PRECIO DE L-ÁCIDO GULTAMATICO A NIVEL INDUSTRIAL EN ELMERCANDO INTERNACIONAL Los precios del L-acido glutámico se encuentran entre los 5 y 7 , estos precios se aplican solamente para la exportación de países de américa latina. En México se calcula el precio mínimo del ácido L-glutámico el cual arroja un precio mínimo de 3 USD / kg. Las empresas juegan un papel importe en la producción de ácido L-glutámico ya que las empresas de comida son nuestro mercado base y en ellas se basa el consumo del ácido L- glutámico, en México como en América Latina se encuentran las firmas de YOZO YONEKURA y PANDOCK las cuales muestran información de las cantidades y precios para el consumo doméstico: YOZO-YONEKURA Latas de 15 kg. a 140 = 9.33 Latas de 5 Lb. a 35 = 15.42 La producción del ácido L-glutámico se de gran importancia ya que nos da un parámetro del consumo y producción se muestran el siguiente tabla País Producción consumo Exportación Importación Ton. %del total Ton. %del total Ton. %del total Ton. %del total Japón 110.000 49.1 90.000 40.2 20.000 72.2 Taiwán 21.000 9.38 13.500 6.03 7.500 27.08 U.S.A 23.000 10.27 22.800 10.18 200 0.72 Sur este de Asia 44.000 19.64 56.000 25.0 12.000 43.32 Italia- Francia 23.000 10.27 29.600 13.2 6.000 23.8 América latina 1.200 0.54 6.000 2.7 4.800 17.3 España 1.200 0.54 1.500 0.67 300 1.1 Canadá 600 0.27 2.600 1.16 2.000 7.2 Totales 224.00 222.00 27.700 324.80 92.72 PANDOCK Tambor 50kg. a 525 = 10.5 Latas 12kg. a 140 = 11.67 Bolsas 1kg. a 14 14.00 Según lo visto en la tabla Japón se encuentra como el 1er país consumidor , exportador y productor en el mercado internacional , en varios países estudiados se ve que el consumo va de la mano ya que el producto se importa ante la imposibilidad de suplir la demanda interna. En la literatura citada se ubica a México dentro del mercado que engloba américa latina ocupando en 3er lugar entre los importadores con un porcentaje del 17.3% del total, pero con una producción interna pobre del 2.7%. Entre los países latino americanos en los cuales se estudió se hace mención que la mayoría de estos realizan exportaciones a Japón, las estadísticas de exportación muestran los siguiente resultados. País Exportación a Japón (Ton.) Colombia 85.000 Venezuela 518.682 Brasil 694.874 Chile 272.000 Argentina 1,798.000 México 1,058.000 Otros 560.003 Total 4.986,556 Las cifras indicas en las tablas hacen alusión del consumo en el sector industrial y de servicios , llevan a la conclusión de un consumó total estimado de ácido L-glutámico es de 600 ton aproximadamente. Aunque una razón para importación de ácido L-glutámico es que hay una rebaja de impuestos ya que algunas empresas transnacionales como Maggi, knorr gozan de exoneración de derechos aduanales de la importación del ácido L- glutámico. En el sector industrial la información recopilada se obtiene que las compras de estas crezcan en 10% anual. Aplicando una tasa compuesta del 20% en dos años por lo cual se cita las siguientes Empresa Consumó estimado (Ton/año) maggi 316.0 knorr 277.2 continental 81.84 Productos Heinz 6 Mc. Cormick 12 total 643.04 Basado en el consumo de cada empresa se toma en cuenta que el ácido L-glutámico se va tomando en la producción los concentrados de sopas en cubitos, sobres y enlatados ya que el ácido L-glutámico sirve como saborizante. En los próximos años se estima que atreves de actividades promotoras de publicidad y propaganda aumente significativamente el consumo de ácido L-glutámico no solo en la industria sino también aumente el consumo en los hogares dadas las excelentes condiciones y el potencial que tiene para ser un condimento ya que en la mayoría de los países latino americanos no se cuenta con la información detallada y precisa de lo que es un condimento y aditivo , las personas que no tiene acceso a esta información han mal interpretado esto llevándolos a pensar que el ácido L-glutámico es cancerígeno y que puede tener consecuencias negativas en la salud humana. La comercialización del ácido L-glutámico se logra gracias al diseño de una planta y su funcionamiento para la producción A) venta del producto por parte de la empresa en sacos de 25 kg los cuales se enviaran tanto a los distribuidores como a las industrias las cuales representa el mercado. Esquema para la comercialización de ácido L-glutámico p r o d u c c i o n p l a n t a sector industrial productos en sacos de 25kg distribuidores sector de servicios (restaurantes) consumo final (super mercados , publicos) INGENIERÍA DEL PROYECTO TAMAÑO DE LA PLANTA Actualmente existen distintas formas de obtener y producir el ácido L-glutámico, se han desarrollado varios métodos de los cuales se seleccionó por el método de fermentación aeróbica, esto es que a nivel industrial cuenta con mayor auge además de que es económico así como el costo menor en cuanto la materia prima utilizada en la producción. Durante el proceso de producción y fermentación se usa como materia la prima la melaza la cual es una fuente de carbono barata, en el método de fermentación se usa la melaza como principal alternativa para el proceso de obtención de ácido L-glutámico mediante una fermentación aeróbica de la melaza. El criterio que se toma en cuenta para el diseño de una planta es el mercado del producto en el país y en otros países, lo cual nos ayudara a definir el estado y nivel de producción adecuado para el arranque de la planta. Según las estadísticas y el análisis de mercado se obtuvieron que el consumo neto de ácido L-glutámico sea de 600.24 Ton, esto a razón de las empresas como el consumo en productos (latas, bolsas) que utilizan el ácido L-glutámico. PROCESO DE FABRICACIÓN FERMENTACIÓN AERÓBICA El proceso de obtención de ácido L-glutámico mediante la fermentación se produce por la acción de microorganismos sobre el sustrato adecuado. La gran mayoría del microorganismo son capaces de producir acido L-glutámico a partir de la glucosa. El más importante microorganismo usado es Corynebacterium glutamicum y que en la actualidad es usado para la obtención de este acido. MATERIA PRIMA La materia prima juega un papel muy importante ya que es requerida como fuente de carbono para producir el esqueleto del carbono del ácido glutámico, son importantes también algunas sustancias auxiliares: sales inorgánicas para el adecuado crecimiento de la bacteria. Como fuente de carbono se usa típicamente las soluciones de glucosa, es importante para el desarrollo del proceso a partir de la melaza de la caña la cual debe ser sometida a un proceso de purificación. Como fuente de nitrógeno se puede usar la urea, amoniaco, sales amoniacales como el sulfato de amonio, así como sales inorgánicas: sulfatos de fosfatos, magnesio, fosforo, magnesio, manganeso y hierro. es de gran importancia cuidar estos parámetros ya que son necesarios para el crecimiento de la bacteria, tanto como las cantidades usadas deben ser seleccionadas ya que pueden afectar el rendimiento de nuestra fermentación , por cual se usa una concentración total del todos los elementos del 0.2% ya que es la más adecuada para este tipo de procesos. Microrganismos En el proceso de fermentación se usa una bacteria como catalizador ya que se sabe que producirá acido L-glutámico con un rendimiento del 50%(sobre la glucosa) con una concentración inicial del 10% de glucosa en el medio, cepas bacterianas productoras de ácido glutámico provienen en su mayoría de Japón y abarcan los siguientes géneros de bacterias: MICROCOCCUS, BREVIBACTERIUM, MICROBACTERIUM y CORYNEBACTERIUM , esta bacterias son gram positivas , son inmóviles , aerobias . En condiciones adecuados de crecimiento provén un rendimiento máximo de ácido glutámico del orden de 50 gr. /lt. EXPLICACIÓN DEL DISEÑO DEL BIOPROCESO La melaza de caña cruda deberá someterse primero a un proceso de clarificación y de hidrolisis, ya que este será usado como sustrato y partir de esta la bacteria producirá el ácido L-glutámico la fructosa y glucosa son dos azucares que se encuentran en la melaza. el porcentaje en el que se encuentran en la melaza es de 20% según lo citado en la literatura aunque también la sacarosa se encuentra en un 30% esto es muy importante llevar acabo la hidrolisis de la sacarosa la cual se lleva a cabo mediante la siguiente reacción. Calor Sacarosa glucosa + fructosa Medio acido (azúcar invertido) Para el óptimo de crecimiento de la bacteria, re realizara el cultivo en dos tanques para lo cual es importante conocer y cuidar los siguientes parámetros relativos al control de bioproceso: 1. cuidar y seleccionar los componentes para usar en el medio de cultivo, así como la concentración del mismo a usar en el medio para obtener el máximo rendimiento. 2. realizar una esterilización estricta del medio de cultivo y del fermentador , asi como evitar el contacto con el vapor generado y evitar las posibles desnaturalizaciones del medio de cultivo , es adecuado el uso de filtros de lana de vidrio para eliminar la contaminación del aire el cual debe estar libre de gotas de agua. 3. es importante agregar sales para el crecimiento de la bacteria, el uso de posibles agentes despumantes, antibióticos para evitar las invasiones de otras bacterias que no son de nuestro interés. Todos los materiales que se vayan a introducir en el fermentador deben ser previamente esterilizados. La temperatura óptima de fermentación se da entre 30 y 70 °C y esta debe mantenerse constante, por lo cual es necesario el uso de instrumentos de medición de temperatura. El fermentador debe ser de un material de preferencia de acero inoxidable y el fermentador debe equiparse con un agitador, equipos de ventilación y debe ser cerrado durante el periodo que dure el proceso generalmente comprende en un periodo de tiempo de 35 a 30 horas, y posteriormente se extrae el caldo concentrado del fermentador el cual tiene un contenido aproximado de 50 gr. /lt de ácido glutámico. Después se disuelven los cristales en agua para ser lavados y luego son neutralizados con hidróxido de sodio, llevando el pH a 3.2 con el fin de cristalizar el ácido L-glutámico. La masa cocida o “Massecuite” es centrifugada para separar totalmente los cristales del ácido glutámico, los cristales son disueltos nuevamente y se clarifica con carbón activado toda la mezcla restante se filtra para separar las impurezas presentes, posteriormente se vuelve a cristalizar y estos cristales son separados por centrifugación y este se recircula el licor madre restante para eliminar los contaminantes restantes en el caldo. El último paso incluye un método de secado para obtener el producto final. La fermentación actualmente es uno de los procesos más baratos para la producción en varios países en la actualidad se usan microorganismo que produzcan grandes cantidades de ácido L-glutámico, en los procesos continuos de fermentación hay una gran acumulación de ácido glutámico en el caldo de fermentación. En México se sabe que hay grandes industrias azucareras por lo cual la producción de melaza de caña de azúcar por lo cual el uso de la materia prima en la fermentación aeróbica para la obtención de ácido L-glutámico. BALANCE DE MATERIALES Y CONSUMO ESPECIFICO POR UNIDAD DE PRODUCTO TERMINADO Se muestra a continuación un listado de todas las reacciones que ocurren en el proceso DESARROLLO DEL BALANCE DE LOS COMPONENTES: El balance del material será desarrollado en sentido inverso .por lo cual se comenzara desde la última reacción, tomando como base una tonelada de ácido L-glutámico, tomando como base una tonelada de ácido L-glutámico. Base= 1000 kg. De ácido L-glutámico Reacción numero 4 Rendimiento de reacción= 0.96 Componentes No. Peso molecular (Kg/Kg-mol) IV-1 183.6 IV-2 40 IV-3 147.13 Balance molar: 1Kg mol (IV-1) + 1Kg. mol (IV-2) 1 Kg. mol (IV-3) + 1 Kg mol (IV-4) + 1 Kg. mol (IV-4) + 1 Kg. mol (IV-5) Kg.mol de (IV-3) a obtener = = =5.68 Kg. mol. A Partir de balance molar, con un rendimiento de la reacción del 96% a) Kg. mol necesarios de (IV-1)= b) Kg. mol necesarios de (IV-2)= 5.9 Kg. mol Kg necesarios de (IV-2)= 5.91* 40 = 236 Kg. Por lo cual se deduce que se necesitan 236 Kg. de hidróxido de sodio puro para la reacción IV. Reacción numero 3 Rendimiento molar = 96% Componente No. Peso molecular ( Kg./ Kg . mol) III-1 147.13 III-2 36.47 III-3 183.6 Balance molar: 1 Kg. mol (III-1) + 1 Kg. mol (III-2) 1Kg. mol (III-3) Kg.mol de (III-3) a obtener = Kg. mol necesarios de (IV-1) =5.9 Kg. mol. A partir de balance molar, rendimiento del 0.96= a) Kg. mol necesarios de (III-1)= b) Kg. mol necesarios de (III-2)= 6.1 Kg. mol Los Kg mol de (III-2) =6.1 * 34.47= 223.4 Kg. por lo cual se necesitan 223.4 Kg. de ácido puro para la reacción (III). Reacción numero 2 La misma fuente de hidrogeno para esta reacción es la misma que para la fuente de nitrógeno. Rendimiento = 100% Componente No. Peso molecular (Kg / Kg/ mol) II-1 146 II-2 28 II-3 147.13 Urea 60 Balance molar 2 Kg. mol de (II-1)+ 1 Kg. mol (II-2) (10 H) 2Kg. mol (II-3)+2 Kg. mol (II-4) Kg. mol de (II-3) a obtener = Kg. mol necesarios de (III-1) = 6.1 Kg. mol Del balance molar, rendimiento del 100% a) Kg. mol necesarios de ( II-1) = 6.1 Kg. mol b) Kg. mol necesarios de ( II-2) = Si usa a la urea como fuente de nitrógeno Kg. mol de presentes en 1 Kg. mol de urea = 1 Kg. mol Se necesitan 3.05 Kg. mol de urea Kg. de urea pura necesarios = 3.05 * 60 = 183 Kg. Reacción 1 Rendimiento = 50% Componentes No. Peso molecular ( Kg./Kg/mol) I-1 180 I-2 32 I-3 146 Balance molar 1 Kg. mol (I-1) + 2 Kg. mol (I-2) 1 Kg. mol (I-3)+ 1 Kg. mol (I-4)+ 3 Kg. mol (I-5) Kg. mol de (I-3) a obtener = Kg mol de (II-1) necesarios = 6.1 kg. mol Rendimiento de 50% del balance molar Kg mol de (I-1) necesarios = Kg. De glucosa y fructosa (II-1) necesarios = 12.2 x 180 = 2.196 kg. Si se usa la melaza como fuente principal de carbono, esta se verá afectada en un rendimiento de 96 % para el azúcar invertido que hay en la melaza 50 % por lo cual el azúcar invertido necesario = Kg. De melaza necesarios = TOTAL CONSUMO ESPECIFICO POR TONELADA DE ÁCIDO L-GLUTÁMICO Materia prima Consumo (Kg) Consumo adicional estimado en Kg. Glucosa pura 2.196 Melaza con 50% de azucares (sacarosa+ azúcar invertido) 5.000 Urea pura 183 39 Urea técnica al 93 % 197 43 Ácido clorhídrico puro 222.4 67 Ácido clorhídrico al 29% 767 233 MAQUINARIA Y EQUIPO Cuando se quiere obtener un producto el material y equipo de obtención es necesario la creación de una planta de servicios y de un laboratorio. Por lo cual es de gran importancia la creación de las siguientes áreas en la planta de procesos. a) fermentación aeróbica b) separación y limpieza del ácido glutámico obtenido en la planta a. c) neutralización del ácido L- glutámico, separación y limpieza y ensacado para el almacenaje. La planta de servicios Comprende del el suministro de vapor para la limpieza, esterilización y calentamiento. El suministro eléctrico tiene que haber una planta propia de generación de energía ya que el proceso de fermentación no puede enfriarse ya que este puede deteriorar el cultivo. El laboratorio Para un control más exacto en los medios de cultivo de la bacteria y en el procesos de fermentación es importante contar con laboratorio a continuación se cita un listado con el material de laboratorio. LISTADO DEL EQUIPO DE LA PLANTA " A” ítem Nombre del equipo Cantidad A-1 CAJA DE INOCULACION 1 A-2 1ER TANQUE DE CULTIVO 1 A-3 2DO TANQUE DE CULTIVO 1 A-4 AGITADOR CON MOTOR DE 3 HP 1 A-5 FERMENTADOR DE 60 KL SS SERPENTIN 1 A-6 AGITADOR DE 50 HP 1 A-7 FILTRO DE AIRE 1 A-8 TANQE DE SALES SS 4 KL 1 A-9 AGITADOR CON MOTOR 5HP 1 A-10 TANQUE DE UREA SS 6 KL 1 A-11 AGITADOR DE 2 HP 1 A-12 TANQUE DE AGUA CALIENTE 1 A-13 TANQUE DE ALIMENTACION DE LA UREA 1 A-14 TANQUE DE CALDO DELGADO DE GO KL 1 A-15 TANQUE DE SEDIEMENTACION DE LA MELAZA 20 KL 1 A-16 AGITADOR DE 7.5 HP 1 A-17 TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE 1000 Ton. 1 A-18 ENFIRADOR DE CALDO TIPO PLACAS 1 A-19 CALENTADOR DEL CALDO TIPO PLACAS 1 LISTADO DEL EQUIPO DE LA PLANTA B ITEM NOMBRE DEL EQUIPO CANTIDAD B-1 TANQUE DE CALDO CONCETRADO 1 B-2 AGITADOR DE 7.5 HP 1 B-3 ENFRIADOR DE CALDO CONCENTRADO 2 B-4 CRISTALIZADOR CONTINUO 2 B-5 TANQUE DE ENFRIAMENTO CON EPOXY DE 35 KL 2 B-6 CRISTALIZADOR DE A.G 4 B-7 TANQUE DE G.A 5 KL 1 B-8 SUPERDECANTADOR DEL TIPO DE SHARPLES 2 B-9 TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE MASSECUITE DE GLUTAMATO 3 B-10 TANQUE DE ALIMENTACION HCL RESVESTIDO DE GOMA 2 B-11 TANQUE DE ALIMENTACION DE Na OH DE 10 KL. 1 B-12 ULTRA FILTER DE AREA 15 M2 1 B-13 TANQUE DE PREFILTRADO DE 10 KL 1 B-14 TANQUE DE LAVADO DE 5 KL 1 B-15 CHILLER DE SALMUERA DE 40 TR , 75 HP 2 B-16 SEPARAR CENTRIFUGO 36 DE 7.54 HP 3 A-20 EVAPORADOR DEL CALDO 1 A-21 COMPRESOR DEL AIRE TIPO TORNILLO 1 A-22 CHILLER DE 150 T.R 1 A-23 TANQUE DE AGUA FRIA 1 A-24 INSTRUMENTO DE FERMENTACION 1 A-25 OTROS 1 B-17 VARIOS 1 B-18 EQUIPO OPCIONAL DE RECUPERACION DE ACIDO 1 LISTADO DEL EQUIPO EN LA PLATA "C" ITEM NOMBRE DEL EQUIPO CANTIDAD C-1 TANQUE DE DISULUCION DE A.G 3 KL 1 C-2 AGITADOR 2 HP 2 C-3 SEGUNDO NEUTRALIZADOR DE 5 KL 2 C-4 AGITADOR 3HP 2 C-5 ULTRAFILTRO AREA DE 15M2 3 C-6 CRISTALIZADOR DE A.G 5 KL , 5 HP 2 C-7 TANQUE DE CARGA DE 5 KL 1 C-8 SEPARADOR DE A.G. 7.4 HP 3 C-9 SECADOR DE A.G TIPO VERTICAL CON 2 ELEVADORES 3 C-10 TAMIZ ROTATORIO DE 1 HP 2 C-11 TANQUE DE LICOR DE LAVADO DE 5KL 1 C-12 TANQUE DE JARABE DE 5 KL 3 C-13 TANQUE DE LIQUIDO MADRE DE 5KL 3 C-14 TANQUE DE DECOLORANTE REVESTIMIENTO DE GOMA 1 KL , HCL SODA TK. 2 C-15 TANQUE DE DECOLORACION DE 5 KL 1 C-16 CANAL DE PRODUCTO DE 2KL 2 C-17 ENSACADORA 2 C-18 VARIOS 1 LISTADO DE EQUIPO EN LABORATORIO ITEM NOMBRE DEL EQUIPO CANTIDAD D-1 MANOMETRO WARBURG 2 D-2 AGITADOR ROTATORIO 2 D-3 AGITADOR RECIPROCANTE 2 D-4 PHOTO-ELCTRICO MEDITOR DE LUZ 1 D-5 SEPARADOR CENTRIFUGO 2 D-6 BALANZA ANALITICA 2 D-7 MEDIDOR DE PH 3 D-8 MICROSCOPIO 3 D-9 JARRA DE FERMENTACION 1 D-10 TESTER 1 D-11 HORNO ELECTRICO 3 D-12 UTELERIA DE VIDRIO LISTADO DEL EQUIPO SERVICIOS ITEM NOMBRE DEL EQUIPO CANTIDAD E-1 CALDERA DE 10 KG/CM2. 10 T/hr. 1 E-2 GENERADOR DE DIESEL 500Kw 2 E-3 TRANSFORMADOR DE TRIFASICO 1000 kw 1 E-4 PANEL ELECTRICO DE ALTO VOLTAJE 1 E-5 MATERIAL ELECTRICO D-6 TUBERIA E-7 BOMBAS DE PROCESO 60 E-8 TRATAMIENTO DE AGUA E-9 PANEL ELECTRICO BAJO VOLTAJE 1 E-10 VARIOS