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"