Baixe Fabricação de Sabão e Detergente e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Química, somente na Docsity! Processos Químicos II Prof. Murilo Daniel de Mello Innocentini Sabões e Detergentes – processamento de detergentes e sabões. Marco Aurélio Domézio – 763062 Marcos Henrique Sestari – 771948 Kleber Rodrigo Salvador – 771916 Guilherme Basso – 776585 Adilson Carlos Pereira – 775314 André Luis Pereira – 775316 Benedito Almir Teixeira - 000000 Histórico e Aplicação comercial/ Estimativa de produção/Consumo mundial e brasileiro/ Principais produtores no Brasil. A fabricação de sabão é, sem dúvida, uma das atividades industriais mais antigas de nossa civilização. Sua origem remonta a um período anterior ao século XXV a.C.. Nesses PAGE 10 mais de 4500 anos de existência, a indústria saboeira evoluiu acumulando enorme experiência prática, além de estudos teóricos desenvolvidos por pesquisadores. Tecnicamente, a indústria do sabão nasceu muito simples e os primeiros processos exigiam muito mais paciência do que perícia. Tudo o que tinham a fazer, segundo a história, era misturar dois ingredientes: cinza vegetal, rica em carbonato de potássio, e gordura animal. Então, era esperar por um longo tempo até que eles reagissem entre si. O que ainda não se sabia era que se tratava de uma reação química de saponificação. Os primeiros aperfeiçoamentos no processo de fabricação foram obtidos substituindo as cinzas de madeira pela lixívia rica em hidróxido de potássio, obtida passando água através de uma mistura de cinzas e cal. Porém, foi somente a partir do século XIII que o sabão passou a ser produzido em quantidades suficientes para ser considerado uma indústria. Até os princípios do século XIX, pensava-se que o sabão fosse uma mistura mecânica de gordura e álcali. Foi quando Chevreul, um químico francês, mostrou que a formação do sabão era na realidade uma reação química. Nessa época, Domier completou estas pesquisas, recuperando a glicerina das misturas da saponificação. Atualmente, o sabão é obtido de gorduras (de boi, de porco, de carneiro, etc) ou de óleos (de algodão, de vários tipos de palmeiras, etc.). A hidrólise alcalina de glicerídeos é denominada, genericamente, de reação de saponificação porque, numa reação desse tipo, quando é utilizado um éster proveniente de um ácido graxo, o sal formado recebe o nome de sabão. O mais comum de todos é o sabão de sódio. O que é praticamente neutro, que contém glicerina, óleos, perfumes e corantes, é o sabonete. Os detergentes são os maiores sucesso comercial da química do século XX. Representam 85% do consumo mundial de matérias de limpeza, juntamente com os sabões. Assim como estes, os detergentes limpam da mesma forma, através da solubilização das gorduras, mas seu grupo pode ter tanto cargas negativas quanto positivas. A primeira versão de detergentes surgiu na Primeira Guerra Mundial, na Europa. Eles eram derivados de gorduras animais (sebo) e vegetais (óleo de coco). Os detergentes foram usados pela primeira vez em lavagens da indústria têxtil. Como eles se mostraram eficientes, passaram a ser empregados na limpeza doméstica e na fabricação de xampus. Os xampus contêm detergentes geralmente dotados de cargas negativas. Assim, removem as gorduras dos cabelos, mas também o carregam negativamente. Isso faz com que eles adquiram o aspecto de "cabeleira espetada". Para resolver este problema foram criados os condicionadores, pois são dotados de cargas positivas. As cargas positivas do condicionador neutralizam as negativas deixadas pelo xampu. Assim, os cabelos "assentam" e ficam com aparência sedosa. Os sabões, de forma geral, melhoraram muito a vida das pessoas, pois facilitaram a limpeza de objetos e a higienização dos mesmos e das residências. As condições sanitárias também melhoraram, pois o corpo poderia ser lavado de maneira mais eficiente, prevenindo piolhos ou problemas na pele. Por uma questão estética, a vida das pessoas também melhoraram com a invenção dos sabões, xampus e condicionadores, pois as pessoas puderam limpar melhor a pele, os cabelos e mantê-los mais bonitos. Por outro lado, os sabões deixam muitos resíduos após sua utilização, fazendo como que rios sejam poluídos. Posteriormente, passaram-se a usar detergentes biodegradáveis, que não apresentam esses inconvenientes e são formados por compostos orgânicos de cadeia linear, ou seja, sem ramificações o que possibilita que os organismos façam a degradação dessas substâncias. Mercado: PAGE 10 0 0 1 FA conversão de sulfonação é extremamente rápida. É preciso man ter sob controle os elevados calores de reação, onde se mostra o trocador de calor a circulação, ou o princípio do banho dominante, não só para estas conversões químicas, mas também para a neutralização. Nos dois casos, o uso do óleum diminui o sulfato de sódio no produto acabado. Entretanto, o óleum aumenta a importância do controle, para que seja impedida a supersulfonação. Em particular, a sulfonação dos alquilbenzenos é irreversível e, em menos de um minuto, se tem a conversão de 96%, quando se opera a 54°C com excesso de 1 a 4% de SO3 no óleum. É necessária uma certa concentração mínima de SO3 no óleum, antes de a reação de sulfonação principiar, que neste caso é da ordem de 78,5% em SO3 (equivalente ao ácido sulfúrico a 96%). Uma vez que estas reações são muito exotérmicas e rápidas, a remoção eficiente do calor é indispensável para impedir a supersulfonação e o escurecimento. A agitação é proporcionada por uma bomba centrífuga, que injeta o óleum. A razão de recirculação (volume do material que recircula dividido pelo volume da produção) é pelo menos de 20 para 1, a fim de que se tenha um sistema favorável. Para que a sulfonação tenha tempo suficiente de atingir a elevada conversão a que se visa, proporciona-se à mistura um tempo extra, fazendo-se com que circule por uma serpentina, com o que a reação de sulfonação pode completar-se. Fluxograma Sabão em Barra As gorduras fundidas e quentes e o catalisador são todos injetados no fundo do hidrolisador. A hidrólise das gorduras ocorre em contracorrente no hidrolisador, a 485°F (252°C) e 600 psi (41 atm), continuamente, com os glóbulos de gordura ascendendo contra a fase aquosa descendente. A fase aquosa, depois de dissolver a glicerina separada (cerca de 12%), afunda e é separada. A fase aquosa com a glicerina é evaporada e purificada. A fase com os ácidos graxos no topo do hidrolisador é seca mediante a vaporização da água, e aquecida. Num destilador a alto vácuo, os ácidos graxos são destilados e separados dos resíduos, e retificados. O sabão é formado pela neutralização contínua com soda cáustica a 50%, num neutralizador a alta velocidade. O sabão bruto é descarregado, a 200°F (93°C), num tanque de homogeneização, lentamente agitado, para eliminar desigualdades de neutralização. Neste ponto, o sabão contém de 0,002 a 0,10% de NaOH, de 0,3 a 0,6% de NaCl e cerca de 30% de H2O. Este sabão pode ser extrudado, moído, reduzido a flocos ou atomizado, conforme o produto que se deseja. As operações podem ser detalhadas da seguinte forma: a pressão sobre o sabão líquido e elevada a 600 psi (41 atm), e o sabão e aquecido ate 485°F (252°C) num trocador PAGE 10 de calor a alta pressão. Este sabão é lançado num tanque de flash a pressão atmosférica, onde ocorre uma secagem parcial (até cerca de 20%) em virtude de o sabão estar bem acima do seu ponto de ebulição a pressão atmosférica. Este sabão viscoso, empastado, é misturado à quantidade desejada de ar, num trocador de calor com a parede raspada mecanicamente, no qual o sabão também é resfriado por uma salmoura que circula pela carcaça externa de 220°F até cerca de 150°F(104 a 66°C). Nesta temperatura, o sabão é extrudado na forma de uma fita e cortado em barras. A operação se completa pelo resfriamento, pela cunhagem e pela embalagem. A equação abaixo representa genericamente a hidrólise alcalina de um óleo ou de uma gordura: Subproduto: Glicerina A glicerina (ou glicerol) é um subproduto da fabricação do sabão. Por esse motivo, toda fábrica de sabão também vende glicerina. Ela é adicionada aos cremes de beleza e sabonetes, pois é um bom umectante, isto é, mantém a umidade da pele. Em produtos alimentícios ela também é adicionada com a finalidade de manter a umidade do produto A glicerina, por exemplo interagem com a superfície do material que se deseja umectar (pele, cabelo, produto alimentício) e também com a água. A interação com a água ocorre por meio de pontes de hidrogênio Outra utilidade da glicerina é na fabricação do explosivo conhecido como nitroglicerina. Diferenças entre Sabão e Detergentes: Os detergentes formados por sulfatos e sulfonados são mais eficazes que os sabões em água dura devido ao fato de os correspondentes sais de cálcio e magnésio serem solúveis. Sendo os detergentes sais de ácidos fortes, produzem soluções neutras, ao contrário dos sabões que, por serem sais de ácidos fracos, originam soluções levemente alcalinas. Os sabões, por possuírem gorduras não saponificáveis, agridem menos a pele. Os detergentes quando utilizados para a lavagem de louças, retiram, inclusive, a gordura natural presente nas mãos de quem o utiliza, causando o ressecamento da pele e a maior suscetibilidade a irritações da mesma. A grande vantagem na utilização do sabão está no fato deste ser sempre biodegradável e de ser produzido a partir de matéria-prima renovável - os óleos e as gorduras. Como o sabão limpa: A água, por si só, não remove certos tipos de sujeira, como, por exemplo, restos de gordura. Isso acontece porque as moléculas de água são polares e as de gordura, apolares. O sabão exerce um papel importante na limpeza porque a molécula possui as duas naturezas, no que diz respeito à polaridade. Podemos dizer que a cadeia apolar de um sabão é hidrofóbica (aversão pela água) e que o grupo polar é hidrófilo (afinidade pela água). Dessa maneira, ao lavarmos um prato engordurado, gotículas de gordura são envolvidas pelas moléculas de sabão (e de detergente também). Na ciência dos colóides PAGE 10 essa partícula, resultado da associação das moléculas de tensoativos, chama-se micela. As moléculas são orientadas com a cadeia apolar direcionada para a gordura e a extremidade polar se direciona para a água. Quando o sabão não desengordura? O sabão apresenta problemas em dois casos: 1) Quando a água utilizada tem caráter ácido, desloca o equilíbrio da reação química: Essa reação favorece a formação do ácido graxo, que forma a gordura observada em tanques, pias e banheiras. 2) Quando a água usada é dura, isto é, contém cátions metálicos, Ca2+ e Mg2+ , que precipitam o sal de sabão: Os sais de cálcio e/ou magnésio dos ácidos graxos são insolúveis e formam as incrustações nos tanques, pias e banheiras. O sabão tem, sobre os detergentes, as seguintes vantagens: é fabricado a partir de matérias-primas renováveis (óleos e gorduras), é biodegradável, é mais barato, é atóxico. Nos cursos d’água é degradado por microorganismos existentes na água e evita-se a poluição. Fonte: www.colegiosaofrancisco.com.br/alfa/historia-do-sabao www.crq4.org.br www.iq.unesp.br www.iq.ufrgs.br/aeq/html/publicacoes/matdid/livros/pdf/sabao PAGE 10