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"AÑO DE LA INVERSIÓN PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD

ALIMENTARIA"

TEMA: Proceso de Sulfonación

PROFESOR: Freddy Andía

INTEGRANTES: Loayza Montoya Edda Mercedes.

Mamani Arias Yena Liz.

Vassallo Quintana Mauricio Renato.

AULA: 604

CICLO: Formación Específica

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Dedicado con mucho amor a nuestros

padres, que nos brindan día a día su apoyo

incondicional.

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INDICE

pág.

INTRODUCCIÓN 5

PROCESOS DE SULFONACIÓN

Concepto 6

Sulfatación 7

Propiedades 8

Agentes sulfonantes 9

Principales procedimientos 11

Reacciones principales y mecanismos de reacción 13

Métodos de sulfonación 13

Sulfonaciones discontinuas 15

Factores físicos y químicos que influyen en la sulfonación 17 EMULSIVOS 19

Clasificación de los surfactantes 20 Producción y usos 21

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INTRODUCCIÓN

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PROCESOS DE SULFONACIÓN

Concepto:

Sulfatación es todo procedimiento por el cual se introduce el grupo sinfónico - SO2OH (*) a un átomo de carbono, o algunas veces a un átomo de nitrógeno. El resultado es la obtención de ácido sinfónico correspondiente.

= O (*) - S = O

- OH

Los métodos de enlace del grupo -SO2OH al nitrógeno se denominan

Ordinariamente N-sulfonación, o sulfamación. La palabra sulfonación se emplea también para designar el tratamiento de cualquier compuesto orgánico con el ácido sulfúrico, cualquiera sea la naturaleza

de los productos formados. Los tipos de sulfonación especializados comprenden:

Sulfocloración: introducción de un grupo - SO2Cl en un alcano empleando

cloruro de sulfurilo o anhídrido sulfuroso con cloro

Clorosulfonación: introducción de un grupo -SO2Cl en un compuesto con ácido clorosulfónico

Sulfoxidación: sulfonación directa de un alcano con anhídrido sulfuroso y oxígeno

Sulfoalquilación: unión de un grupo sulfoalquílico a un compuesto orgánico.

La sulfonación de los aromáticos implica los siguientes pasos

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En primer término se forma el trióxido de azufre electrofílico para luegoreaccionar con el benceno formando el carbocatión intermediario. En el paso cuarto el anión de ácido bencenosulfónico pierde un protón y

finalmente se disocia por ser un ácido fuerte.

Sulfatación Sulfatación designa el establecimiento de un grupo -OSO2OH (sulfato ácido)

en el carbono.

En algunos casos puede considerarse como la introducción de un grupo -

SO2OH sobre un oxígeno. Los tipos de compuestos sulfatados están limitados casi enteramente a los que contienen enlaces olefínicos (principalmente alquenos) y a

los que tienen grupos hidroxilos fenólicos o alcohólicos, juntamente con los éteres de los últimos.

El método general de sulfatación de estos tipos de compuestos es el tratamiento con anhídrido sulfúrico, o un compuesto apropiado de este. Para los alquenos se

emplea corrientemente el ácido sulfúrico concentrado, en tanto que para los alcoholes se emplea ácido sulfúrico, óleum o anhídrido sulfúrico.

Los sulfatos tiene importantes aplicaciones como:

intermedios en la preparación de alcoholes (etílico, isopropílico, etc.)

agentes de alquilación (sulfatos dimetílico y dietílico)

detergentes (laurilsulfato sódico)

colorantes

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anticoagulantes de la sangre

reacción predominante en la sulfonación de aceites fijos

El equipo empleado en las sulfataciones industriales es del tipo corriente y puede ser análogo al empleado para la sulfonación.

Propiedades La mayor parte de los usos de los sulfonados se deben a la presencia en la molécula del grupo -SO2OH, hidrófilo, altamente polar. En los detergentes, y

análogamente en los agentes mojadores, emulsivos y dispersantes, el grupo sulfonato soluble en el agua está combinado con una porción orgánica soluble en

los aceites en varias maneras posibles para producir una variedad de efectos deseados.

Para los colorantes, los compuestos contra la polilla y los agentes sintéticos para el curtido, sirve como agente de unión firme de la molécula orgánica a la fibrao al

cuero. Las resinas de intercambio de iones funcionan como ácidos fuertes con

insolubilidad completa en el agua, combinación inusitada de propiedades que conduce a muchas aplicaciones. Por otra parte, las resinas y polímeros sulfonados

solubles en el agua son de interés como gomas sintéticas y agentes de espesamiento.

También se emplean los sulfonados como intermedios en la preparación de otros productos químicos (colorantes) por reemplazo del grupo sulfónico. Los cloruros

sulfónicos RSO2Cl, son de interés especial como intermediarios para la obtención de derivados sulfonados de amidas, ésteres y mercaptanes. Los cloruros alcanosulfónicos se emplean como agentes de curtido y para hacer detergentes y

elastómeros, en tanto que los análogos aromáticos producen sulfonamidas medicinales e insecticidas.

Tenemos entonces uso en:

Detergentes, agentes mojadores, emulsivos y dispersantes, Elastómeros.

Colorantes, compuestos contra la polilla y agentes sintéticos para el curtido

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Resinas de intercambio de iones, gomas sintéticas y agentes de

espesamiento

Intermedios en la preparación de otros productos químicos

Sulfonamidas medicinales e insecticidas

Los detergentes domésticos son sulfonatos o sulfatos en general de sodio:

El detergente lava vajilla más común era el derivado del dodecilbenceno (molécula

de un alifático ramificado de 12 carbonos con un grupo bencénico en un extremo.) y que fue reemplazado por uno lineal con mayor biodegradabilidad conocido como LAB (lineal alquilbenceno). Estos se obtienen en plantas petroquímicas como ser

la de YPF en Ensenada.

Se sulfonan dando el ácido sulfónico correspondiente y su sal sódica es el componente activo de los detergentes. La cadena no polar derivada del dodecilbenceno o al lineal es la parte de la

molécula hidrofóbica a la grasa o aceite y el grupo sulfónico polar es la parte hidrofílica.

Para uso más delicado como lavado de ropa fina y shampoo se utiliza el laurilsulfato de sodio y es obtenido por la sulfatación del alcohol laurico (12 carbones en la estructura).

Agentes sulfonantes

Los agentes sulfonantes más utilizados:

·Anhídrido sulfúrico y sus compuestos

Ácido sulfúrico concentrado. Concentración comercial 98% Óleum. Solución

de ácido sulfúrico con 22 % de anhídrido sulfúrico disuelto

Ácidos clorosulfónico, fluorsulfónico y aminosulfónico

Anhídrido sulfuroso y sus compuestos

Ácido sulfuroso y sulfitos y sulfitos ácidos

Anhídrido sulfuroso y cloro, anhídrido sulfuroso y oxígeno

Otros agentes diversos

Métodos de obtención de los principales agentes.

Los principales métodos de producción de anhídrido sulfuroso, anhídrido sulfúrico, ácido sulfúrico y óleum es utilizando azufre como materia prima, recuperación de los gases de la industria metalúrgica (producción de cobre y zinc a partir de

sulfuros) y por la recuperación de ácido sulfúrico residuales de bajo título y con contaminantes.

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Producción a partir de azufre

El azufre se quema con una corriente de aire filtrado y exento de humedad en un

horno, esta reacción altamente exotérmica. El azufre se funde en piletas adecuadas y se bombea a presión en la cámara de combustión del horno. Los gases de combustión formados son enfriados por un sistema de generación de

vapor de agua que es luego utilizado por otras instalaciones. Estas plantas generan mayor cantidad de vapor del que consumen y por lo tanto son

proveedoras de vapor a otras instalaciones. El diseño del horno es similar a una caldera de vapor de agua. En este caso el combustible es el azufre. La ecuación de esta etapa es la de obtención del anhídrido sulfuroso:

S + O2 à SO2

En la segunda etapa el anhídrido sulfuroso ingresa a unos 400 ºC y se convierte en unas cámaras catalíticas con pentóxido de vanadio. Esta reacción exotérmica

requiere que los gases se enfríen en cada paso por el catalizador donde se aprovecha para generar vapor de menor presión.

En esta etapa se obtiene el anhídrido sulfúrico:

SO2 + ½ O2 à SO3

En las cámaras se debe llegar a una conversión superior al 99,7% a fin de cumplir

con las regulaciones en las emisiones de los gases de salida.

En la tercera etapa el anhídrido sulfúrico se absorbe con agua para formar el ácido sulfúrico.

SO3 + H2O à H2SO4

Esta operación se realiza en una torre de absorción donde el gas rico en anhídrido sulfúrico es absorbido con una corriente de ácido sulfúrico de menor concentración a la comercial (98%) para evitar la fuerte reacción exotérmica de hidratación de

anhídrido.

Una corriente de ácido sulfúrico al 93 % es utilizada para el secado del aire de proceso.

El óleum se obtiene mediante la absorción de ácido sulfúrico con anhídrido sulfúrico hasta llegar a la concentración de 22 %.

La disponibilidad comercial del anhídrido sulfúrico está restringida a aquellos que dispongan de plantas generadoras y hay empresas especializadas que proveen

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toda la tecnología y equipamiento cuando los consumos son importantes como ser

plantas productoras de detergentes sintéticos.

Principales procedimientos Los principales procedimientos de sulfonación pueden ser clasificados del modo siguiente:

tratamiento directo con anhídrido sulfúrico o un compuesto de éste

procedimientos oxidantes

reacciones con sulfitos

métodos de condensación y polimerización

La clasificación en métodos directos e indirectos se emplea algunas veces para indicar si un procedimiento de sulfonación comprende una o más etapas.

Tratamiento directo con anhídrido sulfúrico Es este procedimiento mucho más extensamente aplicado que los demás, y se emplea en la preparación de los químicos de sulfonados y en el tratamiento de

aceites fijos y fracciones de petróleo.

El ácido sulfúrico concentrado y el óleum de variada concentración son los reactivos más comunes para la sulfonación directa. Las propiedades físicas del

sistema SO3-H2O han sido investigadas desde el punto de vista de la sulfonación. Otros reactivos que han encontrado extenso empleo son el anhídrido sulfúrico con

compuestos orgánicos (dioxano o piridina) y el ácido clorosulfónico. Son también de este tipo, pero aplicados con menos frecuencia, el ácido fluorsulfónico, los

sulfatos ácidos, los pirosulfátos y el ácido aminosulfónico (sulfámico). El anhídrido sulfúrico es teóricamente el agente de sulfonación más eficaz y

directo de este tipo, puesto que sólo entraña la adición directa sobre el compuesto orgánico RH:

RH + SO3 à RSO2OH

Por otra parte, el empleo de cualquiera de los compuestos del anhídrido sulfúrico es siempre complicado por la liberación concomitante del otro componente (agua,

ácido clorhídrico, piridina), lo cual hace a tales agentes menos eficaces que el anhídrido sulfúrico, aunque tienen otras ventajas. El ácido sulfúrico y el anhídrido sulfúrico libre tienen propiedades opuestas como agentes de sulfonación. El óleum

(solución de anhídrido sulfúrico en ácido sulfúrico de 100%) es un compromiso

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práctico entre estos dos extremos. Las ventajas del anhídrido sulfúrico y las

correspondientes del óleum han llegado a ser industrialmente atractivas de manera creciente por la necesidad de obviar la eliminación de ácidos de desecho,

en tanto que las desventajas (elevado calor de reacción que genera ennegrecimiento y descomposición y fuerte viscosidad) pueden ser vencidas por el diseño de ingeniería, elección de las condiciones o el empleo de un disolvente.

Hay una tendencia a emplear agentes enérgicos de sulfonación de este tipo.

RH + SO4H2 à RSO2OH + H2O La formación de agua produce un efecto dilutor del ácido sulfúrico y un generador

de ácido diluido con restos orgánicos difíciles de reutilizar y costoso el tratamiento del residuo.

El ácido clorosulfónico es empleado casi enteramente en la preparación de cloruros sulfónicos aromáticos o heterocíclicos conforme a las ecuaciones

siguientes:

RH + ClSO3H à RSO2OH + HCl­ (1) RSO2OH + ClSO3OH à RSO2Cl + H2SO4 (2)

La reacción (1) se emplea algunas veces para preparar los ácidos sulfónicos, no

obstante el hecho de que el desprendimiento de HCl y la ocurrencia parcial inevitable de la reacción (2) son objetables.

El ácido sulfúrico, el óleum y el ácido clorosulfónico son empleados ordinariamente en exceso, con lo que de pasada obran como disolventes baratos, de baja

viscosidad, para el ácido sulfónico o el cloruro sulfónico formados. El anhídrido sulfúrico puede emplearse directamente en la forma líquida comercial o es

fácilmente evaporado (44.8·C) y tal vez diluido con un gas inerte (aire seco) antes de la introducción en el reactor. El anhídrido sulfuroso líquido es un excelente disolvente de sulfonación para emplearlo con el anhídrido sulfúrico, el ácido

clorosulfónico, o el óleum. Sin embargo, los problemas de recuperación del disolvente han impedido su aceptación industrial. En la preparación de cloruros

sulfónicos (con el ácido clorosulfónico) no se emplea ningún disolvente en la práctica industrial; con frecuencia se emplea el cloroformo como medio de reacción para preparaciones de laboratorio. El anhídrido sulfúrico puede

emplearse ventajosamente con varios disolventes clorados con los cuales es miscible, tales como el tetracloruro de carbono y el triclorofluorometano.

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Tratamiento directo con anhídrido sulfuroso

El desarrollo industrial de este estudio es relativamente reciente y es aplicable especialmente a la preparación de alcanosulfonatos. Este procedimiento, conocido

como sulfocloración, comprende el tratamiento directo de los alcanos con una mezcla de anhídrido sulfuroso y cloro en presencia de luz o de otros catalizadores para formar los cloruros sulfonílicos, del modo siguiente:

RH + SO2 + Cl2 à RSO2Cl + HCl­

El cloruro de sulfurilo, SO2Cl2, reacciona de manera semejante. El procedimiento estrechamente relacionado de la sulfoxidación se verifica por la reacción:

RH + SO2 + 1/2O2 à RSO2OH

La oxidación de los tioles (mercaptanes) y de los derivados de los tioles se emplea frecuentemente para preparar los sulfonados de las series alifática y heterocíclica.

Pueden emplearse varios agentes oxidantes; la reacción es la siguiente:

2RSH + 3O2 à 2RSO2OH El cloruro sulfonílico correspondiente se forma cuando se emplea como agente

oxidante el cloruro acuoso:

RSH + 3Cl2 + 2H2O à RSO2Cl + 5HCl

Reacciones principales y mecanismos de reacción. Con ácido sulfúrico:

Los alcanos no reaccionan con el ácido sulfúrico.

Los alquenos lo hacen fácilmente formando sulfatos de alquilo correspondiente por ejemplo:

H2C:H2 + SO4 H2 à C2 H5 – O– SO2OH

Etileno + ácido sulfúrico sulfato de etilo

Métodos de sulfonación

Industrialmente el proceso admite la realización por cargas o en forma continua, ésta sólo si los compuestos orgánicos poseen ciertas propiedades físicas y químicas determinadas. Por lo general la mayoría de las operaciones se efectúan

por cargas o discontinuas.

Las operaciones continuas se pueden hacer y son prácticas cuando;

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El compuesto orgánico es volátil

Cuando la reacción es rápida

Cuando la producción es grande

Las ventajas de la producción continua son múltiples (mayor producción, control y

calidad), pero se requieren instalaciones más complejas y más caras lo cual se justifica sólo en grandes escalas de producción.

Sulfonaciones discontinuas

En los procesos de sulfonación discontinua o por cargas, la manera de introducir los reactivos en el sulfonador depende de las propiedades físicas y químicas de

los componentes a sulfonar. A modo de ejemplo se añaden estos sobre el sulfúrico fumante en los compuestos de antraquinona, e la obtención de los sulfonados del naftol, el compuesto orgánico se añade sobre el ácido sulfúrico

concentrado.

Existe una relación entre la concentración de SO3, y su actividad de sulfonación, de esta se deduce que a menos que se disponga de un procedimiento capaz de eliminar el agua formada la velocidad de la reacción irá decreciendo

gradualmente.

En caso contrario la reacción se detendrá al llegar a cierta concentración de SO3, o del H2SO4 diferente para cada compuesto orgánico sometido a la sulfonación.

Con una adecuada separación del agua formada como consecuencia un menor consumo de ácido sulfúrico. Los métodos industriales usados son con la siguiente base:

uso de óleum o anhídrido sulfúrico en lugar del ácido sulfúrico.

Extracción de producto formado del reactor a medida que se produce. Destilar con un azeótropo el agua formada.

El empleo de óleum agregándolo con el compuesto orgánico, al mismo tiempo y gradualmente, sobre un gran volumen de ácido procedente de una operación

anterior elimina el agua de reacción tan pronto como se forma por el anhídrido sulfúrico disuelto.

En algunas sulfonaciones como el benceno, se trabaja a presión reducida para eliminar más fácilmente el agua de reacción.

En el procedimiento de destilación a presión parcial nos basamos en la capacidad del diluyente, o de un exceso de reactivo volátil (como la utilización de solventes

que formen mezclas azeotrópicas con el agua permitiendo la extracción del

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reactor), para la separación del agua de reacción a medida que se forma, y de

aquí que puede mantenerse una concentración elevada de ácido sulfúrico. Manteniendo una concentración elevada de sulfúrico, no es necesario utilizar

exceso del mismo. Procedimiento Guyot. Sulfonación del Benceno

Se calienta en un recipiente cerrado ácido sulfúrico de 90% a 92% de 95C a 110C

y se hacen pasar a su través los vapores de benceno producidos en una caldera especial, que llegan por una tubería que desemboca debajo de un plato de fundición perforado, colocado debajo del fondo del aparato de sulfonación.

Los vapores que salen del reactor (destilación azeotrópica) se condensan en un

intercambiador de calor y caen en un depósito en el que se separan las dos capas de agua y benceno, el benceno recuperado de esta forma vuelve al sulfonador.

Este procedimiento operando por cargas necesita de catorce horas y de 6 a 8 moles de benceno por cada uno que reacciona. Sulfonaciones continúas

Una de las formas es trabajar con seis rectores en cascada. En la sulfonación del benceno se bombea éste con óleum al primer reactor y con el flujo rebalsando a

los otros se da el tiempo suficiente para la finalización de la reacción. Los primeros dos reactores se enfrían mientras que los otros son calentados otra forma de llevar a cabo es en un aparato como el representado en la figura utilizado para la

sulfonación de grasas y aceites saturados y sin saturar.

El producto graso a sulfonar llega por una tubería de alimentación a una cubeta colocada en la parte superior de un tabique provisto de camisa, de la cubeta descarga la grasa por una fisura y desciende formando una fina película sobre la

superficie de la pared. A la vez sobre esa película se pulveriza el agente de sulfonación mediante una boquilla que contiene ácido sulfónico, el producto

formado es recogido por un plato colector que se halla en el borde inferior del tabique.

Con este dispositivo se logra que los reactivos se mezclen íntimamente en condiciones que se permita una excelente regulación de la temperatura y sin

necesidad de emplear exceso de sulfonante. En las plantas industriales la sulfonación en película se realiza con los siguientes

diseños:

Reactor rotativo: La materia prima a sulfonar es introducida por la parte inferior

entre un estator fijo y un rotor que presentan una superficie con aletas que remueven el producto. El rotor y estator están refrigerados para controlar la

temperatura de reacción.

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Se utiliza como agente sulfonante al anhídrido sulfúrico con aire seco para controlar la concentración y la velocidad de reacción.

El material de las instalaciones es el acero inoxidable 316 dado que resiste muy bien a los ácidos sulfúricos diluidos. Reactor multitubo laminar: La otra forma muy moderna de obtener la gran

cantidad de detergentes y tensioáctivos para uso doméstico como lavavajillas, detergentes de lavado de ropa y shampoo es utilizar un reactor multitubo de película descendente como el diseño Ballestra donde el agente sulfonador ingresa

por un alimentador central en cada uno de los tubo del rector. Como se ve en la figura el diseño básico es el de un intercambiador de casco y tubo vertical.

La materia prima ingresa por la parte superior a presión, su caudal se calibra por fino agujero realizado en material ágata y es distribuido en todo el perímetro

interior de cada tubo.

La reacción va desarrollándose en el camino descendente y su temperatura se controla por la refrigeración del lado carcasa.

La instalación completa de última tecnología comprende a la instalación de

generación del agente, mezcla de anhídrido sulfúrico y aire seco, el reactor propiamente dicho, la etapa de purificación de gases de venteo y la de terminación del producto elaborado.

La obtención del agente puede conseguirse por tres caminos según la

disponibilidad de la materia prima y el volumen de inversión a realizar. Ellos son Generador a partir de azufre, el de mayor inversión y menor costo de

materias primas

Destilación de óleum. Compra de anhídrido sulfúrico líquido – escasa disponibilidad

En el cuadro adjunto se pueden ver los pasos:

La sulfonación o sulfatación se lleva a cabo en el reactor multitubo .Los gases de escape están compuesto por exceso de aire, nitrógeno, SO2, SO3 y niebla del

producto sulfonado y de la materia prima que no reaccionó. Estos gases se limpian antes de enviarse a la atmósfera siguiendo las siguientes

operaciones:

Separación de niebla con un demister separador que favorece la precipitación de las gotas de líquido.

Eliminación del SO3 residual por la acción de una corriente lavadora de

agua.

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El SO2 que no se retiene en las operaciones anteriores es neutralizado con

una corriente de soda cáustica para formar sulfito de sodio.

El producto terminado se deja un tiempo en digestor para su homogenización y luego se hidrata para la formación del ácido sulfónico correspondiente. En sulfataciones el proceso tiene algunos cambios que se detallan en el flow sheet

adjunto.

El ácido sulfónico finalmente se neutraliza quedando listo para la producción de agente tensioactivo

Factores físicos y químicos que influyen en la sulfonación

Los productos resultantes de la sulfonación dependen de múltiples factores y que estos no afectan sólo al grado sino también el curso de la misma. Algunos de estos factores son:

Concentración de agente de sulfonación Temperatura de reacción Tiempo de reacción

Catalizadores y coadyuvantes Disolventes

Influencia de la concentración de SO3 en la sulfonación:

Cuando se emplea ácido sulfúrico se sabe que se detiene la reacción cuando se alcanza una concentración determinada de SO3 diferente para cada compuesto

que se trate de sulfonar. Guyot designó esa concentración límite de SO3 como pi, y encontró que en la preparación del ácido bencensulfónico, la sulfonación se detiene prescindiendo de los factores, temperatura, agitación y catalizadores (si el

valor de pi es de 64% que corresponde al hidrato H2SO4.1/2H2O), quiere decir que cuando se llega a esa concentración de SO3 no tiene ya lugar reacción

alguna. Esto indica que en los métodos ordinarios se consume una cantidad de ácido excesiva.

La forma de continuar desplazando la reacción hacia la derecha es incorporando mayor cantidad de SO3 (óleum, por ejemplo) o extrayendo el agua formada

(destilación azeotrópica, por ejemplo)

Influencia de la temperatura de reacción:

Al aumentar la temperatura de trabajo se aumenta la velocidad y el grado de

sulfonación.

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Hay que tener cuidado en el control de la temperatura ya que un exceso de esta hace tender la reacción a la polisulfonación, por esto se hace necesario en la

práctica operar con condiciones térmicas y con las proporciones de reactivos adecuadas para obtener la menor cantidad posible de los productos que impurifican al principal.

La temperatura de sulfonación puede también influir en la orientación de los

grupos sulfónicos (como en la sulfonación del tolueno y de los derivados del naftaleno).

Influencia del tiempo de reacción:

Por lo general, siempre que se prolonga el tiempo de reacción por más tiempo del necesario, se forman impurezas que si bien no son muchas en cantidad, pueden resultar difíciles de separar del producto principal.

Influencia de los Catalizadores y coadyuvantes de la sulfonación: En los procesos de sulfonación existe una serie de sustancias que pueden ejercer

una influencia en la orientación, por ejemplo los compuestos de mercurio, o bien acelerar la reacción normal sin tener ningún efecto sobre las posiciones que

ocupan los grupos sulfónicos, como ocurre en los compuestos del vanadio. De esto se desprende que en algunas sulfonaciones es esencial la presencia de

un catalizador; mientras que en otras lo que determina se uso es alguna ventaja económica.

Algunas sustancias usadas como catalizadores en sulfonaciones son:

Mercurio y sus sales Vanadio, sus óxidos y sus sales disueltas

Carbonatos alcalinos y piridina Ácido bórico y trifluoruro de boro

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Emulsivos

Los emulsivos también son conocidos como surfactantes, ya que los encontramos

en la interface de la emulsión. Estos aditivos reducen la tensión superficial, lo que

provoca que las dos fases logren un contacto más estrecho y se estabilicen. esto

lo podemos ejemplificar fácilmente: las tensiones superficiales del agua y del

aceite son de 72 y 34 dinas/cm a temperatura ambiente, por lo que siempre existe

un rechazo mutuo; sin embargo, la simple adición de esteril-2-lactilacto de sodio al

0.01 % reduce la tensión del agua a la misma que la del aceite y de esta manera

se logra que las dos fases se estabilicen; en estas condiciones se evita la

tendencia de las partículas de grasa a interaccionar con ellas mismas, con lo cual

se producirían grandes agregados fácilmente separables.

Hay varias formas de clasificar estos aditivos, pero la más común se basa en su

estructura química, con forme a su grado de ionización. Así, se tienen dos grandes

grupos: los iónicos, que a su vez se dividen en amónicos y catiónicos, y los no

iónicos. Los primeros, como el esteril-2-lactilacto de sodio, son, por su naturaleza,

son muy reactivos y tiene el inconveniente que interaccionan con diferentes iones

y con moléculas cargadas de signo opuesto, ocasionando una neutralización de su

carga eléctrica y de sus propiedades emulsionantes: por su parte, los no

iónicos como los mono estearatos de glicerilo son lo más empleados en la

industria alimentaria, ya que no tiene la reactividad de los anteriores y por

consiguiente son más estables y efectivos.

Tanto los emulsivos iónicos como los no iónicos están constituidos por dos fracciones con propiedades diferetes: una hidrofílica y otra hidrofóbica,

predominando una más que otra indistintamente.

En el caso de las gomas como; Agar, Xantana, Guar, Algarrobo, CMC , Carrageninas, etc., también

consiguen la estabilización de la emulsión, no por sus propiedades emulsivas (ya

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que propiamente carecen de ellas), sino por el incremento de viscosidad en la fase

acuosa, lo que evita la separación de la emulsión.

En el caso de las proteínas puede existir la estabilización de la emulsión mediante una interacción hidrolfílica - lipofílica: los aminoácidos hidrofóbicos (leucina,

fenilalanina, triptofano, isoleucina, valina y alanina) se orientan hacia la fase lípida, mientras que los hidrofílicos (glicina, serina, treonina, cisteína, cistina, tirosina, etc.

Lo hacen hacia la fase acuosa. Con lo cual las proteínas funcionan como un emulsivo típico.

En el mercado existe un gran número de emulsivos pero no todos funcionan adecuadamente en cualquier alimento. De acuerdo a su composición y estado de

dispersión cada sistema requiere de un emulsivo específico. Por esta razón, la selección del aditivo adecuado debe ser muy cuidadosa, para lo cual usted

puede contactarnos y con gusto determinaremos cual es el emulsivo más adecuado para su producto.

Los ingleses utilizan la palabra "surfactante" (agente activo de superficie) para denotar una sustancia que posee una actividad superficial o interfacial. Es necesario hacer resaltar que todos los anfífilos no poseen tal actividad, para que

esto suceda es necesario que la molécula posea propiedades relativamente equilibradas, quiere decir, que no sea ni demasiado hidrófila ni demasiado

hidrófoba. La palabra "surfactant" no tiene una traducción exacta en español, lengua en la cual se usa el término genérico de "tensoactivo", que se refiere a una actividad o a una acción sobre la tensión superficial o interfacial, es decir sobre la

energía libre de Gibbs. Este término es equivalente a surfactante solo si se supone que la actividad superficial o interfacial se traduce necesariamente por un

descenso de la tensión, lo cual es verdad en la mayor parte de los casos que tienen un interés práctico. Usaremos el neologismo "surfactante" En general, el término tensoactivo se refiere a una propiedad de la sustancia. Los anfífilos tiene

muchas otras propiedades y se les califica según las aplicaciones: jabones, detergentes, dispersantes, emulsionantes, espumantes, bactericida, inhibidores de

corrosión, antiestático, etc. o dentro de las estructuras de tipo: membrana, microemulsión, cristal líquido, liposomas o gel.

CLASIFICACIÓN DE LOS SURFACTANTES

Desde el punto de vista comercial los surfactantes se clasifican según su aplicación. Sin embargo se observa que muchos surfactantes son susceptibles de ser utilizados en aplicaciones diferentes, lo que provoca confusiones.

Por tanto, se prefiere, clasificarlos de acuerdo a la estructura de su molécula, o

más exactamente según la forma de disociación en el agua.

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Los surfactantes aniónicos se disocian en un anión anfífilo y un catión, el cual es

en general un metal alcalino o un amonio cuaternario. A este tipo pertenecen los detergentes sintéticos como los alquil benceno sulfonatos, los jabones (sales de

sodio de ácidos grasos), los agentes espumantes como el lauril sulfato, los humectantes del tipo sulfosuccinato, los dispersantes del tipo lignosulfonatos, etc. La producción de los surfactantes aniónicos representa alrededor del 55% de los

surfactantes producidos anualmente en el mundo.

Los surfactantes noiónicos están en el segundo rango por orden de importancia con un poco menos del 40% del total. En solución acuosa no se ionizan, puesto que ellos poseen grupos hidrófilos del tipo alcohol, fenol, éter o amida. Una alta

proporción de estos surfactantes pueden tornarse relativamente hidrofílicos gracias a la presencia de una cadena poliéter del tipo polióxido de etileno. El grupo

hidrófobo es generalmente un radical alquilo o alquil benceno y a veces una estructura de origen natural como un ácido graso, sobre todo cuando se requiere una baja toxicidad.

Los surfactantes catiónicos se disocian en solución acuosa en un catión orgánico

anfífilo y un anión generalmente del tipo halogenuro. La gran mayoría de estos surfactantes son compuestos nitrogenados del tipo sal de amina grasa o de amonio cuaternario. La fabricación de estos surfactantes es mucho más cara que

la de los anteriores y es por esta razón que no se les utilizan salvo en caso de aplicación particular, como cuando se hace uso de sus propiedades bactericidas o

de su facilidad de adsorción sobre sustratos biológicos o inertes que poseen una carga negativa. Esta última propiedad hace que sean excelentes agentes antiestáticos,

hidrofobantes, así como inhibidores de corrosión, y puedan ser utilizados tanto en productos industriales como para uso doméstico.

La combinación dentro de una misma molécula de dos caracteres: aniónico y catiónico producen un surfactante llamado anfótero, como por ejemplo los

aminoácidos, las betaínas o los fosfolípidos; ciertos anfóteros son insensibles al pH, otros son de tipo catiónico a pH ácido y de tipo aniónico a pH alto. Los

anfóteros son en general tan caros como los catiónicos y por esta razón su utilización se reduce a aplicaciones particulares.

Hace unos veinte años surgieron los surfactantes poliméricos; estos son producidos asociando estructuras polimerizadas de tipo hidrofílico o lipofílico, en

forma de bloques o de injertos. Ciertos de estos surfactantes son indispensables en procesos donde están involucrados macromoléculas naturales como en la deshidratación de petróleo. PRODUCCIÓN Y USOS

La producción mundial de jabones, detergentes y otros surfactantes era del orden de 18 Mt (millones de toneladas) en 1970 y de 25 Mt en 1980, correspondiendo un

poco menos del 25% al mercado norteaméricano y un 25% al mercado europeo.

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La evolución cualitativa del mercado durante los últimos cuarenta años es significativa.

En efecto en 1940 la producción de surfactantes (1,6 Mt) se limitaba, esencialmente, a los jabones (sales de ácidos grasos) producidos según una

tecnología muy antígua. Al final de la segunda guerra mundial se consiguen en el mercado olefinas cortas, en particular propileno, que se obtienen como sub-

producto del cracking catalítico y que no tenían en aquel entonces aplicación como el etileno. El bajo costo de esta materia prima permite sustituir ácidos grasos por radicales alquilo sintéticos.

Así nacen los detergentes sintéticos del tipo alquil benceno sulfonato que poco a poco reemplazarán los jabones para máquinas de lavar y en otras aplicaciones

domésticas.

El desarrollo del vapocraqueo en los años 50 para fabricar etileno como materia prima para polímeros diversos, ha permitido también la aparición en el mercado de surfactantes noiónicos en los cuales el grupo hidrofílico es una cadena poliéter

formada por policondensación de óxido de etileno.

En 1965 las nuevas leyes de protección del ambiente limitan la utilización de los alquilatos de polipropileno en la fabricación de los detergentes sintéticos, tanto en los Estados Unidos como en Europa. Los productores de surfactantes deben por

tanto utilizar materias primas un poco más costosas como los alquilatos lineales; como consecuencia los alquil benceno sulfonatos siguen siendo los surfactantes

más baratos del mercado pero la diferencia del costo con los otros surfactantes se reduce.

Esta situación favorece por tanto el desarrollo de nuevos productos.

En los años siguientes se observa una proliferación de nuevas fórmulas de todo tipo y una gran diversificación en los usos industrial y doméstico. La producción de jabones deja de decrecer y su uso dentro de productos industriales o productos

cosméticos no medicinal aumenta rápidamente. Los surfactantes catiónicos y anfóteros aparecen en el mercado, pero su utilización está limitada a aplicaciones

particulares por su alto costo. Hace unos diez años el mercado se ha estabilizado y se reparte de la manera

siguiente:

33% Jabones, carboxilatos, lignosulfonatos, donde: 50% jabones de uso domestico 35% otros ácidos de uso industrial.

22% Detergentes sintéticos del tipo sulfonato o sulfato, donde:

23

50% uso doméstico (polvos, líquidos) 17% industria petrolera 7% aditivos de cementos 4% agro-alimentos 3% cosméticos, productos farmacéuticos

40% Noiónicos etoxilados ó etoxisulfatos, donde: 40% alcoholes etoxilados 20% alquil fenol etoxilados 15% éteres de ácidos grasos 10% derivados de aminas o de amidas

4% Catiónicos, sobre todo amonios cuaternarios 1% Anfóteros, sobre todo betaínas y derivados de aminoácidos.

Los surfactantes poliméricos no se reportan en general como surfactantes y por lo tanto no entran dentro de las estadísticas correspondientes. Se puede estimar que representan un 2% del total, limitándose a las resinas sulfonadas o etoxiladas y a

los copolímeros bloque de óxido de etileno o de óxido de propileno. Si se toman en cuenta los polímeros hidrofílicos de tipo carboximetilcelulosa y otros

polisacáridos, se obtendría una cifra más elevada, pero estos últimos, en general, no se utilizan por sus propiedades surfactantes, sino como aditivos en formulaciones diferentes.

24

Dispersantes

Un dispersante es un aditivo que se utiliza para lograr que un soluto tenga

distribución y dispersión en un disolvente.

Son compuestos que reducen la tensión superfical Agua- Hidrocarburo por medio

de productos que contienen agentes tensioactivos.

El empleo de dispersantes químicos en el tratamiento de vertidos de hidrocarburos

en el mar es una opción a considerar, especialmente cuando el vertido se produce

en alta mar. Estas sustancias permiten disgregar las manchas de hidrocarburos en

pequeñas partículas que se distribuyen por la columna de agua, acelerando así su

dilución y biodegradación.

La dispersión química evita la formación de emulsiones que incorporan agua en el

hidrocarburo, que incrementan considerablemente el volumen del vertido y

dificultan su limpieza; además, esta solución se convierte casi en la única opción

para eliminar la lámina oleosa e impedir la contaminación de las costas cuando la

contención y recuperación del residuo es inviable.

Este documento detalla el principio químico de funcionamiento de los dispersantes

químicos, evaluando la eficacia, ventajas e inconvenientes de los distintos tipos y

ofrece recomendaciones útiles para su aplicación, con el objetivo de maximizar su

eficacia.

25

Principio de funcionamiento

Los hidrocarburos vertidos en el mar flotan sobre el agua y tienden a extenderse

por la superficie formando una mancha. Bajo la acción mecánica de las olas y la

turbulencia debida a mareas y corrientes, una parte de estos hidrocarburos puede

segmentarse en pequeños fragmentos, que pueden ser arrastrados hacia el fondo

y expuestos a la degradación natural.

Este proceso, denominado dispersión natural, está complementado con otro

proceso paralelo conocido como emulsificación, que consiste en la inclusión de

agua en la lámina de hidrocarburo, dando lugar a la formación de un residuo más

denso y de mayor volumen.

Mientras que las emulsiones son más viscosas, persistentes y difíciles de limpiar

en la línea de costa, los hidrocarburos dispersados pueden diluirse en la columna

de agua hasta alcanzar concentraciones muy bajas que no suponen un perjuicio

para la vida marina. Las tasas relativas de dispersión natural y emulsificación

dependen de las condiciones del mar y de la composición del vertido.

Los dispersantes son agentes químicos que modifican el comportamiento físico de

los hidrocarburos en la superficie del mar, de manera que son capaces de alterar

el balance natural entre dispersión y emulsión, favoreciendo el primer proceso e

inhibiendo el segundo.

Consisten en una mezcla de agentes tensioactivos, disuelta en un solvente que

facilita su penetración en los hidrocarburos. Dichos tensioactivos poseen grupos

hidrofílicos que se asocian con moléculas de agua y colas hidrófobas que lo hacen

con los hidrocarburos, de manera que reducen la tensión superficial entre ambas

sustancias facilitando la formación de inclusiones de hidrocarburos en agua, y, una

vez fragmentada la película oleosa, actúan como barrera entre las partículas

dispersadas impidiendo que vuelvan a agregarse.

Tipos

Los dispersantes químicos utilizados en la actualidad se diferencian en dos tipos

principales:

Convencionales: también denominados “ordinarios”, “de base

hidrocarbonada” o de Tipo 1 (clasificación del Reino Unido), están

compuestos por disolventes acuosos o a base de hidrocarburos y contienen

entre un 15 y un 25% de surfactantes. Se aplican sin diluir previamente, con

relaciones dispersante:hidrocarburo de entre 1:1 y 1:5.

26

Concentrados: se conocen también como “dispersantes de tercera

generación”, y están compuestos por una base disolvente de alcohol o

glicol y una mayor concentración de surfactantes y humectantes, de manera

que contienen una mayor cantidad de ingredientes activos que los

ordinarios y es necesario un menor volumen de los mismos para dispersar

una mancha. Se pueden emplear diluidos en agua de mar o sin diluir, con

tasas de aplicación comprendidas entre 1:5 y 1:30

Ventajas y desventajas

La dispersión química ofrece un gran número de ventajas, siempre y cuando su

uso se produzca dentro de sus límites de aplicación:

La retirada del vertido contaminante de la superficie marina supone un claro

beneficio para las poblaciones de aves, mamíferos marinos, y para todos

aquellos hábitats litorales susceptibles de ser impregnados por los

hidrocarburos en flotación.

La formación de múltiples inclusiones del hidrocarburo en agua favorece su

biodegradación al incrementar la superficie expuesta a la acción bacteriana.

Los hidrocarburos dispersados pueden mantenerse suspendidos en la

columna de agua durante mucho tiempo, agregados a sedimentos en

suspensión, de manera que la acción de las corrientes los distribuye de

manera muy difusa, reduciendo rápidamente su concentración inicial.

El viento deja de ser un factor determinante en el transporte de los vertidos

dispersados en la columna de agua, que quedan únicamente a merced de

las corrientes marinas. Este hecho convierte a la dispersión en una

excelente técnica de protección de la línea de costa cuando el viento sopla

hacia la misma.

Permite reducir los volúmenes de residuos recuperados y, por tanto, los

problemas de transporte y almacenaje de los residuos.

Los dispersantes pueden ser aplicados mediante aeronaves o helicópteros,

de manera que permiten tratar grandes áreas en comparación con otros

métodos de respuesta.

27

Aplicación en el mar

En la aplicación en el mar de dispersantes hay dos sistemas principales, cuya

elección dependerá de la evaluación de los factores anteriormente indicados.

Aplicación de dispersantes desde aeronaves:

Esta técnica de aplicación de dispersantes supone la respuesta más ventajosa de

cara al factor tiempo, dado que las aeronaves pueden desplegarse con rapidez

desde cualquier base distante del lugar del derrame (véase el inventario de

aeródromos en el Apéndice 2).

Para que este tipo de aplicación sea efectivo, únicamente se recomienda el

empleo de dispersantes del tipo 3 (concentrados), dado el rociado aéreo no se

complementa con acciones que favorezcan la mezcla del dispersante con el

vertido, y esta solo se produce de forma natural.

Tipos de aeronaves

Para la realización de operaciones en el mar se suelen emplear, por motivos de

seguridad, aeronaves de al menos dos motores, aunque en la práctica pueden

servir para el empleo de dispersantes helicópteros o cualquier aeronave capaz de

operar a baja altitud y velocidad relativamente baja (entre 50 y 150 nudos).

En general, las aeronaves empleadas para la aplicación de dispersantes

pertenecen a dos categorías principales: avionetas diseñadas específicamente

para la realización de operaciones de rociado de fertilizantes o plaguicidas, y

aeronaves modificadas (véase Tabla 4 del Apéndice 2).

Las primeras suelen ser avionetas de un solo motor con baja capacidad de carga,

mientras que el segundo tipo incluye aeronaves multimotor de diverso tamaño,

aunque generalmente existen en menor número que las anteriores, dado el

elevado coste de su adaptación a esta función. Los helicópteros, en cambio,

suelen ser fácilmente adaptables para las funciones de rociado, dado que la

mayoría pueden transportar una cuba con dispositivo atomizador.

Las pequeñas aeronaves tienen menor capacidad de carga y autonomía de vuelo,

pero consumen menos combustible y pueden maniobrar con mayor facilidad sobre

zonas dispersas de hidrocarburos. Las grandes, en cambio, cumplen con ventaja

los requerimientos de autonomía, capacidad de carga, rapidez y seguridad en el

tratamiento de vertidos a gran distancia de la costa, pero tienen los inconvenientes

28

de requerir trayectorias más largas, un mayor tiempo de giro y una visibilidad y

maniobrabilidad más reducidas.

Los helicópteros son mucho más manejables que las aeronaves de ala fija, por lo

que su empleo es muy ventajoso en el tratamiento de pequeños derrames o

vertidos situados en zonas de difícil acceso. Si bien su capacidad de carga es

limitada, el tiempo de reabastecimiento puede disminuir con el empleo de varias

cubas colgantes, de manera que mientras el helicóptero descarga una, el personal

de tierra reabastece la otra.

Equipo de rociado aéreo

Los sistemas de rociado aéreo pueden ser fijos o portátiles. Un sistema de

bombeo, propulsado por el motor del aparato o mediante una hélice

autopropulsada, envía el dispersante con un flujo constante desde uno o varios

depósitos hacia un tangón rociador, que suele estar situado bajo el fuselaje o a lo

largo de las alas.

En lo referente al rociado desde helicópteros, existen dos sistemas para la

aplicación: el sistema integral o de “a bordo”, y el sistema de cuba suspendida. El

primero consta de un tanque y una bomba alimentada por el motor o electricidad,

que están instalados en el mismo helicóptero, además de un tangón rociador de

configuración similar al instalado en aeronaves de ala fija. En el segundo sistema

todo el equipo rociador va transportado en una barquilla bajo el helicóptero, cuyas

bombas de rociado suelen ser alimentadas por motor autónomo controlado desde

la cabina.

Tanto la tasa de aplicación como la separación entre las boquillas del tangón

rociador son determinantes a la hora de obtener la máxima eficacia del

dispersante, acorde con la dosificación recomendada por el fabricante del

producto.

Aplicación en línea de costa

Aunque su aplicación en tierra es limitada y poco recomendable, ocasionalmente

los dispersantes también pueden resultar útiles en la limpieza de determinadas

tipologías de la línea de costa, para eliminar los últimos restos de hidrocarburos

29

una vez retirada la mayor parte de la contaminación. En caso de considerarse

conveniente su aplicación deberá ponerse especial atención a la capacidad de

dilución de las aguas receptoras de los residuos dispersados, y disponer la

recogida de los mismos en caso de que esta capacidad sea reducida.

En este ámbito suelen emplearse dispersantes convencionales de base

hidrocarbonada, pues aunque son menos efectivos que los concentrados, son los

únicos compatibles con los equipos de rociado terrestre, y además resultan

eficaces con hidrocarburos de alta viscosidad,puesto que el solvente

hidrocarbonado facilita la penetración. La dosificación aplicable es la misma

utilizada en ámbito marino, aunque no siempre es fácil prever la efectividad de los

dispersantes en manchas aisladas en tierra. Es recomendable efectuar antes del

tratamiento un pequeño ensayo previo.

Los dispersantes pueden ser aplicados mediante rociadores portátiles de mochila,

desde vehículos todoterrenos equipados a tal efecto o con camiones, dependiendo

del tipo de costa, la accesibilidad y la escala de la actuación.

El rociado debe realizarse de manera que pueda ser eliminado por la marea tras

30-60 minutos de exposición, con el objetivo de minimizar la penetración de los

residuos dispersados en el sedimento. En costas con poca marea o donde la

energía hidrodinámica no sea suficiente para eliminar los residuos, podrá

realizarse el lavado mediante chorros difusos de agua de mar a través de

mangueras.

Esta estrategia debe emplearse exclusivamente sobre estructuras artificiales o

áreas poco sensibles desde el punto de vista biológico, asegurando en caso

necesario la recogida del residuo.

Puede ser necesaria la utilización de cepillos para facilitar la mezcla y la utilización

de chorros a presión para la eliminación de los residuos en paredes verticales o en la parte inferior de las estructuras o formaciones.

30

DETERGENTES:

DEFINICIÓN

Un detergente es un producto especialmente formulado para el lavado de textiles y otros sustratos mediante un proceso que desarrolla fenómenos de detergencia.

Su principal componente son los tensoactivos, pudiendo contener, además,

componentes complementarios como coadyuvantes (agentes reforzadores de la acción de los tensoactivos) y aditivos.

Los resultados del lavado se consiguen por la suma de las propiedades de todos sus componentes.

PRODUCCIÓN DE DETERGENTES

Los detergentes son una mezcla compleja de muchas sustancias que incrementan

el efecto limpiador del agua en los objetos sólidos. Los detergentes varían en su

composición, dependiendo del efecto limpiador deseado. Los detergentes son

utilizados para aseo personal, lavandería, limpieza de superficies duras y limpieza

industrial especializada. Los detergentes contienen varios tipos de ingredientes

tales como los surfactantes que disminuyen la tensión superficial del agua. Otro

tipo de ingrediente utilizado en esta producción son los agentes reforzadores,

sales inorgánicas o álcalis que realzan el efecto limpiador de los surfactantes. Los

detergentes también contienen agentes auxiliares que incrementan las

características de rendimiento de los materiales.

La composición de los detergentes es mejorada cada vez más debido a las

condiciones de su medio ambiente. Algunos detergentes sintéticos causan

contaminación del agua debido a que sus agentes surfactantes no destruyen las bacterias en el suelo o en las plantas de tratamiento de aguas residuales. Se han desarrollado y estandarizado pruebas para establecer el requerimiento

biodegradable de muchos detergentes.

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Los jabones caseros dominaron el mercado de detergentes por muchos años. Sin

embargo, muchos países subdesarrollados usan todavía jabones de producción casera. En la mayoría de los países desarrollados, recientemente, los detergentes

surfactantes no jabonoso se han desarrollado y han desplazado a los jabones caseros en el mercado mundial.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN

La producción de detergente comprende los siguientes procesos:

1. Sulfatado y neutralizado (proceso óleum)

2. Sección de preparación de pasta. 3. Sección de secado.

4. Sección de perfumado y transporte. 5. Sección de empaque.

La sección de sulfatado y neutralizado está diseñada para permitir a las materias

primas, alquilobenceno, óleum (ácido sulfúrico fumante), solución de sosa

cáustica, y agua diluida ser contenidas en tanques de alimentación, respectivamente; las materias primas son suministradas a través de una máquina dosificadora, la cual contiene bombas volumétricas de seis pistones, hacia los

contenedores de reacción.

La sección de sulfatado presenta tuberías de recirculación, un contenedor de reacción, y un intercambiador de temperatura. La máquina dosificadora (bombas

proporcionales) envía el alquilobenceno por medio de las tuberías de recirculación hacia el contenedor de reacción. El agente de sulfatado (ácido sulfúrico), que es suministrado por su respectiva bomba volumétrica, también es transportado al

contenedor de reacción. La mezcla que será sulfatada, igual a la cantidad de agentes de reacción, son suministradas y pasadas de manera continua por un

sistema de digestión donde se completará la reacción. La temperatura del sistema de recirculación es controlada por una válvula de ajuste de agua fría.

Esta mezcla ácida pasa desde el sistema de digestión hacia el sistema de

adulteración. El sistema de adulteración contiene un contenedor de reacción, un intercambiador de temperatura y tuberías de conexión. Agua diluida, que es suministrada desde su respectiva bomba, es introducida al contenedor de

reacción. La temperatura en el circuito de adulteración es controlada por una válvula de ajuste de agua fría.

La mezcla de ácido diluido pasa al sistema de separación donde cualquier ácido

de escape es separado en forma de capas. Esta separación es controlada por

32

medio de un control de nivel de interfase, por ejemplo, para controlar la separación

de la superficie en dos capas. El ácido sulfatado emerge a la parte superior del separador y entra al circuito de neutralización que consiste de un contenedor de

reacción, un intercambiador de temperatura, y tuberías de circulación para trasladar la mezcla al tanque de ajuste de pH. La solución de sosa cáustica es bombeada al contenedor de reacción. El ácido sulfatado es transportado a su

tanque de almacenamiento y luego es bombeado hacia el contenedor de reacción. La temperatura de este sistema es controlada por válvulas de ajuste de agua fría.

El tanque de ajuste de pH hace que el producto neutralizado tenga una composición uniforme y homogénea. El producto neutralizado es controlado por un medidor continuo de pH a través de unos electrodos colocados en la cámara de

fluido y en el indicador de pH.

La sección de preparación de la pasta está diseñada para permitir que el producto neutralizado (sulfato de sodio) y agentes adicionales (como trifosfato de sodio,

silicato de sodio, sulfato de sodio, CMC, abrillantador, etc.) sean mezclados por medio de un embrague en un agitador eléctrico de baja velocidad. La pasta

mezclada es convertida en una pasta homogénea a través de un molino coloidal. Luego esta pasta es pasada por unos filtros para remover las impurezas sólidas. Después de pasar por los filtros, la pasta es transportada a su tanque de

almacenamiento.

Una vez que la torre de rociado está preparada, la pasta es transportada a los inyectores de rociado (colocados en la parte superior de la torre de rociado) a

través de una bomba triple de alta presión. Los sujetadores, tanques de almacenamiento, filtros y tuberías son calentados por un dispositivo a vapor. Los motores y la temperatura del proceso son manejados por un panel de control

central.

La sección de secado consiste de una torre de rociado, un horno generador de aire caliente, y un colector de ciclón.

El horno genera aire caliente utilizando para su combustión aceite de quemado

ligero (o una mezcla de diesel y aceite ligero) El aire caliente es soplado y distribuido en la torre de rociado utilizando un soplador, ubicado al lado del horno.

La pasta de detergente es enviada a la torre de rociado y esparcido desde los

inyectores cortando el flujo de aire caliente para mantener volúmenes pequeños en forma de comprimidos. Luego la pasta desciende suavemente y es secado dentro de dispositivos ahuecados antes de llegar al conducto de descarga de la

torre de rociado.

Después de pasar a través de la torre de rociado, el aire caliente es liberado dentro del colector de ciclón, que separa al detergente en un polvo fino, luego esta

pasa a través del conducto de aire caliente y es descargado en un lugar abierto.

33

Como el polvo seco, descargado de la torre de rociado, está aún caliente entonces

será enfriado en un conducto de transporte neumático. Luego es separado del aire frío en una cámara de separación y almacenado en tanques.

El detergente en polvo descenderá sobre un tamiz vibratorio, separando el polvo

fino y grueso y pasando a un aparato de perfumado continuo donde se rocía el perfume desde los inyectores, y luego será transportado a la sección de empaque.

El detergente en polvo es enviado por medio de un transportador a la máquina

automática de pesado y empaque que es acoplada con una máquina de sellado continuo para sellar el producto en bolsas de plástico. Una vez que las bolsas son selladas, los productos son transportados al almacén para su posterior

comercialización.

PROPIEDADES DEL DETERGENTE

Los detergentes tienen múltiples propiedades específicas como:

Humectación: Es la capacidad de mojar correctamente con poca agua su

superficie de contacto.

Penetración: Es la capacidad de enclavarse o introducirse en las

superficies porosas sucias o en la suciedad de la ropa.

Emulsión: Es el esparcimiento o suspensión de finas partículas de uno o más

líquidos en otro líquido.

Suspensión: Esta función radica en dejar la suciedad o partículas de suciedad en

una solución, evitando que estas retornen a la tela.

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COMPOSICIÓN DEL DETERGENTE

Un detergente (o surfactante) es un compuesto químico que tiene propiedades

tensoactivas que le hacen capaz de disolver la suciedad.

Productos químicos utilizados

La selección de las materias primas constituye la primera etapa de fabricación de

los detergentes. Las materias primas se eligen según numerosos criterios, incluyendo la seguridad humana y medioambiental, el coste, la compatibilidad con otros ingredientes, así como la forma y las características de eficacia de los

productos terminados.

Entre los diferentes ingredientes se encuentran: El hipoclorito de sodio para blanquear, aclarar y eliminar las manchas. Productos alcalinos (amonio, hidróxido de sodio…). La alcalinidad es útil

para eliminar la acidez, la grasa y las manchas de aceite. Por lo tanto, los detergentes son más eficaces cuando son básicos.

Los ácidos (ácido nítrico, ácido acético, ácido clorhídrico...) para neutralizar o

ajustar la alcalinidad de otros ingredientes y porque algunos productos de limpieza específicos necesitan más acidez para poder disolver los sedimentos

minerales. Los agentes colorantes (pigmentos o colorantes). Los solventes: con el fin de evitar la separación o el deterioro de los

ingredientes en los productos líquidos y para disolver las manchas orgánicas.

TIPOS DE DETERGENTES

Los detergentes deben tener una buena capacidad humectante, fuerza para eliminar la

suciedad de las superficies y capacidad para mantener los residuos en suspensión. De igual

manera deben tener buenas propiedades de enjuague para eliminar fácilmente los residuos de

suciedad y los restos del detergente. El detergente debe ser adecuado para el tipo de suciedad

que se produce, compatible con otros materiales, incluidos los desinfectantes empleados, y no

ser corrosivo.

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DETERGENTES ALCALINOS:

Un indicador importante de su utilidad es la alcalinidad activa. Una porción de ésta alcalinidad activa puede reaccionar para la saponificación de las grasas y simultáneamente otra porción

puede reaccionar con los componentes ácidos de los productos y neutralizarlos, de manera que se mantenga la concentración de los iones hidrógeno (ph) de la solución a un nivel adecuado

para la remoción efectiva de la suciedad y protección del equipo contra la corrosión. Existen varios compuestos alcalinos de los cuales se pueden mencionar a manera de ejemplo:

Soda Cáustica: Se usa para suspender la suciedad y saponificar la grasa, también se usa como germicida en el lavado mecánico de botellas. No se recomienda para el lavado de equipos y

utensilios por su intensa acción corrosiva. El manejo descuidado es peligroso para el personal que la usa.

Sesquicilato de Sodio: Se usa cuando hay que remover gran cantidad de materia saponificada. Es muy efectivo cuando el agua tiene alto contenido de bicarbonato.

Fosfato Trisódico :No debe usarse en solución muy caliente cuando se va a limpiar aluminio o estaño, ya que puede dañarlos. Debe enjuagarse minuciosamente.

Carbonato de Sodio: No es un buen agente limpiador cuando se usa solo, forma escamas en

aguas duras.

Bicarbonato de Sodio: Se usa conjuntamente con los limpiadores fuertes por su actividad ajustadora de la acidez.

Sesquicarbonato de Sodio: Tiene excelente propiedad adelgazadora de agua. No es muy irritante a la piel.

Tetraborato Sódico (Bórax):Su uso se limita al lavado de las manos.

DETERGENTES ÁCIDOS:

Se consideran excelente para la limpieza de tanques de almacenamiento, clarificadores, tanques de pesaje y otros equipos de la industria de leches. El uso de limpiadores ácidos

alternados con alcalinos logra la eliminación de olores indeseables y disminución de la cuenta microbiana. Los detergentes ácidos de uso mas frecuente son:

Ácido Glucónico. Corroe el estaño y el hierro menos que el ácido cítrico, tartárico y fosfórico.

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Ácido Sulfónico. Actúa en la remoción de escamas en los tanques de almacenamiento,

evaporadores, precalentadores, pasteurizadores y equipos similares

DETERGENTES A BASE DE POLIFOSFATOS.

Pirofosfato Tetrasódico. Tiene la ventaja de ser mas estable en condiciones de alta temperatura y alcalinidad, su solución es lenta en agua fría.

Tripolifosfato y Tetrafosfato de Sodio. Muy soluble en agua caliente, muy efectivos en uso general.

Hexametafosfato de Sodio. Es muy caro, disminuye su efecto en presencia de agua dura por lo

que su uso es limitado.

AGENTES ABRASIVOS:

Deben usarse solamente cuando son de ayuda suplementaria en la remoción extrema de suciedad y se usan aunados a un cepillado fuerte y enjuague con agua a presión.

Generalmente se presentan en forma de polvos o pastas. No incluyen ayudas mecánicas como lana o fibra de acero porque rayan las superficies y pueden dejar fragmentos metálicos que se

integran a los productos.

DETERGENTES BIODEGRADABLES

Existen dos tipos de detergentes biodegradables por acción de las bacterias, los

no sintéticos como el jabón normal de toda la vida que consisten en una sal

potásica de ácido graso de naturaleza alcalina ,es decir con una ph básico en

medio acuoso, que posee a su vez grupos aniónicos de carga negativa y grupos

catiónicos de carga positiva, estos grupos están formados por una cadena

hidrocarbonada hidrófoba olipófila y otra cadena hidrófila o lipófila, asi pues el

poder detergente del jabón se debe a este doble carácter ,la cadena

hidrocarbonada lipófila de carga negativa disuelve las minúsculas gotas de grasa,

que son las que originan la suciedad y por otra parte la cadena lipófoba del

ióncarboxilato hidrófilo, hace soluble al resto de la mancha en el agua

despegándola del tejido textil o arrancándolo. Ciertos jabones son impregnados de

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sustancias volátiles llamadas ésteres obtenidos por la unión química de un ácido

graso más el alcohol, dando como producto de desecho agua, tienen doble

naturaleza, ya que esta reacción química de esterificación, hace a los ésteres o

perfumes solubles en agua y grasa o aceite.

Si la esterificación se hace con un aldehído el olor es más fuerte e

irritante. (ACIDO +ALCOHOL = ESTER + AGUA), esta reacción es reversible .Los

detergentes sintéticos están basados en productos petroquímicos, como los

alquilbencenosulfonatos, originados por la sulfonación de una anillo aromático de

aquilbenceno de cadena lineal. El detergente obtenido de esta forma es fácilmente

degradable por las bacterias. La función de lavado la realiza casi siempre el anión

de carga negativa en su extremo. Existen también detergentes en los que el catión

realiza la misión de lavado ya sea tipo jabón, detergente sintético o detergente

sintético biodegradable. Este tipo de detergentes tiene más función desinfectante

que agente de lavado. Al principio los aquilbencenossulfonatos tenían la

cadena alquílica ramificada, y esto impedía la biodegradación, la espuma era

catalizada por bacterias y estás a su vez servián de alimento a cierto tipo de algas

verdes, todo este proceso en los lagos y ríos consumía muchísimo oxígeno, por lo

cual los peces morían por escases o ausencia de este en el agua. Hoy en día se

usan estos detergentes solo en mar abierto donde abunda más el oxigeno, para

disolver con estos detergentes de cadena alquílica ramificada las manchas de

petróleo en alta mar. En la actualidad para lavar la vajilla se utilizan los no iónicos

o neutros que no hacen mucha espuma .Hoy en día el típico detergente el polvo

contiene muchos más ingredientes: Sales de calcio con iones Ca 2+ que son

insolubles en agua y pueden hacer que paradójicamente la mancha de grasa se

fije aún más, por eso la lavadoras contienen resistencias que hacen aumentar la

temperatura para evitar esta contingencia, y hacer que las manchas de grasa se

disgreguen en minúsculas gotitas. Polifosfatos, que son sales de fósforo que se

unen a los iones calcio por afinidad química electronegativa, dando lugar a

complejos solubles y evitando la insolubilidad del ión calcio cuando están aislados.

Carboximetilcelulosa, esta sustancia es absorbida tanto por las partículas de polvo

como por los tejidos textiles, haciendo aumentar las cargas negativas, y consiguiendo que el polvo se elimine por repulsión eléctrica, son los responsables directos de las cargas estáticas en la ropa recién lavada. Silicatos solubles que se

adicionan para evitar la corrosión de los metales aluminio, y colaborar para que el polvo esté suelto, estos silicatos suelen combinarse con cationes de sodio o

potasio, de naturaleza electrostática positiva. Perborato de sodio que reacciona con el agua originado H2O2, que es un agente oxidante y blanqueante de manchas difíciles como las de zumos de fruta y té. Enzimas que rompen los

enlaces peptídicos, y descomponen las manchas de sustancias proteínicas como

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la sangre o el sudor. Estabilizantes que evitan la aparición de excesiva espuma en

el lavado. Agentes fluorescentes que blanquean los tejidos y hacen que estos absorban la luz ultravioleta, emitiendo la energía lumínica absorbida en forma de

luz azulada que compensa el típico amarillento de los tejidos viejos y gastados. Por otra parte nuevos estudios han revelado que se pueden obtener detergentes degradables en un 115 por ciento introduciendo más agentes tensioactivos que

hacen que las manchas desaparezca de forma más eficaz y rápida ,también si las nuevas lavadoras van equipadas con filtros porosos que limpien la cal del agua

por medio de componentes argénticos, es decir microfiltros de gomaespuma impregnados de iones plata positivos, que atraerían a los iones cloro negativos, para limpiar los filtros se revertiría el proceso ,usando agua destilada de ph neutro

que disolvería los iones cloro atrapados en la red micro porosa de plata. Estos filtros han sido diseñados en universidades europeas y japonesas.

AGENTES TENSOACTIVOS

Los tensoactivos o tensioactivos (también llamados surfactantes) son

sustancias que influyen por medio de la tensión superficial en la superficie de

contacto entre dos fases (p.ej., dos líquidos insolubles uno en otro). Cuando se

utilizan en la tecnología doméstica se denominan como emulgentes o

emulsionantes; esto es, sustancias que permiten conseguir o mantener

una emulsión.

Entre los tensoactivos se encuentran las sustancias sintéticas que se utilizan

regularmente en el lavado, entre las que se incluyen productos como

detergentes para lavar la ropa, lavavajillas, productos para eliminar el polvo de

superficies, gel de ducha y champús. Fueron desarrollados en la primera mitad

del siglo XX, y han suplantado ampliamente al jabón tradicional. Hoy día también

39

se producen tensoactivos a partir de fuentes naturales por extracción, siendo

algunos ámpliamente aceptados en cosmética natural y biológica (poliglucósidos).

Estas propiedades las obtienen a través de su estructura atómica. Los

tensoactivos se componen de una parte hidrófoba o hidrófuga y un resto hidrófilo,

o soluble en agua. Se dice que son Moléculas anfifílicas.

Al contacto con el agua las moléculas individuales se orientan de tal modo que la

parte hidrofóbica sobresale del nivel del agua, encarándose al aire, mientras tanto

la parte hidrofílica se queda sumergida. Otro fenómeno es que las moléculas

anfifílicas se alinean de tal manera que las partes hidrofílicas quedan de un lado y

las partes hidrófobicas del otro lado, por lo que empiezan a formar burbujas, las

partes hidrófobas quedan en el centro, y los restos solubles en agua quedan

entonces en la periferia disueltos en el agua. Estas estructuras se

denominan micelas.

La clasificación se fundamenta en el poder de disociación del tensoactivo en

presencia de un electrolito y de sus propiedades fisicoquímicas. Pueden ser:

iónicos o no-iónicos; y dentro de los iónicos según la carga que posea la parte que

presenta la actividad de superficie serán: aniónicos, catiónicos y anfóteros.

Los iónicos, con fuerte afinidad por el agua, motivada por su atracción

electrostática hacia los dipolos del agua, pueden arrastrar consigo a las soluciones

de cadenas de hidrocarburos, por ejemplo el ácido pálmico, prácticamente no

ionizable es insoluble, mientras que el palmitato sódico es soluble completamente

ionizado.

CONCLUSIÓN

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Este trabajo ha sido realizado con el objetivo de profundizar nuestros conocimientos sobre los procesos de sulfonación así como los detergentes, agentes tensoactivos, dispersantes y emulsivos.

Al finalizar nuestra investigación sobre los temas ya mencionados, podemos concluir que estos temas están muy ligados a muestra vida cotidiana, ya que utilizamos el detergente para lavar nuestras prendas y ahora tenemos mayor conocimiento sobre los procesos que se utilizan para su producción así como sus principales componentes y tipos así también la función que cumple cada uno de ellos, los cuales nos han facilitado mucho la limpieza de nuestro hogar.

Con todo lo mencionado anteriormente cabe mencionar ¿Qué utilizaríamos hoy en día si no se hubiera inventado el detergente?

¿Se lograra inventar un detergente con propiedades más efectivas que los de ahora, sin que dañe o reseque la piel?

ANEXOS

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