Diseño de una planta que combina nanofiltración y ósmosis inversa para purificar y concentrar compuestos fenólicos procedentes de extractos hidroalcohólicos del alperujo con un caudal de 100 m3/día

Abstract

[ES] El alperujo es un residuo semisólido generado en la etapa de centrifugación en el proceso de fabricación del aceite de oliva mediante la centrifugación de dos fases. El alperujo contiene una gran cantidad de polifenoles, que son productos de un alto valor añadido utilizados ampliamente en la industria alimenticia, farmacéutica y cosmética debido a sus efectos beneficiosos. Por el contrario, cabe destacar que los polifenoles tienen un gran impacto negativo en el medioambiente. Incluso en bajas concentraciones son capaces de afectar negativamente a los microorganismos, plantas y pequeños vertebrados. Por ello, la propuesta de este Trabajo Fin de Grado es combinar un proceso de membranas con el objetivo de recuperar dichos polifenoles. El proceso consta de dos etapas, la primera se trata de una nanofiltración para purificar los polifenoles, mientras que en la segunda se realiza la ósmosis inversa con el objetivo de concentrarlos. El objetivo de este Trabajo Fin de Grado es el diseño de una planta para la purificación y concentración de los compuestos fenólicos procedentes del alperujo. La planta tratará un caudal de extracto ultrafiltrado de compuestos fenólicos de 100 m3 /día. Los parámetros para poder realizar el diseño se han obtenido en laboratorio en una etapa previa a este trabajo. La almazara tomada como referencia produce un total de 12 t/día de alperujo. A éste se le realiza una extracción sólido-líquido con una mezcla hidroalcohólica etanol-agua al 50% en volumen y con una proporción alperujo/disolvente de 1:10 (p/v) y se obtienen 120 m3 /día de extracto para tratar por medio de la ultrafiltración, siendo esta la etapa previa a la nanofiltración y la ósmosis inversa. Con un factor de reducción de volumen de 5 se obtiene el caudal de permeado de salida de la ultrafiltración (que será el caudal de entrada de la nanofiltración) de 100 m3 /día. En cuanto a la nanofiltración, la membrana seleccionada es la NF270-400/34i. Se calcula que esta etapa está compuesta por 4 módulos de esta membrana. Se disponen dos tubos de presión en paralelo, habiendo dentro de un mismo tubo de presión dos membranas en serie. La corriente que se alimenta a la ósmosis inversa es el permeado. En cuanto a la ósmosis inversa, la membrana seleccionada es la SW30HR. Se calcula que esta etapa está compuesta por 22 módulos de esta membrana que siguen una configuración piramidal en la que las membranas se encuentran en serie dentro de tres tubos de presión. Finalmente, se ha realizado un estudio económico con el objetivo de analizar la viabilidad del proyecto. La inversión inicial necesaria para las etapas de nanofiltración y ósmosis inversa que se han diseñado es de 694.764,97€. Los costes totales de explotación son de 180.127,93€. Los ingresos son de 843.030,72€. El beneficio neto es de 523.693,041€. Por lo tanto, el periodo de recuperación de la inversión inicial será de 2 años aproximadamente.

[CAT] El alperuix és un residu semisòlid generat a l’etapa de centrifugació en el procés de fabricació de l’oli d’oliva mitjançant la centrifugació de dos fases. El alperuix té una gran quantitat de polifenols, que son productes d’un alt valor afegit utilitzats àmpliament en l’industria d’alimentació, farmacèutica i cosmètica gràcies als seus efectes beneficiosos. Per contra, cal destacar que els polifenols tenen un gran impacte negatiu en el medi ambient, inclòs en baixes concentracions son capaços d’afectar negativament als microorganismes, plantes i xicotets vertebrats. Es per això, que la proposta d’aquest Treball Fi de Grau és la combinació d’un procés de membranes amb l’objectiu de recuperar aquests polifenols. El procés consta de dues etapes, la primera es tracta d’una nanofiltració per a purificar els polifenols mentre que a la segona es realitza l’òsmosi inversa amb l’objectiu de concentrar-los. L’objectiu d’aquest Treball Fi de Grau és el disseny d’una planta per a la purificació i concentració dels compostos fenòlics que procedeixen de l’alperuix. La planta tractarà un caudal de 100 m3 /dia. Els paràmetres per a poder realitzar el disseny s’han obtingut al laboratori en una etapa prèvia a aquest treball. El trull produeix un total de 12t/dia d’alperuix, al qual se li realitza una extracció sòlid-líquid amb una barreja hidroalcohòlica etanol-aigua al 50% en volum i amb una proporció alperuix/disolvent de 1:10 (p/v) i s’obtenen 120 m3 /dia per a tractar en l’ultrafiltració, que es l’etapa prèvia a la nanofiltració i a l’òsmosi inversa. Amb un factor de reducció de volum de 5 s’obté un caudal de permeat d’eixida de l’ultrafiltració (que serà el d’entrada a la nanofiltració) de 100 m3 /dia. Pel que respecta a la nanofiltració, s’utilitza la membrana NF270-400/34i. Es calcula que aquesta etapa consta de 4 mòduls d’aquesta membrana. Es disposen dos tubs de pressió en paral·lel, havent dintre d’un mateix tub de pressió dos membranes en sèrie. La corrent que es du a l’òsmosi inversa es el permeat. Pel que respecta a l’òsmosi inversa, la membrana utilitzada és la SW30HR. Es calcula que aquesta etapa consta de 22 mòduls d’aquesta membrana que es disposen en una configuració piramidal en la qual les membranes es troben en sèrie dins de tres tubs de pressió. Finalment, s’ha realitzat un estudi econòmic amb l’objectiu d’analitzar la viabilitat del projecte. La inversió inicial necessària per a les etapes de nanofiltració i òsmosi inversa que s’han dissenyat és de 694.764,97€. Els costos totals d’explotació són de 180.127,93€. Els ingressos són de 843.030,72 €. El benefici net és de 523.693,041 €. Per tant, el període de recuperació de la inversió inicial serà de 2 anys aproximadament.

[EN] Wet olive pomace is a semi-solid residue generated in the centrifugation stage in the olive oil manufacturing process by two-phase centrifugation. Wet olive pomace contains a large amount of polyphenols, which are high value-added products widely used in the food, pharmaceutical and cosmetic industries due to their beneficial effects. On the other side, it should be noted that polyphenols have a great negative impact on the environment. Even in low concentrations they are capable of negatively affect microorganisms, plants and small vertebrates. Therefore, the proposal of this Final Degree Project is to combine a membrane process with the aim of recovering these polyphenols. The process consists of two stages, the first involves nanofiltration to purify the polyphenols, while the second involves reverse osmosis to concentrate them. The objective of this Final Degree Project is the design of a plant for the purification and concentration of phenolic compounds from wet olive pomace. The plant will treat a flow of 100 m3 /day. The parameters to vary out the design have been obtained in the laboratory in a previous stage to this work. The oil mill produces a total of 12t/day of wet olive pomace, a solid-liquid extraction is performed with a 50% by volume hydroalcoholic ethanol-water mixture and with an alperujo/solvent ratio of 1:10 w/v. 120 m3/day are obtained to treat in ultrafiltration, that is the previous stage before the nanofiltration and reverse osmosis. With a volume reduction factor of 5 an ultrafiltration output permeate flow rate of 100 m3/day is obtained (which will be the nanofiltration input flow rate). Regarding nanofiltration, the selected membrane is NF270-400/34i. It is estimated that this stage is made up of 4 modules of this membrane. Two pressure tubes are arranged in parallel, with the two membranes in series inside each pressure tube. The stream that is fed to reverse osmosis is the permeate. The membrane used in reverse osmosis is the SW30HR. It is calculated that this stage is composed of 22 modules of this membrane in a pyramidal configuration in which the membranes are in series within three pressure vessels. Finally, an economic study has been carried out with the aim of analyzing the feasibility of the project. The initial investment required for the nanofiltration and reverse osmosis stages is 694.764,97€. Total operating costs are 180.127,93€. The income is 843.030,72€. The net profit is 523.693,041€. Therefore, the recovery period of the initial investment will be approximately 2 years.