Diseño de un proceso para la producción de gel antibacteriano a partir de residuos de café en Junín

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo diseñar un proceso de producción de gel antibacteriano aprovechando el mucílago de café, uno de los subproductos generados durante el procesamiento del café en la región Junín. Para el diseño del proceso, se realizó el modelamiento matemático y cinética química de la fermentación del mucílago a temperatura de 29°C - 31°C. Con este modelo se definió que el tiempo de fermentación es 84 horas empleando la levadura Saccharomyces cerevisiae como microorganismo, en un reactor batch o por lotes. Para este tiempo, se consiguió una concentración de 9.46% peso/peso de etanol con una conversión de 88.04%. Para garantizar la seguridad y eficiencia del fermentador se consideró un factor de seguridad de 30%, lo que resultó en una dimensión estimada de 39.7 m3 de acuerdo con el balance de moles. Por otro lado, se empleó el simulador de procesos ProMax 4.0 para modelar la columna de destilación, donde se obtuvo como destilado 88.9% de fracción volumétrica líquida de etanol, concentración requerida para la elaboración del gel antibacteriano según la normativa del Minsa. Además, se realizó el dimensionamiento de los principales equipos unitarios como la columna de destilación, tanques de almacenamiento y tanque de mezclado de acuerdo con su capacidad volumétrica. Asimismo, se realizó el análisis de control de peligros mediante la metodología HAZID y cálculo del E-factor (estudio de impacto ambiental). Finalmente, se realizó un análisis de la viabilidad económica del proceso mediante los indicadores económicos como la tasa interna de retorno (TIR) y el valor actual neto (VAN) tomando como referencia el mucílago de café con una capacidad de procesamiento de 32 toneladas diarias. De acuerdo con esta evaluación, el proyecto es viable debido a que el TIR en los próximos 12 años es 28.1 %. Mientras que el VAN en 12 años es US$ 1 126 383 con ROI de 34.5%.

The general objective of this research is to design antibacterial gel production process taking advantage of coffee residues from Junín, such as mucilage. For the design process, mathematical modeling, and chemical kinetics of mucilage fermentation at temperature between 29°C - 31°C. As a result, it was determined that the fermentation time is 86 hours using the yeast Saccharomyces cerevisae as a microorganism in a batch reactor. For this time, a concentration of 9.46% weight/weight of ethanol was achieved with a conversion of 88.04%. To ensure the safety and efficacy of the fermenter, a safety factor of 30% was considered, resulting in an estimated dimension of 39.7 m3 according to the mole balance. On the other hand, the ProMax 4.0 process simulator was used to model the distillation column. As distillate, 88.9% of liquid volumetric fraction of ethanol was obtained, concentration required to produce sanitizing gel according to MINSA regulations. In addition, the sizing of the main unitary equipment such as the distillation column, storage tanks and agitation tank was carried out according to their volumetric capacity. Moreover, the hazard control analysis was carried out using the HAZID methodology and calculation of the E-factor (environmental impact study). Finally, an analysis of the economic viability of the process was made using economic indicators such as the internal rate of return (IRR) and the net present value (NPV) based on coffee mucilage with a processing capacity of 32 tons per day. According to this evaluation, the project is viable because the IRR in the next 12 years is 28.1 %. While the value of NPV is US$ 1 126 383 in 12 years with ROI of 34.5%.