en: http://scielo.sld.cu/pdf/rtq/v40n3/2224-6185-rtq-40-03-611.pdf
3. BUENO, K. A. Efecto de la Membrana en la Recuperación de Jarabes de Glucosa a Partir de Residuos Agroindustriales. Tesis doctoral. Universidad Nacional de Colombia, 2018.
4. GONZAGA, J., S. Bispo, R., Dias da S., R., Delgado, Y., Antônio M., L. Aspectos económicos y tecnológicos de la producción de sorbitol por vía química. Revista Cubana de Química. 2019, 31(3), pp. 388-413. ISSN 2224-5421. Disponible en: http://scielo.sld.cu/pdf/ind/v31n3/2224-5421-ind-31-03-388.pdf
5. GÓMEZ, L. Estabilización Funcional y Operacional de Enzimas Hidrolíticas de Interés Industrial. Tesis doctoral. Universidad de Matanzas, Cuba, 2015
6. GÓMEZ, L., Orozo, J., Ramírez, H., Yll, M., Díaz, S., Michelena, G., Dustet, J. C. Comparison of economic indicators of the sucrose acid inversion or by enzymatic hydrolysis. Biotecnología Aplicada. 2017, 34(4), pp. 4401-4404. ISSN 1027-2852. Disponible en: http://scielo.sld.cu/pdf/bta/v34n4/bta04417.pdf
7. ACOSTA, A., Pérez, O., Pérez, E. R., Martínez, D., González, E. Optimización de parámetros operacionales, escalado y determinación de requerimientos para la inversión enzimática de sacarosa. Centro Azúcar. 2022, 49 (2), In Press.
8. MENÉNDEZ, C., Martínez, D., Hernández, L., Pérez, E. Desarrollo de biocatalizadores termoestables basados en la invertasa de Thermotoga Maritima para la hidrólisis total de azúcar de caña. Anales de la Academia de Ciencias de Cuba [en línea]. 2014, 4(2), pp. 1-14. ISSN 2304-0106. Disponible en: http://www.revistaccuba.cu/index.php/revacc/article/view/114/114
9. MARTÍNEZ, D., Menéndez, C., Echemendía, F. M., Pérez, E. R., Trujillo, L. E., Sobrino, A., Ramírez, R., Quintero, Y., Hernández, L. Complete sucrose hydrolysis by heat-killed recombinant Pichia pastoris cells entrapped in calcium alginate. Microbial Cell Factories. 2014, 13(87), pp. 1-9. Disponible en: https://doi.org/10.1186/1475-2859-13-87
10. MARTÍNEZ, D., Menéndez, C., Hernández, L., Sobrino, A., Trujillo, L. E., Rodríguez, I., Pérez, E. R. Scaling-up batch conditions for efficient sucrose hydrolysis catalyzed by an immobilized recombinant Pichia Pastoris cells in a stirrer tank reactor. Electronic Journal of Biotechnology. 2017, 25, pp. 39-42. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.ejbt.2016.11.003
11. AYALA, L. E., Pabón, J. A., Correa, F. Una mirada a la evaporación como operación en la industria química. Revista de Investigación. 2020, 13(1), pp. 1-19. ISSN 2011-639x. Disponible en: https://doi.org/10.29097/23461098.304
12. IBARRA, E. V., Dupin, M., Goya, F. A., Guerra, B. F., Almeida, A. J. Metodología de diseño mecánico para intercambiadores tipo tubos-coraza, cabezal flotante y tubos en U. Centro Azúcar. 2019, 46(4), pp. 68-78. ISSN 2223-4861. Disponible en: http://scielo.sld.cu/pdf/caz/v46n4/2223-4861-caz-46-04-68.pdf
13. KERN, D. Q. Procesos de transferencia de calor. Tomo I. Editorial Félix Varela. La Habana. Cuba, 2005, pp. 143-860. ISBN 978 9 68 261040 0
14. CORTÉS, M. F., Ruíz, I. C., Alomá, I., González, E., Carrillo, L. E. Diseño de intercambiadores de calor para intensificar el proceso de obtención de glucosa en la UEB Chiquitico Fabregat. Centro Azúcar. 2020, 47(1), pp. 10-21. ISSN. 2223-4861. Disponible en: http://scielo.sld.cu/pdf/caz/v47n1/2223-4861-caz-47-01-10.pdf
15. EAPINOSA, R. O., Hernández, J. P., Goya, F. A., Leiva, J. Integración de procesos energéticos, cogeneración y avances en transferencia de calor en la industria química. Editorial Feijóo. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas. Cuba, 2019, pp. 58-83. ISBN 978-959-312-233-7
16. DESHMUKH, A., Ingale, A., Datir, A., More, P. Design & Analysis of Robert Type Multi-effect Evaporator for Sugar Industry. Journal of Emerging Technologies and Innovative Research. 2019, 6(4), pp. 96-103. ISSN 2349-5162. Disponible en: https://www.jetir.org/papers/JETIRBB06024.pdf
17. HUGOT, E. Manual para ingenieros azucareros. Editorial Continental SA. México, 1978, pp. 339-431. ISBN: 978-044-44-2438-9
18. ULRICH, G. D. Diseño y Economía de Procesos de la Ingeniería Química. Editorial McGraw-Hill, México, 1990, pp. 108-120.
19. ESPINOSA, R. Sistemas de utilización del calor en la industria azucarera. Ediciones ENPES. La Habana, Cuba, 1991, pp. 182-228.
20. MARTÍNEZ, D., Menéndez, C., Echemendía, F. M., Hernández, L., Sobrino, A., Trujillo, L.E., Rodríguez, I., Pérez, E. R. Kinetics of Sucrose Hydrolysis by Immobilized Recombinant Pichia Patoris Cells in a Batch reactor. J Microb Biochem Technol. 2015, 5, pp. 294-298. ISSN 1948-5948. Disponible en: http://dx.doi.org/10.4172/1948-5948.1000228
21. CORTÉS, M. F., CORNES, Y., ALOMÁ, I., GONZÁLEZ, E. Evaluación del sistema energético en el Central Azucarero Quintín Bandera. Centro Azúcar. 2019, 46(3), pp. 66-78. ISSN 2223-4861. Disponible en: http://scielo.sld.cu/pdf/caz/v46n3/2223-4861-caz-46-03-66.pdf
Published
2023-01-05
How to Cite
Acosta-Solares, A., Pérez-Navarro, O., & Cortés-Falcón, M. F. (2023). Economic optimization of the number of evaporators and design of auxiliary equipment for the enzymatic inversion of sucrose. Chemical Technology, 43(1), 26-41. Retrieved from https://tecnologiaquimica.uo.edu.cu/index.php/tq/article/view/5303
Section
Artículos