Determinación de los parámetros cinéticos del pretratamiento por hidrólisis ácida de "Ipomoea arborescens" (palo blanco)

Abstract

Tesis de maestría en ciencias de la ingeniería. El propósito de la presente investigación consistió en la determinación de los parámetros cinéticos de la hidrólisis ácida diluida de Ipomoea arborescens (palo blanco), tales como energía de activación y factor pre-exponencial. La motivación de este trabajo es evaluar el potencial de esta materia para la producción de carbohidratos potencialmente fermentables como alternativa en la producción de etanol. La estrategia de investigación consistió en caracterizar la pared celular de Ipomoea arborescens mediante una secuencia de extracciones químicas, evaluar los efectos del tamaño de partícula y la concentración de ácido sobre la rapidez de la reacción de hidrólisis de hemicelulosa. Con los mejores parámetros encontrados, se procedió a hidrolizar Ipomoea arborescensa diferentes temperaturas. Se adoptó el modelo pseudohomogéneo de hidrólisis de hemicelulosa. Se resolvieron de forma analítica las ecuaciones diferenciales lineales de balances de materia para un reactor batch. Se comparó el modelo matemático con los datos experimentales. Con la ayuda de la herramienta SOLVER y mínimos cuadrados en MS Excel, se calcularon las constantes de velocidad y se obtuvieron las constantes cinéticas basados en la teoría de Arrhenius. Los datos obtenidos se simularon en un reactor de flujo continuo. La energía de activación aparente para la hidrólisis de hemicelulosa obtenida en este estudio fue de 100.8 kJ/mol, la cual es menor a la de otras especies reportadas en la literatura, y el factor pre-exponencial de 2.78x1010 min-1. La composición química deI pomoea arborescens fue de 41.4% celulosa y 25.7% de hemicelulosa. Los parámetros que se proponen para hacer escalable el proceso son: 160°C, tamaño de partícula menores a 0.595 mm y concentración de H2SO4 de 0.5% peso. Es necesario encontrar un modelo cinético que prediga aún mejor la hidrólisis de la hemicelulosa, ya que a temperaturas inferiores a 120° y superiores a 160° el modelo no predice de forma adecuada los resultados. También necesita considerar otro tipo de reacciones que ocurren entre la lignina, los carbohidratos y productos de degradación.