Biomass milling is an intensively energy consuming operation that has a significant effect on energy yield of ethanol production processes as particle size is an important factor in productivity of saccharification methods. Fiber particle size was optimized for a very wide range of treatment conditions (temperature, agitation, and solid loads) for acid hydrolysis in a batch reactor. The influence of such factors in the reaction kinetics and rate was evaluated to infer a reaction mechanism for the reaction. Also, heat and mass transfer effects were analysed by calculating the Thiele and Prater modulus at experimental conditions. Multivariate optimization results show that using a length-weighted fiber mean diameter (DL21) of 1.21-2.68 mm, a better sugar yield, concentration and lower furan production can be achieved. Agitation allowed a simultaneous particle size reduction and hydrolysis of polysaccharides. Heat and mass transfer studies suggest that acid diffusion is only important for hemicellulose hydrolysis at very high temperature and that particles are nearly isothermal. These results show that about 30% of the required energy for milling can be saved by using optimal particle size.
La molienda de la biomasa es una operación que consume energía de manera intensiva y que tiene un efecto significativo en el rendimiento de energía de los procesos de producción de etanol debido a que el tamaño de partícula es un factor importante en la productividad de los métodos de sacarificación. Se optimizó el tamaño de las partículas de fibra para una gama muy amplia de condiciones de tratamiento (temperatura, agitación, y cargas de sólidos) para la hidrólisis ácida en un reactor discontinuo. La influencia de estos factores en la cinética de reacción y la tasa se evaluó para inferir un mecanismo de reacción para la reacción. Además, los efectos de transferencia de calor y de masa se analizaron mediante el cálculo del módulo de Thiele y el número Prater en diferentes condiciones experimentales. Los resultados de la optimización multivariada mostraron que con el uso de una fibra de longitud ponderada a diámetro (DL21) de 1,21 a 2,68 mm, un mejor rendimiento y concentración en azúcares, y la producción de furanos se puede disminuir de manera significa significativa. La agitación permite una reducción del tamaño de partícula y la hidrólisis de los polisacáridos simultánea. Estudios de transferencia de masa y calor, sugieren que la difusión de ácido sólo es importante para la hidrólisis de la hemicelulosa a muy alta temperatura y que las partículas son casi isotérmicas. Estos resultados muestran que aproximadamente el 30% de la energía requerida para la molienda puede ser ahorrado mediante el uso de tamaño de partícula óptimo.
