Mp, productos y diagrama de detergentes

UniversidadNacional de Ingeniería
Facultadde Ingeniería
Industrial y Sistemas
ProcesosIndustriales I
Laboratorio I
PROCESO DE PRODUCCION DE DETERGENTES
Fundamento Teórico de procesos y operaciones unitarias
1. Destilación / destilación fraccionada
La destilación fraccionada es un proceso físico utilizado para separar
mezclas de líquidos mediante el calor, y con un amplio intercambio calórico
y másico entre vapores y líquidos. Se emplea principalmente cuando es
necesario separar compuestos de sustancias con puntos de ebullición
distintos pero cercanos.
Dentro del proceso de obtención de detergentes, esta operación unitaria
nos permite sintetizar alquílbencenos. Se parte del petróleo crudo que por
destilación fraccionada se obtiene la fracción de querosene.
Figura # “Destilación fraccionaria”
2. Tamizado
El Tamizado es un método físico para separar mezclas. Consiste en hacer
pasar una mezcla de partículas sólidas de diferentes tamaños por un
tamiz. Las partículas de menor tamaño pasan por los poros del tamiz
atravesándolo y las grandes quedan retenidas por el mismo.

Laboratorio I
Dentro de la producción de detergentes se utiliza un tamizador industrial
Mediante tamizadores muy delgados se separan los productos muy
pequeños, los cuales son devueltos al Slurry para volver a hacer todo el
proceso.
Figura # “Tamizador”
3. Absorción
La absorción es una operación unitaria de transferencia de materia donde
se pone en contacto una mezcla gaseosa con un disolvente líquido. De
modo que se consigue la transferencia de uno o más componentes desde
la fase gas hasta la fase líquida.
La absorción puede ser física, química o biológica, que dependerá de
cómo se disuelva el gas en el líquido o de como reaccione dando a lugar
nuevos productos químicos.
Dentro de la producción de detergentes dispone del trióxido de azufre que
no ha reaccionado, tras la neutralización. Dentro de la torre de absorción
reactiva. Resultando finalmente un detergente acuoso.

Laboratorio I
Figura # “Torre de Absorción”
4. Mezclado
Se ponen en contacto ingredientes de características deseadas con el fin
de producir una mezcla homogénea de estos.
Dentro de la producción de detergentes, se utiliza el tanque de mezclado
denominado “Crutcher” para generar la sustancia llamada “Slurry”.
Del mismo modo también se evidencia esta operación en el mezclado que
se hace post-adición, donde se agregan sustancias que no pudieron ser
insertadas en el Slurry antes del secado debido a que se descomponen
con elevadas temperaturas, por ejemplo los perfumes, los suavizantes y
enzimas.
Figura # “Crutcher”

Laboratorio I
5. Secado / Atomización
Operación unitaria que se basa en la eliminación de agua libre y no ligada
a una matriz haciendo uso de mecanismos de transferencia de calor y
masa.
Dentro de la producción de detergente se utiliza el secado por atomización
el cual es el proceso de pulverizar una solución o suspensión en una
corriente de aire caliente, el cual se deshidrata de forma casi instantánea,
obteniéndose de este modo partículas de polvo con muy bajo contenido
de agua, que contiene el compuesto en cuestión. Al salir el Slurry del
mezclado, este se traslada a la torre de secado a una presión de 50 bar,
al llevar, este es atomizado a una temperatura de 350°C.
Figura # “Torre de Secado”
6. Intercambio de calor / Enfriamiento
Esta operación unitaria es el proceso mediante el cual dos cuerpos
distintos, con diferente temperatura, intercambian energía en forma de

Laboratorio I
calor. Este intercambio puede ser por conducción, convección o radiación.
Figura # “Faja de enfriamiento”
7. Flujo de fluidos y perdida de carga
Estudia los principios que determinan el flujo y el transporte de cualquier
fluido de un punto a otro. Este estudio abarca un análisis sobre las fuerzas
que provocan este movimiento, la interacción con el fluido y el contorno
que limita a la sustancia. Este estudio se relaciona con la operación
“Perdida de carga” la cual estudia las pérdidas de energía que tiene el flujo
durante su movimiento.
Dentro de la producción de detergentes se evidencia todo el tiempo pues,
debido a que el detergente en sus etapas fundamentales está en estados
líquido, este es transportado de reactor a reactor mediante bombas o
compresores.
8. Neutralización
Esta operación, también llamada reacción acido-base, es una reacción
química entre un ácido como el HCl, con una base por ejemplo, NaOH.
Producto de esta reacción, se generan sales de los elementos diferentes

Laboratorio I
de oxigeno e hidrogeno que se resultan de ionizar tanto el ácido como la
base y por otro lado se genera agua.
En la producción de detergentes esta operación se lleva a cabo tras
sulfonatar los alquílbencenos lineales. Habiendo obtenido el ácido
sulfónico, este se neutraliza en presencia de NaOH (soda caustica) para
obtener la molécula de sulfato de 4-dodecilbenceno sódico lineal.
Figura # “Ecuación de Neutralización”
9. Sulfonación
Es la introducción de un grupo ácido sulfónico (–SO 3H) en un compuesto
orgánico con el fin de producir, por ejemplo, un ácido sulfónico aromático
a partir del hidrocarburo aromático correspondiente.
La reacción de sulfonación es exotérmica, pero no es altamente corrosiva,
por lo que la sulfonación puede ser llevada a cabo en sulfonadores
de acero, acero inoxidable o hierro colado. Puede utilizarse una chaqueta
para calentar el contenido del reactor lo suficiente como para comenzar la
reacción, y luego extraer entonces el calor de reacción generado durante
la reacción. Como agentes de calentamiento se pueden

Laboratorio I
emplear aceite caliente o vapor de agua. También el equipo deberá estar
provisto de un buen agitador, un condensador y un sistema de control de
gases y humos.
Este proceso adiciona un grupo de trióxido de azufre al anillo del
alquilbenceno.
Dentro de un reactor de paredes mojadas (Reactor especial para
reacciones de gran transferencia de calor y para soluciones de gran
viscosidad) se agregan los alquílbencenos sintetizados y un grupo de
trióxido de azufre gaseoso diluido en aire, con el fin de controlar el calor
generado. Tras realizar la sulfonación se obtiene el ácido sulfónico de
alquílbencenos.
Figura # y # “Reactor de paredes mojadas ácido sulfónico”
Materias Primas
1) Queroseno
Es un líquido altamente inflamable y transparente debido a que es
resultado de una mezcla de hidrocarburos, que a su vez se obtiene de la
destilación fraccionada del petróleo.
Generalmente se utiliza como combustible de motores eléctricos, carros y
aviones.

Laboratorio I
En algunos casos sirve como disolvente, en limpieza industrial.
Este compuesto sirve como base para la generación de parafinas tanto
lineales como No lineales, estas parafinas posteriormente darán lugar a
las olefinas, las cuales por un proceso de alquilación darán lugar al ácido
alquilbenceno sulfónico lineal. Esto únicamente en casos en que producir
ácido alquibencenosulfonico sea más rentable que comprarla
directamente.
Figura # “Kerosene”
2) Ácido alquibencenosulfonico lineal (LAS)
El ácido sulfónico lineal es un tensoactivo aniónico, obtenido por
sulfonación del alquilbenceno lineal, con una mezcla de anhídrido
sulfúrico-aire, en un reactor de película en forma continua.
Es un componente de los detergentes de lavandería y productos de
limpieza, empleado por sus propiedades como surfactante y por ser
completamente biodegradable.
Es el tensioactivo aniónico más difundido a nivel mundial.

Laboratorio I
Figura # “LAS”
3) NaOH
La soda cáustica es uno de los nombres más comunes con los que se
conoce el hidróxido sódico o hidróxido de sodio (NaOH), un producto
químico que se encuentra en forma líquida, sólida, en escamas o
cristalina. Es producido de forma comercial mediante dos métodos
principales: celdas electrolíticas y proceso químico. Se considera como
uno de los compuestos con más usos a nivel doméstico y comercial, por
lo que su venta es bastante común.
Como se mencionó anteriormente, suele encontrarse comercialmente en
diversas formas, aunque es más común hallar este producto en el
mercado en su estado líquido, con una apariencia transparente e inodora
similar al agua. Si su color no es totalmente cristalino o tiene turbiedad,
significa que es carbonato de sodio al absorber CO2.
En estado sólido y a temperatura ambiente, es blanco y sin olor. De esta
forma es altamente soluble en agua ya que es higroscópico, es decir, tiene
la capacidad de absorber la humedad del ambiente con mucha facilidad.
Se produce mediante dos métodos:
a. Celdas electrolíticas

Laboratorio I
Se dice que la mayoría de soda cáustica se genera a través de este
método que consiste en la descomposición de la sal mediante tres
tecnologías: células de diafragma, de cátodo de mercurio y de membrana.
El método de células de diafragma se basa en tecnología de Estados
Unidos y consiste de tres pasos: purificación de la salmuera (agua
saturada de sal), sección electrolítica (en donde se realizan las reacciones
deseadas) y el tratamiento del producto (que resulta con una
concentración del 12%).
Por su parte, el método de células de cátodo de mercurio —que tiene sus
bases en Europa— es similar al de diafragma, con la diferencia de que la
sal entra en estado sólido a la célula. Además, si bien es cierto que con
este proceso se consume más energía, el resultado es un producto más
puro que no necesita de procesos auxiliares para garantizar su pureza.
Finalmente, el proceso de membrana se considera como la tecnología
más innovadora y que consume menos energía de las tres. A diferencia
de las otras dos, en esta se obtiene un producto con concentración del
35% ya que la membrana viva no permite la difusión de gases durante el
proceso.
b. Proceso de reacción química
Este proceso consiste en una reacción de carbonato de sodio (Na2CO3)
con hidróxido de calcio (Ca [OH]2) para formar hidróxido de sodio (NaOH)
y carbonato de calcio (CaCO3).
La alcalinidad de la soda cáustica es alta, es decir, tiene la capacidad de
neutralizar ácidos o elevar el pH, esta es una de las razones por las cuales
su uso es tan extendido. Además, al contacto con metales como aluminio,

Laboratorio I
magnesio, zinc, estaño y bronce libera gas hidrógeno, el cual es altamente
inflamable y explosivo.
Por su composición, el hidróxido sódico reacciona violentamente al
contacto con agua y ácidos. Si se disuelve en ellos, desprende gran
cantidad de calor y adquiere propiedades combustibles.
Este es utilizado como la base de neutralización del ácido
alquibencenosulfonico lineal, cuyo acido podría ser considerado a partir de
este punto como un detergente acuoso.
Figura # “NaOH industrial”
4) Blanqueador Óptico.
Los abrillantadores ópticos, agentes abrillantadores ópticos, agentes
fluorescentes o fosforescentes abrillantadores o agentes fluorescentes o
fosforescentes blanqueadores son colorantes que absorben luz en la
región ultravioleta y violeta del espectro electromagnético, y re-emiten luz
en la región azul. La fluorescencia es una respuesta rápida de emisión de
corta duración, a diferencia de la fosforescencia, que es una emisión
retardada. Estos aditivos son usados frecuentemente para mejorar la

Laboratorio I
apariencia de color de textiles y papeles, causando un efecto percibido de
"blanqueamiento", haciendo que los materiales parezcan menos amarillos
al incrementar la cantidad total de luz azul reflejada.
Se vende como un polvo granulado amarillo verdoso que es soluble en
agua.
Figura # y # “Blanqueador Óptico e industrial”
5) Carboximetilcelulosa de sodio.
La carboximetilcelulosa es un compuesto orgánico, derivado de
la celulosa, compuesto por grupos carboximetil, enlazados a algunos
grupos hidroxilo, presente en polímeros de la glucopiranosa. A menudo se
utiliza como sal, es decir, como carboximetilcelulosa de sodio, también
llamada carmelosa sódica, que se utiliza como medicamento para el alivio
de los síntomas de la irritación y la sequedad ocular.
Esta sal aumenta la carga negativa de las fibras celulosas como el
algodón, lo que provoca que se repelan partículas de suciedad cargadas
positivamente.
Se trata de un polvo fino de color crema inodoro soluble en agua,
independiente de la temperatura a la que esté.

Laboratorio I
Figura # y # “Carmelosa y carmelosa industrial”
6) Percarbonato de sodio.
El Percarbonato de sodio es un compuesto químico con fórmula
Na2H3CO6, también llamado agua oxigenada sólida. Es un sólido
incoloro, muy similar al bicarbonato. Muy utilizado en productos de
limpieza blanqueantes en polvo pero estos normalmente tienen otros
compuestos como tensoactivos.
El uso del percarbonato de sodio es interesante porque no daña el
medioambiente ya que cuando entra en contacto con el agua se disocia
en agua oxigenada (peróxido de hidrógeno) y carbonato de sodio.
Este compuesto quita manchas de suciedad sin dañar los tintes de la ropa.
Este resulta una sustancia muy estable debido a que se descompone a

Laboratorio I
altas temperaturas liberando agua oxigenada.
Figura # y # “Percarbonato sódico e industrial”
7) Enzimas
Las enzimas necesarias para la tarea dentro de la elaboración de
detergente son aquellas que puedan descomponer proteínas en otras más
pequeñas como péptidas y aminoácidos. La descomposición de ciertas
proteínas ayudará a que el carbonato realice su función quitamanchas de
manera más eficaz. Estos compuestos se venden comercialmente como
gránulos con un color gris y un olor a levadura de pan. Una enzima muy
utilizada es la proteasa alcalina.

Laboratorio I
Figura # “Anuncio de proteasa alcalina”
8) Aditivos Adicionales
Perfumes: Dependiendo del tipo de detergente a elaborar, este puede ser
perfumen en polvo o líquido. Este componente se adiciona al detergente
en las últimas etapas pues es muy propenso a descomponerse a altas
temperaturas y a un Ph acido.

Laboratorio I
Figura # “Perfume para detergentes”
Colorantes: En el mismo caso que los perfumes, son adicionados en los
últimos pasos en la producción de detergentes debido a que pueden ser
descompuestos al exponerse a elevadas temperaturas o ph por debajo de
7. Estos colorantes son generalmente cualquiera que se use en la industria
química e incluso alimentaria.
Figura # “Colorantes para detergentes”
Productos Generados
1. Detergente en polvo
Detergente de uso en el lavado de ropa principalmente. Este a diferencia
del detergente líquido, presenta mayor efectividad a un menor precio. Por
otro lado, esta agresividad puede resultar negativa debido a que existen
casos en que el detergente en polvo es agresivo con la ropa, llegando a
hacer un desgaste mayor a lo esperado e incluso dañando el teñido.
Un gran limitante de este tipo de detergente es que su efectividad se da al
disolverse en agua a una temperatura de 30°C, lo cual como es evidente,

Laboratorio I
no es tan habitual y es por esta razón que muchas veces al lavar con agua
fría, se quedan adheridas partículas de detergente en la ropa.
Figura # y # “Detergentes en polvo”
2. Detergente líquido
Detergente de uso en lavado de ropa en una lavadora. Esto debido a que
en estado líquido, el detergente se disolverá homogéneamente muy
rápido. La característica resaltante de este tipo de detergente es la poca
agresividad que genera al momento de lavar y es por ello que se
recomienda para lavados habituales como manchas de salsa, lodo e
incluso aceites. Sin mencionar la fácil manipulación de este.
Figura # “Detergente líquido”
3. Detergente en pastillas

Laboratorio I
Detergente solido en forma de pastillas efervescentes. Puesto a la venta
comercial recientemente.
La mayor ventaja de estos detergentes es su comodidad de uso: se
dosifican con facilidad, ocupan poco y es fácil saber cuántas dosis quedan.
Uno de los requisitos para formular un detergente en pastillas es que se
desintegre rápido al contacto con el agua de lavado. Para ello los
fabricantes suelen añadir ingredientes efervescentes, dispersantes o sales
de disolución rápida.
Figura # “Detergente en pastillas”
Diagrama del proceso de producción de detergentes
El proceso de producción todos los detergentes mencionados tienen muchas
similitudes y es por ello que solo se mencionarán las diferencias que estos tienen
centrándonos en el proceso de producción del detergente en polvo.
Este consta de 5 etapas:
1) Síntesis de alquílbencenos
2) Sulfonación, Neutralización y Absorción
3) Preparación y mezclado del Slurry
4) Secado y Enfriamiento

Laboratorio I
5) Tamizado
6) Post adición y homogenización
Descripción del Proceso
La fabricación de los detergentes se centran en la formación del Slurry, este,
conformado principalmente por ácido alquilbenceno sulfónico es el resultado de
la principal operación de mezclado, en el que intervienen casi todas las materias
primas agregadas.
El proceso sigue el siguiente flujograma que se puede interpretar
procedimentalmente como:
1) Se ingresan las materias primas de petróleo crudo y ácido fluorhídrico a la
torre de destilación fraccionada, con el fin de obtener kerosene esta a su
vez se separa en parafinas (lineales y no lineales) las cuales
posteriormente mediante la alquilación formarán los alquílbencenos
lineales deseados.
2) Se realiza la sulfonación de los alquílbencenos, obteniendo ácidos
sulfónico de alquilbenceno
3) Se procede a neutralizar el ácido alquilbenceno sulfónico con soda
caustica liquida al 50% de agua. Esta reacción nos da como resultado el
Dodecil bencenos (pasta viscosa blanca), que sale a una temperatura de
67 °C y con un Ph de entre 10 y 11.
4) Posteriormente se realiza la absorción de restos de trióxido de azufre
usado en la sulfonación. En la torre de absorción reactiva.
5) Inicia la operación central del proceso, se ingresan al tanque Crutcher el
detergente acuoso (Dodecil benceno), agua y silicato sódico. Luego de la
agitación inicial se dosifica el blanqueador óptico y el carboximetilcelulosa
de sodio para luego ingresar el carbonato de sodio, el sulfato de sodio y el
trifosfato de sodio.

Laboratorio I
6) Se procede a trasladar el Slurry al tanque madurador para terminar la
hidratación del trifosfato de sodio.
7) Se bombea el Slurry a la torre de secado, en la cual es ingresado a la sala
de boquillas donde se realiza el secado por atomización. Saliendo a una
temperatura de 350°C.
8) Posteriormente se deja que se alivia abriendo el desfogue de la línea de
alimentación de aire. El polvo más fino se deposita en la parte superior de
la torre y este es devuelvo al Crutcher otra vez. Por otro lado el polvo
granel cae a la parte inferior de la torre con una humedad del 10%.
9) Mediante un tamizador/agitador se tamiza los productos más pequeños,
los cuales nuevamente son devueltos al Crutcher.
10)El granel restante es trasladado a las fajas post dosing en las que se
agregan sustancias que no se pueden introducir antes del secado por ser
termo sensibles como los perfumes, enzimas, colorantes, suavizantes y
percarbonato de sodio.
11)Esta nueva composición de granel se ingresa un mezclador rotativo, que
presenta filtros internos que logran homogenizar el granel.
12)Finalmente este detergente en polvo es envasado.
Para la obtención de detergentes líquidos
Se separa el Slurry y este es tratado con, según recomienda la empresa Sokalan
@, una solución de fotopolímeros hidrosolubles de ácido acrílico. Para luego ser
envasados.
Para la obtención de detergentes en pastillas
Se utiliza la operación de densificación, el cual consiste en mezclar el detergente
en granel con polímeros en un mezclador a alta velocidad dejándolos en forma
granular y finalmente evaporando en un lecho fluidizado y tamizando las
partículas.

Laboratorio I
Figura # “Proceso de producción de detergentes”

Laboratorio I
Observaciones:
 Se pudo notar que existen dos momentos en la producción general en
las que introducir materias primas diferenciándose en los que pueden
tolerar la temperatura de secado, la cual es relativamente alta.
 Notamos que todo el proceso se centra el Slurry el cual contiene es el
producto central al que se le adiciona sustancias que complementan el
lavado pero que no perjudican ni alteran la composición.
Conclusiones:
 La elaboración de detergentes en polvo han sido muy estudiadas y su
vez están en la cotidianidad del consumidor habitual y es por estas
razones que tanto el detergente líquido y el detergente en pastilla no
pueden competir en este mercado.
 La obtención de detergentes requiere principalmente de la operación de
mezclado a alta y para ello tiene un tanque de mezclado / agitación
especial para este tipo de industria, el cual es el Crutcher.
Objetivo:
 Analizar desde el enfoque del ingeniero industrial la producción de
detergentes.

Laboratorio I

Mp, productos y diagrama de detergentes

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Mp, productos y diagrama de detergentes

Similar a Mp, productos y diagrama de detergentes (20)

Más de WalterAntonioGuiller

Más de WalterAntonioGuiller (8)

Último

Último (20)

Mp, productos y diagrama de detergentes