LABORATORIO DE PROCESOS QUIMICOSInforme No7

“PROCESOS DE REACCIONES POR DESPLAZAMIENTO (FABRICACION DEL ESTEARATO DE CALCIO)”

Alumnos:

Bellido Cahuapas, Jhon Narvaez Solis, kevin Saravia Areas, Carlos

Grupo:

C11 – 4 – A

Profesor:

Ing. AMES RAMÍREZ, HUGUEZ ENRIQUE

Fecha de realización: 4 de mayo

Fecha de entrega: 18 de mayo

2015-I

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I. INDICE:

Resumen……………………………………………………………………………………Pag. 3

Presentación de datos…………………………………………………………………Pag. 3

Ejemplos de cálculos…………………………………………………………………..Pag. 4

Resultados (Tablas)…………………………………………………………………….Pag. 5

Discusión de Resultados………………………………………………………………Pag. 5

Conclusiones……………………………………………………………………………….Pag. 6

Recomendaciones……………………………………………………………………….Pag. 6

Bibliografía………………………………………………………………………………...Pag. 7

Cuestionario…………………………………………………….………………….Pag. 8 – 17

Respuestas de preguntas propuestas……………………..………………….Pag. 17

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II. RESUMEN

En el presente laboratorio para la fabricación del estearato de calcio, usamos como materia prima el acido esteárico y determinamos la cantidad de este a partir de cálculos estequiométrico previos a los pasos experimentales, pues es importante saber qué cantidad de cada reactivo utilizar para obtener en lo posible 20g de estearato de calcio. Además de realizar los cálculos estequiometricos se llevo a cabo su preparación de los reactivos que son necesarios para agregarlos como solución a un determinado porcentaje, como el hidróxido de sodio que se requiere una solución al 20% y con 5% de exceso, dicha reacción de la materia prima con el hidróxido de sodio se obtiene el estearato de sodio soluble y esto se da a una temperatura cerca a ebullición del agua aproximadamente a 80ºC. Así como también la reacción cerca al punto de ebullición del agua del estearato de sodio con una sal de calcio preparada al 20% y con un 5% de exceso para obtener un el estearato de calcio que se volvió insoluble, este compuesto insoluble se filtro retirándose la mayor cantidad de agua y cloruro de calcio que pudo quedar solubilizado en agua. Finalmente se peso el compuesto húmedo llevándose al desecador y al cabo de una semana se obtuvo otro peso, siendo el rendimiento de 162.8%.

III. PRESENTACION DE DATOS

Tabla Nº1: Masa molar de reactivos

Sustancia Acido esteárico

Hidróxido de sodio

Estearato de sodio

Cloruro de calcio

Estearato de calcio

Masa molar 284g/mol 40 g/mol 306 g/mol 111 g/mol 606 g/mol

Se quiere obtener:

Estearato de calcio 20 gramos

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IV. EJEMPLOS DE CALCULOSEstequiometria de la formación del estearato de sodio.

(Ácido esteárico) Estearato de sodioC17H 35COOH+NaOH−−→C17H 35COONa+H 2O

284gg 40g 306g18.75g 2.64 g 20.2g

Se quiere preparar acido esteárico al 10%. Para ello realizamos lo siguiente:Si tenemos 18.75g de ácido esteárico

10%=0.9 x18.750.1

168.75ml deagua

El hidróxido de sodio se necesita al 5 % en exceso entonces:5%exc=2.64 x1.05=2.78g

Se quiere preparar al 20% de hidróxido de sodio, entonces:

20%=2.78 x0.80.2

=11.12mldeagua .

Estequiometria de la formación del estereato de calcio.

Estearato de sodio Estearato de calcio (Insoluble)

2(C ¿¿17H 35COONa)+CaCl2−−→¿¿612g 111 g 606g20.g2 3.67g =4.13g(pureza) 20g

5%exc=4.13 x1.05=4.32 g

Se quiere preparar al 20% de hidróxido de sodio, entonces:

20%=4.32 x0.80.2

=17.32ml deagua .

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V. TABLAS DE RESULTADOS.

Tabla Nº2: Estearato de calcio obtenido y sus propiedades

Estearato de calcioPeso obtenido

Formula molecular

Calcio% Estado físico

Temperatura de auto ignición

Densidad relativa

36.56 g Ca (C18H35O2)2

6.6 – 7.2 Polvo blanco

117ºC 1.03

VI. DISCUSION

Se calienta la solución de ácido esteárico en caliente para favorecer la disolución del aceite, aumentar su solubilidad. El motivo de obtener primero un jabón soluble es para permitir que todo el estearato se halla formado como estearato de sodio (soluble), esto es posible por la mayor atracción electroestática que existe entre el estearato y el ion sodio por tener cargas iguales. La atracción electrostática entre el estearato y el ion calcio no es tan efectiva y aparte que este producto es insoluble y esto generaría que no todo el estearato se halla formado.

El estearato de sodio se hizo reaccionar con cloruro de calcio con 5% de exceso para asegurar que todo el estearato de sodio presente se transforme completamente a estearato de calcio. Por tanto el nuevo compuesto, estearato de calcio empezó a volverse insoluble debido a que es ligeramente soluble en agua caliente aproximadamente a 80ºC y luego de ello la solución y precipitado se filtro con una tela para retener el estearato de calcio formado, pero como se utilizo un exceso de cloruro de calcio, por dicha maya la sal de calcio disuelta en agua pasa por el filtro.

Para obtener el estearato de calcio es simplemente una reacción de desplazamiento donde el calcio desplaza al sodio pero en el proceso de generación del coloide, moléculas de agua se adhieren en la superficie del coloide y dentro de los poros del mismo. Esto es uno de los motivos por el cual se obtuvo un peso mucho mayor de 20 gramos. Otro de los motivos es decir que la energía de hidratación de un ion alcalino terreo, en este caso el calcio, es cerca de cinco veces la de un ion alcalino. Si comparamos con el peso obtenido del oleato de zinc, el estearato de calcio se obtuvo un peso mayor; aun así ambos con gran cantidad de agua pero el calcio por sus propiedades tiende a formar moléculas más grandes por las propiedades de un alcalino terreo frente a un elemento de transición como el zinc.

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VII. CONCLUSIONES

Se logro efectivamente preparar el jabón de calcio mediante reacción de desplazamiento, donde todo el proceso de laboratorio se manejo una temperatura cerca a ebullición 80ºC aproximadamente.

Se logro un rendimiento de 162.8% debido a que el tiempo de secado no fue el necesario para poder obtener un producto seco. Por tanto el tiempo de secado debió haber sido mayor ya que para la formación del jabón de un ion alcalino terreo ocurre que este tiene una elevada energía de hidratación y por ende al formarse el estearato de calcio, la cantidad de agua que se forma junto a este es grande y debido a esto es que se obtiene un producto final mayor a 20g y con un rendimiento mayor a 100%.

Los cálculos estequiométricos realizados fueron efectivos para poder llevar a cabo las reacciones y establecer qué cantidad de cada reactivo se va a utilizar para obtener un peso teórico de 20g de estearato de calcio.

VIII. RECOMENDACIONES

El tiempo de secado en el desecador debió de ser mayor para poder evidenciar el peso real sin agua del estearato de calcio, o también podría emplearse un sistema de mucha mayor efectividad para eliminar la mayor presencia de agua del precipitado y así apreciar el verdadero rendimiento del proceso.

El ambiente de trabajo debe ser lo más seco posible ya que de lo contrario podría ocurrir errores de pesada con el hidróxido de sodio ya que este es higroscópico y se podría estar pesando el hidróxido de sodio con presencia de agua y esto elevaría la presencia de agua, lo cual aumentaría la cantidad de agua que se quede adherida en el estearato de calcio y se necesitaría mayor tiempo de secado para eliminar el agua.

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IX. BIBLIOGRAFIA http://www.mexichem.com.co/CloroVinilo/DerivadosColombia/descargas/MSDS-

%20Estearato%20de%20Calcio_Tipo_Prime_y_Tipo_A.pdf

http://www.catalogocharlotte.com/fams/pdf/estearatos/MSDS%20ESTEARATO%20DE %20CALCIO%20ESP.pdf

https://books.google.com.pe/books? id=VbTd7jV8Fo0C&pg=PA326&dq=produccion+de+estearato+de+calcio&hl=es&sa=X&ei=KxlZVbvUJIKUNrCQgbAE&ved=0CCEQ6AEwAQ#v=onepage&q=produccion%20de%20estearato%20de%20calcio&f=false

https://www.google.com.pe/url? sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0CBsQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.merckmillipore.com%2FINTERSHOP%2Fweb%2FWFS%2FMerck-INTL-Site%2Fen_US%2F-%2FUSD%2FShowDocument-File%3FProductSKU%3DMDA_CHEM-800673%26DocumentType%3DMSD%26Language%3DES%26Country%3DES&ei=xgpZVZ7KKfT_sAS424GoAg&usg=AFQjCNHcs_vHZQIOn8z7ic7mKjavJRHz9g&sig2=O5O5PIbp7fZvmXTowusH8g&bvm=bv.93564037,d.cWc

http://www.materiaoleochemicals.com/acido-estearico.html

http://www.quiminet.com/articulos/produzca-jabones-de-alta-calidad- con-acido-estearico-3350353.htm

http://www.efice.com.uy/index.php? option=com_content&task=view&id=35&Itemid=55

https://deymerg.files.wordpress.com/2011/03/informe-de-laboratorio- 6_propiedades-quc3admicas.pdf

http://www.mezcladores.com/946/132101.html

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X. CUESTIONARIO

1.- Si el acido esteárico tiene un precio en el mercado local de $2.00 por Kg; y el cloruro de calcio un precio de $1.00 kg; y la soda caustica tiene un precio de $1.50 el kg de solución al 50% en peso. Determinar el costo de materia prima para la producción de 1000 kg de estearato de calcio.

Materia prima:

Para Acido Esteárico:

284 306 g

Z 1009.9 kg

Z = 937.29 kg de acido esteárico

En dólares:

937.29 Kg x $2.00 = $ 1874.58

Para el cloruro de calcio:

111 606

X 1000 kg

X = 183.16 kg de cloruro de calcio

En exceso de 5%:

X= 183.16 kg x 105% = 192.32 kg

En dólares:

192.32 Kg x $1.00 = $192.32

Para Hidróxido de Sodio:

40 g 306 g

W 1009.9 kg

W = 132.01 kg de hidróxido de sodio

En dólares:

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132.01 Kg x $1.50 = $198.015

En total, el costo de materia prima seria de: $ 2264.915

2.-Trazar un diagrama de flujo (en bloques) de los equipos necesario para la fabricación de estearato de calcio, en una planta industrial tipo batch.

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Reactor de solucion acido estearico Caldera Reactor de solucion

hidroxido de sodio

Reactor de Agitacion con calor

Regulador de temperatura

Reactor para solucion de cloruro

de calcio

Filtro prensa Lavados quimicos y

sopladores con vapor

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3.- Calcular la cantidad de agua que se han de agregar para la preparación de las soluciones de acido esteárico, soda caustica y cloruro de calcio, en una planta que va a producir 2000 kg de estearato de calcio, la soda caustica se compra en soluciones al 50% en peso, el acido esteárico es puro.

Presentar los cálculos para producir 2000 Kilogramos de oleato:

612 111 606

Y X 2000 kg

Para el Estearato de Sodio:

612 606

Y 2000 kg

Y = 2019.8 kg de Estearato de sodio

Para el cloruro de calcio:

111 606

X 2000 kg

X = 366.33 kg de cloruro de calcio

En exceso de 5%:

X= 366.33 x 105% = 384.64 kg

Segunda Parte de Cálculos:

284 40 306 g

Z W 2019.8 kg

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C18H35O2 + NaOH (C18H35O2)2 Na + H2O

2C18H35O2Na + CaCl2 (C18H35O2)2 Ca + NaCl

2C18H35O2Na + CaCl2 (C18H35O2)2 Ca + NaCl

C18H35O2 + NaOH (C18H35O2)2 Na + H2O

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Para Acido Esteárico:

284 306 g

Z 2019.8 kg

Z = 1874.58 kg de acido esteárico

Como el acido Esteárico que utilizaremos es 100% puro, no hay problema en los cálculos.

Para Hidróxido de Sodio:

40 g 306 g

W 2019.8 kg

W = 264.02 kg de hidróxido de sodio

En exceso de 5%:

X= 264.02 x 105% = 277.2 kg de Hidróxido de sodio.

Preparación de las soluciones utilizadas:

Para Acido Esteárico al 10% peso:

1874.58 kg 30 %

X 70 %

X = 4374.02 cc de H2O = 4.37 L de agua

Para NaOH al 50% en peso:

277.2 kg 50%

W 50%

W = 277.2 cc de H2O =0.27 L de agua

Para Cloruro de Calcio al 30% en peso:

384.64 kg 30%

W 70%

W = 897.49 cc de H2O = 0.89 L de agua.

El total de Agua a utilizar es de 5.53 L de agua.

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4.- Describa las propiedades físicas y químicas y aplicaciones del acido esteárico:

Propiedades Físicas y Químicas básicas

Forma SolidoColor BlancoOlor Rancio

Punto de solidificación 54 – 59 °CPunto de fusión 68 – 70 °C

Punto de inflamación 196 °CSolubilidad en agua a 20 °C insoluble

Viscosidad 9.87 mPa.s a 70°CTemperatura de ignición 395°C

Densidad Aparente 400 – 500 Kg/m3

Reacciones violentas Agentes oxidantes y reductores, fuertes; soluciones fuertes de Hidróxidos alcalinos

Aplicaciones del Acido Esteárico:

El ácido tiene las siguientes aplicaciones en la industria:

Emulgente en la formación de cremas base.

Como emulsión evanescente.

Sustituto de la cera blanca para pomadas y ceratos.

Lubricante en la fabricación de comprimidos y cápsulas.

Recubrimiento entérico para píldoras y comprimidos gastrorresistentes.

En la industria del caucho, derivados del ácido esteárico son utilizados en la mezcla de sustancias que se adicionan al caucho para controlar flexibilidad u otras propiedades.

Algunos estearatos son utilizados por la industria polimérica, como lubricantes, agentes antiestáticos y agentes desmoldantes.

El ácido esteárico utilizado en la fabricación de velas mejora la apariencia, luminosidad, durabilidad y desmoldado.

En crayones, provee mejor dispersión de tinturas, mejor absorción y retención en el papel, entre otras.

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5.-Describa la fabricación del cloruro de calcio. Aplicaciones y propiedades. ¿Cómo se prepararía esta sal en el laboratorio?

Aplicaciones:

En la industria química es utilizado como fuente de calcio para la producción de sales de calcio.

Por sus cualidades higroscópicas, es muy utilizado como deshumificador para aire y gases. En la construcción es utilizado como aditivo para el concreto, especialmente en

estaciones frías, con el fin de acelerar el fraguado. En la industria papelera se utiliza para aumentar la fuerza de la red de los medios

corrugantes, otorgando dureza acuosa artificial que permite a la red drenar mejor, a la vez que mejora la retención de la tintura.

En refrigeración, las soluciones salinas de Cloruro de Calcio presentan bajo punto de congelamiento por lo que constituyen un elemento fundamental en múltiples aplicaciones.

En el tratamiento de aguas residuales, es un eficaz precipitante para la eliminación de fluoruros a la vez que mejora la eliminación de silicatos por densificación del floc.

De la misma forma, para el tratamiento de los desechos aceitosos, encuentra aplicación debido a su capacidad para romper las emulsiones oleosas.

Propiedades:

Forma SolidoColor BlancoOlor InodoropH 8 – 10 a 100 g/l 20 °C

Punto de Fusión 772 °CPunto de inflamación No se inflamaSolubilidad en agua 740 g/l a 20 °C

Densidad 2.15 g/ cm3

Reacciones Exotermicas Boro trifluoruro , éter vinilmetilico

Preparación en laboratorio

Al agregar el ácido clorhídrico (acuoso) al carbonato de calcio (sólido) se produce una mezcla blanca, lo que indica exceso de carbonato de calcio. Produce cloruro de calcio y también se producen burbujas, indicando la formación de gas (dióxido de carbono) que se libera a la atmósfera. La solución aumenta un poco de temperatura, lo que indica una reacción exotérmica.

CaCO3(s) + 2HCl (ac) ↔ CO2 (g) + CaCl (ac) + H2O (L)

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6.-Describa propiedades físicas y químicas y aplicaciones del calcio:

Aplicaciones:

Se usa en algunas aleaciones por ejemplo con el plomo dándole mayor dureza y como reductor para extraer ciertos metales como torio, vanadio, uranio y circonio.

El calcio metálico se utiliza para eliminar el azufre y sus compuestos en el proceso de refinado de aceites.

Sus compuestos tienen muchas aplicaciones. En los procesos de síntesis en química orgánica se usa para desecar (eliminar el agua) los disolventes tales como alcoholes.

Se utilizan ampliamente como excipiente en la fabricación de tabletas. Por encima de un 99% de una tableta puede ser sulfato de calcio.

La cal viva se utiliza como material refractario en hornos y en la construcción para la preparación del mortero.

El yeso (sulfato de calcio hidratado) también tiene aplicaciones conocidas por todos. El mármol (carbonato de calcio) se utiliza como material ornamental en la construcción y en estatuaria.

Propiedades Físicas y químicas básicas:

Forma SolidoOlor InodoropH > a 7

Punto de Fusión 850 °CSolubilidad en agua Si a 20 °C

Densidad 1.54 g/ cm3

Reacciones Incompatibles Sodio , silicio , plomo

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7.- Resuelva en siguiente problema:

Usted es supervisor de una fábrica de producción de químicos.

Se le solicita a preparar los insumos para producir 2000 kg de estearato de calcio, calcule Ud.

- Los kg de acido esteárico necesario necesario asumiendo 100% de pureza- Los litros de soda caustica al 50.5%(densidad = 1.530) necesario para la producción con 5%

en exceso.- Los kg de cloruro de clacio anhidro para dicha producción.- La cantidad de agua en Kg a agregar a la soda caustica si esta se debe intervenir con una

concentración de 20% en peso.- La cantidad de agua en kg para preparar la solución de CaCl2 al 10% en peso.

Presentar los cálculos para producir 2000 Kilogramos de oleato:

612 111 606

Y X 2000 kg

Para el Estearato de Sodio:

612 606

Y 2000 kg

Y = 2019.8 kg de Estearato de sodio

Para el cloruro de calcio:

111 606

X 2000 kg

X = 366.33 kg de cloruro de calcio

En exceso de 5%: X= 366.33 x 105% = 384.64 kg

Segunda Parte de Cálculos:

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C18H35O2 + NaOH (C18H35O2)2 Na + H2O

2C18H35O2Na + CaCl2 (C18H35O2)2 Ca + NaCl

2C18H35O2Na + CaCl2 (C18H35O2)2 Ca + NaCl

C18H35O2 + NaOH (C18H35O2)2 Na + H2O

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284 40 306 g

Z W 2019.8 kg

Para Acido Esteárico:

284 306 g

Z 2019.8 kg

Z = 1874.58 kg de acido esteárico

Como el acido Esteárico que utilizaremos es 100% puro, no hay problema en los cálculos.

Para Hidróxido de Sodio:

40 g 306 g

W 2019.8 kg

W = 264.02 kg de hidróxido de sodio

En exceso de 5%:

X= 264.02 x 105% = 277.2 kg

Pureza de 50.5%:

277.2/ 0.505 = 548.91 kg

En volumen (L):

548.91/1.50 = 365.94 cm3 = 0.365 L de soda caustica

Preparación de las soluciones utilizadas:

Para Acido Esteárico al 10% peso:

1874.58 kg 30 %

X 70 %

X = 4374.02 cc de H2O = 4.37 L de agua

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Para NaOH al 20% en peso:

548.91 kg 20%

W 80%

W = 2195.64 cc de H2O = 2.19 L de agua

Para Cloruro de Calcio al 10% en peso:

384.64 kg 30%

W 70%

W = 897.49 cc de H2O = 0.8 L de agua.

XI. RESPONDER LAS SIGUIENTES PREGUNTAS:

a) ¿Por qué razón se debe efectuar la reacción a 80ºC?

Para que no se funda el jabón metálico.

b) Si usted tiene que elegir como materia prima para la preparación, entre CaCl2 y Ca(OH)2. ¿Cuál es la razón para usar CaCl2?

Se elige el cloruro de calcio como materia prima debido a que actúa como desecante y favorece al ayudar al aumento de la cinética de reacción para eliminar el agua.

c) Después que ha terminado la reacción química. Ordene Ud. La secuencia de operaciones necesarias hasta llegar a proceso de comercialización con el producto envasado en bolsas de 30Kg c/u (el producto es polvo impalpable.

Molienda de finos filtración Secado Embolsado Pesado de bolsas en balanza electrónica Sellado de bolsa

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