379985963 Diseno de una Planta Productora de Tequila PDF

Preview

Summary

Warning: TT: undefined function: 32D I S E Ñ O D E U N AP L A N TAP R O D U CT O R A D ET E Q U I L AUniversidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Estudios Superiores - ZaragozaIngeniería QuímicaLaboratorio y Taller de Proyectos – 8º SemestreElaborado porAguirre Barragán FernandoCervantes Moral...

Description

DISEÑO DE UNA PL ANTA PRODUCTORA DE TEQUILA

Diseño de una Planta Productora de Tequila Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores - Zaragoza Ingeniería Química

Laboratorio y Taller de Proyectos – 8º Semestre

Elaborado por Aguirre Barragán Fernando Cervantes Morales Tzamn Perea Rangel Luisa Betzabet Guadalupe Pérez Sánchez Roberto Sainos García Diana Alejandra Sierra Juárez Ivonne Vargas García Michel

Con la asesoría de I.Q. Cornelio Flores Hernández

Grupo 4801 17 de mayo de 2018 1

Objetivos:   

Familiarizarse con el proceso, cuyo índice de aprovechamiento puede ser rentable en la elaboración de otro producto. Aplicar conceptos de la ingeniería básica para la elaboración de una planta de producción de tequila de agave. Introducirse a la industria tequilera, que es un área en constante expansión.

Justificación: 





El sector tequilero es grande en México, por lo que la producción de tequila ofrece grandes oportunidades económicas y de futura exportación del producto. La mayoría de las industrias enfocadas en la producción de bebidas engloban operaciones unitarias similares presentes en la elaboración del tequila, por lo que conocerlas y dominarlas ofrece oportunidades laborales. El abrir una planta ofrece oportunidades de crecimiento al sector agrario en México, al fomentar el consumo de agave 100% mexicano.

Alcance:  

La materia prima es recibida en camiones y almacenada en bodegas. El proceso llega hasta el almacenamiento del producto en barricas.

El tequila es un destilado originario del municipio de Tequila en el estado de Jalisco, México. Se elabora a partir de la fermentación y destilado al igual que el mezcal, jugo extraído del agave, en particular el llamado agave azul (Agave tequilana Weber), con denominación de origen en cinco estados de la República Mexicana (Guanajuato, Michoacán, Nayarit, Tamaulipas y Jalisco ya que en los tres primeros solo se puede producir en algunos municipios, los fronterizos a Jalisco). Es quizá la bebida más conocida y representativa de México en el mundo.

2

ÍNDICE I.

II.

III.

IV.

Generalidades a. Bebidas en la industria b. Tequila, su historia y origen c. Clasificación taxonómica del agave tequilero d. Tipos de tequila e. Regulación del tequila Proceso generalizado de elaboración a. Operaciones unitarias principales del proceso de elaboración de agave b. Propiedades físicas, químicas, de manejo y tóxicas i. Propiedades físicas y químicas 1. Materia prima 2. Producto terminado 3. Subproductos y productos intermedios ii. Propiedades de manejo 1. Almacenamiento 2. Desalmacenamiento iii. Propiedades tóxicas y de seguridad (explosividad, toxicidad o propiedades específicas) Estudio de mercado a. Producción de tequila i. Principales productores 1. Nivel mundial 2. Nivel nacional ii. Demanda y consumo b. Exportación e importación c. Tendencias del mercado Bases de diseño a. Generalidades i. Función de la planta ii. Tipo de proceso b. Capacidad, rendimiento y flexibilidad i. Capacidad ii. Rendimientos iii. Flexibilidad c. Especificación de la alimentación d. Condiciones de las alimentaciones en límite de batería e. Especificación de los productos i. Especificaciones de los subproductos f. Agentes químicos g. Instalaciones requeridas de almacenamiento i. Alimentaciones 3

V.

VI. VII. VIII. IX.

ii. Productos h. Servicios auxiliares i. Vapor ii. Condensado iii. Agua 1. Agua de enfriamiento 2. Agua potable (para dilución) 3. Agua contra incendio 4. Agua para caldera 5. Agua para proceso 6. Análisis del agua iv. Aire 1. Aire de instrumentos v. Combustibles i. Información meteorológica del sitio i. Temperatura ii. Estadística pluvial iii. Estadística de tormentas eléctricas iv. Viento v. Humedad vi. Atmósfera j. Localización de la planta i. Elevación sobre el nivel del mar k. Normas, códigos y especificaciones Desarrollo del proyecto a. Descripción del proceso b. Balance de materia y energía c. Diagrama de flujo de proceso d. Diagrama de tuberías e instrumentación e. Datos de equipos f. Layout g. Reactor fermentador h. Clean In Place (CIP) Análisis de resultados Conclusiones Anexos Bibliografía

4

Capítulo I. Generalidades a) Bebidas en la industria La palabra “bebida” es una palabra de uso común que se refiere a todo tipo de líquidos (naturales o artificiales) que pueden ser utilizados para el consumo humano. Desde el agua potable hasta los productos líquidos más exóticos pueden ser considerados bebidas, siempre y cuando, su consumo esté permitido para el hombre. Cuando se habla de bebidas se hace referencia principalmente a aquellos productos que suponen cierta elaboración como lo pueden ser las bebidas gaseosas, los jugos, las infusiones o bebidas alcohólicas. Descripción del sector La industria de las bebidas se compone de dos categorías principales y ocho subproductos. La categoría de bebidas sin alcohol comprende: la fabricación de jarabes de bebidas refrescantes; el embotellado y enlatado de agua y bebidas refrescantes; embotellado, enlatado y envasado en cajas de zumos de frutas; la industria del café; la industria del té. La categoría de las bebidas alcohólicas incluye el vino, cerveza y los licores destilados, este último, en el cual estará basado este proyecto. Clasificación de las bebidas 

    

Bebidas no carbonatadas. Por ejemplo: Agua natural, té natural de hierbas, cáscaras, hojas, raíz, etc.; jugos naturales de frutas (naranja, toronja, mandarina, sandía, melón, kiwi, etc.) Bebidas carbonatadas. Son bebidas saborizadas, con efervescencia y sin alcohol, como los refrescos gasificados. Bebidas isotónicas o deportivas: Se les llama así a las bebidas que rehidratan el cuerpo cuando se termina de hacer actividad física o cualquier ejercicio, proporcionando sales y minerales. Bebidas “Ready to drink (listas para beber)”: Son bebidas que se preparan con alcohol, pero con baja graduación alcohólica. Bebidas “Energy drink”: Este tipo de bebida estimula el cuerpo para proporcionar mayor energía. Bebidas alcohólicas: Estas bebidas contienen alcohol etílico entre sus componentes.

Bebidas Alcohólicas Las bebidas con alcohol son sustancias que contienen, en mayor o menor medida etanol (alcohol etílico). Dicho compuesto es digerido fácilmente por el organismo, pero su consumo en exceso puedo ocasionar graves daños a la salud. 6

La clasificación de estas sustancias se hace a partir de su procedencia, su graduación alcohólica o su elaboración. De estos tres, la más general (y la más usada) es la basada en la forma de elaboración. Según su forma de elaboración: Aquí se encuentran cuatro tipos de bebidas alcohólicas: fermentadas, destiladas (o espirituosas), fortificadas (o generosas), y los licores y cremas. 1. Bebidas Fermentadas. Estas fue el primer tipo de bebidas que existió. Se las denomina así porque se producen a través de un mecanismo químico llamado “fermentación alcohólica ”, en el que el azúcar propio de las frutas, las hierbas o las semillas, se convierte en alcohol por la acción de algunos microorganismos; en este caso, de bacterias de levadura. En este grupo, que por lo general posee una graduación alcohólica baja (515º), se encuentran:           

Vinos Cervezas Champagne Chicha Cava Sake Vermut Sidra Sato Pulke Tepache, etc

2. Bebidas destiladas (o espirituosas). Estas bebidas se obtienen a través de la destilación. Este proceso consiste en hervir jugos o zumos ya fermentados para separar el alcohol del agua, y así tener una mayor graduación alcohólica (que van entre los 17 a 45º). En ocasiones se le suele agregar otros ingredientes (almidón o frutas) para aumentar el sabor. En este grupo se encuentran:         

Vodka Whisky Tequila Ron Ginebra Brandy Pisco Coñac Orujo, etc. 7

3. Bebidas fortificadas o generosas. Éstas se las obtiene, primero, por fermentación para luego ser 'fortificadas' a través de la adición de un alcohol proveniente de una destilación. Ésto se hace con el objetivo de equilibrar los sabores, pero a la vez se incrementa su graduación alcohólica. Los principales ejemplos de este grupo son los vinos fortificados, de los cuales tenemos:     

Oporto Jerez Marsala Madeira Banyuls francés, etc

4. Licores y cremas. Estas bebidas alcohólicas se las obtiene por maceración, infusión o destilación de diversas sustancias vegetales naturales (frutas, hierbas, etc) con alcoholes destilados aromatizados y con una cantidad determinada de azúcar. Debido a que las frutas (u otras especias naturales) son el ingrediente principal, existe una inmensa variedad de licores y cremas en el mundo, ya que dependen de la región geográfica dónde se los prepara. Estas bebidas poseen un contenido alcohólico superior a los 15º (llegando a superar los 50º). Importancia económica La industria de las bebidas emplea a varios millones de personas en todo el mundo, y cada tipo de bebida produce unos ingresos del orden de billones de dólares anuales. No cabe duda de que en algunos pequeños países en desarrollo la producción de café por ejemplo es el principal soporte de la economía global. Según un informe de Beverage Marketing Corporation , el consumo de agua embotellada supera al de los refrescos por primera vez en Estados Unidos, en el año 2016, el mercado del agua embotellada creció un 9%, estableciéndose un consumo per cápita anual de 147’6 litros, mientras que el de los refrescos se situó en 145’7 litros. A finales de la década de los 90, el consumo medio de refrescos se situaba en 180’2 litros. El consumo de agua ha ido creciendo año tras año, teniéndose en 2015 un volumen mundial de agua embotellada de 375 millones de litros. El té creció 55 mil millones de litros, ocupando el segundo lugar en crecimiento de volumen entre todas las bebidas. Dentro de la categoría de agua embotellada, las ventas mundiales de agua saborizada crecieron un 4% en 2015 para llegar a 7.5 mil millones de litros. 8

Durante 2016, en cada hogar mexicano se compraron más de 1,500 litros de agua embotellada, convirtiendo a México en el mayor consumidor de Latinoamérica. En comparativa, la “sed” mundial de cerveza está disminuyendo. Por primera vez, los procesadores de cerveza en todo el mundo vieron caer el mercado por dos años sucesivos, en 2014 un 0.5% y en 2015 un 1.5%. Las marcas mexicanas de cervez importada tuvieron fuertes tasas de crecimiento en 2016, con algunas todavía creciendo a fuertes tasas de dos dígitos, debido al fuerte desempeño de las marcas de cerveza mexicanas, hablando, tanto de marketing y posicionamiento de marca, como de demografía. México, el principal exportador de cerveza del mundo, tuvo ventas en el 2016 por US$2.814 millones, un alza de 10.7% frente a lo logrado en el 2015. El tequila se ha vuelto la categoría de mayor crecimiento de bebidas alcohólicas en el último año en el mercado mexicano, en gran parte por un mayor consumo en sus productos Premium y ultra Premium, con un 16.3% en ventas valor y 6% en volumen, de acuerdo con la consultora Iscam. En el reporte a 2016, la segunda categoría con la misma fuerza en ventas valor, es whisky, con cinco puntos de diferencia. El tequila ha pasado de ser una bebida común y corriente en el mercado mexicano, a ser una bebida de lujo enfocada a consumidores conocedores de la categoría con marcas Premium como los llamados “cristalinos”, entre los que destacan “Don Julio 70”, “Maestro Tequilero”, “1800” y “Herradura”. “Patrón” es uno de los principales competidores en venta de tequila Premium en Estados Unidos, además de “Diageo” (con la venta de “Don Julio 70” y “Cuervo”, “Maestro Dobel” y “1800”, con un volumen de ventas de más de 2 millones de cajas anualmente). Características de la población activa Aunque los ingredientes y los métodos de producción de las bebidas varíen, el personal empleado en esta industria suele presentar muchas características en común. En el proceso de recolección de las materias primas, ya sean granos de café, cebada, lúpulo o uvas, se emplea a individuos o familias de bajos ingresos, no cualificados. Además de constituir su principal fuente ingresos, la recolección determina en gran medida su cultura y estilo de vida. En cambio, la elaboración del producto requiere operaciones automáticas y mecanizadas, y habitualmente da empleo a trabajadores manuales semicualificados. En las instalaciones de producción y en las áreas de almacenamiento, los puestos más comunes son los de operario de máquinas de envasado y llenado, operario de cinta transportadora y trabajadores mecánicos y manuales. La formación para estos puestos se realiza en el propio lugar y se completa con instrucción sobre el trabajo. A medida que avanzan la tecnología y la automatización, la plantilla se reduce en número y adquiere mayor importancia la formación técnica. Este personal de fabricación semicualificado suele contar con el apoyo de un grupo técnico altamente calificado, integrado por ingenieros 9

industriales, jefes de fabricación, contables y técnicos en garantía de calidad/seguridad de alimentos. En general, las empresas de bebidas distribuyen sus productos a los mayoristas utilizando medios de transporte corrientes. Sin embargo, los fabricantes de bebidas refrescantes normalmente emplean conductores para entregar sus productos directamente a los detallistas. Estos conductores-comerciales representan alrededor de una séptima parte de los trabajadores de la industria de bebidas refrescantes. El hecho de que en el decenio de 1990 exista una mayor preocupación por la salud en Europa y Norteamérica ha frenado el mercado de bebidas alcohólicas e incrementado la demanda de bebidas sin alcohol. Sin embargo, tanto las bebidas alcohólicas como las no alcohólicas están proliferando en los países en desarrollo de Asia, Suramérica y, en cierta medida, África. Como consecuencia de esta expansión, se están creando muchos puestos de trabajo para satisfacer las necesidades de producción y distribución.

INDUSTRIA DE LICORES DESTILADOS Se pueden obtener licores destilados a partir de muchos materiales, entre los que se encuentran las masas fermentadas de cereales, los zumos de fruta fermentados, jugo de azúcar de caña, melazas, miel y jugo de cactus. La fermentación para elaborar vino y cerveza data de los años 5000 y 6000 a.C.; sin embargo, la historia de la destilación es mucho más reciente. Aunque no está claro dónde se originó la destilación, se atribuye a los alquimistas, y su uso comenzó a extenderse en los siglos XIII y XIV. Los primeros usos fueron fundamentalmente farmacéuticos. Breve descripción del proceso Las bebidas alcohólicas se dividen en dos grupos dependiendo del modo de preparación: bebidas fermentadas, como el vino y la cerveza, y bebidas destiladas, como el whisky y el brandy. Los licores se preparan básicamente mezclando zumos o extractos de frutas, frutos secos u otros productos alimenticios La producción de licores destilados comprende las siguientes fases: recepción de los cereales, molienda, cocción, fermentación, destilación, conservación, mezclado y embotellado. El elevador de cereales recibe y pesa el grano que le llega y lo coloca en los recipientes apropiados. La molienda consiste en moler el grano necesario para la cuba de bracear la cerveza, clave del proceso de fermentación. Los cocederos reciben harina del molino y pastas con restos de grano, agua y amoniaco de un pH (acidez) y temperatura determinados. El almidón se solubiliza utilizando cocinas de chorro de vapor. Se añaden enzimas para romper el almidón 10

en moléculas más pequeñas, con lo que se reduce la viscosidad de la masa. La masa resultante se enfría a la temperatura de fermentación. La fermentación es el proceso mediante el cual los azúcares se convierten en alcohol y dióxido de carbono por acción de las levaduras. Los fermentadores se enfrían a temperaturas óptimas para las levaduras, pues las reacciones que tienen lugar son de naturaleza exotérmica. Es importante la desinfección: los sistemas biológicos de fermentación están en constante competencia con las bacterias oportunistas que pueden producir componentes de sabor no deseados. El tipo de destilación depende del licor que se desee obtener. Generalmente se utilizan alambiques de barro cuando se quiere dotar al producto de un “carácter” especial, como es el caso del coñac y el whisky, mientras que, en general, se emplea la destilación continua en multicolumna para producir licores más neutros, que se usan como mezclas o como licores neutros de cereales. Un aspecto muy importante del funcionamiento de una destilería moderna es la recuperación de los subproductos. El grano residual (fermentado y desalcoholizado) es rico en proteínas, vitaminas, fibra y grasas y puede servir, una vez procesado convenientemente, como suplemento del pienso animal. Estos procesos consisten generalmente en centrifugación, evaporación, secado y mezclado. Los distintos tipos de whisky, brandy y ron son envejecidos (madurados) en barriles de roble quemados. La maduración tiene lugar durante una serie de años hasta conseguir las características finales que distinguen a estos productos. Una vez que han madurado, se mezclan y filtran y, a continuación, se envasan como productos finales para el consumidor. Las salas de embotellado están separadas del resto de las instalaciones, para proteger al producto de cualquier posible contaminante. La operación de llenado altamente automatizada exige un control de eficacia continuo. Las botellas vacías se transportan mediante cintas transportadoras a las máquinas de llenado. El envasado es la etapa final antes del almacenamiento. Este proceso se ha automatizado, aunque existe una pequeña cantidad que se envasa manualmente, dependiendo del tamaño de la botella y el tipo de envase. A continuación, los productos envasados entran en la máquina apiladora, que apila automáticamente las cajas en palés, que son trasladados con elevadoras transportadoras de horquilla al almacén. Aspectos de salud y seguridad El problema de seguridad más evidente en las instalaciones donde se manejan granos es el peligro de incendio y explosión del polvo. Altas concentraciones de polvo de cereales pueden ser explosivas; por tanto, un buen servicio de mantenimiento es el factor más importante para reducir el riesgo de explosión del polvo de cereales. Ciertos cereales, si se humedecen o almacenan durante mucho tiempo, pueden generar calor, provocando así un riesgo de incendio. La rotación del

11

cereal de un recipiente a otro o la adopción de un procedimiento de liberación del cereal “justo a tiempo” puede suprimir este riesgo. La exposición a los vapores y gases liberados durante la producción de licores destilados representa un posible riesgo. Durante el proceso de fermentación, los gases refrigerantes pueden ser tóxicos y explosivos. Por consiguiente, son esenciales una ventilación adecuada y un mantenimiento estricto, incluido el empleo de un equipo intrínsecamente seguro como los respiradores. Especialmente significativos son los riesgos de asfixia debidos a los vapores de alcohol y al dióxido de carbono liberado en el proceso de fermentación, especialmente cuando los líquidos se transportan y decantan en depósitos y espacios confinados con una ventilación insuficiente. En este proceso, los trabajadores deben llevar respiradores. Riesgos de entrada en espacios confinados en la industria de bebidas Un espacio confinado se define como aquel donde, por su construcción, localización, contenido o actividad de trabajo en su interior, puede producirse una acumulación de gases peligrosos, vapor, polvo o humo, o la creación de una atmósfera con escasez de oxígeno. Si se tiene que acceder a un espacio confinado, es obligatorio contar con un procedimiento de entrada en espacios confinados y que todos los trabajadores sean formados y educados en dicho procedimiento. Antes de acceder a un espacio confinado, se debe determinar la deficiencia de oxígeno y la presencia de gases combustibles y tóxicos. Los trabajadores han ...