Primera entrega proyecto de Diseo OBTENCION DE LAURIL-SULFATO SDICO 19 de Abril del 2012

DESCRIPCIN DEL PRODUCTO El Lauril Sulfato de Sodio se presenta como un polvo blanco con olor tenue y suave caracterstico, ya que el producto tiende a aglomerarse, el aglomerado exhibe un color desde amarillo hasta caf y es completamente soluble por calentamiento y agitacin. La sal sdica est basada en alcohol graso primario, natural, saturado y de cadena lineal. El lauril sulfato sdico es el tensioactivo aninico por excelencia en cosmtica; sus buenas propiedades detergentes, espumantes, humectantes, dispersantes, as como su resistencia a las durezas del agua incluso a bajas temperaturas y su afinidad con la piel, le permiten estar presente en la mayora de preparaciones para el cuidado e higiene capilar y drmico. Una caracterstica que le proporciona una gran versatilidad es su solubilidad en agua y la conservacin del poder espumante a bajas temperaturas; as los champs a base de este compuesto se eliminan de forma fcil enjuagando el cabello. Su dbil olor permite un perfumado fcil y duradero. El lauril sulfato sdico es compatible con casi todas las sustancias detergentes empleadas en cosmtica y con otro tipo de aditivos como azufre, ac. saliclico, vitaminas, etc. Su sabor indiferente le permite ser empleado en pastas dentfricas y preparaciones para la higiene oral como espumante. Las reas preferentes de uso son las pastas de dientes y shampoos en emulsin o en crema. Para usos farmacuticos se utiliza como Surfactante aninico con alto poder detergente espumgeno y humectante efectivo en soluciones cidas y alcalinas y en aguas duras. Son utilizadas en formulaciones de detergentes, shampoo y pastas dentales. En otras industrias es utilizado como emulsionante en procesos de polimerizacin (es necesario que tenga un contenido bajo en sales para esta aplicacin). Los agentes tensoactivos son adsorbidos en las interfases agua-aceite a causa de sus grupos hidrfilos ("amantes del agua") o polares, y de sus grupos lipfilos ("amantes del aceite") o no polares. Algunos de los grupos hidrfilos, los cuales se orientan hacia la fase polar, son: OH, COOH, SO4H, y como ejemplos de grupos lipfilos (tambin denominados hidrfobos), que se dirigen a la fase no polar, pueden citarse los hidrocarburos alifticos y cclicos. Como consecuencia de esta orientacin en la interfase agua-aceite, las molculas del agente superficial forman una especie de "puente" entre las fases polar y no polar, haciendo as que la transicin entre ambas sea menos brusca. GRIFFIN ide una escala arbitraria de valores que sirviese como medida del balance hidrfilo-lipfilo ("hydrophilic-lipophilic balance: HLB") de los agentes superficialmente activos. As, por medio de este sistema numrico de ndices es posible establecer un intervalo de la mxima eficacia para cada tipo o clase de agente tensoactivo, deducindose de esta escala que cuanto ms alto es el HLB de un agente, mayor es su carcter hidrfilo. Como podemos ver en la tabla (1), el lauril sulfato sdico tiene un valor HBL alto de hecho es uno de los tensoactivos con mayor eficacia por lo que se utiliza en pequeas cantidades en la

fabricacin de detergentes ya que basta muy poca cantidad para lograr el efecto surfactante que se requiere.

Tabla 1. Valores HLB de algunos agentes anfiflicos PRODUCCIN Y USOS La produccin 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 norteamricano y un 25% al mercado europeo. La evolucin cualitativa del mercado durante los ltimos cuarenta aos es significativa. En efecto en 1940 la produccin de surfactantes (1,6 Mt) se limitaba, esencialmente, a los jabones (sales de cidos grasos) producidos segn una tecnologa muy antgua. Al final de la segunda guerra mundial se consiguen en el mercado olefinas cortas, en particular propileno, que se obtienen como subproducto del cracking cataltico y que no tenan en aquel entonces aplicacin como el etileno. El bajo costo de esta materia prima permite sustituir cidos grasos por radicales alquilo sintticos. As nacen los detergentes sintticos del tipo alquil benceno sulfonato que poco a poco reemplazarn los jabones para mquinas de lavar y en otras aplicaciones domsticas. El desarrollo del vapocraqueo en los aos 50 para fabricar etileno como materia prima para polmeros diversos, ha permitido tambin la aparicin en el mercado de surfactantes noinicos en los cuales el grupo hidroflico es una cadena politer formada por policondensacin de xido de etileno. En 1965 las nuevas leyes de proteccin del ambiente limitan la utilizacin de los alquilatos de polipropileno en la fabricacin de los detergentes sintticos, tanto en los Estados Unidos como en Europa. Los productores de surfactantes deben por tanto utilizar materias primas un poco ms costosas como los alquilatos lineales; como consecuencia los alquil benceno sulfonatos siguen siendo los surfactantes ms baratos del mercado pero la diferencia del costo con los otros surfactantes se reduce. Esta situacin favorece por tanto el desarrollo de nuevos productos. En los aos siguientes se observa una proliferacin de nuevas frmulas de todo tipo y una gran diversificacin en los usos industrial y domstico. La produccin de jabones deja de decrecer y su uso dentro de productos industriales o productos cosmticos no medicinal aumenta rpidamente. Los surfactantes catinicos y anfteros aparecen en el mercado, pero su utilizacin est limitada a aplicaciones particulares por su alto costo.

Debido a que la industria cosmtica y de detergentes son de las ms grandes en nuestro pas con alta produccin tabla (2) y segn el diario la republica en su artculo Negocio del detergente en polvo en Colombia registra inversiones por cerca de US$371 millones en su seccin EMPRESAS del Lunes, Abril 9, 2012 podemos observar que es una muy buena inversin; ya que podemos encontrar empresas que se dedican a su fabricacin que van desde grandes multinacionales ubicadas en Bogot y en el resto del pas, hasta industrias caseras de produccin de detergentes industriales y domsticos pasando por pequeas y medianas empresas. Hemos decidido enfocar la produccin del lauril sulfato sdico en esta rama.

Tabla 2. Produccion de detergentes y productos cosmticos de limpieza ao 2007. Fuente DANE Los detergentes, al igual que los jabones, son sustancias tensoactivas que poseen en su molcula un resto hidrocarbonado lipfilo y un grupo polar hidrfila del tipo sulfonato o sulfato.SO3 Na OSO 3 Na

sulfonato

sulfato

Si bien los detergentes son fundamentalmente conocidos como agentes de limpieza (geles de bao, champs, lavavajillas) sus propiedades tensoactivas les hacen imprescindibles en mltiples sectores de la industria qumica. As, son fundamentales en la industria farmacutica, alimentaria, cosmtica, textil, de pigmentos, pinturas y lubricantes entre otras. Actualmente se fabrican cinco tipos de detergentes sulfonados y sulfricos: Alquilsulfonatos (SAS): R-(CH2)n-SO3- Na+ Alquilbencenosulfonatos (LAS): R-(CH2)n-C6H4-SO3- Na+ Alquensulfonatos (AOS): R-(CH2)n-CH=CH-CH2-SO3- Na+ Alquilsulfatos (AS): R-(CH2)n-OSO3- Na+

Alquilpolioxietilensulfatos (AES): C14H29-(O-CH2-CH2)n-OSO3- Na+ La cadena apolar tiene al menos 10 tomos de carbono. La primera fase industrial es la obtencin de la cadena carbonada, y en una segunda fase se lleva a cabo el proceso de sulfonacin. El primer proceso se realiza en las industrias petroqumicas y el segundo en empresas especficas de detergentes. Las principales materias primas para detergentes son: - las parafinas del petrleo (slo hidrocarburos lineales) - benceno - etileno - grasas y aceites vegetales (un 10% del total de la produccin) Los detergentes con cadenas ramificadas no pueden ser degradados por las bacterias que depuran las aguas y dan lugar a una contaminancin persistente del medio. Por ello se fabrican detergentes en los que la cadena de hidrocarburo es lineal los cuales s son biodegradables. La ventaja de los detergentes frente a los jabones es que no se afectan por los iones calcio y magnesio de las aguas duras. Los productos detergentes domsticos slo contienen de un 15 a un 20% de sulfonatos o sulfatos; el resto son sustancias auxiliares y de relleno. Los compuestos auxiliares aadidos son : - Secuestradores de los iones Ca y Mg de las aguas duras. - Estabilizadores de la espuma. - Blanqueantes qumicos. - Blanqueantes pticos. - Estabilizadores de la suspensin de la suciedad - Enzimas proteolticas (eliminan manchas debidas a proteinas tales como huevo o sangre). - Rellenos. Como relleno, en los detergentes slidos, se adiciona silicato de sodio que estabiliza la mezcla y facilita la disolucin. El sulfato de sodio es un subproducto del proceso de fabricacin que tiene la propiedad de dar mayor soltura al detergente en polvo.

ALTERNATIVAS QUMICAS DE FORMACIN DEL LAURIL SULFATO DE SODIO A partir de productos intermedios

En esta posibilidad de ruta se parte de un producto intermedio, partimos de 1-dodecanol (alcohol laurico), en esta ruta se ahorran los tiempos y costos de produccin del 1-dodecanol, a primera vista se puede denotar que esta ruta es ms efectiva que si se procede a obtener el 1-dodecanol por sus distintos medios ya sea por el aceite de la semilla de la palma africana o por polimerizacin de etileno, este ultimo usado mas a escala industrial. Para esta ruta se siguen las siguientes reacciones:CH 3(CH 2)10CH 2OH + H2SO4(ac) O CH 3(CH 2)10CH 2O S OH O ster sulfrico del alcohol larico

alcohol larico

O CH 3(CH 2)10CH 2O S OH O

+

NaOH(ac)

O CH 3(CH 2)10CH 2O S O Na O laurilsulfato de sodio

+

H2O

A partir de materias no procesadas

Para esta ruta se toma como partida del proceso la semilla de la palma africana de la cual se extrae por medio de un prensado el aceite, luego el aceite es procesado y de este se obtiene el alcohol laurico, ya obtenido este se procede a procesarlo siguiendo las reacciones expuestas anteriormente. Otra posible ruta es partir de alcohol etlico y realizar una deshidratacin cataltica para obtener el etileno y de este para llegar a 1-dodecanol (alcohol laurico) por medio de una polimerizacin usando un catalizador inico formado por tetra cloruro de titanio y aluminio.

Luego de haber encontrado estos diferentes tipos de obtencin de nuestro producto se definen variables a evaluar en cada uno de los procesos y de esta manera determinar el proceso de obtencin con mayor eficiencia, algunas de las variables a evaluar son: Costos aproximados, facilidad de obtencin de la materia prima, consideraciones ambientales, seguridad de cada uno de los materiales a manejar, para evaluar las anteriores variables se va a manejar una matriz de decisin, en la que se van a calificar de 1 a 5 siendo 1 el puntaje ms bajo posible en obtener, los porcentajes de evaluacin no sern iguales, se distribuirn de la siguiente manera: Costos aproximados: 30% Seguridad del proceso: 25% Consideraciones ambientales: 30%

Facilidad de obtencin de la materia prima: 15% Variable Materia prima Facilidad Seguridad de Costos Considerac. del obtencin aproximados Ambiental Proceso materia prima 2 3 5 5 4 4 3 4 4 5 3 4

TOTAL

1-Dodecanol Aceite de palma Alcohol etlico

3,5 3.6 4.3

Tabla 3. matriz de decisin del proceso La puntuacin del 1-dodecanol es baja debido a su gran diferencia en precios con respecto al alcohol etlico, los precios del aceite de palma varia diariamente dependiendo la negociacin que se haga en el da con este, al igual q el alcohol etlico, de tal manera para tener un precio de estaos se tomo un precio promedio de los ltimos 15 das, se tomo este tiempo para no caer al igual en errores de depreciacin. CONDICIONES DE OPERACIN Deshidratacin cataltica de etanol

La actividad cataltica para la deshidratacin del alcohol metlico se llevo a presin atmosfrica entre 120 160C, los catalizador se empastillaron y se tamizaron hasta un dimetro de partcula entre 0.18