Optimización del proceso de crioconcentración progresiva de soluciones de sacarosa, mediante la utilización de superficie de respuesta (RSM) en un equipo de contacto indirecto

Abstract

Response surface methodology (RSM) was employed to optimize the process parameters, effective partition constant, energy and concentration index in the progressive freeze concentration of sucrose solutions with seed crystal. The effects of the initial concentration of the solution, the coolant temperature and the agitator rotational speed were observed. Fluid behaviour and limitations were studied. Central composite design (CCD) was employed. The low and high factors temperature, speed and initial concentration were taken from Ojeda (2014), corresponding to -20 ℃ and -10 ℃, rotation speed 500 rpm and 1500 rpm, concentration of 15 ° Brix and 35 ° Brix respectively. This design consists on a 23 factorial expanded with 6 central points and 6 axial points. The assays were performed for different combinations for each level of the factors studied with three replicates for each combination, obtaining a total of 60 experiments. The highest final concentration obtained was 52,3 ° Brix, working at a temperature of -20 ° C, 1500 rpm and with an initial concentration of 35 ° Brix. This concentration is very close to the theoretical eutectic point of sucrose. Optimization by response surface methodology shows that at high agitation speeds, low temperatures and starting from more concentrated solutions, the highest concentration values are obtained. Keywords: progressive freeze concentration, seed crystal, sucrose, rotational speed, temperature, concentration, response surface.

En el present treball es va emprar la metodologia de superfície de resposta (RSM) per optimitzar els paràmetres del procés, coeficient mitjà de distribució, consum energètic i índex de concentració en la crioconcentració progressiva de solucions de sacarosa, amb vidre llavor, en un equip de contacte indirecte amb refredament extern. Es van observar els efectes de la concentració inicial de la solució, la temperatura del refrigerant i la velocitat d'agitació. S'estudia el comportament del fluid i les seves limitacions en l'equip. Es va utilitzar un disseny central compost (CCD). Es prenen els mateixos nivells baix i alt per als factors temperatura, velocitat de gir i concentració inicial tal com apareixen en Ojeda (2014), que corresponen a una temperatura de -20 ℃ i -10 ℃, velocitat de gir de 500 rpm i 1500 rpm, concentració de 15 ° Brix i 35 ° Brix respectivament. Aquest disseny consisteix en un factorial 23 que s'amplia amb 6 punts centrals i 6 punts axials. Es van fer assaigs per a diferents combinacions dels nivells dels factors estudiats amb 3 rèpliques per a cada combinació, obtenint un total de 60 experiments. S'ha pogut verificar que els factors analitzats (concentració inicial, temperatura refrigerant i velocitat d'agitació) influeixen significativament sobre el resultat final de la crioconcentració. La concentració final més elevada que es va obtenir va ser de 52,3 graus Brix, treballant a una temperatura de -20 ° C, 1500 rpm i partint d'una concentració inicial de 35 ° Brix. Aquesta concentració està molt a prop del punt eutèctic teòric de la sacarosa. L'optimització mitjançant la metodologia de superfície de resposta mostra que a altes velocitats d'agitació, baixes temperatures i partint de solucions més concentrades, s'obtenen els valors més alts de concentració. Paraules clau: crioconcentració progressiva, vidre llavor, sacarosa, velocitat de gir temperatura, concentració, superfície de resposta.

En el presente trabajo se empleó la metodología de superficie de respuesta (RSM) para optimizar los parámetros del proceso, coeficiente medio de distribución, consumo energético e índice de concentración en la crioconcentración progresiva de soluciones de sacarosa, con cristal semilla, en un equipo de contacto indirecto con enfriamiento externo. Se observaron los efectos de la concentración inicial de la solución, la temperatura del refrigerante y la velocidad de agitación. Se estudia el comportamiento del fluido y sus limitaciones en el equipo. Se utilizó un diseño central compuesto (CCD). Se toman los mismos niveles bajo y alto para los factores temperatura, velocidad de giro y concentración inicial tal como aparecen en Ojeda (2014), que corresponden a una temperatura de -20 ℃ y -10 ℃ , velocidad de giro de 500 rpm y 1500 rpm, concentración de 15 °Brix y 35 °Brix respectivamente. Este diseño consiste en un factorial 23 que se amplía con 6 puntos centrales y 6 puntos axiales. Se hicieron ensayos para diferentes combinaciones de los niveles de los factores estudiados con 3 réplicas para cada combinación, obteniendo un total de 60 experimentos. Se ha podido verificar que los factores analizados ( concentración inicial, temperatura refrigerante y velocidad de agitación) influyen significativamente sobre el resultado final de la crioconcentración. La concentración final más elevada que se obtuvo fue de 52,3 grados Brix, trabajando a una temperatura de -20°C, 1500 rpm y partiendo de una concentración inicial de 35 °Brix. Ésta concentración está muy cerca del punto eutéctico teórico de la sacarosa. La optimización mediante la metodología de superficie de respuesta muestra que a altas velocidades de agitación, bajas temperaturas y partiendo de soluciones más concentradas, se obtienen los valores más altos de concentración. Palabras clave: Crioconcentración progresiva, cristal semilla, sacarosa, velocidad de giro, temperatura, concentración, superficie de respuesta.