INSTITUTO POLITECNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
SULFATACION DE LOS ALCOHOLES GRASOS
D E R I V A D O S DEL A C E I T E DE CO CO
T E S I SQue para obtener el título de: INGENIERO QUIMICO INDUSTRIAL
p r e s e n t a :
F A B I A R E V U E L T A T . M .
M E X I C O , D. F .
1 9 6 2
A mi ejemplar padre Sr. Dn, Juan Revuelta T.
A mi querida madrecita Sra. Fabia Medina de Revuelta.
A mis hermanos
A mis maestros
En reconocimiento a los directores de la empresa "Onyx Mex” donde realicé este trabajo.
A mis compañeros de estudio y amigos
A la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas en cuyo seno forjé mi espíritu.
S U L F A T A C I O N D E L O S A L C O H O L E S G R A S O S D E R I V A D O S D E L
A C E I T E D E C O C O .
].- I N T R O D U C C I O N .
II.- G E N E R A L I D A D E S D E L P R O D U C T O
a) - P R O P I E D A D E S
b) - U S O S
c) - A L G U N O S D A T O S D E L M E R C A D O
d) - M E T O D O D E O B T E N C I O N
III.- P R O C E S O D E F A B R I C A C I O N Y E S T U D I O T E O R I C O D E L A S
R E A C C I O N E S .
IV.- D I S E Ñ O D E L E Q U I P O .
V . - E S T U D I O E C O N O M I C O »
VI.- R E S U M E N D E C O N C L U S I O N E S ,
I-- I N T R O D U C C I O N .
El presente trabajo, que servirá c o m o Tesis para obtener el Tí
tulo de Ingeniero Química Industrial, tiene por objeto estudiar las p o
sibilidades de sulfatar los alcoholes grasos derivados del aceítede c o
co, para obtener el sulfato de sodio y laurilo grado técnico. Este producto se conoce desde hace muchos años, ya que en todas las épocas
por las cuales ha atravesado la humanidad siempre ha sido una n e c e
sidad primordial del hombre la limpieza.
El sulfato de sodio y laurilo de grado técnico tiene otros usos,
principalmente en la rama textil, donde es más solicitado.
La materia prima de la cual puede obtenerse el sulfato de so
dio y laurilo grado técnico, es el aceite de coco, el que abunda en
nuestro Pafs, por lo cual su fabricación sería ventajosa y por su cali
dad puede competir en el mercado nacional con los productos impor
tados «
II.- G E N E R A L I D A D E S D E L P R O D U C T O .
En la industria textil el problema de lavado de las telas es de
capital importancia, principalmente en la limpieza de las materias
primas, (lana, algodón, etc.)
Los ¡abones usados hasta el presente, tienen el inconveniente
de precipitarse con cierta facilidad cuando las aguas duras pasan de
un límite de dureza (200 p.p.m.), disminuyendo en esta forma su p oder detergente.
Los alcoholes grasos derivados del aceite de coco sulfatados,
han venido a abrir un nuevo horizonte, ya que han superado sus cali
dades en lo que a detergencia se refiere.
En los derivados sulfatados, una de las metas a las que se ha
tratado de llegar, es disminuir en lo posible los inconvenientes antes
señalados para diferentes tipos de ¡abones.
Los datos históricos con que se cuenta son demasiado vagos y
escasos; sólo se sabe que Plenio el Viejo hizo una descripción de los
¡abones duros y blandos, los que ya se fabricaban en el año 70 A . C.
en Pompeya, c o m o se pudo probar al encontrar en sus ruinas un equi
po completo para la fabricación de jabón; empleando para ésto, c o m o
materias primas, el aceite de olivo y las cenizas de madera.
Inglaterra, durante la apoca de la Reina Isabel (1300-1400),
contaba con varias fábricas de jabón, las que constituían toda una
Industria. -En el año de 1741, Geoffrey observó que la materia grasa
obtenida por descomposición del jabón con ácidos minerales, tenia
propiedades diferentes de la grasa con que había sido hecho el jabón,
y no fue sino hasta 1811, en Francia, cuando Chavereui demostró que
ei jabón consistía de sales alcalinas de ácidos grasos»
La primerasulfonación que se hizo fue la del aceite de ricino,
hecha por Freny en 1831; y Runge, en 1834, lo neutralizó encontran
do uno de los detergentes más satisfactorios para la industria textil.
Varias personalidades dedicadas al estudio de esta materia,
señalan el año de 1916 c o m o la fecha e n q u e se inició la industria m o
derna de los detergentes sintéticos; basándose en que durante la prime
ra Guerra Mundial en Alemania, debido a la escasez de ¡abones, se
usaron c o m o substitutos de éstos, los derivados sulfonados del naftale-
no.
En 1930 los investigadores alemanes descubrieron que las sa
les sódicas de los sulfatos de alcohilo de 8 a 18 átomos de carbono, tenían propiedades similares al jabón, con la ventaja de que sus sales
calcicas y magnésicas son solubles en agua. En el mismo año fueron
introducidos en el mercado americano por la Gardinol Corporation,
E „ L DuPont and Co., y la Procter and G a m b l e Co., las que, en un
principio importaron el producto de Alemania.
Existen substancias que, aún en soluciones de m u y baja c o n
centración, tienen la propiedad de modificar grandemente la energía
de superficie de su solvente; a estos solutos se les da el nombre de:
Agentes tenso-activos.
Esta definición no es completa, pues hay otras muchas subs
tancias que tienen marcados efectos sobre la energía de superficie y
no caen dentro de la anterior definición, por no ser solubles o formar
una tercera fase. H a y por lo tanto, m u c h a dificultad en definir de
manera satisfactoria a los Agentes tenso-activos.
- 2 -
El término es usado en un sentido m u y amplio y se aplica a to
das aquellas substancias cuya presencia, en pequeña cantidad, altera
marcadamente el comportamiento superficial de un sistema.
El ¡abones aún el más usado de todos los agentes tenso-activos.
En los últimos 20 años, sin embargo, los nuevos productos sintéticos
han recibido cada vez más aceptación. Su principal ventaja sobre el
jabón es su resistencia con respecto a las aguas duras o acidas.
C O N S I D E R A C I O N E S G E N E R A L E S Q U E SE A P L I C A N A T O D O S L O S
T I P O S D E A G E N T E S T E N S O - A C T I V O S
Los fenómenos interfaciales tienen gran importancia en la tec
nología. Por ejemplo: Los fenómenos de emulsificacion, mojado, de-
tergencia, absorción y combinaciones de éstos, están condicionados
por lo que sucede entre las interfases de dos fases.
Estos fenómenos están ampliamente discutidos en los libros de
físico-química y en publicaciones especializadas.
H a y tres hechos fundamentales acerca de las interfases, que se
deben tener en cuenta al hablar de ellas:
lo.- La transición entre una fase y otra es brusca.
A u n q u e hay una fuerte corriente de moléculas a través del lí
mite entre las fases a temperatura ordinaria, el límite en sí mismo no
tiene un espesor superior a una o dos moléculas.
2o.~ H a y una cantidad definida de energía libre conocida con cada
unidad de área interfacial.
Esta energía expresada en ergs./cm.2 es matemática y d i m e n
sionalmente equivalente a una tensión interfasial expresada en dinas
- 3 -
por centímetro. Así pues, los términos energía interfacial / tensión
interfacial, son usados c o m o equivalentes. C u a n d o se habla de una
¡nterfase Líquido-Gas, se usa el término tensión superficial. Tal tér
mino se refiere estrictamente a la superficie de un líquido en equili
brio con su vapor. U n valor bajo de la energía interfacial caracteri
za interfases fáciles de formar y pares de fases relativamente difíciles
de separar.
3o.- Existe, en general, una diferencia de potencial eléctrico entre
las fases.
Este hecho es m u y importante en ciertos casos. Por ejemplo:
En las emulsiones donde las partículas de la fase dispersa están car
gadas, se puede producir fácilmente efectos cataforéticos.
La energía interfacial está regida por las variables termodi
námicas usuales; presión y temperatura y sobre todo, por la naturale
za química de los compuestos presentes en cada fase.
C A R A C T E R I S T I C A S D E L O S A G E N T E S T E N S O - A C T I V O S
Los agentes tenso-activos se caracterizan estructuralmente por
una porción de baja afinidad residual y otra porción de alta afinidad
residual; la primera porción de la molécula constituye la parte hidro-
fóbica o lipofíHca y la segunda la hidrofílica o lipofóbica.
La parte hidrofóbica consiste, generalmente, en una larga c a
dena alifática con preferencia de 8 - 18 átomos de carbono, o por un grupo aromático, algunas veces mixto, es decir, alifático-aromá?Ico,
saturado o no saturado, con arboresencias o sin ellas.
La parte hidrofílica está constituida por uno o varios de los
radicales siguientes: O S O s N a - , C O O N a - , 0 S 0 2 H - , O S O 3H-,O H - , SH-, O - , C O - , C H O - , N 0 2 -, N H 2 -, C N - , I-, C O N H 2 -,
C O N H R - , C O N R 2 -.
- 4 -
Los dos factores mas importantes en el c a m p o de los agentes
tenso-activos, son ia solubilidad y el equilibrio.
S O L U B I L I D A D . - La solubilidad de un hidrocarburo en agua se obtie
ne por la introducción en la cadena de grupos solubilizantes o hidro-
fílicos, tales como: S O 3H-, S O 4H-, o por combinación de éstos con
sales de metales alcalinos y otros compuestos c o m o las amidas y las hi-
droxialqui laminas. La solubilidad de una molécula depende fundamen
talmente de la longitud de la cadena y de! grupo hidrofílico; un in
cremento en la primera, facilita la solubilidad en los aceites y vice
versa. Se ha demostrado que los dobles enlaces aumentan la solubi
lidad de la molécula en el agua.
C o n el objeto de explicar más ampliamente el concepto ante
rior, se muestra la siguiente tabla:
I N F L U E N C I A D E L O S G R U P O S T E R M I N A L E S E N L A T E N S I O N S U
PERFICIAL
Hidrofóbico sin a cc ió n ten so -a ctiv a
Ligeram enteHidrofflicos Hidrofflicos
FuertementeHidrofflicos
Parafinas
i
- c h 2 o - c h 3 -O H - S O 3 H
- c h 2 - i - c óh 4 - o - c h 3 -C O O H - c ó h 4 s o 3 h
- c h 2 - c i - C O O C H 3 -C N - S 0 4 H
II n ■ O - C S - n h - c o n h 2 - c o o n h 4
- e 6 h 5 -CSSH - C O O N a
" c 8 H n
~ C 10 H7
- 5 -
E Q U I L I B R I O . - El equilibrio es la relación que existe entre el grupo
hidrofílico e hidrófobo en la misma molécula. Si un compuesto es so
luble en agua, la molécula y el equilibrio están desplazados en favor
del lado hidrofílico. En el caso contrario, la porción hidrófoba de la
molécula es la predominante y el compuesto no será soluble en solven
tes acuosos, pero sí sn no acuosos y en hidrocarburos.
Existen agentes a los que un equilibrio adecuado los sitúa en
una posición intermedia, éste es el caso especial de las emulsiones.
O B S E R V A C I O N E S . - La estructura del sulfato sódico del alcohol de
coco, es la siguiente: C H 3- (Ch^ílO “ C H 2 ~ S04 N a .
Está formado por una cadena de hidrocarburo (grupo hidrófobo)
y por un radical de carácter hidrofílico (~S0 4 N a ) , que de acuerdo
con las consideraciones anteriores se deduce que este compuesto debe
tener propiedades tales que le confieren el carácter de agente tenso-
activo.
A L C O H O L E S S U L F A T A D O S
Los productos comerciales se conocen con el nombre de G a r -
dipol, Modinol, Duponol, Orvus, Aurinol, Sandopon, Ciclopon, etc.
Por brevedad y para distinguilos de otros sulfatos de alkilo, se les
llama detergentes tipo G a r d m o l . Los agentes tenso-activos de tipo
Gardinol, se venden en forma de sales secas o pasta.
Los productos secos tienen un contenido de substancia activa
que varía de 25 a 2 9 % , siendo el resto una sal inorgánica.
La pasta contiene cerca del 2 5 % de substancia activa, menos
del 5 % de sal y el resto de agua.
V E N T A J A S . - Resistencia a las aguas duras, ya que las sales de cal
cio de los Gardinoles son bastante solubles.
- ó -
Las sales de magnesio han sido reportadas en literaturas c o m o
poseedoras de propiedades detergentes.
Los Gardinoles son resistentes a la hidrólisis en soluciones al
calinas aunque se hidrolizan rápidamente en soluciones fuertemente
acidas.
C L A S I F I C A C I O N D E L O S A G E N T E S T E N S O - A C T I V O S
Para la clasificación de los agentes tenso-activos, se han he
cho varias tentativas: U n a tomando en cuenta su composición quími
ca, c o m o la debida a Fieser y Fieser, que los divide en tres grupos:
v
1) - Alcoholes sulfonados o sulfatados (de 8-18 átomos de car
bono) .
2) - Compuestos resistentes a las aguas duras por bloqueo del
grupo carboxilo.
3) - Compuesto con grupos hidrofílicos no disocíables.
4) - Jabones derivados de la trietanolamina.
5) - Jabones invertidos.
Otra, la más lógica, la que toma en cuenta su estructura m o
lecular en la que los agentes tenso-activos quedan comprendidos en
dos grandes grupos: los iónicos y los no-ionicos, quedando finalmen
te la clasificación c o m o sigue:
- 7 -
AGENTES
TENSO-ACTIVOS
/
oo
Ou
zo
A N I O N I C O S - Aquellos
compuestos cuya porción
alargada de baja afinidad
de la molécula esta uni
da en el anión al diso
ciarse
C A T I O N I C O S - Contie
nen la porción alargada
de baja afinidad.
/Jabones de Alcalinos
Jabones de aminas (solubles
en agua)
Los aceites sulfonados.
Los Alcoholes grasos sulfata
dos, los esteres sulfatados,
etc.
Sales de aminas alifáticas
de cadena larga, sales de
amonio cuaternario de ca -
dena larga, etc.
LO
Ou
z0
1
oz
N O - I O N I C O S - Son las
que tienen grupos termi
nados de alta afinidad no
ionizables y por lo g e n e
ral presentan un número
de átomos de O 2> N 2 y
S, en configuraciones no
ionizantes.
Esteres parciales de pol¡al
coholes con ácidos carboxí-
licos de cadena larga
Esteres de pol ¡alcoholes con
alcoholes grasos de cadena
larga. Acetóles de cadena
larga, de pol ¡alcoholes, etc.
- 8 -
a).- P R O P I E D A D E S
1 Fuerte abatimiento de la tensión superficial.
2.- G r a n poder humectante.
3.- Alto poder detergente.
T E N S I O N SUPERFICIAL
Los compuestos que causan variaciones sobre la tensión super
ficial, se denominan agentes tenso-activos.
Tensión superficial.- La tensión superficial es un fenómeno
físico que puede definirse c o m o !a fuerza necesaria para extender ia
superficie de un líquido a lo largo de una ¡ínea de longitud determi
nada.
La Determinación de la tensión superficial puede llevarse a
cabo mediante varios procedimientos tales como:
a) - M é t o d o del tubo capilar.- Es el método más exacto y
consiste en medir la altura a que un líquido asciende dentro de un tu
bo capilar.
b) - Estalagnómetro. - Se basa en el fraccionamiento en gotas
de un líquido.
c) - Tensímetro (de D u N o u y ) . - Es el mas usado en la indus
tria; mide ia fuerza necesaria para extraer un anillo de alambre de la
superficie de un líquido.
Humectación.- La acción de los agentes tenso-activos en es
te aspecto, tiene innumerables aplicaciones:
a) - En telas y fibras. /
b) - En el molido de pigmentos para la preparación de tintas y
pinturas.
c) - En la extensión de tintas y pinturas al aplicarse a la su
perficie.
d) - En la lubricación.
e) - En el impermeabilizado y otras muchas operaciones que
explican la existencia de esta propiedad.
Para que haya una buena humectación, debe haber:
a) - Reducción de la tensión superficial;
b) - Volatilidad, y
c) - Viscosidad.
D E T E R G E N C I A .- D e hecho, casi todos los detergentes usados son
humectantes aceptables, pero no todos los humectantes pueden e m
plearse c o m o detergentes ni admitir comparación de calidad en los
mejores de ellos.
U n buen detergente disminuye la tensión interfacial entre la
suciedad y la solución limpiadora y sitúa los glóbulos d e la primera en
la superficie del baño.
La detergencia tiene lugar por reducción de la tensión ínter-
facial, seguida de la emulsifícación de la suciedad.
- 10 -
b).- u so s
El uso del sulfato de laurilo está indicado para aquellos pro
cesos en los cuales se requiere disminución de la tensión superficial y
aumento del poder humectante. C o m o ejemplo de ellos tenemos:
1 .- Preparación de productos para limpieza general.
2 .- Teñidos y acabados de textiles.
3.- Fabricación de tintas para imprenta.
4. - Lubricación.
5,- Baños electrolíticos.
6.- Curtido de pieles.
7.- Fabricación de insecticidas, etc.
En la actualidad, el sulfato de laurilo se usa c o m o materia
prima de los procesos siguientes:
L - C o m o agente tenso-activo del típoaniónico y c o m o emul-
sificante en operación de limpieza en general.
2„ - C o m o agente activo de "shampoos" y cremas para afeitar.
3.- C o m o detergente espumante y penetrante en la prepara
ción de cremas y polvos dentales.
4.- C o m o agente dispersante en insecticidas, fungicidas,
cosméticos y pinturas.
5.- En diversas operaciones textiles, tales c o m o desengrase
de lana, lavado de telas estampadas, auxiliares en el tejido, etc.
- 11 -
6.- Coadyuvante en hilados, por su alto poder imbibente,
emulsificante y detergente.
7.- En jabonerías, para la preparación de detergentes espe
ciales.
8.- En varias industrias para la preparación de aceites em u l
sionares para hilados y tejidos.
9.- En el campo, c o m o antiparasitario, por su elevado poder
emulsionante y penetrante, a través de las fibras vegetales.
La mayor parte del consumo es en: 1) Preparación de dentífri
cos; 2) Preparación de "shampoos", y 3) Operaciones textiles.
- 12 -
c). — A L G U N O S D A T O S D E L M E R C A D O
Recopilación de datos proporcionados por la Dirección N a c i o
nal de Estadística y por Industrias que distribuyen el producto a otras
que lo usan en su proceso:
C o n s u m o en 1958: C O S M E T I C O S - 40,000 K.
D E N T I F R I C O S - 50,000 "
TEXTILES - 3,000 "
93,000 "
Las fuentes de consumo del sulfato de sodio y laurilo de grado
técnico, están situadas en su mayoría, en zonas industriales del Dis
trito Federal; en el Estado de M é x i c o un 8 0 % y el resto en diversas
partes de la provincia, principalmente en la parte Norte.
Por falta de datos en el consumo de sulfato de sodio y laurilo
de grado técnico, no rué posible indicar la tendencia que tiene en el
mercado.
- 13 -
Para definir los métodos de obtención, es necesario conocer
las propiedades del alcohol de coco y experimentar con cada uno de
¡os agentes sulfatantes elegidos.
P R O P I E D A D E S D E L A L C O H O L D E C O C O
d ) . - METODO DE OBTENCION -
Composición química:
Alcohol Decflico: 0.3 %
Alcohol Láurico: 5 0 - 5 8 %
Alcohol Miristílico: 1 9 - 2 4 %
Alcohol Cetílico: 10- 1 1 %Alcohol Estearílico: 10- 12%
Cálculo de! peso molecular medio total;
% Alcohol Peso Molecular Peso Molecular M e d i o
3 C10H21 OH 158 4 J A
55 C 12H 2 5 O H 186 102.30
21 C 14H 29 O H 214 44.94
10 C 16H 3 3 O H 242 24.20
11 C 18H 3 7 O H 270 29.70
205.88
- 14 -
Peso Molecular M e d i o Total: 206
Temperatura de fusión: 18 - 22° C.
Densidad: 0.83 g . / m l .
Temperatura de ebullición: 240 - 320° C.
La sulfatación se llevará a cabo variando:
1.- Temperatura de operación.
2.- Tiempo de adición.
3.- Relación de agente sulfatante y alcohol.
En todas las pruebas la temperatura inicial de las materias
primas, fue:
Alcohol de coco: 20° C.
Agente sulfatante: 17° C.
Sol. de Sosa al 3 0 % : 15° C.
Sulfatación del Alcohol de C o c o con Acido Sulfúrico de 9 8 %
( Industrial)
Reacción R - C H 2 - O H + H 2S O 4 --R - C H 2 - S 0 4 H 4 H 20
P M 206 98 286 18
Según Sutter, un aumento en la temperatura no tiene influen
cia en el rendimiento de la reacción, por lo que las pruebas se hicie
ron a una temperatura ligeramente superior a la de fusión del alcohol;
o sea entre 20 y 35° C .
PR O C E D I M I E N T O
En un matraz de 3 bocas provisto de un agitador mecánico, se
colocan lOOg. de alcohol de coco y se pone en baño de agua a 20°C.;
sobreel alcohol sevierten lentamente cantidades variables de ácido sul
- 15 -
fúrico de 9 8 % agitando la mezcla, después de haber terminado de
agregar el ácido, 15 minutos más. Al cabo de este tiempo se neutra
liza la mezcla con solución de sosa al 3 0 % de la siguiente manera:
Al 7 5 % de la solución de sosa al 3 0 % requerida para neutra
lizar la mezcla, se le añade lentamente dicha mezcla y una vez ter
minada de agregar, se ajusta al pH deseado con el resto de la sosa,
dándole después un tiempo extra de mezclado.
- 16 -
D A T O S S O B R E L A S U L F A T A C I O N D E L A L C O H O L D E C O C O C O N A C I D O S U L F U R I C O D E 9 8 %
Prueba
N o .1 II III IV V VI VII VIII IX
Relación de mol
de alcohol por
moles de ácido
1 : 1 1 : 1 1:1.3 1:1.5 1 :2 1:2.5 1:3 1:3.5 1:4
Exceso de agente
sulfatante 0 0 3 0 % 5 0 % 100% 1 5 0 % 200% 2 5 0 % 3 0 0 %
Temperatura de
operación (°C.) 20-30 20-35 20-35 20-35 20-35 20-35 20-35 20-35 20-35
Tiempo de adi
ción del ocido
(Min.)
10 30 35 40 30 30 30 35 35
pH 6.5-7 6.5-7 6.5-7 6.5-7 6.5-7 6 o 5-7 6.5-7 6.5-7 6.5-7
METODO DE ANALISIS DEL PRODUCTO SULFATADO
P R I N C I P I O
El sulfato de sodio y laurilo se hidroliza hirviéndolo con solu
ción acuosa de ácido sulfúrico; el ácido sulfúrico se libera c o m o sul
fato ácido de sodio. Simultáneamente se separa la materia grasa.
R - C H 2 " S O 4 - N a 4- H 20 — R - C H 2 - O H + N a H S O 4
Así, el material sulfatado neutralizado al vire del anaranjado
de metilo, puede hidrolizarse en presencia de una cantidad conocida
de acido Standard. La porción acuosa contendrá la cantidad añadida
más el acido liberado y este último puede determinarse por diferencia
retitulando con solución valorada de álcali.
A P A R A T O S
a) - 2 Buretas de 50 mi.
b) - 1 Matraz de 300 m i .
c) - 1 Condensador de reflujo.
d) - 1 Vaso de 30 mi.
e) - 1 E m b u d o de separación.
R E A C T I V O S
a) - Acido sulfúrico normal.
b) - Hidróxido de sodio normal.
c) - Anaranjado de metilo.
P R O C E D I M I E N T O
Pesar 10 g. de muestra en el matraz, añadir 75 mi. de agua
destilada caliente y 3 gotas de anaranjado de metilo; titular con so
lución normal de ácido sulfúrico hasta el vire de rojo permanente y se
tiene el % de álcali combinado.
- 17 -
% K 20 s mi. H 2S O , x N h ^ S O ^ x Ecp
(peso muestra)
Eq K 20 = 47.1
Ahora, añadir exactamente 30 mi. de ácido sulfúrico normal
y agitar. Añádanse también pedazos de piedra porosa; conéctese el
condensador de reflujo y póngase a hervir moderadamente hasta que la
capa de grasa se separe, esté ciara y no se produzca espuma; lávese
el condensador con un poco de agua caliente; retírese de la flama y
déjese enfriar. Pasar el contenido del matraz a un e m b u d o de separa
ción, enjuagando el residuo de grasa adherido al matraz con una por
ción de la capa acuosa que se ha separado en el e m b u d o de separa
ción; pásese la capa acuosa al matraz y la grasa a un vaso de 30 mi.
tarado, determinándose así el % de grasa.
% Grasa = Peso de la grasa , ]Q0 -I- 1
Peso de la muestra
N O T A : - Se le agrega el 1 % por considerarse que se queda ese % adherido al embudo.
Enfriar de 40 a 45° C., la capa acuosa y añadir más indica
dor y retitular con sosa normal hasta el vire amarillo-naranja.
% S C >3 Producto = ( m l . N a O H x N N a O H ) -(30 mi - H ?SO¿ x N N 2 S O P * Eq
Peso muestra
Eq S O 3 - 80
Dividiendo entre el peso de la grasa, se tiene el % S O 3 en lagrasa
% S O 3 grasa = % S O 3 Producto x 100 Peso grasa
- 18 -
ANALISIS DEL PRODUCTO SULFATADO
Prueba
N o . Apariencia Solución (1 %) % K 20 % Grasa % S O 3 % S O 3 Conversión
1 Pasta café
obscuro
Turbia y a m a
rillenta
0.200 25.6 5.0 19.4 50
II Pasta café
amarillenta
Ligeramente
turbia
0.210 25 J 5.0 19.4 50
III Pasta
blanca
Ligeramente
turbia
0.194 27.7 6.34 22.8 59
IV Pasta
blanca
Ligeramente
turbia
1 . 2 10 33.11 7.85 23.7 61.1
V Pasta
blanca
Transparente 1 .202 31.2 8.30 26.3 67.9
VI Pasta
blanca
Transparente .974 32.5 8.70 26.8 68.8
VII Pasta blanca Transparente .972 47 14.5 31.0 80.0
VIII Pasta blanca Transparente .972 48 16.8 35.0 90.0
IX Pasta blanca Transparente .974 48 17.82 37.2 96.0
D e la tabla anterior se deduce que, para tener un rendimienr*
to alto, se necesita m u c h o ácido sulfúrico, por lo tanto debe hacerse
un balance económico entre el costo del ácido y el aumento de rendimiento para poder recomendar la operación adecuada.
S U L F A T A C I O N D E L A L C O H O L DE C O C O C O N O L E U M (104.5%).
Se hicieron pruebas con O l e u m sin obtener un resultado satis
factorio, aunque el O l e u m es un agente sulfatante no indicado para
este caso, debido a que se carboniza el alcohol porque las cadenas
alifáticas de más de 6 átomos de carbono, son m u y sensibles al O l e u m de tal manera que, al aumentar el peso molecular, el rendimiento
disminuye llegando al equilibrio con grados cada vez menores.
S U L F A T A C I O N D E L A L C O H O L D E C O C O C O N A C I D O C L O R O -
S U L F O N I C O (98.5%).
R E A C C I O N
R - C H 2 - O H + Cl S O s H — > R - C H 2 S 0 4 H + H C L
P M 206 116.53 286.53 36
Para sulfatar con ácido clorosulfónico, se usó el mismo apara
to anteriormente descrito. La reacción del alcohol con el acido es
violenta, prácticamente instantánea, desprendiendo vapores de H C L .
En este caso el rendimiento es casi cuantitativo; existiendo
además, la ventaja de la rapidez de reacción.
El producto obtenido esté prácticamente exento de sales inor
gánicas, por lo que, el cido clorosul fónico, aún siendo más costoso
que el ácido sulfúrico, tiene muchas ventajas que hacen recomendable
su empleo.
- 19 -
D A T O S S O B R E L A S U L F A T A C I O N D E L A L C O H O L D E C O C O C O N
A C I D O C L O R O S U L F O N I C O
Prueba N o . 1 II III IV
Relación de M o l de
alcohol por moles
de ácido
1 : 1 1 : 1 1 :1 . 1 1 :1 . 1
Exceso de agente
sulfatante 0 0 10% 10%
Temperatura de
operación (°C.) 20-35 25-30 25-35 25-30
Tiempo de adición
del ácido (Min.) 10 15 15 15
PH 6.5-7 6.5-7 6.5-7 6.5-7
ANALISIS DEL PRODUCTO SULFATADO
Prueba
N o . Apariencia Solución (1 %) % K 20 % Grasa
% S O 3 Producto
% S O 3 Grasa
C o n
versión
1 Pasta blanca Transparente 0.972 46.9 14.92 32 82
II Pasta blanca Transparente 0.972 47 15.20 32.3 83
111 Pasta blanca Transparente 0.972 48 18 37.2 96
IV Pasta blanca T ransparente 0.972 48 18 27.2 96
D e lo anterior se deduce, que los agentes sulfatantes más a d e
cuados son el ácido sulfúrico y el ácido clorosulfónico, A m b o s pre
sentan las siguientes ventajas:
Acido Sulfúrico:
M e n o s corrosión
M e n o s precio
Se produce en el Pafs
M e n o s peligroso en su
manejo
Equipo menos costoso
Entonces tenemos que las ventajas del ácido sulfúrico princi
palmente, son de índole economica y las del acido clorosul íonico se
refieren a la calidad del producto. Por lo tanto, la selección del
agente sulfatante se hará por medio de un balance económico, pues en
cada caso los costos de equipo y materia prima son diferentes.
C O N T R O L D E L P R O D U C T O
1. - Pruebas de humectación de Draves a diferentes temperaturas y
concentraciones, aceptadas por la Asociación Americana de Químicos
Textiles.
Esta prueba de Draves consiste en medir el tiempo de sumer
sión de unas fibras de algodón de peso conocido.
Ac i d o Clorosulfónico:
Producto con menos conte
nido de sales inorgánicas.
Producto de mejor calidad„
N o es necesario usarlo en
exceso.
A C C I O N H U M E C T A N T E (Segundos) (Prueba de Draves)
Concentración 25° C . 40° C . 60° C .
0 . 5 % llSeg. 8.5 Seg. 7 Seg.
0.2% 26 " 22. " 20 "
0 .1 % 185 " 1 1 0 . " 1 10 "
- 2 0 -
2.- Detergencia.
N o se midió por carecer de aparatos (Refractómetro de Huster)
F O R M A C I O N D E E S P U M A
InmediataConcentración
0 . 1 %
0 . 0 5 %
0 .02%
0 .01%
18.5 cm.
14.7 cm.
12.4 cm.
10.3 cm.
Después de 5 Min.
18.0 cm.
14.7 cm.
12.4 cm.
2.0 cm.
- 21 -
III.- P R O C E S O D E F A B R I C A C I O N Y E S T U D I O T E O R I C O D E LAS
R E A C C I O N E S
La sulfonación y sulfatación son unas de las reacciones más usa
das en los procesos orgánicos; introduce una mayor solubilidad al pro
ducto y hace al mismo más activo para reacciones posteriores tales
c o m o la síntesis de colorantes, detergentes, etc.
El mecanismo de la reacción consiste en ia substitución de un
hidrógeno de la molécula de un compuesto, por el radical S O 3 H - (sulfonación) y el S O 4 H - (sulfatación), o de la fijación de dicho radical en un átomo de carbono y a veces de nitrógeno de una m o lécu
la orgánica, las reacciones pueden expresarse c o m o sigue:
R - H -1- H O -y S 0 2 ---- R “ S O 3 H 4 H 20
H O
R - O H 4 H O S O 2 -— R - S 0 4 H 4 H 20
H O
En donde R - H y R - O H representan una molécula orgánica
que se hace reaccionar con el agente portador de S O 3 , en este caso
el H 2S O 4 , para dar el compuesto sulfatado y agua.
Los agentes portadores de S O 3 son de varios tipos, desde el
propio anhídrido sulfúrico ( S O 3) hasta una multitud de compuestos tales c o m o el H ^ S O 4 de diversas concentraciones ( incluso O l e u m ),
cloruro de sulfurilo ( S O 2 C L 2)/ ácido clorosulfónico ( H C L S O 3), sul- fitos y bisulfitos alcalinos y muchos otros. Algunos de ellos tienen
acción específica sobre algunos tipos de substancias o en la orienta
ción radical por insertar en la molécula.
- 2 2 -
El agente más c o m ú n por su ba¡o costo y fácil obtención, es el
ácido sulfúrico, y por tanto, el más usado; sin embargo, el uso del
ácido sulfúrico está condicionado en forma apreciable por su efecto
de formación de agua en la reacción y su inactividad en ciertas reac
ciones.
C u a n d o el ácido y el agua producida en la reacción se m e z
clan, hay un gran desprendimiento de calor, con el correspondiente
aumento de temperatura (calor de solución), lo que, además de difi
cultar el control de la temperatura del proceso, significa una dismi
nución de actividad del agente sulfonante, puesto que es proporcional
a su concentración ( ley de acción de masas).
Esta dilución puede causar la detención de la reacción al dis
minuir la concentración de S O 3 , hasta un valor específico para cada
compuesto y cuyo valor es considerablemente alto. Este valor no es
definitivo, pero se ha encontrado que depende del compuesto por sul-
fonar, de la temperatura de reacción del ácido y del tiempo de reac
ción.
El uso del O l e u m (solución de S O 3 an ácido sulfúrico), evita hasta cierto punto la disminución de la acción sulfonante, ya que,
primeramente, la reacción se lleva a cabo entre el S O 3 del O l e u m y el compuesto orgánico, sin formación de agua, o suponiendo que el
mecanismo de la reacción sea entre el ácido sulfúrico del O l e u m y el
compuesto orgánico; entonces el agua formada reacciona con el S 0 3 del O l e u m , dando más ácido sulfúrico.
El S O 3 es el agente sulfonante que se puede usar en todos los compuestos orgánicos, salvo raras excepciones.
Sin embargo, tiene ladesventa¡a de que su acción es s u m a m e n
te enérgica, al grado de producir fácilmente carbonizaciones de la m a
teria orgánica. Puede usarse a menor concentración*
La generalidad de los otros agentes sulfatantes se usa en casos
- 2 3 -
específicos. El cloruro de sulfurilo es útil para hidrocarburos alifáti-
cos en condiciones especiales (luz y base orgánica débil), para evitar
la halogenación.
Los sulfitos y bisulfitos se usan para sulfonar para finas (previa
halogenación), en caliente y con exceso de agente sulfonante.
El ácido clorosulfónico se usa para hidrocarburos aromáticos y
alifóticos.
Los factores que generalmente influyen en la sulfonación o
sulfatación, son los siguientes:
a) - Concentración del agente sulfonante.
C o m o se ha visto, la formación de agua en la reacción,
trae consigo una dilución del agente sulfonante o sulfatante.
El agua tiene una acción retardadora de la reacción. Es
preciso usar concentraciones que aseguren la reacción dentro de lími
tes apropiados de conversión» Algunas veces es posible eliminar el
agua mediante evaporación al vacío»
b) - Naturaleza de las materias primas.
Este factor depende de cada reacción, puesto que las pro
piedades, tanto del compuesto por sulfonar o sulfatar, c o m o del a g e n
te sulfonante o sulfatante, son específicos. D e b e tomarse en cuenta
en el estudio de la reacción.
c).- Tiempo de reacción.
El tiempo de reacción es m u y variable. G e n e r a l m e n
te se requieren tiempos prolongados para un rendimiento satisfactorio,
(horas). D a lugar a la formación de impurezas indeseables difíciles de
eliminar.
- 2 4 -
d) - Temperatura de reacción.
En general, las sulfonaciones o sulfataciones son exotér
micas, con la correspondiente elevación de temperatura. Este tipo de
reacción debe eliminarse para evitar carbonizaciones perjudiciales/
formación de impurezas.
e) - Catalizadores o
Ciertas substancias tienen acción sobre la velocidad de reac
ción y otras en la orientación de radicales. Prácticamente no se usan
catalizadores en las sulfonaciones o sulfataciones.
f) - Contacto entre reactivos.
Normalmente las substancias orgánicas son insolubles en solu
ciones acuosas de compuestos inorgánicos, por lo que es necesario pro
veer un buen contacto entre los reactivos y se logra mediante agita
ción mecánica.
El equipo para las sulfonaciones (generalmente intermitente),
consiste en un recipiente cerrado de material resistente a la corrosión
por ácidos concentrados, provisto de agitación mecánica, sistemas de
control de presiones (manómetro, válvulas de seguridad), tanque de
alimentación con sus respectivas tuberías, etc.
Se encuentran a veces pequeñas variantes en los tipos de
agitadores, clase de reactor, dependiendo de las propiedades de la
substancia por sulfonar o sulfatar. También se encuentran algunos
sulfonadores o sulfatadores continuos en donde es menester, para que
el rendimiento sea apropiado, que la substancia por reaccionar pueda
volatilizarse.
La operación del sistema intermitente es laboriosa y requiere
m u c h a atención; el control de la alimentación y de las diversas v a
riables que se efectúan por su adición (temperatura, presión), debe
- 2 5 -
ser apropiado. A lo anterior debe agregarse que el tiempo de reac
ción es prolongado y además debe darse el tiempo necesario para c o m
pletar un ciclo de trabajo (al¡mentación,operación de descarga y
limpieza). Se ve entonces que el procedo es laborioso y tardado.
- 26 -
E S T U D I O T E O R I C O D E LAS R E A C C I O N E S
Para el estudio téorico de las reacciones se hacen necesarios
los datos de calores de formación y energías libres de los compuestos
que intervienen en ellos.
Calores de formación y energías libres (a 298° K.)
Compuesto
S O 3 (L)
h 2 s o 4 (L)
A g u a (L)
H C L (g)
C L S O 3H (L)
El calor de formación de un compuesto, es aproximadamente
¡guala la suma de los calores deformación de los productos de la c o m
bustión completa del compuesto, menos ei calor de formación de los
mismos.
A h A F
K . Ca l / m o l . K. Cal/mol
- 103.03 - 88.28
- 193.69 - 141.50
- 68.31 - 56.69
- 22.063 - 22.778
- 142.7 - 113.515
- 27 -
- A H =p
Calor de formación.
Q P : i. de los calores de formación de los productos de la
combustión completa del compuesto.
Q c = Calor de combustión del compuesto.
D e acuerdo con ésto se pueden calcular los datos de calores
de formación que faltan.
C A L C U L O DE L A A H D E L A L C O H O L DE C O C O .
Ecuación de combustión del alcohol láurico.
C 12 h 25 O H ■+■ 1802 --- * 12 C 0 2 -I- 26 H 2 P2
Calores de formación (a 298° K.)
C 0 2 94.38 K.Cal/mol.
1/2 K 20 34.15 K.Cal/mol.
Q p = (12 x 94.38) + 26 x 34.15)
Qp = 1132.56 +887.90
Q p = 2020.46 K. Cal/mol.
Q c = a -I- x b
Para cada tipo funcional de radicales orgánicos se tienen va_
lores determinados de (a) y de (b)
Parafinas 5.7 52.08
Alcohol Primario 9.2 - 0.05
Q c = (5.7 + 9.2) + 36 (52.08 -0,05)
Q c = 1887.98 K.Cal/mol.
- A H = Q p Q c
- A h = 2020.46 ----- 1887.98
- A H = — 132.48 K.Cal/mol.
C A L C U L O D E L AS A H D E L S U L F A T O A C I D O D E L A U R I L O
Calores de formación(a 298° K.)
S O 2 = 69.30 K.Cal/mol.
H 2O = 34.15 K . C a l / m o l .
C 0 2 = 94.38 K.Cal/mol.
Q p = (12 x 94.38) + (26 x 34.15) +-¿9.3
Ecuación de combustión
C 1 2 H -25 S O 4 H + 35 0 2 12 C 0 2 + 26 H 20 + S C
Q p = 2087.76 K.Cal/mol.
Radical
- S O 4H
Parafina
(a)
-59.0
5.7
(b)
0.50
52.08
- A h = Q p - Q c
- A h = 2089.76 - 1771.25
- A H = 318.51
- A H = 318,51 K.Cal/mol.
A H sulfato ácido de laurilo = — 318.51 K . C a l / m o L
C A L C U L O D E L A A F D E L A L C O H O L D E C O C O
Este cálculo se basa en datos experimentales que marcan valo
res para radicales substituyentes del hidrógeno en la cadena.
Dodecano
A F
12.338
Radical substituyente
( O H primario) -34.0
A F Alcohol de coco * 12.338 - 34.0
A F Alcohol de coco = 21.662
K. Cal/mol
K.Cal/mol
K. Cal/mol
C A L C U L O D E L A A F D E L S U L F A T O A C I D O D E L A U R I L O
Dodecano 12.338 K. Cal/mol
Radical substituyente
( - S O 4H ) -127.33 K .Cal/mol
- 30
A F Sulfato ácido de laurilo = 12.338 - 127.33 = - 1 1 4 . 9 9 2 K.Cal/mol
A F Sulfato ácido de laurilo = — 114.992 K.Cal/mol
Datos de los calores de formación y energías libres de todos
los compuestos que intervienen en las reacciones que se están estu
diando.
298° F. K.Cal/mol.
Compuesto Ah A f
S O 3 (L) - 103.03 - 8 8 o28
H 2 S 0 4 (L) - 1 9 3 . 6 9 - 1 4 1 . 5 0
A g u a (L) - 22,063 - 22.778
C L S O 3H (L) - 1 4 2 . 7 - 1 1 3 . 5 1 5
C 1 2 H 25 0 H ( L ) - 132.48 - 21.662
C 12 H 25 S O 4H (S) - 3 1 8.51 - 1 1 4 . 9 9 2
-31 -
R E A C C I O N E N T R E EL A L C O H O L D E C O C O Y E L A C I D O S U L F U R I C O
CH3 -C H j— (CH2) “OH 4 H2S O4 —> CH3-CH2 -(CH2)^q
=s o 4 h -i- h2o
A h r = £ A H p ~ £ A h m p
^ H r = (-318.51 + - 6 8 . 3 1 ) - 132.48 - 193.69
A H r = — 60.65 K.Cal/mol.
A f r = £ A f p ~ £ A f m p
A FR = - ( 1 1 4 . 9 9 2 - 5 6 . 6 9 ) - ( - 2 1 . 6 6 2 - 1 4 1 . 5 0 )
^ F R = - 8 . 5 2 K.Cal/mol.
DEDUCCIONES:
a) - La reacción es exotérmica.
b) - La reacción es espontánea a 298° K.
T e q = T A H T = 298° K.
A H" A FT eq = 298 A H
¿ ^ H 298 - A f 298
T eq = 298 (-60.65) _ 3460 K = 7 Í C.
-60.65 -(-8.52)
- 32 -
D e la regla de las fases.
N o . d e libertades = N o . d e c o m p o n e n t e s - N o . d e fases + 2 + 0
0 = — 1 en las reacciones químicas, ya que la reacción esta
limitada por el equilibrio.
L r C - F + 2 - 1
C = 4 F = 2
L = 4 - 2 + 1 = 3
a) -Temperatura:- C o m o se trata de una reacción exotérmica,
es necesario bajar la temperatura, o sea trabajara una temperatura m e
nor a la del equilibrio.
b) - Eliminación de agua por cualquier método adecuado, de
acuerdo con la ley de acción de masas.
c h 3 - c h 2 - ( C H 2) i o - s o 4H) (H20)K = ( C H 3 - C H 2 - ( C H 2) !0 - O H ) (h 2s o 4)
Al disminuir el agua, aumenta la concentración del sulfato de
ácido de laurilo.
c) - Concentración del agente sulfatante:- Es necesario usar
concentraciones quecseguren la reacción dentro de los ¡imites apro
piados.
R E A C C I O N D E L A L C O H O L D E C O C O Y EL A C I D O C L O R O S U L F O -
N I C O
C H 3 - C H 2 - ( C H2) 10 - O H + C L S O sH ^ C H 3 - C H 2 - ( C H 2)}0
-S0 4 H + H C L
\ H R =(-318.51 -22.063)-(-132.48-142.7) = - 6 5 . 3 9 3 K.Cal/mol.
A * R = ( - 1 14.992-22.778)-(-21.662-113.515) = 2 . 5 9 3 K . C a l / m o l .
- 33 -
D E D U C C I O N E S :
a) - La reacción es exotérmicab) - La reacción es espontánea a 298° K ,
Teq ■ 298 (-65.393) _ 196.00 _
-65.393 + 2.593 " -62.8 ' Jlví
Teq = 313° K. = 40° C .
C = 4 F = 3
L = 4 -3 + 1 = 2
a) - Temperatura:
Trabajar a una temperatura inferior a la del equi"
librio o igual a ella.
b) - Eliminación del ácido clorhídrico:
Por cualquier método adecuado (disminución de
presión).
- 3 4 -
D I A G R A M A D E L P R O C E S O D E S U L F A T A C I O N D E L O S A L C O H O L E S
G R A S O S D E R I V A D O S D E L A C E I T E D E C O C O
M e z c l a de
alcoholes
nt3roducto
IV.- D I S E Ñ O D E L E Q U I P O
C O N S I D E R A C I O N E S P R E L I M I N A R E S
Según los datos del estudio de mercado, se tiene un consumo
de 93,000 K./año, de sulfato de sodio y laurilo. Considerando 333
días de trabajo al año, se tiene un consumo diario aproximado de
93,000 = 280 K./dfa.
333
Teniendo en cuenta que este producto no se fabrica en M é x i
co y que por lo mismo se tiene que importar, se verá, al hacerse el
estudio respectivo, que el consumo futuro tenderá a aumentar, por la
mayor comodidad de precio y adquisición. Entonces es necesario di
señar un equipo que permita producir 5 00 K./dfa de sulfato desodio y
laurilo, ya que en caso de no tener consumo suficiente, se operara a
un % adecuado de su capacidad.
D e b e optarse también por un proceso intermitente, por tener
un volúmen de producción relativamente bajo y ésto permite también
usar el equipo para otros productos semejantes.
Así que tenemos:
a) - Capacidad del equipo por diseñar 500 K„/día.
b) - El proceso será intermitente.
La planta estará situada en el Estado de México, por tener las
razones siguientes:
a) - Asistencia técnica más accesible por la cercanía de la
Ciudad de México.
- 3 5 -
b) - Facilidades para la construcción, instalación, etc.
c) - Vías de comunicación a toda la República.
d) - Las industrias de nueva creación que se establecen en ese
Estado, gozan de exención de impuestos durante los pri
meros diez años.
e) - Facilidades para la contratación, tanto de personal téc
nico c o m o obrero, dada la cercanía de la Capital,
f) - Energía.
D E S C R I P C I O N D E L P R O C E S O
La mezcla de alcoholes grasos derivados del aceite de coco,
se carga en el sulfatador que consta de un agitador, un sistema de e n
friamiento y está provisto de aparatos controladores de temperatura y
tiempo.
Del sulfatador pasa, por gravedad mediante una canal, al n e u
tralizado^ con una chaqueta de enfriamiento; del neutralizador pasa,
finalmente, a la secadora si se requiere en polvo.
- 36 -
Materias Primas que entran al sulfatador
a) - M e z c l a de alcoholes grasos.
b) - Agente sulfatante.
Productos obtenidos en el sulfatador
a) - Sulfato ácido de los alcoholes grasos (sulfato ácido de laurilo).
b) - A g u a .
c) - Acido sulfúrico o clorhídrico.
Materias Primas que entran al neutrallzador
a) - Sulfato ácido de laurilo.
b) - Agua.
c) - Acido sulfúrico o clorhídrico.
d) - Solución de sosa»
Productos obtenidos en el neutralizador
a) - Sal sódica del sulfato de laurilo.
b) - Sulfato de sodio.
c) - Agua.
Debido a que se tienen 2 alternativas para sulfatar los alcoho
les grasos derivados del aceite de coco, se diseñará un equipo para
cada una de ellas.
1.- Usando c o m o agente sulfatante el ácido sulfúrico.
2.- Usando c o m o agente sulfatante el ácido clorosul fónico.
- 3 7 -
B A L A N C E D E M A T E R I A L E S
Reacción con ácido sulturico.
R - C H 2 " O H + H 2 S 0 4 » R - C H 2 S O 4 H + H 20
P M 206 98 286 18
Reacción de neutralización.
R - C H 2 - S 0 4 H + N a O H ----> R - C H 2 - S O 4 N a 4- H 20
P M 286 40 308 18
C o n exceso de ácido sulfúrico.
h 2 s o 4 + 2 N a O H — > N a 2 S 0 4 + 2 H 20
P M 98 2 x 40 142 2 x 1 8
Reacción con el acido clorosulfonico.
R - C H 2 - O H 4- Cl S O 3 H > R ~ C H 2 “ S 0 4 H 4- HCI
P M 206 116 286 36
Reacción de neutralización.
R - C H 2 - S 0 4 H 4 N a O H ----> R - C H 2 - S 0 4 N a + H 20
P M 286 40 308 18
- 38 -
A C I D O S U L F U R I C O
Materias primas que entran al sulfatador
500 x 206 =
308
5 0 0 x 4 9 2 =
308 Total
500 x 286 =
308
500 x 18 =
308
5 0 0 x 294 =
308 Total
Materias primas que entran al neutralizador
Kg. Sulfato ácido de laurilo =
Kg. A g u a =
Kg. Acido sulfúrico =
Sol. al 3 0 % N a O H (para neu
tralizar el sulfato ácido) = 500 x 40 _
308 x 0.30
Sol. al 3 0 % N a O H (para n eu
tralizar el exceso de ácido) = 4 5 3 x 80
98 x 0.30 =
Total
Kg. M e z c l a de alcoholes
Kg. Acido sulfúrico (4 moles)
Productos obtenidos en el sulfatador
Kg„ Sulfato ácido de laurilo
Kg, A g u a
Kg. Acido sulfúrico (3 moles en
exceso que queden sin reac
cionar)
635
970
465
29.2
475.8
970.0
465
29.2 475» 8
217.0
1300.00
2487.0 K g
335
- 39 -
Productos obtenidos en el neutralizador
Kg. Sulfato de sodio y laurilo =
Sulfato de sodio = 4 7 5 .8 x 142 ;98
Kg. A g u a (formada en la neutra
lización del sulfato ácido) = 508 x 18 =
308
Kg. A g u a (formada en la neutra
lización del ácido en exceso) =
Kg. A g u a (de la solución de
N a O H ) = ( 2 1 7 + 1300)x0.70=
Total
A C I D O C L O R O S U t f O N I C O
Materias primas que entran al sulfatador
Kg. M e z c l a de alcoholes = 5 00 x 206 =
308
Kg. C I S O 3H (1.1 moles) = 500 x 128 =
308 Total
Productos obtenidos en ei sulfatador
Kg. Sulfato ácido de laurilo = 500 x 286 =
308
Kg. H C I = 500 x 36 =
308
Kg. C I S O 3H (0.1 en exceso) = 5 00 x 11 =
308
TotcS
690
29.2
176.0
1091.8
2487.0 Kg.
335
206
541 Kg.
465
58.5
17.5
541.0 K g
500
- 4 0 -
Materias Primas que entran al neutralizador
Kg. Sulfato ácido de sodio = 500
Kg. N a O H 3 0 % = 500 x 40 = 217
308 x 0.30
Total 682 Kg.
Productos obtenidos en el neutral izador
Kg. Sulfato de sodio y laurilo =_ 500
Kg. A g u a de reacción = 500 x 18 = 29.2
308
Kg. A g u a de la Sol.de N a O H = 217 x 0.70 = 152.8
Total 682.0 Kg.
A C I D O S U L F U R I C O
S U L F A T A D O R
a) - Forma:
El sulfatador seré de forma cilindrica por facilidad de cons
trucción.
b) - Materiales de construcción:
D e acuerdo con las condiciones del proceso y las especifica
ciones de los libros especializados en la materia, se e n c u e n
tra que los materiales de construcción más adecuados y más
baratos, son el fierro colado y el plomo, siendo el plomo el
material escogido para el sulfatador. Debido a que el sulfa
tador no va a estar sujeto a presiones, se hará de madera re
vestido de plomo.
-41 -
c) - Capacidad:
Datos:
Densidad del alcohol = 830 K / m 3
Densidad del ácido = 1.834 K / L = 1834 K / m 3
V Total _ 3 Vol. reactivos.
2
V o l u m e n reactivos ; K alcohol 4 K ácido
Densidad Densidad
V o l ú m e n reactivos = 335 4- 635
830 1834
V o l ú m e n reactivos = 0.403 4- 0.346 = 0.749
V o l ú m e n reactivos = 0.749 m 3
V o l ú m e n Total: = 3 x 0.749 = 1.1 235 m 32
V o l ú m e n total: = 1123.5 L.
d) - Medidas:
V = 't f d 2h = 0.7854 d 2 h
4
Siendo:
d) = Diámetro del tanque.
) h) = Altura del tanque.
- 4 2 -
Se usa e! mínimo de material cuando en un cilindro la altura
es igual al diámetro. Se tiene.
d = h.
V = 0.7854 d3 = 1.1235 m 3
d 3 = 1.1235= 1.420 d = 1.12 m.
0.7854
e) - Sistema de agitación:
Para el sistema de agitación se hace una selección entre los
existentes en el comercio y catálogos de acuerdo con la agitación re
querida. En este caso se usará un agitador de acero inoxidable con
paletas de doble movimiento. Este tipo de agitador consta de dos gru
pos de paletas; unas que giran en un sentido y otras que giran en di
rección opuesta.
Altura de ¡a flecha del agitador = 1.25
Diámetro de la flecha 0.100
Altura de la parte fija 0.80
Longitud de las paletas fijas 1.00
Espesor de las paletas fijas 0.05
N ú m e r o de paletas fijas 3
Distancia entre las paletas fijas = 0.325
En medio de 2 paletas fijas se
pondrá una paleta móvil.
Distancia entre una paleta fija
y otra móvil 0.15
Espesor de la paleta móvil 0.05
N ú m e r o de paletas móviles 2
Longitud de las paletas móviles 0.50
m ,
m
m
m
m
m,
m.
m ,
m ,
La agitación necesaria para el proceso este dada por un motor
de 15 H P que permite una velocidad de 80 R P M .
- 4 3 -
100
E S 1 Q 1 E
S I S T E M A DEA G 1 T A C 1 0 N
T E S I S
PROFESIONAL
p a s a n t e
FABIA R T W
D IB U J Ó
FABIA R.T.M
e s c . i : ioACOT CM.
f e c h a : LAMINA No.
f) - Sistema de enfriamiento:
Al introducir la alimentación a 20° C., siendo la temperatura
requerida en la sulfatación de 35° C. el calor que hay que eliminar
disminuye.
A h = 35 - 20 = 15° C.
A t2 = 75 - 20 = 55° C.
Q = W C p A tQ = 1940 x 0.9139 x 15 = 26500 K.Cal/h.
Q 2 z 1940 x 0.9139 x 55 = 97500 K.Cal/h.
Q = 97 500 - 26500 = 71000 K.Cal/h.
Para eliminar este calor y mantener la temperatura a 35° C.,
se usará un serpentín.
En un tanque con agitación el coeficiente de transmisión de
calor esté en función del diámetro del agitador y de las revoluciones
por minuto, además de las variables comunes a este tipo de problemas.
La película del líquido en el exterior del serpentín está dada
por la siguiente ecuación:
hf = 0 . 8 7 K (L2 N p ) 2/ 3 ( cpxc) 1 /3 ( ^ ) 0-14 D K (a*. «/ )
hf = Coeficiente de transmisión déla película cal/seg. °C. c m 2\
D ■ Diámetro del tanque = 1.20 M . = 120 cm.
- 4 4 -
K =Coeficiente de conductividad del líquido = 0.35 BTU/h pie2 °F pie
= 0.00 144 cal/seg. c m ^ °C. cm.
L = Diámetro del agitador = / m = 100 cm.
N = N ú m e r o de revoluciones por seg. = 1.33
P = Densidad del líquido = 1.086 g / c m 3
C p = Calor específico = 0.9139
U = Viscosidad del líquido = 15 g/seg. cm.
hf = 0.87 K (1002 x 1.33 x 1.086) 2/3 (0.9139 x 15) ^ (15) ° * 14 D 15 0.00144 1
hf = 0.057 cal/seg. °C. c m 2
Para calcular la peíícuia de! líquido dentro del serpentín, se
calcula la cantidad de agua necesaria para eliminar el calor y su v e
locidad .
Q = W C p A t
W = Q = 71000 = 2850 K / h .
C p A f 1 ( 3 5 ' 1 0 )
Usando tubo de 2 pulgadas para el serpentín la velocidad será:
V s = G pero G = W = 2850 = 2850 L/h.
S (° 1
V s = 2850 „ i 0.0405
3600 x 0.785(2 x 2.5>2
Vs = 0.0405 cm/seg.
- 45 -
Para el cálculo de hs. puede usarse la siguiente fórmula:
hs = D x 0.023 (D Vs /° )°*8 (Cp A O ) 0,3K -Ü ----- K ----
hs = 5.0 0.023 ( 5.0 x 0.0405 x 1) 0>8 (1 x l)0*30.014 1 0.0014
hs = 88 cal/seg. °C. c m 2
U = hf x hs = 0.057 x 88 = 0.057
h f - f h s 0.057 + 88
U = 0.057 Cal/seg. c m ¿ °C.
Q = U A A t m . A r Q ________
U t m
t m = A t 1 - A t"
2.3 log. A t1A 1"
El agua de enfriamiento esto a 10° C . y se considera que lle
ga a 50° C .
t1 = 75 - 50 = 25° C.
t" = 30 - 10 = 20° C.
A tm = 25 - 20 = 2 2.4
2.3 log. 25
20
A tm s 22.4' C .
- 4 6 -
A = 71000 = 56000 c m 2
0.057 x 22.4
A = 56000 c m 2
A = T í D N
N = A = 56000 = 3575 c m .
~W~D 3.14 x 5.0
N = 3575 c m o = 35.75 m .
Diámetro del tanque
Diámetro del serpentín
p = rn > D
P = 3.14 x 104 = 32.5 cm.
N ú m e r o de vueltas = _Nj r 3575 = 11
P 325
N ú m e r o de vueltas = 11,00
Entonces tenemos que c o m o sistema de enfriamiento se usará
un serpentín construido de plomo de 28.60 m. de longitud y 2 pulgadas de diámetro y será de nueve vueltas.
El serpentín tendrá un soporte de plomo cada 20 cm., con el
objeto de que no se doble y pierda la distancia entre ios tubos.
z 120 cm.
= 104 c m .
- 4 7 -
E S I Q I E
SERPENTIN DE ENFRIAMIENTO
T E S I Sp ftoresm w
p a s a n t e :«ISA R. T. M
esc . i : toACOT CM.
FECHA
DIBUJO-*M Ü H T .M
LAMINANi
g) - Diámetro para entrada de las materias primas 0.30 m.
h) - Diámetro para salida del producto 0.20 m.
i) - Diámetro para salida de los gases 0.025 m.
¡) - Control automático del tiempo en función
de la temperatura.
Para controlar la adición del agente sulfatante debe guiarse
por el sistema de control del tiempo y temperatura, es decir, si la
temperatura sube se disminuye o se suspende por completo ¡a adición
hasta que la temperatura vuelva a ser correcta y si la temperatura b a
ja puede agregarse un poco más rápido el agente sulfatante.
Diámetro para la entrada del termómetro = 0.025 m„
k) - La tubería y válvulas necesarias se usarán de acero inoxidable.
N E Ü T R A L f Z A D O R
El neutralizador será de lamina de hierro del N o . 7 provisto
de un agitador y una chaqueta de enfriamiento.
Debido a la dificultad que presenta la descarga del sulfato de
sodio y laurilo, el neutralizador se construirá para poderlo vaciar in
clinándolo, haciendo la operación mecánicamente o a mano.
Capacidad:
K de la masa reactante = 2487 K.
Densidad de la masa reactante = 1.086 K / l . = 1086 K/m»i
V o l . Total = 3 V o l . reactivos.
2
- 4 8 -
Vol. reactivos = V o L de ¡a masa reactante.
V o l , reactivos ■ K masa reactante.
Densidad
V o i . reactivos = 2487 = 2„28 m 3
1086
Vol. Total = 3 x 2.28 = 3.42 m 3 = 3420 L. 2
- 4 9 -
E S 1 Q i E
T E S I S P A S A N T E . D IBU JOprofesional FABIA R T M. FABIA R TM
ESCACOT.:
F E C H A '. LA M IN AN .
Sistema de agitación
Para el sistema de agitación se hace una selección entre los
existentes en el comercio y catálogos de acuerdo con la agitación re
querida.
En este casóse usará unagitador con 2 brazos en forma desigma
ligeramente helicoidales que giran en sentido opuesto.
T A N Q U E S D E A L M A C E N A M I E N T O D E L A S MATERIAS , ' P R I M A S
1 Tanque de almacenamiento del ácido sulfúrico.
El consumo diario aproximado de ácido sulfúrico, es de 635 K.
La capacidad de este tanque será de 4000 L. para cubrir el consumo
de 8 dias y se construirá de lámina de hierro del N o . 7 o sea con un
espesor de 4.76 m m .
El tanque será cilindrico vertical con los extremos en forma de
casquete esférico.
2.- Tanque de almacenamiento de la sosa al 3 0 % (d = 1.352)
El consumo de 8 días aproximado de la sosa, es de 1517 K. La
capacidad de este tanque será de 1 4 0 0 0 L. para cubrir el consumo dia
rio y se construirá de fierro colado.
3.- Tanque de almacenamiento del agua a 10° C.
Se considera que es suficiente un tanque con capacidad de
1000 L. con dimensiones de acuerdo con las existentes en el comer
cio y puede ser de lámina de hierro. Estos tanques estarán colocados
en plano elevado a fin de que la alimentación del sulfatador pueda
efectuarse por gravedad.
- 5 0 -
P R O C E S O C O N A C I D O C L O R O S U L F O N I C O
S U L F A T A D O R
Forma:- El sulfatador será de forma cilindrica por facilidad de cons
trucción.
Materiales de Construcción:- D e acuerdo con la bibliografía, se e n
contrará que los materiales más resistentes a la corrosión de este áci
do son el vidrio y el acero inoxidable #316; siendo el acero inoxida
ble #316 el escogido por más resistente.
En e! proceso con el ácido clorosulfónico hay desprendimiento
de H C L gaseoso, por lo cual es necesario adaptar, a la salida de los
gases, una tubería de acero inoxidable o hule duro, que descargue el
H C L en una solución acuosa o de álcali.
Capacidad :-
Datos:
Densidad del alcohol = 0.83 K/L. = 830 K/rn3
Densidad de I ác ido = 1.787 K / L . = i . 7 87 K / L . = 1787 K / m 3
Vol. Total = 3_ Vol. reactivos.
2
V o l . reactivos = K alcohol 4- ácido
densidad densidad
Vol. reactivos = 335 4 206 = 0.403 4 0.116
830 1787
-51 -
Vo l ú m e n de reactivos = 0.519 m '5
V o l ú m e n total = 3 x 0.519 = 0.778 m 32
V o l ú m e n total - 778 L.
Medidas:
V = d 2 h = 0.785 d2h
4
Siendo d = h
V = 0.785 d 3
0.778 = 0 . 7 8 5 d3
d3 = 0.778 = 0.99
0.785
d ■ 1 m,
L - Sistema de agitación - Se usa el empleado para el ácido
sulfúrico.
Sistema de enfriamiento: N o se necesita.
Diámetro de entrada de las materias primas 0.30 m.
Diámetro de salida de los productos 0.20 m.
Diámetro de salida de los gases 0.025 m.
Control automático del tiempo en función de
la temperatura (igual que para el ácido sul
fúrico) - diámetro para la entrada del termó
metro = 0.025 m.
Tuberías y válvulas usadas serán de acero inoxidable.
- 5 2 -
N E U T R A L I Z A D O R
El neutralizador será de lámina de hierro del N o . 7 provisto
de un agitador y una chaqueta de enfriamiento.
Debido a la dificultad que presenta la descarga del sulfato de
sodio y laurilo, el neutraIizador se construirá para poderlo vaciar in
clinándolo; haciendo la operación mecánicamente o a mano.
Capacidad:-
K M a s a reactante = 682
Densidad de la masa
reactante = 1.06 K/L. = 1060 K / m 3
Vol o Total = 3 Vol. reactivos
2
Vol. Total = 3 x 682 = 0.967 m 3 = 967 L.
2 1060
Sistema de agitación,- El mismo que para el ácido sulfúrico.
T A N Q U E S DE A L M A C E N A M I E N T O D E L A S M A T E R I A S P R I M A S
1.- Tanque de almacenamiento del ácido clorosul fónico.
El consumodiario aproximadode ácido clorosul fónico e s 2 0 6 K .
La capacidad de este tanque será de 120 L., para cubrir el consumo
diario y será de acero inoxidable #316. El tanque sera cilfndrido ver
tical con los extremos en forma de casquetes esféricos.
2.- Tanque de almacenamiento de la sosa al 3 0 % (d = 1.352)
El consumo diario aproximado de la sosa, es de 217 K. La
capacidad de este tanque será de 2000 L., para cubrir el consumo de
8 días y se construirá de hierro colado.
- 5 3 -
Acido Sulfúrico Acido Clorosulfónico
S U L F A T A D O R
a. - Material
b. - Capacidad
c . - Medidas
d.- Sistema de agitación
1 . - Sistema de enfria
miento.
M a d e r a revestida de plomo
V = 1123.5 L
d = 1 . 1 2 m.
h = 1 . 1 2 m .
El mismo
Serpentín de 28.6 m.
de longitud, 3 pulg,
de diámetro
N E U T R A L I Z A D O R
Tanque de a l mace
namiento del a g e n
te sulfatante
a. - Material Lámina de hierro del #7
b . - C a p a c i d a d V = 3420 L.
c.- Sistema de agitación El mismo
a.-Material
b, - Capacidad
Lámina de hierro
V = 4000 Lo
Tanque de a lmace
namiento de la sosa
a . - Material
b.- Capacidad
Fierro colado
V = 1400GLL.
Tanque de a lmace
namiento del agua
hielo
a. - Material
b. - Capacidad
Lámina de hierro
V = 1000 L.
Acero inoxidable #316
V = 778 L.
d = 1 m.h : 1 m.El mismo
N o necesita
Lámina de hierro del #7
V = 967 L.
El mismo
Acero inoxidable
V = 120 L.
Fierro colado
V = 2000, L.
N o se necesita
N o se necesita
Tuberías y válvulas
necesarias, de a c e
ro inoxidable
Las mismas Las mismas
V . - E S T U D I O E C O N O M I C O
Se analizan en este capítulo los siguientes renglones:
I.- Inversión necesaria para:
A . - Construcción.
B.~ Equipo.
C . ~ Instalación.
D . - Operación.
II.- Gastos fijos por día:
A . - Amortización e intereses del inmueble.
B . _ Amortización e intereses correspondientes a
maquinaria y equipo.
C .- Mantenimiento.
D . - Seguros.
E.- Intereses de la inversión para operar.
III.- Costo por materia prima:
A . - Alcohol de coco.
B.~ Agente sulfatante.
C . - Sosa al 3 0 % .
D . ~ Hielo.
IV.- Gastos de operación:
A . - C o n s u m o de energía eléctrica.
B.~ M a n o de obra directa.
C . ~ M a n o de obra indirecta.
D . - C o n s u m o de a g u a .
- 54 -
P R O C E S O E N EL C U A L SE U S A C O M O A G E N T E S U L F A T A N T E EL
A C I D O S U L F U R I C O
I.- Inversión.
A . - En construcción.
El espacio requerido para la instalación del equipo, dado que
la tendencia es colocarlo en diferentes niveles para operar aprove
chando la gravedad, es de 200 metros cuadrados, pero considerando
ampliaciones y movimiento de materiales, se emplearán 300 metros
cuadrados para la planta.
Por lo tanto, asignando al terreno un costo de 40 pesos/m2 y a ¡a construcción del edificio de la planta un costo de 5 00 pesos/m2 ,
la inversión será:
Terreno: $ 12,000.00
Pianta: 100,000.00
Total: $ 112,000.00
B.- En equipo.
Los datos de costo se obtuvieron de los fabricantes de ma q u i
naria o de sus representantes en México. El costo del material es
puesto en la fábrica.
Equipo:
Sulfatador $ 9,000.00
Agitador del sulfatador 10,000.00Serpentín del sulfatador 5,000.00
Motor para el sulfatador 3,000.00
Motor b o m b a para la alimenta
ción del alcohol de coco 2,000.00Recipiente del agente sulfatante 4,000.00
- 5 5 -
Motor b o m b a para la alimenta
ción del agente sulfatante $ 2,000.00Tanque del agua de enfriamiento 2,000.00Motor b o m b a para la recircula
ción del agua de enfriamiento 2,000.00Tanque de almacenamiento de la
sosa al 3 0 % 15,000.00
Neutralizador 30,000,00
Agitador del neutralizador 10,000.00Motor del neutralizador 4,000.00
Controlador de la temperatura 9,100.00
Válvula del control de la tem
peratura 2,180.00
Sub-Total: $ 109,280.00
Conexiones, válvulas y tuberías,
3 0 % del costo del equipo 32,784.00
Imprevistos:
10 % del costo de todo el equipo 14,206.40
Costo de adquisición del equipo: $ 156,270.40
C . - En instalación:
Se considera aproximadamente
el 3 0 % del costo total del
equipo 46,881.12
T O T A L : $ 203,151.52
— ----------------------
D .- Capital de operación: $ 100,000.00
Para el capital de operación se considera una reserva de
$ 100,000.00, para el almacenamiento de materias primas, e m p a q u e
y sueldo de tres meses.
-5 6 -
A . - Amortización e intereses del inmueble.
Se efectuará en 20 años, al 1 0 % anual de Ínteres.
El cargo anual sería:
A . ¿ ( i d * ' ' ) "] = 11800.00
jz + u nConsiderando 300 días de trabajo, el cargo
por día sería: $
B . - Amortizaciones e intereses corres
pondientes a maquinaria y equipo.
Se efectuará en 10 años, al 1 0 % anua! de Ínteres.
A = i . f K l + ' i - )’'] = 32000
U + z f r í
El cargo de amortizaciones e intereses por
día sería:
C .- Mantenimiento.
Se considera una cantidad igual al 3 %
anual sobre el costo del equipo, lo que
resulta un cargo anual de $6,094.53
Cargo por concepto de mantenimiento por día:
I I .- Gastos fijos por d ía .
39.30
106.00
20.00
-5 7 -
D „ - Seguros.
Se considera una cantidad igual al 8% anual
sobre el total del capital invertido, lo que
resulta un cargo anual de $24,252 00
Cargo por concepto de seguro por día: $ 80.00
E.-Intereses de la inversión por operar.
Interesal 1 0 % anual $10,000.00
Cargos por concepto de interés por día: 33.33
Total Gastos fijos por día: $ 278.63
III.- Costo de ¡a materia prima.
Las materias primas usadas por día son:
Materia Prima Kilos por día Costo por Kilo Costo Total
Alcohol de coco 335 $ 12.00
Acido sulfúrico 635 0.40
Sosa al 3 0 % 1517 0.53
Hielo 572 0.07
$ 4,020.00
254.00
804.00
40.00
Costo total de materia prima por día: $ 5,118.00
-5 8 -
IV .- Gastos de operación.
A . - C o n s u m o de energía eléctrica.
Motor para H P K W Horas de Trabajo K W H
Alimentación de alcohol 0.5 0.373 15 Min. 0.092
Alimentación del ácido 0.5 0.373 30 Min. 0.184
Agitación de! sulfatador 25 18.650 30 Min. 6.216
A g u a de enfriamiento 0.5 0.373 30 Min. 0.184
Agitación del neutralizador 25 18.650 3 Horas. 55.950
Total K W H : 62.626
Costo del K W H : $0.33
Costo de consumo de energía eléctrica por día: $ 20.66
B . - M a n o de obra directa
Construida por el costo de salario de:
U n operario $ 900.00
Dos ayudantes 1,020.00
Total por mes: $1,920.00
Costo de m a n o de obra directa por día: 64. 00
C . ~ M a n o de obra indirecta.
U n Ingeniero Q u í m i c o $4,000.00
U n Q u í m i c o 2,000.00
Total por mes: $6,000.00
Costo de m a n o de obra incBttfcta por día: 200.00
D . - C o n s u m o de agua.
Considerando un gasto de 15 metros cúbicos por
día y a $0.53 metro cúbico, el costo del agua por día será: 7.95
Total de gastos de operación: $ 292.613U,Y ==— -—
E' : ' ■ •
- 59 - g £ f , ü 1
E S T A D O D E C O S T O DE P R O D U C C I O N D EL S U L F A T O D E S O D I O Y
L A U R I L O G R A D O T E C N I C O , P O R M E D I O D E L P R O C E S O D EL A C I
D O S U L F U R I C O
Materia Prima:
Alcohol de coco $ 4,020.00
Acido sulfúrico 254-00
Sosa ai 3 0 % 804.00
Hielo 40.00
M a n o de O b r a Directa o Indirecta:
Gastos de Fabricación:
Energía eléctrica $ 20.66A g u a 7.95
Mantenimiento del equipo 20.00Amortizaciones 145.30
Seguros 33-33
$ 5,118-00
264.00
307.24
Costo de producción por día: $ 5,689.24
N O T A : -
Los costos están calculados sobre la base de 500 kilos de sul
fato de sodio y laurilo grado técnico por día, por lo que el costo por
kilo es de:
5689•24 - 11,38 500
Costo por kilo: $ 11.38
- 60 -
P R O C E S O P O R EL C U A L SE U S A C O M O A G E N T E S U L F A T A N T E EL
A C I D O C L O R O S U L F O N I C O
l.- InversíiSn.
A .~ Inversión en construcción.
Total construcción $ 112,000.00
B. - Inversión en equipo.
Equipo:
Sulfatador $ 7,000.00
Agitador del sulfatador 10,000.00Motor para el sulfatador
Motor bomba para la alimentación
5,000.00
de! alcohol de coco 2,000.00Recipiente del agente sulfatante
Motor bo m b a para la alimentación
3,000.00
del agente sulfatante
Tanque de almacenamiento de la
2,000.00
sosa al 3 0 % 5,000.00
Neutralizador 10,000.00Agitador del neutralizador ó,000.00Motor del neutralizador 4, 000.00
Controlador de la temperatura 9,100.00
Válcula de control de la temperatura 2,180.00
Sub-Total $ 65,280.00
Conexiones, válvulas y tuberías.
3 0 % del costo del equipo: 19,584.00
Imprevistos:
10% del costo de todo el equipo 8,486.40
Costo de adquisición del equipo: $ 93,350.40
- 61 -
C . - Inversión en instalación»
Se considera aproximadamente el 3 0 %
del costo total del equipoTotal:
III.- Gastos fijos por día»
A . - Amortización e intereses del inmueble.
Se efectuará en 20 años al 1 0 % de Interés.
El cargo anual sería $11,800.00
El cargo por día sería:
8. - Amortización e intereses correspon
dientes a maquinaria y equipo.Se efectuará en 10 años al 1 0 % de interés.
El cargo anual sería $18,400,00
El cargo de amortización por día sería:
C .- Seguros.
Cargo anual por seguros $ ‘ /08.40
Cargo por concepto de seguro al día:
D .- Mantenimiento.
Cargo anual por mantenimiento $3,640.06
Cargo por concepto de mantenimiento
por día:
E .- Intereses por inversión paAuoperar.
Interesal 1 0 % anual $10,000-00
Cargo por concepto de intereses por
d ?a :
$ 28,005.00
$121,355.40
$ 39.30
61.33
59.00
12.13
33.33
$ 205.09
-6 2 -
III.- Costo de la materia prima.
Las materias primas usadas por día sons
Materia Prima Kilos por d ía Costo por kilo C osto total
Alcohol de coco 335 $ 12.00
Acido clorosul fó
nico 206 10 .20 Sosa al 3 0 % 217 0.53
$ 4.020.00
2. 10 1.0 0 115.00
Costo total de materia prima por día: $ 6,236.00
IV.- Gastos de operación.
A . - C o n s u m o de energía eléctrica.
Costo de consumo de energía eléc
trica por día $ 20.66
B .- M a n o de obra directa.
Costo de m a n o de obra directa por día 64.00
C .- M a n o de obra indirecta.
Costo de m a n o de obra indirecta por día 200.00
D . - C o n s u m o de a g u a .
Costo de agua por día 7.95
Total de Gastos de Operación $ 292.61
-6 3 -
E S T A D O D E C O S T O D E P R O D U C C I O N D E L S U L F A T O D E S O D I O Y
L A U R I L O G R A D O T E C N I C O , P O R M E D I O D E L P R O C E S O D EL A C I
D O C L O R O S U L F O N I C O
Materias Primas:
Alcohol de coco $ 4,020.00
Acido clorosulfónico 2,101.00
Sosa al 3 0 % 115.00
$ 6,236.00
264.00
20.66 7.95
12.13
100.63
59.00
33.33
233.70
Costo de producción por día: $ 6,733.70
Costo por kilo 6733.70 — 13 46 500
Costo por kilo: $ 13.46
M a n o de obra directa e indirecta:
Gastos de fabricación:
Energía eléctrica $
A g u a
Mantenimiento de
equipo
Amortizaciones
Seguros
Intereses
- 6 4 -
R E S U M E N D E L E S T U D I O E C O N O M I C O
Proceso con ácido
Costo por día sulfúrico
Gastos fijos $ 278.63
Costos de materia prima 5,118.00
Gastos de operación 292.61
Costo de intereses 33.33
Costo total por día: $ 5,722.57
Costo por kilo del sul
fato de sodio y laurilo
grado técnico 11,38
Pureza del producto 75 - 8 0 %
Estimación de utilidades
Precio por kilo en el mercado 16.80
Utilidad bruta anual 813,000.00
Rentabilidad anual en rela
ción con la inversión total
y la utilidad bruta anual
/R = Utilidad bruta anual , _____
\ Inversión total X 100/ 400•00/
-6 5 -
Proceso con acido
clorosul fónico
$ 205.09
6,236.00
292.61
33.33
$ 6,767.03
13.46
97 - 9 9 %
19.10
846,000.00
700.00
IV.- R E S U M E N DE C O N C L U S I O N E S
El advenimiento de los detergentes sintéticos, marca una era
de progreso en la industria por sus múltiples aplicaciones, por lo que
sería conveniente dotar a la industria de México, sobre todo la tex
til, de una fuente de abastecimiento nacional.
El sulfato de sodio y laurilo grado técnico, es uno de los d etergentes de fabricación más viable en México, por usar materia pri
m a nacional abundante, favoreciendo de paso a la agricultura.
C o m o la planta propuesta fué diseñada sobre experiencias d e
laboratorio y sin datos de planta piloto, habría que estudiar más e x
tensamente las condiciones de operación para encontrar las óptimas,
sobre todo en lo que se refiere a presión y temperatura.
Conclusiones:
1 ~ Desde el punto de vista económico, es costeable producir
el sulfato de sodio y laurilo grado técnico en el país, por cualquiera de los dos métodos citados.
2.- El proceso en el cual se usa c o m o agente sulfatante el
acido sulfurico, es el mas indicado, debido a que necesita menor in
versión y el costo del sulfato de sodio y laurilo es menor.
3.- El producto obtenido por el proceso en el cual se usa
acido clorosulfonico es de me¡or calidad y por lo mismo en el mercado puede tener mayor demanda que el producto obtenido por el proceso
en el cual se usa ácido sulfúrico.
- 6 6 -
Teniendo en cuenta que el uso del sulfato de sodio y laurilo grado técnico, está indicado principalmente para casos en que las sa
les inorgánicas son indeseables, y no obstante que el análisis económico para el proceso en el cual se usa ácido clorosulfónico refleja lo
contrario, se recomienda obtener el sulfato técnico de sodio y laurilo
por el proceso en el cual se usa ácido clorosulfónico c o m o agente sul
fatante.
4.- Es aconsejable una producción mayor, ya que sin a u m e n
tar m u c h o la inversión en el equipo y m a n o de obra, las utilidades
que se obtendrían serían mayores.
- 67 -
B I B L I O G R A F I A
I O f m e r Donal y Rekirk - "Enciclopedia of Chemical Tecnology"
2o- Q u í m i c a aplicada a la industria textil - Tomos II, III y IV
3.- Schwartz A „ M „ y J. W . Perry - "Surfaces Active Agents"
4.- Young, K . W » Coons - "Agentes tenso-activos, aspectos teóri
cos y aplicaciones industriales"
5 .- Ing. Hilario Ariza - "Apuntes de análisis de procesos industria-
6.- Shreve Morris R. - "The Chemical Process Industries"
7.- Groggins P„H. - "Procesos Industriales de Síntesis Inorgánicas"
8.- G , B. Matínenghi - "Química y tecnología de los aceites gra
sos y derivados"
9.- Kern D . Q . - "Process Heat Transfer"
10.- Ing. A . Mari les - "Apuntes de análisis económicos"