RECUPERACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS DE CALIDAD COMERCIAL A ...
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1 RECUPERACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS DE CALIDAD COMERCIAL A PARTIR DE RESIDUOS DE LA REFINACIÓN DE ACEITES COMESTIBLES. ALEJANDRA MERINO VILLEGAS Ingeniería Química Asesor NESTOR Y. ROJAS UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE ING. QUIMICA BOGOTA 2005
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RECUPERACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS DE CALIDAD COMERCIAL A
PARTIR DE RESIDUOS DE LA REFINACIÓN DE ACEITES
COMESTIBLES.
ALEJANDRA MERINO VILLEGAS
Ingeniería Química
Asesor
NESTOR Y. ROJAS
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE ING. QUIMICA
BOGOTA
2005
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RESUMEN ................................................................................................................................7 1. PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO ............................................................................8
1.1 OBJETIVOS .................................................................................................................8 1.1.1 Objetivo General ..............................................................................................8 1.1.2 Objetivos Específicos ......................................................................................8
1.2 JUSTIFICACIÓN .......................................................................................................9 2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA.......................................................................................12
2.1 ORIGEN DE LOS SUBPRODUCTOS: PROCESOS DE REFINACIÓN DE ACEITES VEGETALES....................................................................................................12
2.1.1 Generalidades..................................................................................................12 2.1.2 Refinación cáustica de aceite de algodón y obtención del soap stock................................................................................................................................15
2.1.2.1 Generalidades..........................................................................................15 2.1.2.2 Pretratamiento “desgomado” ............................................................17
2.1.2.2.1 Eliminación de fosfátidos hidratables.....................................17 2.1.2.2.2 Eliminación de fosfátidos no hidratables ..............................18
2.1.2.3 Eliminación de las impurezas solubles en las grasas: Proceso de Refinación Cáustica.........................................................................................18 2.1.2.4 El Soapstock ............................................................................................20
2.1.3 Refinación física de aceite crudo de palma africana y obtención de ácidos grasos de palma crudos ......................................................................22
2.1.3.1 Pretratamiento con ácido fosfórico o cítrico ................................23 2.1.3.2 Eliminación de acidez libre e impurezas solubles: Refinación física ............................................................................................................................23 2.1.3.3 Ácidos grasos de aceite crudo de palma africana .....................24
2.2 PROCESOS PARA LA RECUPERACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS PROCEDENTES DE RESIDUOS DE REFINACIÓN ................................................25
2.2.1 Generalidades..................................................................................................25 2.2.2 Purificación y recuperación de ácidos grasos a partir del Soapstock de algodón ..............................................................................................26
2.2.2.1 Saponificación y concentración ........................................................26 2.2.2.2 Acidulación y desdoblamiento de ácidos grasos........................27
2.2.2.2.1 Acidulación industrial....................................................................28 2.2.2.2.2 Tipos de separación ......................................................................30 2.2.2.2.3 Tecnologías.......................................................................................31
2.2.2.3 Destilación de los ácidos grasos ......................................................32 2.2.2.3.1 Equipos utilizados ..........................................................................33
2.2.3 Purificación y recuperación de ácidos grasos a partir de ácidos grasos crudos de palma africana. .......................................................................34
2.2.3.1 Destilación de los ácidos grasos ......................................................34 3. METODOLOGÍA ..............................................................................................................35
3.1 EXPERIMENTACIÓN...............................................................................................36 3.1.1 Introducción .....................................................................................................36
3
3.1.2 Metodología: recuperación de ácidos grasos a partir de Soapstock .....................................................................................................................38 3.1.3 Metodología: recuperación de ácidos grasos a partir de ácidos grasos crudos de palma africana. .......................................................................39 3.1.4 Sensibilidad a la tasa de calentamiento ...............................................40
3.2 EQUIPOS DE LABORATORIO PROPUESTO Y UTILIZADO PARA LA SIMULACIÓN DE LOS PROCESOS DE RECUPERACIÓN...................................41
3.2.1 Equipos para ensayos ..................................................................................41 3.2.1.1 Equipos utilizados en la Destilación: ..............................................41 3.2.1.2 Equipos para análisis ............................................................................42
4. RESULTADOS EXPERIMENTALES DE LA RECUPERACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS .................................................................................................................................43
4.1 RESULTADOS EXPERIMENTALES DE LA RECUPERACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS DE SOAPSTOCK ..........................................................................43
4.1.1 Resultados experimentales de la recuperación de ácidos grasos de Soapstock, acidulado con ácido sulfúrico al 50% ...................................43
4.1.1.1 Destilación fraccionada ensayos 1A y 2A .....................................43 4.1.1.1.4 Variación de las temperaturas respecto al tiempo para destilación de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50%. ..................................................................................................................44 4.1.1.1.5 Análisis de fracciones recuperadas .........................................46 4.1.1.1.6 Título °C (consistencia y dureza) para recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50%...........46 4.1.1.1.7 Color para recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50%. .......................................................46 4.1.1.1.8 Rendimientos para recuperados Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50%. .......................................................48 4.1.1.1.9 Cromatografía de gases de las fracciones obtenidas (perfil de ácidos grasos) de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50%. ....................................................................................49 4.1.1.1.10 Análisis del residuo de destilación ........................................52
4.1.2 Resultados experimentales de la recuperación de ácidos grasos de Soapstock acidulado con ácido sulfúrico al 10% ....................................56
4.1.2.1 Destilación fraccionada ensayos 3A y 4A .....................................56 4.1.2.1.4 Variación de las temperaturas respecto al tiempo para recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%................................................................................................56 4.1.2.1.5 Análisis de fracciones recuperadas para Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%. ....................................58 4.1.2.1.6 Título °C (consistencia y dureza) para recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%. ........58 4.1.2.1.7 Color para recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%.......................................................59 4.1.2.1.8 Rendimientos para recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%. ....................................60
4
4.1.2.1.9 Cromatografía de gases de las fracciones obtenidas (perfil de ácidos grasos) para Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%.(Análisis efectuados en Cromatógrafo de gases marca Varian, modelo 6400, columna capilar) .........................61 4.1.2.1.10 Análisis del residuo de destilación ........................................64
4.2 RESULTADOS EXPERIMENTALES DE LA RECUPERACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS CRUDOS DE PALMA AFRICANA ..............................................................69
4.2.1 DESTILACIÓN FRACCIONADA ENSAYOS 1 Y 2 ..................................69 4.2.1.4 Variación de las temperaturas respecto al tiempo en la destilación de ácidos grasos crudos de palma Africana. ........................69 4.2.1.5 Análisis de fracciones recuperadas en la destilación de ácidos grasos crudos de palma africana.......................................................71 4.2.1.6 Título °C (consistencia y dureza) de ácidos grasos de palma africana recuperados ............................................................................................71 4.2.1.7 Color de ácidos grasos de palma africana recuperados .........72 4.2.1.8 Rendimientos obtenidos de ácidos grasos de palma africana recuperados .............................................................................................................73 4.2.1.9 Cromatografía de gases de las fracciones obtenidas (perfil de ácidos grasos) para ácidos grasos de aceite de palma africana recuperados. ............................................................................................................74 4.2.1.10 Análisis del residuo de destilación ................................................77
4.3 SENSIBILIDAD DE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES DE LA RECUPERACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS A LA TASA DE CALENTAMIENTO EN LA DESTILACIÓN.....................................................................................................80
4.3.1 Sensibilidad de los resultados experimentales de la recuperación de ácidos grasos de Soapstock acidulados con ácido sulfúrico al 50% a la tasa de calentamiento en la destilación. .....................................................80
4.3.1.1 Variación de las temperaturas respecto al tiempo para destilación de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50% tasa rápida. ...................................................................................................81 4.3.1.4 Resultados de recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50%, tasa rápida de calentamiento.......................................................................................................................................82 4.3.1.5 Rendimientos de ácidos grasos de recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50% con tasa de calentamiento rápida. ..........................................................................................84
4.3.2 Sensibilidad de los resultados experimentales de la recuperación de ácidos grasos de aceite de palma africana a la tasa de calentamiento en la destilación. ..........................................................................84
4.3.2.1 Variación de las temperaturas respecto al tiempo para destilación de ácidos grasos de palma con tasa rápida de calentamiento. ........................................................................................................85 4.3.2.3 Resultados de ácidos grasos de palma recuperados con tasa rápida de calentamiento. ....................................................................................86
4.4 APLICACIONES DE LAS FRACCIONES RECUPERADAS ............................89 4.4.1 Muestra de aplicación jabón base # 1:.................................................89
5
4.4.2 Muestra de aplicación jabón base # 2:.................................................90 4.4.3 Muestra de aplicación jabón base # 3:.................................................90 4.4.4 Muestra de aplicación jabón base # 4:.................................................91 4.4.5 Comparación visual entre aplicaciones 3 y 4 (la mejor fracción vs la sumatoria de las fracciones recuperadas para los recuperados de Soapstock acidulado con ácido sulfúrico al 50%) ......................................91 4.4.6 Muestra de aplicación jabón base #5: ..................................................92 4.4.7 Muestra de aplicación jabón base #6: ..................................................92 4.4.8 Comparación visual entre aplicaciones 5 y 6. (La mejor fracción vs la sumatoria de las fracciones recuperadas para los recuperados de Soapstock acidulado con ácido al 10%)...........................................................93 4.4.9 Muestra de aplicación jabón base # 7:.................................................93 4.4.10 Muestra de aplicación jabón base # 8: ..............................................93 4.4.11 Comparación visual entre aplicaciones 7 y 8. (las fracciones recuperadas destilados vs ácidos grasos de palma crudos sin destilar)...........................................................................................................................................93
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS .....................................................................................96 5.1 COLOR DE LA FRACCIONES RECUPERADAS ...............................................96
5.1.1 COLOR VS CONCENTRACIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO EN LA ACIDULACIÓN: ...........................................................................................................97 5.1.2 COLOR VS TASA DE CALENTAMIENTO EN LA DESTILACIÓN: .....98
5.1.2.1 Color vs. tasa de calentamiento en la destilación para Soapstock de algodón acidulado al 50%......................................................98 5.1.2.2 Color vs. tasa de calentamiento en la destilación para ácidos grasos de palma .....................................................................................................99
5.2 RENDIMIENTO DE LA FRACCIONES RECUPERADAS ................................99 5.2.1 RENDIMIENTO VS. CONCENTRACIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO EN LA ACIDULACIÓN .....................................................................................................100 5.2.2 RENDIMIENTO VS. TASA DE CALENTAMIENTO EN LA DESTILACIÓN ............................................................................................................101
5.2.2.1 Rendimiento vs. Tasa de calentamiento en la destilación para Soapstock de algodón acidulado al 50% .........................................101 5.2.2.2 Rendimiento vs. Tasa de calentamiento en la destilación para ácidos grasos de palma ..........................................................................103
5.3 TÍTULO (°C) DE LA FRACCIONES RECUPERADAS. .................................104 5.3.1 TÍTULO (°C) VS CONCENTRACIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO EN LA ACIDULACIÓN: .........................................................................................................104 5.3.2 TÍTULO (°C) VS TASA DE CALENTAMIENTO EN LA DESTILACIÓN: ..........................................................................................................105
5.3.2.1 Titulo (°C) vs. Tasa de calentamiento en la destilación para Soapstock de algodón acidulado al 50%....................................................105 5.3.2.2 Título vs. Tasa de calentamiento en la destilación para ácidos grasos de palma .....................................................................................106
6. ESCALAMIENTO A PLANTA PILOTO .....................................................................107 6.1 DIMENSIONAMIENTO DE PLANTA PILOTO ................................................107
6.1.1 Equipos ............................................................................................................108
6
6.1.1.1 Dimensionamiento del tanque de acidulación ..........................109 6.1.1.2 Dimensionamiento del condensador ............................................111
7. CONCLUSIONES ..........................................................................................................113 8. RECOMENDACIONES ....................................................................................................116 9.ANEXOS ...........................................................................................................................118 ANEXO 1.MONTAJE .........................................................................................................118 ANEXO 2. PUNTOS DE EBULLICIÓN ÁCIDOS GRASOS .....................................119 ANEXO 3.DATOS TEMPERATURA Vs TIEMPO EN DESTILACIÓN....................120 ANEXO 4. AOCS (TÍTULO)............................................................................................124 ANEXO 5. AOCS (color lovibond)...............................................................................125 ANEXO 6.PROCEDIMIENTO PARA ELABORACIÓN DE UNA MUESTRA DE PASTA DE JABÓN BASE EN LABORATORIO...........................................................126 ANEXO 7. PERFILES DE ÁCIDOS GRASOS.............................................................127 ANEXO 8. BALANCE DE MATERIA..............................................................................128 ANEXO 9. EQUIPOS PILOTO EXISTENTES EN LLOREDA S.A. ........................129 ANEXO 10. HOJA DE CÁLCULO DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS PILOTO................................................................................................................................................132 ANEXO 11. COTIZACIÓN EQUIPOS PLANTA PILOTO. .......................................135 10. REFERENCIAS............................................................................................................136
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RESUMEN
En el proceso de refinación cáustica de aceites crudos vegetales de soya,
algodón y girasol para uso comestible, se genera un subproducto que se
conoce como Soapstock. Este residuo de poco o ningún valor comercial,
ha sido empleado principalmente en un bajo porcentaje como materia
prima en la fabricación de jabones de lavar de bajo costo y de poca
calidad debido a su coloración oscura y olor desagradable. Sin embargo,
en los últimos años, la demanda de este tipo de jabones ha disminuido, al
ser sustituidos por otros de mejor calidad en el mercado, los cuales
requieren materias primas de mejor calidad para su fabricación tales como
sebos animales y estearinas de palma, generando excedentes de
Soapstock, los cuales de no encontrarse una aplicación viable para su
consumo, tendrían que ser desechados como residuos líquidos, o requerir
tratamientos especiales y costosos para su disposición a cuerpos de agua.
Igualmente, hay un segundo subproducto de la refinación física del aceite
de palma africana, llamado Ácido graso de palma crudo, el cual genera
similares inconvenientes en su utilización aunque de menor gravedad que
el Soapstock, dado que aún conserva cierto valor en el mercado.
En este trabajo se presenta un estudio para efectuar la recuperación de
los ácidos grasos presentes en los residuos de Soapstock de algodón y en
los ácidos grasos de palma crudos con el fin de lograr una buena
purificación de estos residuos y darles un mayor valor comercial,
ampliando su posibilidad de uso reemplazando materias primas de mayor
costo y calidad, planteando una solución al problema de disposición de
residuos en cuerpos de agua.
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1. PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo General
Recuperar ácidos grasos de calidad comercial a partir del Soapstock de
algodón y de ácidos grasos de palma crudos, provenientes de la refinación
cáustica del aceite crudo de algodón y de la refinación física del aceite
crudo de palma para uso comestible, obteniendo productos de mayor
valor en el mercado y con mayores posibilidades de uso, especialmente en
la industria de jabones.
1.1.2 Objetivos Específicos
• Documentar y diseñar un proceso para la recuperación de ácidos
grasos a partir de los residuos Soapstock y Ácidos grasos de palma
crudos.
• Mediante pruebas de laboratorio explorar el efecto de un grupo
reducido de variables que pueden afectar el rendimiento y la calidad de
los ácidos grasos recuperados.
• Verificar la capacidad de uso de los ácidos grasos recuperados en la
fabricación de jabones de buena calidad.
• Realizar un diseño preliminar de una planta piloto, reutilizando algunos
equipos existentes en la planta donde se efectuaron los ensayos de
experimentación en que se basa este proyecto de grado.
9
1.2 JUSTIFICACIÓN
La semilla de algodón y el fruto de palma africana representan unas de las
materias primas más usadas en el proceso de producción de aceites
vegetales comestibles. Con el fin de obtener un producto de buena calidad
y de condiciones óptimas para su consumo humano, los aceites crudos
provenientes de la extracción de aceite de las semillas deben ser
refinados, blanqueados y desodorizados.
En el caso del aceite crudo de algodón, debido a su alto contenido de
fosfátidos y su bajo nivel de acidez, se lleva a cabo una refinación
cáustica, poniendo en contacto el aceite crudo de algodón con soda
cáustica, produciendo un aceite refinado con un mínimo índice de
impurezas y un producto jabonoso impuro conocido como Soapstock. El
Soapstock es muy alcalino, está compuesto en su mayor parte por agua y
ácidos grasos saponificados (jabón de ácidos grasos), gomas, fosfátidos,
impurezas, que le dan un olor fuerte, color oscuro y baja consistencia con
un título cercano a 20°C .
Por esta razón, este residuo de ningún o poco valor comercial (0-50
pesos/Kg), ha venido siendo utilizado principalmente en cantidades
limitadas para la fabricación de jabones de lavar de bajo precio y color
oscuro. Actualmente, la demanda de este tipo de jabones ha venido
decreciendo, dejando este subproducto sin un uso especifico, haciendo
cada vez más necesario encontrar algún otro tipo aplicación, para evitar
tener que buscar alternativas de disposición de desechos que puedan
generar impactos ambientales.
Los ácidos grasos de palma forman parte de otro tipo de residuo,
proveniente de la refinación física del aceite crudo de palma. Este aceite, a
diferencia del aceite de algodón, contiene un alto nivel de acidez y un bajo
10
nivel de fosfátidos, por ello después de un pretratamiento con ácido cítrico
y un blanqueo con tierras diatomáceas activadas, se realiza una refinación
física en condiciones de alta temperatura y vacío utilizando vapor directo y
cámaras de flasheo. Durante la refinación física se eliminan algunas
impurezas y la acidez en exceso del aceite, obteniendo un aceite refinado
y desodorizado con un bajo nivel de acidez libre, óptimo para el consumo
humano y como subproducto ácidos grasos libres con impurezas. Estos
ácidos grasos libres con impurezas tienen un valor comercial entre
aproximadamente 600-800 pesos/Kg aproximadamente, pero al ser
recuperados pueden sustituir materias primas de buena calidad tales
como sebos animales y estearinas de palma, los cuales tienen un valor de
1100-1400 pesos/Kg.
En este proyecto se analizaran las variables necesarias para realizar un
proceso de extracción de los ácidos grasos presentes en el Soapstock de
algodón de manera económica. Se busca que los ácidos recuperados
tengan características de mayor pureza, un color más claro y olor
agradable, para que puedan ser utilizados en procesos industriales
posteriores, como por ejemplo en la fabricación de jabones de lavar finos
y de tocador, sustituyendo materias primas de mayor valor, tales como
sebos de buena calidad o estearinas de palma.
Igualmente, se analizarán las variables necesarias para la purificación de
ácidos grasos crudos de palma africana, para obtener mejores
características cualitativas que permitan sustituir al igual que los ácidos
grasos de algodón, materias primas de mayor valor comercial.
Este proyecto gracias al préstamo de las instalaciones, capital humano y
recursos disponibles por Lloreda S.A., ubicada en la ciudad de Cali, hizo
posible llevar a cabo esta investigación para este proyecto de grado de
Ingeniería Química, que permita plantear un nuevo uso de este tipo de
11
residuos de bajo o ningún valor comercial permitiendo reemplazar
materias primas de mayor calidad y costo.
Además con este proyecto se le encuentra un uso a estos residuos,
generando beneficios económicos para esta empresa una vez pueda ser
aplicado a nivel industrial, obteniendo una potencial materia prima para la
industria de jabones, con solución a su vez un problema ambiental de
disposición de desechos.
Este proyecto surgió del problema que representa la acumulación de estos
subproductos para la empresa, ya que anualmente se producen entre
1000 a 1500 toneladas de Soapstock (entre soya, algodón y girasol) y
2000 a 2500 toneladas de ácidos grasos de palma. Por esta razón esta
investigación en la cuál se estudia inicialmente la purificación del
Soapstock de algodón y los ácidos grasos de palma, podría extenderse a
otros subproductos como el Soapstock de girasol y soya, que presentan
problemas similares a los tratados en este proyecto. Por otra parte no
tenemos conocimiento que empresas colombianas refinadoras de aceites
vegetales, realicen procesos similares de recuperación de ácidos grasos a
partir de subproductos de la refinación, por lo cuál se espera que
presenten problemas similares a los de esta empresa, haciendo que el
proyecto sea aplicable a la mayor parte de estas industrias y en caso de
que alguna de ellas tuviera algún proceso distinto o similar, el valor de
este proyecto de grado es darle parámetros de conocimiento para una
posible optimización de sus actuales procesos.
Finalmente, a nivel académico es de gran interés tener un soporte
bibliográfico acerca de este tema, ya que gracias a la disponibilidad de
libros especializados, revistas y accesibilidad a la información por parte de
la empresa con la cuál se llevó a cabo el proyecto, logramos tener
información acerca de un tema en el cuál hay pocas referencias.
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2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
2.1 ORIGEN DE LOS SUBPRODUCTOS: PROCESOS DE
REFINACIÓN DE ACEITES VEGETALES
2.1.1 Generalidades
En este proyecto de grado se estudiará la purificación para la recuperación
de ácidos grasos de calidad comercial para dos tipos de residuos:
Soapstock de algodón y ácidos grasos de palma, los cuales son
subproductos de la refinación de aceites vegetales comestibles.
El Soapstock de algodón, proviene de la refinación cáustica del aceite
crudo de algodón. Este tipo de aceite con alto contenido de fosfátidos y un
bajo nivel de acidez, tiene impurezas que deben ser eliminadas por
refinación para poder comercializar un producto de buena calidad y de
óptimas características para su consumo posterior.
Los ácidos grasos de palma, el segundo subproducto a tratar, proviene de
la refinación física del aceite crudo de palma. Este aceite contrario al de
algodón tiene un alto nivel de acidez y un bajo contenido de fosfátidos que
deben ser eliminados por procesos de refinación para obtener un producto
de buena calidad y con las características necesarias para su consumo.
Con el fin de comprender y situar la procedencia de estos subproductos se
explicará inicialmente donde se ubica la refinación en el proceso de
producción de aceites vegetales crudos, tanto para el caso de algodón
como de palma ya que durante este proceso se generan los subproductos
que se trataran en el proyecto.
13
Ilustración 1. Diagrama de bloques general del proceso de extracción y refinación de aceite procedente semillas oleaginosas.
Después de extraer el aceite de las semillas oleaginosas, el aceite crudo
vegetal contiene un gran porcentaje de impurezas solubles e insolubles en
el aceite que deben ser eliminadas antes de su consumo.
Almacenamiento de materias
primas
Limpieza de las semillas
oleaginosas
Torta de residuos de la
molienda
Refinado del aceite
Aceite crudo Con impurezas
Molienda de las semillas
oleaginosas y extracción
mecánica del aceite
Extracción y separación de
aceites residuales
Torta
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Entre las impurezas insolubles y solubles presentes se encuentran:
• insolubles: fosfolípidos, clorofila, carotenos, ceras, hierro, calcio y
magnesio1.
• solubles: ácidos grasos, proteínas, gomas, resinas, materias
colorantes fosfatadas, hidrocarburos, cetonas, aldehídos, ácidos
grasos libres y otras sustancias, que tienen un efecto desfavorable
en el aroma, apariencia, sabor, color y estabilidad del aceite2.
Estas impurezas varían en porcentaje dependiendo de la semilla ya sea de
algodón o palma africana como se explicará posteriormente y deben ser
eliminadas en los posteriores procesos para obtener un aceite refinado
apto para el consumo humano.
Como se dijo inicialmente se tienen dos tipos diferentes de residuos: el
Soapstock de algodón que proviene de la refinación cáustica del aceite
crudo de algodón y los ácidos grasos de palma que provienen de la
refinación física del aceite crudo de palma africana como se muestra a
continuación.
Ilustración 2.Detalle del proceso de refinación cáustica de Soapstock de algodón3
1 Ref [3],[1] 2 Ref [3],[1] 3 Lloreda S.A
Ácido fosfórico Vacío
Ácidos grasos
Ácido cítrico
Soda cáustica
Soapstock
VacíoTierra
activada
Tierra gastada
Aceite crudo de algodón
REFINACION CAUSTICA
BLANQUEO DESODORIZACION ACEITE REFINADO
15
Ilustración 3.Detalle del proceso de refinación física de aceite crudo de palma africana y obtención de ácidos grasos libres4.
2.1.2 Refinación cáustica de aceite de algodón y obtención
del soap stock
2.1.2.1 Generalidades
Durante la refinación del aceite vegetal de algodón la impureza presente
en mayor porcentaje es llamada “lodo” o fosfátidos (hidratables y no
hidratables). Este tipo de impureza que constituye entre el 1-2% de la
composición del aceite de algodón está formada por ácidos fosfatados,
fosfatos, azúcares, tales como la galactosa, arabinosa y manosa, inotisol,
glucosamina ,ácido hexuronico y fitofingosina, así como ácidos grasos. Sin
embargo además de esta impureza se encuentran otras que en menor
porcentaje influyen en la calidad del aceite: aldehídos no saturados y
saturados de bajo peso molecular que influyen en el sentido del gusto en
los aceites comestibles5.
4 Lloreda S.A 5 Ref [3].
PRETRATAMIENTO BLANQUEO FRACCIONAMIENTOREFINACIO
Ácido Citrico
Palma Refinada
Oleina de Palma
Vacío
Estearina de Palma
VacíoTierra
activada
Tierra gastada
Palma Cruda
CONDESADO
Ácidos grasos libres
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Por esta razón es necesario llevar a cabo el proceso de refinación ya que
de no realizarse, este tipo de sustancias indeseables seguirían estando
presentes en la composición final del aceite.
La materia colorante en las grasas se compone principalmente de
pigmentos de carotenoides a los cuales se les debe la coloración amarilla y
anaranjada.
En el caso del aceite de soya también se tienen pigmentos derivados de
la clorofila.
Como se mencionó anteriormente, algunos aldehídos de bajo peso
molecular, afectan el sabor de los aceites comestibles, pero aparte de
estos otro tipo de sustancias pueden también tener un efecto
desagradable en el sabor de los aceites como lo son algunos hidrocarburos
no saturados, particularmente los compuestos de terpenos y cetonas;
triglicéridos que conforman los componentes mas volátiles generadores de
mal sabor los cuales se deben eliminar por desodorización6.
Otro de los componentes de los aceites crudos son los ácidos grasos
libres, que son resultado de la acción de las enzimas lipolíticas en los
glicéridos durante el almacenaje y tratamiento de los materiales que
contiene el aceite. Sin embargo los glicéridos no son impurezas extrañas,
ya que forman parte de la molécula de glicéridos y las grasas pueden
alojar alrededor de 0.3 % o más de ácidos grasos libres sin que el olor y
el sabor sea notablemente afectado, a menos que los ácidos grasos libres
sean de bajo peso molecular, como el miristico laurico y ácidos de menor
peso molecular.
Entre los ácidos grasos presentes en los aceites se encuentran: los
saturados y los insaturados. Los primeros, de menor peso molecular,
están presentes en una cantidad del 15% y no tienen una gran influencia
detectable en el sabor. Los insaturados que en su estado puro tienen poco
o ningún sabor, pueden llegar a afectar el producto debido a una
6 Ref [3].
17
oxidación que aun en grado menor producen un sabor desagradable a
sustancias tales como los aldehídos.
Otro factor importante que puede afectar el producto es la alta acidez
presente en las grasas crudas. Esta puede deberse a uso de materias
primas de baja calidad almacenadas impropiamente, por un periodo largo
de tiempo o procesamientos inadecuados. Estas fallas pueden producir
grasas causantes de la acidez libre en los aceites y otras sustancias
extrañas. La acidez libre en los aceites devalúa el producto final y se
calcula generalmente como porcentaje de ácido oleico excepto en el aceite
de palma, donde se calcula como porcentaje del ácido laurico. Debido a
esto, es importante la eliminación o neutralización de los ácidos grasos
libres, que se realiza con soda cáustica ya que es el método más efectivo
de purificar los aceites crudos debido a que el jabón formado por la
neutralización elimina una gran cantidad de otras impurezas7.
2.1.2.2 Pretratamiento “desgomado”
2.1.2.2.1 Eliminación de fosfátidos hidratables
El aceite crudo de algodón crudo recién extraído de la semilla tiene entre
2 a 2.5 % de fosfátidos. Por esta razón y para facilitar el proceso posterior
de refinamiento, se realiza una hidratación en una proporción de 1 a 1
más un ligero exceso del aceite crudo, en un mezclador dinámico o
estático, para que haya un contacto íntimo y se separen los fosfátidos
hidratables del aceite desgomado. Posteriormente los fosfátidos
hidratados se separan por diferencia de densidad por medio de una
7 Ref [3].
18
centrífuga. Esta eliminación de fosfátidos hidratables tiene como
subproducto la lecitina la cuál tiene un valor comercial8.
2.1.2.2.2 Eliminación de fosfátidos no hidratables
El aceite crudo desgomado después de la hidratación contiene entre 0.2 %
- 0.4% de de fosfátidos no hidratables en su mayoría, por lo cual antes de
la refinación con soda cáustica se le hace un pretratamiento con un ácido
débil: ácido fosfórico o ácido cítrico con el fin de facilitar su separación. En
este procedimiento se utiliza ácido fosfórico de 50 a 85 % de
concentración para desgomar el aceite crudo, logrando eliminar los
fosfátidos y mucílagos presentes en el aceite de algodón.
Esta reacción de los fosfátidos con el ácido débil produce compuestos
polares que permiten su separación. Luego de separar las fases, los
fosfátidos y el mucílago se desechan y a la fase restante se le agrega
amoniaco para neutralizar cualquier cantidad de ácido fosfórico libre
presente, lo cual permite que se precipite cualquier mucílago residual9.
2.1.2.3 Eliminación de las impurezas solubles en las grasas:
Proceso de Refinación Cáustica
Es la primera etapa en el proceso de refinación del Aceite de algodón
debido a su alto contenido de fosfátidos y bajo contenido de acidez.
En el proceso de neutralización, se eliminan los ácidos grasos libres de
aceites, grasas crudas, fosfátidos, coloración e iones metálicos. Este
proceso se realiza generalmente con soda cáustica debido a su eficiencia y
bajo costo comercial. Este proceso de refinación se hace con soda cáustica
en exceso de 10 – 30%. La soda cáustica tiene el efecto combinado de
purificar, desgomar, neutralizar y decolorar parcialmente los aceites
crudos, y reacciona con los ácidos grasos libres donde el aceite con acidez
libre alta (1%), sale refinado con una acidez no mayor de 0.05%. Esta
8 Ref [2]. 9 Ref [2].
19
reacción forma jabones sódicos, lo cual ayuda a eliminar impurezas y
parte de la coloración indeseada, pero estos jabones tienen tendencia a
formar emulsiones en las que una parte de la grasa neutralizada se
dispersa formando productos menos valiosos (Soapstock)10. En algunos
casos el álcali puede atacar una pequeña parte de la grasa neutra y si se
usa en exceso puede causar la formación de grandes cantidades de jabón,
mayores a las justificadas por el contenido de ácidos grasos libres. Estas
fuentes de pérdidas, la emulsificación y sobre saponificación deben
mantenerse en el mínimo posible sin interferir con la obtención de un
producto de buena calidad. En este proceso se busca en lo posible que las
impurezas en su forma original o derivada se encuentren en solución en la
fase acuosa, pero cuando esto no es posible cualquier impureza insoluble
en fase acuosa deberá estar suspendida en ella o ser absorbida en la
materia insoluble en esa fase.
Posteriormente se separan en una centrifuga donde la fase mas liviana es
el aceite refinado y la fase pesada es el Soapstock (jabón con ácidos
grasos, gomas, fosfátidos, impurezas, olor fuerte, color oscuro y muy
alcalino).
Este residuo solo sirve para utilizarse en jabones de lavar de bajo precio y
de color oscuro. Por eso en este proyecto se analizaran las variables
necesarias para realizar un proceso para extraer los ácidos grasos
presentes en el soap stock de manera económica y con características de
mayor pureza de mejor color y olor para que puedan ser utilizados en
procesos industriales posteriores como por ejemplo en la fabricación de
jabones de lavar finos y de tocador sustituyendo materias primas de
mayor valor como sebos de buena calidad o estearinas de palma.
10 Ref [3].
20
Proceso de Refinación Cáustica
Aceite crudo
Vapor CalentadorCalentadorMezclador
Separador Centrifugo
Acido Fosfórico
Soda Cáustica
Agua Caliente
Soap Stock
Aguas Residuales
Aceite Ref. Caustico
Ilustración 4.Proceso de refinación cáustica de aceite de algodón11.
2.1.2.4 El Soapstock
El Soapstock es un subproducto proveniente de la refinación cáustica del
aceite de algodón, soya o girasol. En este proceso se obtiene el aceite
refinado y una fase jabonosa que posteriormente se separan en una
centrifuga donde la fase más liviana es el aceite refinado y la fase pesada
es el soap stock (jabón con ácidos grasos, gomas, fosfátidos, impurezas,
olor fuerte, color oscuro y muy alcalino)12.
La formación de estos jabones puede ser explicada por la siguiente
reacción13:
11 Lloreda S.A 12 Ref [8]. 13 Ref [17], [18].
21
O O ⎮⎮ ⎮⎮ R -C-O-H + NaOH R -C-O-Na + H2O
Ácido Graso + Soda Cáustica Jabón + Agua Esta reacción forma jabones sódicos, lo cual ayuda a eliminar impurezas y
parte de la coloración indeseada en el aceite vegetal. Por lo tanto estos
jabones tienen tendencia a formar emulsiones en las que una parte de la
grasa neutralizada se dispersa formando productos menos valiosos
(Soapstock)14.
Sin embargo este método de neutralización forma aceites que poseen
gomas y emulsiones que contienen con tenacidad la grasa neutra.
Igualmente se producen simultáneamente álcalis cáusticos y jabón lo cual
produce perdidas indeseables por saponificación de los glicéridos neutros.
Con este método se obtienen ciertas impurezas en el jabón que se
produce de la neutralización lo cual reduce la calidad del aceite ácido que
se obtiene de él.
El Soapstock de algodón se compone principalmente por agua (45.6%),
aceite neutro (18.7%). jabón sódico (24%) y gomas (11.3%). Además de
materia grasa el Soapstock posee fosfátidos, aldehídos, cetonas y otros
residuos que le dan la coloración oscura y un olor desagradable15.
Si las jabonaduras se derivan de aceites y grasas por pretratamientos
previos a la neutralización alcalina, pueden ser usados frecuentemente
como materias primas en la manufactura de jabón siempre que contenga
mas de 30 % de materia grasa total y que su transporte sea económico.
14 Ref [3] 15 Lloreda S.A
22
Su uso en el proceso de manufactura de jabón permite ahorrar parte de la
solución álcali necesaria en esta manufactura. Si las jabonaduras se
derivan de procesos en los que la purificación de la grasa es parte del
proceso de la neutralización, solamente pueden ser usados en jabones
corrientes, sin embargo en muchos casos la jabonadura puede ser tratada
con ácido mineral, sulfúrico o clorhídrico para recuperar y concentrar la
materia grasa, compuesta por una mezcla de ácidos grasos liberados del
jabón y aceite neutro de la emulsión con jabón. Esta mezcla es a menudo
llamada aceite ácido y generalmente contiene más del 97% de materia
grasa. El aceite ácido se puede manejar más prácticamente que la
jabonadura y como usualmente contiene menos del 1% de agua los
cargos por trasporte se reducen en cuanto a material inútil16. En el curso
de su producción el aceite ácido puede purificarse constituyendo entonces
un buen material para la manufactura de jabón o puede hidrolizarse
completamente y luego hacer una purificación de los ácidos grasos por
destilación. Se ha encontrado que mediante lavados de la jabonadura con
5 y 10% y retirando los residuos de lejía y agua que se forman, se elimina
una gran cantidad de impurezas. De este último el desdoblamiento de la
jabonadura se hace mediante la adición de ácidos minerales en cantidades
tales que la mezcla tenga una pequeña reacción ácida (para esto se usa
ácido sulfúrico concentrado).
2.1.3 Refinación física de aceite crudo de palma africana y
obtención de ácidos grasos de palma crudos
En el caso del aceite de palma el contenido de materia mucilaginosa es
bajo ya que el aceite crudo tiene un bajo nivel de fosfátidos y un alto nivel
de acidez lo cual hace que los procesos de desgomado y de refinación
16 Ref [3]
23
cáustica sean innecesarios y poco económicos. Sin embargo esta pequeña
cantidad de materia mucilaginosa debe ser eliminada y preparada por
medio de un pretratamiento para ser retirado en el refinamiento físico con
ácido cítrico o fosfórico como se explicará posteriormente. Por otra parte
el alto nivel de acidez debe ser retirado para el consumo humano del
aceite, por lo cuál a través de un proceso de refinación física a alta
temperatura (240-260°C) y alto vacío (2 mm de Hg Presión absoluta) con
arrastre de vapor se eliminan los ácidos grasos libres como se explicará
posteriormente17.
2.1.3.1 Pretratamiento con ácido fosfórico o cítrico
El pretratamiento con ácido cítrico seguido de un blanqueo con tierras
diatomáceas activadas, son procesos necesarios para eliminar fosfátidos,
sustancias que producen color, y metales permitiendo su inhabilitación
para evitar que ocurra oxidación del aceite y se pueda revertir el sabor.
2.1.3.2 Eliminación de acidez libre e impurezas solubles:
Refinación física
La eliminación de la acidez libre se realiza después de un Pretratamiento
ácido, y posterior destilación a altas temperaturas (240-260°C),
condiciones de alto vacío (2 mm de Hg de presión absoluta) y cámaras de
flasheo. Durante este proceso se eliminan sustancias que Producen Color,
productos de oxidación primaria, sustancias que producen olor y ácidos
Grasos Libres.
17 Ref [3], Lloreda S.A
24
PROCESO DE REFINACION FISICAAceite
Pretratado Vacío
Aceite RBD
Agua de Enfriamiento
Acido Cítrico-Antioxidante
Aceite Térmico
Aceite Térmico
Vacío
Acidos Grasos
VacíoAcidos Grasos
Agua de Enfriamiento
Vacío
Ilustración 5.Proceso de refinación física de aceite de palma africana18.
2.1.3.3 Ácidos grasos de aceite crudo de palma africana
Los ácidos grasos de palma, Debido al proceso de refinación física de
donde provienen, contienen un cierto nivel de impurezas arrastradas
durante la refinación que le dan una coloración indeseada anaranjada
(carotenoides en su mayoría) entre otro número de impurezas (aldehídos,
cetonas, etc). Estas impurezas que le dan un color oscuro y olor
indeseable deben ser eliminados para su posible uso en la fabricación de
jabones de buena calidad como se propone en este proyecto, y así
reemplazar materias primas de mayor calidad como los sebos animales y
las estearinas de palma.
18 Lloreda S.A
25
2.2 PROCESOS PARA LA RECUPERACIÓN DE ÁCIDOS
GRASOS PROCEDENTES DE RESIDUOS DE REFINACIÓN
2.2.1 Generalidades
Para obtener productos aptos para la fabricación de jabones de buena
calidad y de tocador, los residuos deben ser sometidos a un proceso de
purificación, en el cuál se eliminen el olor,la coloración oscura y la baja
consistencia que limitan el uso de este tipo de residuos.
La purificación de los residuos mencionados en este proyecto consiste en
recuperar los ácidos grasos presentes en los subproductos por lo cuál se
debe capturar la mayor cantidad de materia grasa en forma de ácidos
grasos para posteriormente poder eliminar impurezas volátiles (aldehídos
y cetonas) y las no volátiles (en su mayoría fosfátidos) por medio de una
destilación al vacío (25” de Hg).
Sin embargo, debido a la diferente procedencia de los residuos tratados,
el estado en cuanto a composición de los subproductos difiere:
• El Soapstock procedente de la refinación cáustica del aceite de
algodón tiene una composición jabonosa, alcalina con impurezas que
retiene tenazmente la grasa neutra.
• Los ácidos grasos de palma crudos, como su nombre lo indica, son
ácidos grasos con impurezas provenientes de la refinación física del
aceite de palma.
Debido a esta razón el Soapstock debe ser pretratado para poder obtener
la mayor parte de materia grasa para luego ser desdoblada en ácidos
grasos y así poder recuperarlos por medio de una destilación al vacío
purificando el producto final19. Por el contrario los ácidos grasos de palma
crudos, al encontrarse en la forma de ácidos grasos, no requieren de
pretratamientos por lo cuál se puede proceder directamente a la
19 Ref [18],[11],[21].
26
destilación al vacío dónde se separan los ácidos grasos de las impurezas
más volátiles y las no volátiles para obtener un producto de optima
calidad.
2.2.2 Purificación y recuperación de ácidos grasos a partir del
Soapstock de algodón
2.2.2.1 Saponificación y concentración
Debido a su composición química, el Soapstock tiende a formar
emulsiones que retienen tenazmente la grasa neutra. Por esta razón y con
el fin de aprovechar la mayor parte de la materia grasa presente en este
subproducto, la saponificación permite convertir el aceite neutro disuelto
en el Soapstock en materia grasa apta para ser acidulada, aumentando la
producción de ácidos grasos durante el proceso de desdoblamiento20.
Estas grasas neutras representan cantidades entre 10-30 % del Soapstock
que de no ser saponificadas disminuiría el rendimiento en la recuperación
de los ácidos grasos dejando la materia grasa en el residuo de cola de
destilado.
Durante la saponificación el Soapstock es mezclado íntimamente con una
solución alcalina, en la cuál se elimina el glicerol y se forman jabones
sódicos que permiten recuperar los ácidos grasos por medio de
acidulación21.
Este proceso se lleva a cabo con soda cáustica, con una temperatura de
reacción de 85-90°C durante una hora para mantener una velocidad de
reacción optima y asegurar que la reacción se ha llevado a cabo. Así
mismo a manera de parámetro cualitativo el aumento en la densidad de la
20 Ref [18]. 21 Ref [18]
27
solución tanto como el oscurecimiento de la misma al igual que la
obtención de una consistencia fluida indica la saponificación completa de
la materia grasa presente en el Soapstock y así garantizar las condiciones
necesarias para acidular la muestra y obtener un mayor porcentaje en el
rendimiento de recuperación de ácidos grasos.
Una vez saponificada la grasa neutra es necesario concentrar el Soapstock
saponificado ya que de esta forma se emplea una cantidad menor de
ácido sulfúrico en el proceso de acidulación.
Para lograr la concentración del Soapstock saponificado se agrega
salmuera (cloruro de sodio) en múltiples lavados para romper la emulsión
y retirar la soda en exceso. El rompimiento de ésta produce dos fases:
una aceitosa de consistencia grumosa y otra acuosa que arrastra
impurezas y parte de la coloración indeseada. Posteriormente el agua es
retirada obteniendo así un producto concentrado y listo para acidular.
2.2.2.2 Acidulación y desdoblamiento de ácidos grasos
Después de realizar la saponificación y concentración del Soapstock de
algodón, se debe llevar a cabo el proceso de acidulación ya que por medio
de este proceso se obtienen los ácidos grasos desdoblados a partir de la
siguiente reacción22:
R1-CO2Na R1-CO2H
2- R2-CO2Na + 2H2SO4 2- R2-CO2H + 3Na2SO4
R3-CO2Na R3-CO2H
22 Lloreda S.A
28
Durante esta reacción el ácido sulfúrico reemplaza el Ion sodio en la
cadena por un ión hidrógeno permitiendo recuperar los ácidos grasos
libres presentes en el Soapstock saponificado y concentrado.
Con el fin de asegurar el desdoblamiento total de ácidos grasos se debe
llevar la acidulación hasta un PH muy bajo según la literatura, que se
encuentra alrededor de 2 a una temperatura aproximada de 90°C,
evitando que queden jabones remanentes después de este proceso que
interfieran en el proceso de separación durante la destilación que se
llevará a cabo posteriormente23.
Una vez se alcance el PH necesario para obtener los ácidos grasos libres
se observa la formación de dos fases: agua ácida y fase orgánica
compuesta por ácidos grasos libres en su mayoría. Estas dos fases deben
ser separadas para facilitar el proceso de destilación posterior por lo cuál
se deja decantar y luego con el fin de agilizar el proceso de separación se
deben realizar lavados con agua para quitar el ácido sulfúrico remanente
en el Soapstock acidulado y otras partículas no grasas que le dan
coloración.
2.2.2.2.1 Acidulación industrial
La acidulación del Soapstock se puede llevar a cabo industrialmente ya
sea realizando un proceso por lotes o continuo.
2.2.2.2.1.1 Procesos por Lotes
El proceso de acidulación por lotes se lleva a cabo en reactores, dónde se
adiciona ácido sulfúrico y agua a una temperatura cercana a los 100 °C al
23 Ref [17],[18].[21],[28]
29
Soapstock con el fin que el calor adicionado permita que se lleve a cabo la
reacción de desdoblamiento de ácidos grasos. Para alcanzar el calor
necesario para esta reacción también se utiliza vapor directo para
homogeneizar la mezcla. Una vez se haya realizado la reacción se separan
las fases por decantación.
En la separación de las dos fases se forma usualmente una fase
intermedia entre el agua ácida y el aceite ácido conformada por material
no separable y aceite emulsificado. Esta fase intermedia está compuesta
en su mayoría por fosfolípidos y fosfátidos derivados de los triglicéridos
caracterizados principalmente por ser insolubles en agua y en la fase
grasa. Esta fase intermedia no es separable por adición excesiva de calor
sin embargo se puede minimizar realizando una saponificación preliminar
del Soapstock lo cuál facilitaría el proceso de separación.
2.2.2.2.1.2 Procesos Continuos
En el proceso continuo para llevar a cabo la acidulación del Soapstock, el
residuo es llevado desde la planta de refinación de aceites vegetales a un
tanque de almacenamiento, en el cuál por medio de vapor se
homogeneiza y regula la temperatura hasta alcanzar 90-92 °C.
Posteriormente el Soapstock es disuelto y preacidificado con agua ácida
recirculada hasta alcanzar un contenido de materia grasa entre 10-15%.
Luego se lleva a un tanque de mezclado dónde se realiza la acidulación
con ácido sulfúrico disuelto en agua recirculado hasta alcanzar el pH
necesario para el desdoblamiento de los ácidos grasos, por lo que estas
corrientes deben ser bien controladas. La dilución del ácido sulfúrico es de
suma importancia para evitar que el material se “queme” obteniendo un
producto final de ácidos grasos de inferior calidad.
30
Posteriormente la mezcla acidulada se lleva a un tanque de separación
dónde como su nombre lo indica se separan las fases: agua ácida y ácidos
grasos por medio de decantación.
La fase grasa compuesta principalmente por ácidos grasos puede ser
lavada con aproximadamente 10% de agua fresca y separado
posteriormente con el fin de obtener un mayor índice de pureza en el
producto final24.
2.2.2.2.2 Tipos de separación
La separación posterior al proceso de acidulación para el desdoblamiento
de ácidos grasos se ha llevado a cabo a nivel industrial ya sea en lotes o
continuamente.
Durante los procesos se debe garantizar la separación de las dos fases: el
agua ácida y los ácidos grasos. Según la literatura los métodos más
usados para esta separación son:
• decantación en procesos por lotes
• centrifugación en procesos continuos
• flotación de aire asistida por floculación polielectrolítica posterior a
la decantación en procesos continuos o en lotes.
La decantación es el método de separación más usado en estos casos ya
que tiene la capacidad de producir agua con una cantidad inferior a 150
ppm de material graso lo cuál es exigido por las normativas de disposición
de aguas residuales. Sin embargo este método requiere de varias horas
para obtener una buena separación requiriendo equipos de alto costo de
inversión y mantenimiento.
24 Ref [4].
31
La centrifugación es un método más rápido pero de menor eficiencia por
lo cuál se tienen pérdidas de materia grasa teniendo remanentes de
materia grasa de 300 a 7400 ppm en el agua ácida25. Por otra parte los
equipos para realizar esta operación tienen costos elevados y se podrían
presentar problemas de operación debido al alto potencial corrosivo del
Soapstock acidulado.
La flotación de aire asistida por electrolitos posterior a un proceso de
decantación es un método que tiene un bajo nivel de repetibilidad en
cuanto a la obtención de 150 ppm de remanentes grasos en el agua ácida,
además se requiere una neutralización adicional del agua ácida al igual
que la utilización de filtros, lo cuál aumenta los costos operacionales, de
mantenimiento y de inversión.
2.2.2.2.3 Tecnologías
Diferentes fuentes bibliográficas tratan sobre el tratamiento del Soapstock
de algodón en la industria oleoquímica debido a los problemas que
ocasiona este tipo de residuo.
Durante varias décadas se utilizaron métodos que incluían 3 o 4
destilaciones sucesivas para su purificación pero aún así se obtenía una
coloración amarillenta indeseada en los ácidos grasos recuperados.
En 1936 Sheeli estableció que un calentamiento bajo una atmósfera
hidrogenada previo a la destilación podría mejorar la coloración de los
ácidos grasos recuperados obtenidos26.
En 1949 Procter & Gamble a través de una patente indicó que un
pretratamiento oxidativo con persulfato de sodio o potasio durante la
25 Ref [23] 26 Ref [ 24]
32
saponificación podía mejorar la coloración de los ácidos grasos debido a la
disminución de gosipol pero esta a su vez afecta la estabilidad de los
ácidos grasos obtenidos al final del proceso de purificación27.
Una investigación hecha en la india sugirió un pretratamiento con ácido
bórico previo a la destilación para mejorar la coloración de los ácidos
grasos obtenidos de la recuperación28.
En Rusia se afirmó que la utilización de Ca(OH)2 para formar un
precipitado de sales de calcio seguido de una acidulación con ácido
sulfúrico puede remover gran parte de la coloración oscura de los ácidos
grasos recuperados29.
2.2.2.3 Destilación de los ácidos grasos
Después de realizar el desdoblamiento de los ácidos grasos contenidos en
el Soapstock de algodón se debe llevar a cabo la recuperación de los
ácidos grasos por medio de una purificación por destilación.
Este proceso permite separar los ácidos grasos de compuestos no volátiles
que son los que le confieren la coloración oscura al producto, al igual que
compuestos muy volátiles como los aldehídos y cetonas que se extraen
por vacío eliminando así el olor indeseado del producto30.
La destilación de ácidos grasos se lleva a cabo bajo presión de vacío (25”
de Hg) con el fin de emplear menores temperaturas de calentamiento
ayudado usualmente por un arrastre de vapor para agilizar el proceso a
temperaturas comprendidas entre 205 y 235 °C.
Esta separación de los ácidos grasos se basa en los diferentes puntos de
ebullición de los compuestos presentes en la mezcla que generalmente se
27 Ref [25] 28 Ref [26] 29 Ref [27]. 30 Ref [21],[17].
33
correlacionan con el número de carbonos de la cadena de cada compuesto
y con el numero de insaturaciones, por lo cuál la destilación de ácidos
grasos permite la recuperación de fracciones con similar peso molecular y
por lo tanto con características similares a nivel de coloración.
Los ácidos grasos calentados a altas temperaturas son de carácter
corrosivo por lo cuál es necesario que los equipos empleados sean de
acero inoxidable, preferiblemente AISI 316 que soporta las condiciones
requeridas por el proceso y tiene más bajo costo que otros aceros
inoxidables.
2.2.2.3.1 Equipos utilizados
El equipo más utilizado para llevar a cabo el proceso de destilación de
ácidos grasos consiste en una caldera calentada a fuego directo equipado
con una corriente de vapor sobrecalentado y una bomba de vacío.
Generalmente se usan procesos continuos con el fin de obtener
rendimientos mayores (10% más que en lotes) en cuanto a la obtención
del producto debido a la disminución por polimerización ( formación de
alquitrán).
Otro equipo utilizado es el sugerido por Wecker, en el cuál se realiza una
vaporización de los ácidos grasos en una cámara en forma de bandeja,
cerrada, plana, y rectangular con compartimientos interiores que calientan
la mezcla por medio de mecheros de gas (vapor húmedo). La carga es
calentada previamente con vapor por un intercambiador de calor para
luego ser desplazada hacia los distinto compartimientos del equipo
dispuestos en serie. A partir de este método se obtienen los ácidos grasos
recuperados sin embargo no es posible hacer una separación fraccionada
debido a limitantes del equipo.
34
Otras industrias oleoquímicas han utilizado torres de destilación con
platos y campanas de retención calentando la carga y el vapor de
borboteado por medio de vapor Dowtherm o aceite térmico permitiendo la
recuperación por fracciones y una ventaja en la condensación del producto
final evitando sobrecalentamiento que induzca la polimerización de la
mezcla.
2.2.3 Purificación y recuperación de ácidos grasos a partir de
ácidos grasos crudos de palma africana.
2.2.3.1 Destilación de los ácidos grasos
Los ácidos grasos crudos de palma africana es otro tipo de residuo
diferente al Soapstock tratado en este proyecto. Este residuo proviene de
la refinación física del aceite de palma africana al cuál por medio de este
proceso se le retira la acidez libre (ácidos grasos de palma).
Este residuo debido a su estado: “ácidos grasos”, no requiere el
pretratamiento mencionado anteriormente en el caso del Soapstock, sin
embargo las impurezas presentes en los ácidos grasos provenientes de la
refinación física deben ser eliminados por medio una destilación
fraccionada que permita recuperar los ácidos grasos libres de impurezas
que le confieren olor desagradable y una coloración oscura indeseada.
La destilación de los ácidos grasos de palma se comporta de manera
similar que la destilación de los ácidos grasos de Soapstock de algodón en
cuanto a que la separación se basa en los diferentes puntos de ebullición
de los ácidos grasos que componen la carga y que estos a su vez se
correlacionan con las diferencias en peso molecular y con las
instauraciones presentes (dobles enlaces).
35
Sin embargo este tipo de residuo no presenta los mismos problemas en la
cola de destilado que los mencionados anteriormente debido a la baja
presencia de fosfátidos y materia mucilaginosa en la carga inicial.
3. METODOLOGÍA
El estudio del efecto de las variables del proceso de recuperación de
ácidos grasos se llevará a cabo a través de una experimentación a nivel
de laboratorio. Para el Soapstock, se tomaron dos niveles de ácido
sulfúrico durante la etapa de pretratamiento para la obtención de ácidos
grasos a partir de este residuo, debido al alto contenido de fosfátidos.
Posteriormente, se destilaron ambos tipos de residuo (ácidos grasos de
Soapstock de algodón y ácidos grasos de palma crudos) por separado,
teniendo “los ácidos grasos” desdoblados para dos niveles en la tasa de
calentamiento de la destilación.
Las variables y niveles propuestos para estudiar se resumen en la tabla 2:
Variable manipulada Niveles Requerimientos
Concentración de ácido
sulfúrico en la acidulación
del Soapstock
2 niveles: 10% y 50 %
Tasa de calentamiento
durante la destilación
(Soapstock y palma)
2 niveles. Sugeridos:
bajo y alto
Vacío de mín.
25”Hg
Variable de respuesta
Recuperación de
fracciones de calidades
diferentes
3 o 4 fracciones para
diferentes rangos de
temperatura según el
residuo inicial.
Vacío de mín.
25”Hg
Tabla 1.Variables y niveles a estudiar
36
Este diseño proporciona un número de 8 experimentos. Se propone
realizar pruebas por duplicado, para determinar la repetibilidad de los
resultados.
Las variables de respuesta sugerida, como propiedades de la mezcla de
ácidos grasos recuperados son:
• el color
• el olor
• el rendimiento del proceso
• consistencia del producto recuperado
• color de jabón producido con soap stock inicial vs. con producto
recuperado.
Las propiedades serán determinadas a través de ensayos analíticos,
entre los cuales se incluyen:
- análisis cromatográfico (perfil de ácidos grasos)
- color Lovibond (medición de color en la muestra)
- título (°C) (consistencia o punto de solidificación)
- para el residuo de destilación se propuso un análisis de insolubles en
hexano que indica la presencia de materia grasa y formación de
cenizas.
3.1 EXPERIMENTACIÓN
3.1.1 Introducción
A partir de los dos tipos de residuos (Soapstock de algodón y ácidos
grasos de palma crudos) se realizaron 10 ensayos a partir de Soapstock
de algodón y 5 de ácidos grasos de palma a nivel de laboratorio para la
37
recuperación de ácidos grasos con el fin de determinar la influencia de un
grupo de variables en la calidad del los ácidos grasos recuperados
obtenidos como producto.
De estos ensayos 7 fueron pruebas preliminares y 8 fueron ensayos
efectivos, los cuales se muestran en este proyecto.
Las pruebas preliminares fueron rechazadas debido a posibles fugas en el
sistema de vacío, utilización de ácido sulfúrico a muy altas
concentraciones, condiciones de tasa de calentamiento no controlada o
recuperación total de las fracciones recuperadas.
Las variables tratadas en este proyecto son la concentración de ácido
sulfúrico en la acidulación y la tasa de calentamiento en el caso del
Soapstock de algodón.
En el caso de los ácidos grasos de palma solo la tasa de calentamiento en
la destilación debido a que la materia prima son ácidos grasos impuros y
no requieren de un pretratamiento.
Para la recuperación de ácidos grasos a partir del Soapstock se tomaron
muestras iniciales de 135 gramos de Soapstock saponificado y
concentrado y se realizó la acidulación para dos niveles diferentes de
concentración de ácido sulfúrico 10 y 50% para el desdoblamiento de
ácidos grasos y una tasa de calentamiento lenta en la destilación. Estos
ensayos se realizaron por duplicado para cada nivel, con el fin de
comprobar la repetibilidad del experimento y la influencia de la
concentración del ácido sulfúrico en el producto final obtenido.
Posteriormente se realizó un ensayo a una concentración de ácido
sulfúrico del 50% para la acidulación (desdoblamiento de ácidos grasos) y
una tasa de calentamiento rápida en la destilación con el fin de observar
la influencia de esta variable en la calidad de los ácidos grasos obtenidos.
38
Para la recuperación de ácidos grasos a partir de ácidos grasos de palma,
se tomaron muestras iniciales de 135 gramos y se realizó una destilación
con una tasa de calentamiento lenta por con el fin de comprobar la
repetibilidad del experimento. Posteriormente se realizó un ensayo a una
tasa de calentamiento rápida en la destilación, con el fin de observar la
influencia de esta variable en la calidad de los ácidos grasos obtenidos.
3.1.2 Metodología: recuperación de ácidos grasos a partir de
Soapstock
Para la recuperación de ácidos grasos a partir de Soapstock de algodón se
siguió el procedimiento mostrado en la ilustración #6, el cuál resume el
procedimiento escogido de acuerdo a los procesos comentados en la
literatura. Este método fue escogido reuniendo diferentes procesos
encontrados en la literatura, con el fin de aprovechar la mayor cantidad de
materia grasa presente en el residuo, utilizando operaciones de bajo costo
con respecto a otros procesos que requieren reactivos o catalizadores de
alto costo, para obtener buenos resultados en la coloración final del
producto.
Ilustración 6.Proceso de recuperación de Soapstock de algodón31
31 Ref [18],[11],[21],[1].
DESDOBLAMIENTO DE ACIDOS GRASOS Soapstock
crudo
H2SO4
DESTILADOR AL VACÍO
Agua ácida
PH: 1.5 2-Residuos
no volátiles
SAPONIFICACIÓN
NAOH
Lejía + Agua
Ácidos grasos
Desdoblados
CONCENTRACIÓN
SAL
Y
AGUA
Lejía
Jabón de ácidos grasos
AGUA
AGUA ACIDA PH: 4 - 5
Ácidos grasos
39
Antes de recuperar los ácidos grasos por medio de una destilación
fraccionada, se realizó un pretratamiento con el fin de concentrar el mayor
porcentaje de materia grasa presente en el Soapstock. Este
pretratamiento que consiste en la saponificación, concentración y
acidulación del residuo se hizo para 4000 g de Soapstock proveniente de
la refinación cáustica de aceites vegetales. Las cantidades exactas de los
insumos utilizados en este proceso tanto para el Soapstock acidulado con
ácido sulfúrico al 50% como para el acidulado al 10% de concentración se
encuentran en el balance de materia anexo32.
3.1.3 Metodología: recuperación de ácidos grasos a partir de
ácidos grasos crudos de palma africana.
Para la recuperación de ácidos grasos de palma, se tomaron 1000 g de
ácidos grasos de palma crudos provenientes de la refinación física del
aceite vegetal de palma africana. Este residuo no requiere de ningún
pretratamiento previo a la recuperación por destilación debido a su
procedencia y a su estado de “ácidos grasos”.
Debido a esta razón se procedió directamente a realizar la destilación del
residuo, por lo cuál se tomaron alícuotas de 135 g para realizar este
proceso.
32 Ver anexo [7]
40
3.1.4 Sensibilidad a la tasa de calentamiento
Para efectos del proyecto también se quiso investigar la influencia de la
tasa de calentamiento en la calidad de los productos obtenidos en las
fracciones recuperadas.
• Se tomaron 135 g de Soapstock acidulado con ácido sulfúrico al
50 %
• Se tomaron 135 g de ácidos grasos de palma crudos
Este proceso se llevó a cabo por duplicado para los dos residuos, a una
tasa de calentamiento rápida. Posteriormente se comparó con una
destilación con tasa de calentamiento lenta con el objetivo de ver la
variación en la calidad de los productos obtenidos debido a esta variable.
Los productos obtenidos de las fracciones recuperadas de la destilación
lenta y rápida también fueron sometidos a análisis de color y título para
determinar su calidad.
41
3.2 EQUIPOS DE LABORATORIO PROPUESTO Y
UTILIZADO PARA LA SIMULACIÓN DE LOS PROCESOS DE
RECUPERACIÓN.
3.2.1 Equipos para ensayos
3.2.1.1 Equipos utilizados en la Destilación:
• Balón destilación con desprendimiento lateral 1000 cc PYREX
• Condensador con bomba recirculación de agua atemperada 70 –
80ºC
• Válvula para romper vacío
• Bomba de vació para aprox. 25’’ Hg marca WELCH 1405
• Recipientes complementarios PYREX para recoger las fracciones
BOMBA DE
VACÍO
ESTUFA CALENTAMIENTO
RECIPIENTE
PARA
FRACCIONES
BALÓN DE DESTILACIÓN
CONDENSADOR
VALVULA
AGUA
AGUA
42
• Plancha de calentamiento marca CORNING. Temperatura. Máximo
300 ºC
• Termómetros marca silver brand escala –10 ºC – 360 ºC
• Manta de calentamiento para parte superior destilador capacidad
hasta 300 ºC.
3.2.1.2 Equipos para análisis
Análisis perfil de ácidos grasos:
• Equipo/ cromatógrafo de gases marca VARIAN 3600 con detector
deionizador de llama (fid) con columna capilar marca db-wax 30 m x
0.25 mm di x 0.25 µm de película como fase estacionaria.
Análisis de titulo en ºC (Método A.O.C.S. Tr1a-64)33:
• termómetro (-10ºC – 80ºC) con subdivisiones de 0.2 ºC, marca
SILVER BRAND.
• Baño de agua atemperado 10ºC por debajo del titulo esperado,
tubo de ensayo 20 cc de capacidad.
Análisis de color Lovibond (Método A.O.C.S. Cc 13b – 93)34:
• Colorímetro LOVIBOND Modelo E. (precisión 0.1 unidades de color)
33 ver Anexo [4] 34 ver Anexo [5]
43
4. RESULTADOS EXPERIMENTALES DE LA RECUPERACIÓN
DE ÁCIDOS GRASOS
4.1 RESULTADOS EXPERIMENTALES DE LA RECUPERACIÓN
DE ÁCIDOS GRASOS DE SOAPSTOCK
4.1.1 Resultados experimentales de la recuperación de ácidos
grasos de Soapstock, acidulado con ácido sulfúrico al 50%
4.1.1.1 Destilación fraccionada ensayos 1A y 2A
44
4.1.1.1.4 Variación de las temperaturas respecto al tiempo para
destilación de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico
al 50%.
ENSAYO 1A
Ilustración 7.Variación de las temperaturas respecto al tiempo para destilación de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50% ensayo 1A.
45
ENSAYO 2A
Ilustración 8.Variación de las temperaturas respecto al tiempo para la destilación de Soapstock de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50% ensayo 2A35.
35 Ver Anexo [3]
46
4.1.1.1.5 Análisis de fracciones recuperadas
Los resultados obtenidos para los ensayos 1A y 2A fueron los siguientes:
4.1.1.1.6 Título °C (consistencia y dureza) para recuperados de
Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50%.
Ilustración 9.Título °C (consistencia y dureza) para los recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50%.
TITULO (ºC) FRACCION 1 FRACCION 2 FRACCION 3 FRACCION 4 RESIDUO
ENSAYO 1A
ENSAYO 2A
40,8
40,2
35,2
34,6
20.2
21,0
17,2
17,4 ND
PROMEDIO 40,5 34,8 20,6 17,3 --
Tabla 2.Título °C (consistencia y dureza) para los recuperados de Soapstock de
algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50%.
4.1.1.1.7 Color para recuperados de Soapstock de algodón
acidulado con ácido sulfúrico al 50%.
47
El análisis del color de las muestras se hizo por color aparente y por
análisis de color Lovibond.
Ilustración 10.Color para Soapstock para los recuperados de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50%.
COLOR
LOVIBOND
Celda 1”
Rojo
FRACCION 1 FRACCION 2 FRACCION 3 FRACCION 4 RESIDUO
ENSAYO 1
ENSAYO 2
2.4
Crema
2.0
Crema
2.0
Crema Blanco
1.5
Crema Blanco
3.3
Crema Café
3.2
Crema Café
6.0
Café claro
2.2
Café claro
Negro Café
Tabla 3.Color para los recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido
sulfúrico al 50%.
48
4.1.1.1.8 Rendimientos para recuperados Soapstock de algodón
acidulado con ácido sulfúrico al 50%.
El rendimiento obtenido se obtuvo porcentualmente a partir de la
siguiente relación:
inicial
fracción
WW
=η
dónde η es el rendimiento, Wfracción es el peso de la fracción
recuperada y Winicial es el peso inicial de la muestra a destilar (135
g).
Ilustración 11.Rendimientos para los recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50%.
49
FRACCION
1
FRACCION
2
FRACCION
3
FRACCION
4 RESIDUO VOLATILES
16% 17% 36% 15% 14% 2%
ENSAYO 1A
Subtotal = 69% Subtotal = 31%
15% 17% 32% 18% 17% 1%
ENSAYO 2A
Subtotal = 64% Subtotal = 36%
16% 17% 34% 17% 15% 1%
PROMEDIO
Subtotal = 67% Subtotal = 33%
Tabla 4.Rendimientos para los recuperados de Soapstock de algodón acidulado
con ácido sulfúrico al 50%.
4.1.1.1.9 Cromatografía de gases de las fracciones obtenidas
(perfil de ácidos grasos) de Soapstock de algodón acidulado con
ácido sulfúrico al 50%.
(Análisis efectuados en Cromatógrafo de gases marca Varian, modelo
6400, columna capilar)
50
Tabla 5.9 Cromatografía de gases de las fracciones obtenidas (perfil de ácidos grasos) para los recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50% ensayo 1A.
ENSAYO 1ª
ACIDO GRASO SOAPSTOCK MUESTRA INICIAL
FRACCION 1
FRACCION 2 FRACCION 3 FRACCION 4
RESIDUO Observaciones
Laúrico C12. 0 0,21 1,60 0,17 0,00 0,00
Mirístico C14.0 0,54 2,55 0,97 0,11 0,03
Palmítico C16.0 18,20 37,34 30,14 15,79 3,66
Palmitoleico C16. 1 0,42 0,69 0,55 0,26 0,09
ND Se concentran en las fracciones 1 a 3
Esteárico C18. 0 3,90 3,08 3,62 4,54 4,49
Oleico C18. 1 25,42 21,75 25,06 28,84 27,82
Linoleico C18: 2 11,91 9,64 10,95 12,22 11,01
ND
Aprox. Constantes en todas las fracciones.
Octadecatetraenoico C18: 4 34,71 17,52 20,28 24,75 27,49
Araquídico C20. 0 0,33 1,01 1,41 2,28 3,70
Gadoleico C20:1 3,86 4,74 6,75 10,95 20,27
ND
Crece y se concentra en fracciones 3 y 4 sobretodo el Gadoleico.
Behénico C22. 0 0,51 0,09 0,11 0,26 1,45
51
ENSAYO 2A
ACIDO GRASO SOAPSTOCK MUESTRA INICIAL
FRACCION 1
FRACCION 2
FRACCION 3
FRACCION 4
RESIDUO Observaciones
Laúrico C12. 0 0,21 0,40 0,04 0,00 0,00
Mirístico C14.0 0,54 1,87 0,66 0,07 0,05
Palmítico C16.0 18,20 35,76 30,37 16,18 4,55
Palmitoleico C16. 1 0,42 0,68 0,53 0,28 0,13
ND Se concentran en las fracciones 1 a 3
Esteárico C18. 0 3,90 3,29 3,78 4,55 4,74
Oleico C18. 1 25,42 23,43 26,14 30,15 29,93
Linoleico C18: 2 11,91 10,19 11,09 12,38 11,77
ND Aprox. Constantes en todas las fracciones.
Octadecatetraenoico C18: 4 34,71 16,78 17,18 21,40 23,38
Araquídico C20. 0 0,33 1,40 1,77 2,62 3,67
Gadoleico C20:1 3,86 6,13 8,33 12,13 20,74
ND Crece y se concentra en fracciones 3 y 4
Behénico C22. 0 0,51 0,08 0,12 0,24 1,05
Tabla 6.Cromatografía de gases de las fracciones obtenidas (perfil de ácidos grasos) para los recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50% ensayo 2A36.
36 Ver Anexo [7]
52
4.1.1.1.10 Análisis del residuo de destilación
Ilustración 12.Insolubles en hexano y cenizas de residuo de destilado de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50%
INSOLUBLES EN HEXANO
(%) CENIZAS (%)
30 0.33
Tabla 7.Insolubles en hexano y cenizas de residuo de destilado de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50%
El porcentaje de insolubles en hexano se hizo para un gramo de residuo
de destilado realizando 4 lavados de 10 ml de hexano.
% Insolubles en hexano = peso en gramos de la muestra después de los
lavados (0.003314g)/ peso en gramos inicial de la muestra (1g) X 100.
La prueba de cenizas se realizó con 1 gramo de residuo de destilado que
fue quemado en una plancha a 250°C durante 30 min y calcinado en una
mufla a 600°C durante 2 horas.
% Cenizas = peso en gramos de las cenizas/ peso en gramos inicial de la
muestra (1g) X 100.
53
OBSERVACIONES:
A partir de las fracciones recuperadas en la destilación, se puede observar
una coloración bastante clara en las fracciones 1 y 2, color intermedio en
la 3, color más oscuro en la fracción 4 y marrón-negro en la cola de la
destilación.
En este ensayo se presentaron problemas de drenaje del residuo cola de
la destilación, y se obtuvo una cuarta fracción de coloración oscura y baja
consistencia. Por esta razón se decidió agrupar la fracción 4 con la cola de
destilado como un solo residuo, ya que facilita el drenaje en el destilador
eliminando una fracción recuperada que, debido a sus características, no
tendría un valor comercial significativo.
Las fracciones recuperadas poseen rangos similares de temperatura en la
destilación. Sin embargo existen pequeñas variaciones debidas
posiblemente a pequeñas oscilaciones en el nivel de vacío en el equipo de
laboratorio utilizado y a posibles errores de apreciación en la lectura de las
temperaturas.
Los análisis de consistencia de las fracciones recuperadas (títulos °C),
muestran que las fracciones 1 y 2 tienen una consistencia bastante sólida
a temperatura ambiente a causa de la presencia de ácidos grasos
saturados de bajo peso molecular y alto título (°C), una consistencia
intermedia en la fracción 3 y una baja consistencia para la fracción 4.
El análisis de color Lovibond muestra que la fracción 2 tiene una
coloración bastante clara, la fracción 1 y la fracción 3 poseen un color
intermedio y la fracción 4 tiene una coloración altamente oscura, al igual
que la cola residuo de la destilación.
54
Las fracciones 1, 2 y 3, debido a su apariencia (color más claro) y mejores
características en consistencia a las de la fracción 4 y a la cola del
destilado, muestran su potencial uso como producto recuperable, gracias
a la obtención de una mejor calidad a la que se tiene en el insumo
original. La suma de estas fracciones representa un rendimiento de
aproximadamente 67% del material que entra a la destilación, siendo la
fracción 3 la que mayor rendimiento presentó entre las fracciones
recuperadas.
A partir del perfil de ácidos grasos se obtuvieron las siguientes
observaciones:
1. La composición de ácidos Grasos presentes en las fracciones
recuperadas en los dos ensayos se encuentran en un rango similar,
indicando que para fracciones similares, se obtienen composiciones
parecidas al repetir el experimento, especialmente en las fracciones 1,
2 y 3 que son las que generan el producto de recuperación que se
busca.
2. Para la fracción 4, la composición de ácidos grasos en los dos ensayos
no presenta valores similares ya que se encuentra cercano al residuo
de destilación. Este residuo puede ejercer una posible contaminación
de la fracción recuperada dándole una calidad inferior comparada con
las otras fracciones recuperadas (1,2 y 3).
3. Los ácidos Láurico, Miristico, Palmitico y Palmitoleico, de más bajo
numero de carbonos, destilan a las temperaturas más bajas y se
concentran principalmente en las fracciones 1 y 2, dando como
resultado productos de coloración más clara y consistencia más sólida
(alto título (ºC)). Las mejores características hacen de estos ácidos
grasos un producto más valioso para usos industriales más exigentes
en cuanto a calidad que los permitidos por la materia prima inicial.
55
4. Los ácidos Oleico y Linoleico permanecen aproximadamente
constantes en las cuatro fracciones debido a su peso molecular
intermedio entre los ácidos presentes, con respecto al contenido de la
muestra original. Sin embargo, tienen tendencia a concentrarse en la
fracción 4.
5. El ácido Octadecatetraenóico destila en menor cantidad en las
fracciones 1 y 2 y se concentran principalmente en las fracciones 3 y
4, debido a la presencia de compuestos de mayor peso molecular de
color más oscuro y menor consistencia.
6. El ácido Gadoleico crece fuertemente en las fracciones 3 y 4 por
encima del contenido original de la muestra, lo que podría significar
que muchos de los ácidos grasos de alto numero de carbonos y
temperaturas de destilación más altos, se están polimerizando y
transformándose en ácido Gadoleico. Este ácido arrastra la mayor
parte de las impurezas presentes en la cola de destilado, por lo cuál se
obtiene una coloración oscura y una consistencia menos sólida en las
fracciones recuperadas37.
7. El ácido Behénico se concentra en las últimas fracciones.
Los análisis realizados para la cola de la destilación muestran que el
residuo tiene 30% de solubles en hexano. Se puede decir que aún
contiene un porcentaje de materia grasa que permite que este residuo sea
utilizado como insumo para la fabricación de jabones de inferior calidad. El
porcentaje de cenizas 0.33% muestra que la cantidad de cenizas
formadas después de la calcinación e incineración de la muestra es
mínima comparado con el peso inicial de residuo quemado. Lo anterior
daría una alternativa para su disposición por medio de su calcinación en la
caldera.
37 Ref[20]
56
4.1.2 Resultados experimentales de la recuperación de ácidos
grasos de Soapstock acidulado con ácido sulfúrico al 10%
4.1.2.1 Destilación fraccionada ensayos 3A y 4A
4.1.2.1.4 Variación de las temperaturas respecto al tiempo para
recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido
sulfúrico al 10%.
ENSAYO 3A
Ilustración 13.Variación de las temperaturas respecto al tiempo para los
recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%
ensayo 3A.
57
ENSAYO 4A
Ilustración 14.Variación de las temperaturas respecto al tiempo para los recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10% ensayo 4A38.
38 Ver Anexo [3]
58
4.1.2.1.5 Análisis de fracciones recuperadas para Soapstock de
algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%.
Los resultados obtenidos para los ensayos 3A y 4A fueron los siguientes:
4.1.2.1.6 Título °C (consistencia y dureza) para recuperados de
Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%.
Ilustración 15.Título °C (consistencia y dureza) para los recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%.
TITULO (ºC) FRACCION 1 FRACCION 2 FRACCION 3 RESIDUO
ENSAYO 3A
ENSAYO 4A
40,8
40,6
34,8
35,0
21,8
21,6 ND
PROMEDIO 40,7 34,9 21,7 --
Tabla 8.Título °C (consistencia y dureza) para los recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%.
59
4.1.2.1.7 Color para recuperados de Soapstock de algodón
acidulado con ácido sulfúrico al 10%.
El análisis del color de las muestras se hizo por color aparente y por
análisis de color Lovibond.
Ilustración 16.Color para los recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%.
COLOR LOVIBOND Celda 1” Rojo
FRACCION 1 FRACCION 2 FRACCION 3 RESIDUO
ENSAYO 3A ENSAYO 4A
2.2 Crema 2.0 Crema
1.4 Crema Blanco 1.4 Crema Blanco
3.4 Crema Café 2.8 Crema Café
Negro Café
PROMEDIO 2,1 1,4 3.1
--
Tabla 9.Color para los recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%.
60
4.1.2.1.8 Rendimientos para recuperados de Soapstock de algodón
acidulado con ácido sulfúrico al 10%.
El rendimiento obtenido se obtuvo porcentualmente a partir de la
siguiente relación:
inicial
fracción
WW
=η
Dónde η es el rendimiento, Wfracción es el peso de la fracción
recuperada y Winicial es el peso inicial de la muestra a destilar (135
g).
Ilustración 17.Rendimientos para los recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%.
61
FRACCION 1
FRACCION 2
FRACCION 3
RESIDUO VOLATILES
24% 42% 8% 20% 6%
ENSAYO 3A
Subtotal = 74% Subtotal = 26%
22% 43% 10% 24% 1%
ENSAYO 4A
Subtotal = 75% Subtotal = 25%
23% 42% 9% 25% 1%
PROMEDIO
Subtotal = 74% Subtotal = 26%
Tabla 10.Rendimientos para los recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%.
4.1.2.1.9 Cromatografía de gases de las fracciones obtenidas (perfil de ácidos grasos) para Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%.(Análisis efectuados en Cromatógrafo de gases marca Varian, modelo 6400, columna capilar)
62
ENSAYO 3ª
ACIDO GRASO SOAPSTOCK MUESTRA INICIAL
FRACCION 1
FRACCION 2
FRACCION 3
RESIDUO Observaciones
Laúrico C12. 0 0,21 0,36 0,00 0,00
Mirístico C14.0 0,54 1,34 0,10 0,03
Palmítico C16.0 18,20 32,80 13,90 6,91
Palmitoleico C16. 1 0,42 0,67 0,28 0,15
ND Se concentran en las fracciones 1 a 3
Esteárico C18. 0 3,90 3,44 4,39 4,34
Oleico C18. 1 25,42 24,52 29,96 31,05
Linoleico C18: 2 11,91 11,04 12,95 12,51
ND Aprox. Constantes en todas las fracciones.
Octadecatetraenoico C18: 4 34,71 16,49 20,94 21,54
Araquídico C20. 0 0,33 1,67 2,78 3,55
Gadoleico C20:1 3,86 7,59 14,45 19,33
ND
Crece y se concentra en fracción 3 sobretodo el Gadoleico.
Behénico C22. 0 0,51 0,09 0,26 0,59
Tabla 11.Cromatografía de gases de las fracciones obtenidas (perfil de ácidos grasos) para los recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10% ensayo 3A.
63
ENSAYO 4A
ACIDO GRASO SOAPSTOCK MUESTRA INICIAL
FRACCION 1 FRACCION 2 FRACCION 3 RESIDUO Observaciones
Laúrico C12. 0 0,21 0,36 0,00 0,00
Mirístico C14.0 0,54 1,31 0,11 0,01
Palmítico C16.0 18,20 33,43 16,16 2,26
Palmitoleico C16. 1 0,42 0,65 0,28 0,04
ND Se concentran en las fracciones 1 a 3
Esteárico C18. 0 3,90 3,47 4,63 4,34
Oleico C18. 1 25,42 24,36 29,32 27,85
Linoleico C18: 2 11,91 10,88 12,55 11,26
ND Aprox. Constantes en todas las fracciones.
Octadecatetraenoico C18: 4 34,71 16,01 20,22 24,78
Araquídico C20. 0 0,33 1,64 2,66 3,99
Gadoleico C20:1 3,86 7,83 13,83 24,52
ND
Crece y se concentra en fracción 3 sobretodo el Gadoleico.
Behénico C22. 0 0,51 0,08 0,25 0,95
Tabla 12.Cromatografía de gases de las fracciones obtenidas (perfil de ácidos grasos) para los recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10% ensayo 4A39.
39 Ver anexo [7].
64
4.1.2.1.10 Análisis del residuo de destilación
Ilustración 18.Insolubles en hexano y cenizas de residuo de destilado de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%
INSOLUBLES EN HEXANO
(%)
CENIZAS
(%)
33.75 0.32
Tabla 13.Insolubles en hexano y cenizas de residuo de destilado de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%
El porcentaje de insolubles en hexano se hizo para un gramo de residuo
de destilado realizando 4 lavados de 10 ml de hexano.
% Insolubles en hexano = peso en gramos de la muestra después de los
lavados/ peso en gramos inicial de la muestra (1g) X 100.
La prueba de cenizas se realizó con 1 gramo de residuo de destilado que
fue quemado en una plancha a 250 °C durante 30 min y calcinado en una
mufla a 600°C durante 2 horas.
% Cenizas = peso en gramos de las cenizas (0.003154g)/ peso en
gramos inicial de la muestra (1g) X 100.
65
OBSERVACIONES:
Las muestras aciduladas con ácido sulfúrico al 10% presentan una
coloración bastante clara en las fracciones 1 y 2, color intermedio en la 3
y marrón-negro en la cola de la destilación.
El análisis de color Lovibond muestra que la fracción 2 posee una
coloración bastante clara, seguida por las fracciones 1 y 3 que tienen una
coloración intermedia. La cola de destilado posee una coloración oscura.
Este comportamiento se observa a un nivel más alto en la concentración
de ácido sulfúrico (50%) en la acidulación como se mostró en la sección
anterior. Sin embargo la coloración en el recuperado de Soapstock
acidulado conocido al 10% es un poco más clara para las mismas
fracciones recuperadas.
Las fracciones recuperadas poseen rangos similares de temperatura en la
destilación. Sin embargo, existen pequeñas variaciones debidas
posiblemente a pequeñas oscilaciones en el nivel de vacío en el equipo de
laboratorio utilizado y a posibles errores de apreciación en la lectura de las
temperaturas.
Los análisis de consistencia (títulos °C) de las fracciones recuperadas
muestran que las fracciones 1 y 2 tienen una consistencia bastante sólida
a temperatura ambiente por la presencia de ácidos grasos saturados de
bajo peso molecular y alto título (°C). La fracción 3 presenta una
consistencia intermedia. Estos resultados de consistencia de las fracciones
recuperadas tienen un comportamiento similar al obtenido para las
muestras aciduladas con ácido sulfúrico al 50%.
66
Las fracciones 1, 2 y 3, debido a su apariencia (color más claro) y
características mejores en consistencia, muestran un producto
recuperable de una mejor calidad que la que se tiene en el insumo
original. La suma de estas fracciones representa un rendimiento de
aproximadamente 74% del material que entra a la destilación, siendo la
fracción 2 la que mayor rendimiento presentó entre las fracciones
recuperadas. El rendimiento obtenido para esta concentración de
Soapstock acidulado es ligeramente mayor que la obtenida en la
acidulación al 50% para el cuál se obtuvo un valor de 67%.
1. La composición de ácidos Grasos presentes en las fracciones
recuperadas en los dos ensayos, presentan valores similares, lo cual
indicaría que para cada una de las fracciones se encuentran
composiciones parecidas al repetir el experimento, especialmente en
las fracciones 1, 2 y 3 que son las que generan el producto de
recuperación que se busca.
2. Como se puede ver en las tres fracciones recuperadas, se obtuvo un
producto de mejor coloración que el insumo original que le genera un
mayor valor agregado desde el punto de vista comercial, debido a la
obtención de una coloración más clara. La fracción 4 y el residuo ya se
han juntado como se planteo en la sección anterior (acidulación con
ácido al 50%) para ser desechadas como material de cola de
destilación debido a su color y características de bajo título brindando
una mayor fluidez al residuo para permitir su drenaje.
3. Los ácidos Láurico, Miristico, Palmitico y Palmitoleico, de más bajo
numero de carbonos, destilan a las temperaturas más bajas y se
concentran principalmente en las fracciones 1 y 2 dando como
resultado productos de coloración más clara y consistencia más sólida
(alto título (ºC)) que con mejores características hacen de estos ácidos
67
grasos un producto más valioso para usos industriales más exigentes
en cuanto a calidad que los permitidos por la materia prima inicial.
4. Los ácidos Oleico y Linoleico permanecen aproximadamente
constantes en las cuatro fracciones debido a su peso molecular
intermedio entre los ácidos presentes, con respecto al contenido de la
muestra original
5. El ácido Octadecatetraenoico destila en menor cantidad en las
fracciones 1 y 2 y se concentran principalmente en la fracción 3 yen la
cola de destilación, debido a la presencia de compuestos de mayor
peso molecular de color más oscuro y menor consistencia
6. El ácido Gadoleico se concentra en la fracción 3 por encima del
contenido original de la muestra, lo que podría significar que muchos
de los ácidos grasos de alto numero de carbonos y temperaturas de
destilación más altos, se están polimerizando y transformándose en
Gadoleico. Este ácido arrastra la mayor parte de las impurezas
presentes en la cola de destilado, por lo cuál se obtiene una coloración
oscura y una consistencia menos sólida en las fracciones recuperadas.
7. El ácido Behénico se concentra en las últimas fracciones.
La composición de los ácidos grasos presentes en el Soapstock acidulado
con ácido sulfúrico a 10% y al 50% es muy similar, sin embargo existe
una diferencia entre las segundas fracciones recuperadas para los dos
tipos de acidulación en el porcentaje de ácido palmítico. Esto puede
deberse a que el porcentaje para el acidulado con ácido sulfúrico al 50%
posee una composición cercana al 30% total de la fracción, lo cuál
corresponde al doble del porcentaje obtenido para la segunda fracción del
Soapstock acidulado con ácido sulfúrico al 10%.
El ácido gadoleico difiere en el porcentaje presente en la segunda fracción
recuperada. El acidulado con ácido sulfúrico al 10% tiene una
composición es cercana al 14% total de la fracción, lo cuál corresponde al
68
doble del porcentaje obtenido para la tercera fracción del Soapstock
acidulado con ácido sulfúrico al 50% que presenta valores cercanos al
7%.
El ácido gadoleico difiere en el porcentaje presente en la tercera fracción
recuperada, el acidulado con ácido sulfúrico al 50% tiene una
composición es cercana al 20% total de la fracción, lo cuál corresponde al
doble del porcentaje obtenido para la tercera fracción del Soapstock
acidulado con ácido sulfúrico al 10% que presente valores cercanos al
10%.
Los análisis realizados para la cola de la destilación muestran que el
residuo tiene 33.75 % de solubles en hexano. Por lo cuál se puede decir
que aún contiene un porcentaje de materia grasa que permite que este
residuo sea utilizado como insumo para la fabricación de jabones de
inferior calidad. La cantidad de insolubles en hexano es mayor que el
obtenido para el Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al
50% debido a la unión de las dos ultimas fracciones para permitir el
drenaje del residuo, lo cuál indica que hay un mayor contenido de materia
grasa en el residuo del Soapstock acidulado con ácido sulfúrico al 10%
debido a la presencia de la cuarta fracción en el residuo de destilación.
El porcentaje de cenizas 0.32%, muestra que la cantidad de cenizas
formadas después de la calcinación e incineración de la muestra es
mínima comparada con el peso inicial de residuo quemado. El porcentaje
de cenizas obtenido es muy similar para los dos tipos de acidulación
realizados, mostrando que para la acidulación al 10% también se tiene la
alternativa para su disposición por medio de su calcinación en la caldera.
69
4.2 RESULTADOS EXPERIMENTALES DE LA RECUPERACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS CRUDOS DE PALMA AFRICANA
4.2.1 DESTILACIÓN FRACCIONADA ENSAYOS 1 Y 2
4.2.1.4 Variación de las temperaturas respecto al tiempo en la
destilación de ácidos grasos crudos de palma Africana.
ENSAYO 1
Ilustración 19.Variación de las temperaturas respecto al tiempo de ácidos grasos crudos de palma africana ensayo 1.
70
ENSAYO 2
Ilustración 20.Variación de las temperaturas respecto al tiempo en la destilación de ácidos grasos de palma africana ensayo 240.
40 Ver Anexo [3]
71
4.2.1.5 Análisis de fracciones recuperadas en la destilación de
ácidos grasos crudos de palma africana
Los resultados obtenidos para los ensayos 1 y 2 fueron los siguientes:
4.2.1.6 Título °C (consistencia y dureza) de ácidos grasos de
palma africana recuperados
Ilustración 21.Título °C (consistencia y dureza) de ácidos grasos de palma africana recuperados.
TITULO (ºC) FRACCION 1 FRACCION 2 RESIDUO
ENSAYO 1A
ENSAYO 2A
50,2
50,0
43,4
43,8 ND
PROMEDIO 50,1 43,6 --
Tabla 14.Título °C (consistencia y dureza) de ácidos grasos de palma africana recuperados.
72
4.2.1.7 Color de ácidos grasos de palma africana recuperados
El análisis del color de las muestras se hizo por color aparente y por
análisis de color Lovibond.
Ilustración 22.Color de ácidos grasos de palma africana recuperados
COLOR
SAPONIFICACIÓN
Celda 1”
Rojo x Amar x Azul
FRACCION 1 FRACCION 2 RESIDUO
ENSAYO 1
ENSAYO 2
crema
19.0 * 45.0 *
3.0
crema
19.0 * 50.0 *
3.0
crema blanco
8.0 * 40.0 *
0.5
crema blanco
6.0 * 40.0 *
0.4
Café
Tabla 15.Color de ácidos grasos de palma africana recuperados
73
4.2.1.8 Rendimientos obtenidos de ácidos grasos de palma
africana recuperados
El rendimiento obtenido se obtuvo porcentualmente a partir de la
siguiente relación:
inicial
fracción
WW
=η
dónde η es el rendimiento, Wfracción es el peso de la fracción recuperada y
Winicial es el peso inicial de la muestra a destilar (135 g).
Ilustración 23.Rendimientos de ácidos grasos de palma africana recuperados.
74
FRACCION
1
FRACCION
2 RESIDUO VOLATILES
28% 44% 25%
3%
ENSAYO 1
Subtotal = 72% Subtotal = 28%
29% 42% 26% 3%
ENSAYO 2
Subtotal = 71% Subtotal = 29%
Tabla 16.Rendimientos de ácidos grasos de palma africana recuperados.
4.2.1.9 Cromatografía de gases de las fracciones obtenidas (perfil
de ácidos grasos) para ácidos grasos de aceite de palma africana
recuperados.
(Análisis efectuados en Cromatógrafo de gases marca Varian, modelo
6400, columna capilar)
75
Tabla 17.Cromatografía de gases de las fracciones obtenidas (perfil de ácidos grasos) para ácidos grasos de aceite de palma africana recuperados ensayo 1.
ACIDO GRASO ENSAYO 1
ACIDO GRASO MUESTRA INICIAL
FRACCION 1 FRACCION 2 RESIDUO Observaciones
Caprilico C8:0 0,09 0,08 -- 0,79 Se concentra en el residuo y en la fracción 1
Cáprico C10. 0 0,12 0,15 -- 0,73 Se concentra en el residuo y en la fracción 1
Laúrico C12. 0 1,34 2,16 0,10 7,74
Mirístico C14.0 1,57 3,11 0,50 2,48
Palmítico C16.0 45,90 59,66 42,16 36,88
Palmitoleico C16. 1 0,27 0,41 0,20 0,37
Presentes en todas las fracciones.
Esteárico C18. 0 5,14 3,16 5,58 6,58
Oleico C18. 1 35,02 24,21 40,32 31,27
Linoleico C18: 2 9,59 6,56 10,30 10,55
Crece y se concentra en fracción 2 y en el residuo
Linolénico C18:3 0,44 0,30 0,43 1,06
Araquídico C20. 0 0,29 0,11 0,29 0,39
Gadoleico C20:1 0,15 0,09 0,12 0,76
Crece y se concentra en el residuo
Behénico C22. 0 0,09 -- -- 0,42 se concentra en el residuo
76
ACIDO GRASO ENSAYO 2
ACIDO GRASO MUESTRA INICIAL
FRACCION 1 FRACCION 2 RESIDUO Observaciones
Caprilico C8:0 0,09 0,01 -- 0,79 Se concentra en el residuo y en la fracción 1
Cáprico C10. 0 0,12 0,06 -- 0,73 Se concentra en el residuo y en la fracción 1
Laúrico C12. 0 1,34 1,20 0,11 7,74
Mirístico C14.0 1,57 2,25 0,23 2,48
Palmítico C16.0 45,90 57,82 36,34 36,88
Palmitoleico C16. 1 0,27 0,37 0,16 0,37
Presentes en todas las fracciones.
Esteárico C18. 0 5,14 3,07 6,29 6,58
Oleico C18. 1 35,02 27,24 44,53 31,27
Linoleico C18: 2 9,59 7,07 11,30 10,55
Crece y se concentra en fracción 2 y en el residuo
Linolénico C18:3 0,44 0,30 0,50 1,06
Araquídico C20. 0 0,29 0,13 0,35 0,39
Gadoleico C20:1 0,15 0,06 0,19 0,76
Crece y se concentra en el residuo
Behénico C22. 0 0,09 -- -- 0,42 se concentra en el residuo
Tabla 18.Cromatografía de gases de las fracciones obtenidas (perfil de ácidos grasos) para ácidos grasos de aceite de palma africana recuperados ensayo 241.
41 Ver Anexo [7]
77
4.2.1.10 Análisis del residuo de destilación
Ilustración 24.Insolubles en hexano y cenizas de residuo de destilado de ácidos grasos de palma recuperados.
INSOLUBLES EN HEXANO
(%)
CENIZAS
(%)
0.026 0.047
Tabla 19.Insolubles en hexano y cenizas de residuo de destilado de ácidos grasos de palma recuperados.
El porcentaje de insolubles en hexano se hizo para un gramo de
residuo de destilado realizando 4 lavados de 10 ml de hexano.
% Insolubles en hexano = peso en gramos de la muestra después de
los lavados/ peso en gramos inicial de la muestra (1g) X 100.
La prueba de cenizas se realizó con 1 gramo de residuo de destilado
que fue quemado en una plancha a 250°C durante 30 min y calcinado
en una mufla a 600°C durante 2 horas.
% Cenizas = peso en gramos de las cenizas (0.00047g)/ peso en
gramos inicial de la muestra (1g) X 100.
78
OBSERVACIONES:
A partir de las fracciones recuperadas de ácidos grasos de palma se
puede observar una coloración clara en las fracciones 1 y 2, y una
coloración café en la cola de la destilación.
Las fracciones recuperadas poseen rangos de temperatura en la
destilación similares, sin embargo existen pequeñas variaciones
debidas posiblemente a mínimas oscilaciones en el nivel de vacío en
el equipo de laboratorio utilizado y a posibles errores de apreciación
en la lectura de las temperaturas.
Los análisis de consistencia (títulos °C) de las fracciones recuperadas
muestran que las fracciones 1 y 2 tienen una consistencia bastante
sólida a temperatura ambiente debido al alto titulo obtenido por la
presencia de ácidos grasos saturados de bajo peso molecular. Sin
embargo la fracción 1 tiene una consistencia más sólida que la 2
debido a una posible contaminación de la cola de destilación, la cuál
posee un título bastante bajo.
En cuanto al análisis de color Lovibond La fracción de 2 tiene una
coloración más clara que la fracción 1. La cola residuo de la
destilación tiene una coloración relativamente oscura. Sin embargo
ésta es más clara que la del residuo de Soapstock debido al bajo nivel
de fosfátidos presentes en los ácidos grasos de palma crudos.
Las fracciones 1 y 2 tienen una mejor apariencia (color claro) que los
ácidos grasos de palma crudos y buenas características fisicoquímicas
(mayor consistencia) para la fabricación de jabones haciendo de estas
fracciones un producto recuperable con mejor calidad que la del
insumo original. La suma de estas fracciones representa un
rendimiento de aproximadamente 71 % del material que entra a la
79
destilación siendo la fracción 2 la que mayor rendimiento presento
entre las fracciones recuperadas.
A partir del perfil de ácidos grasos se obtuvieron las siguientes
observaciones:
1. La composición de ácidos Grasos presentes en las 2 fracciones
recuperadas en los dos ensayos se encuentran en un rango
bastante similar, lo cual indicaría que para fracciones similares
se encuentran composiciones parecidas al repetir el experimento
en las fracciones 1 y 2 que son las que generan el producto de
recuperación que se busca.
2. Se observa que los ácidos Caprilico y Caprico que son los de más
bajo numero de carbonos, destilan a las temperaturas más bajas
y se concentran principalmente en el residuo y en la fracción 1.
3. Los ácidos Láurico, Miristico, Palmitico y Palmitoleico, que tienen
bajo número de carbonos están presentes en todas las
fracciones principalmente en la 1 dando como resultado
productos de color más claro y mayor consistencia ( título (ºC)
mayor), que con mejores características hacen de estos ácidos
grasos un producto más valioso para usos industriales más
exigentes en la calidad de la materia prima inicial.
4. Los ácidos Esteárico, Oleico y Linoleico se concentran en la
fracción 2 y en el residuo.
5. los ácidos Linolénico, Araquídico y Gadoleico crecen en la
fracción 2 y se concentran en el residuo.
6. El ácido Gadoleico crece fuertemente en la fracción 2 y el
residuo por encima del contenido original de la muestra, lo que
podría significar que muchos de los ácidos grasos de alto
80
numero de carbonos y temperaturas de destilación más altos, se
están polimerizando y transformándose en Gadoleico por lo cuál
de menor consistencia que el obtenido en la primera fracción.
7. El ácido Behénico crece y se concentra en la última fracción y en
el residuo.
Los análisis realizados para la cola de la destilación muestran que el
residuo tiene 0.026% de solubles en hexano, indicando que el
contenido de materia grasa en el residuo es despreciable. El
porcentaje de cenizas es de 0.047 %, lo cuál muestra que la cantidad
de cenizas formadas después de la calcinación e incineración de la
muestra es igualmente despreciable comparado con el peso inicial de
residuo quemado, lo cuál da una excelente alternativa ambiental para
su disposición en la caldera.
4.3 SENSIBILIDAD DE LOS RESULTADOS
EXPERIMENTALES DE LA RECUPERACIÓN DE ÁCIDOS
GRASOS A LA TASA DE CALENTAMIENTO EN LA
DESTILACIÓN
4.3.1 Sensibilidad de los resultados experimentales de la
recuperación de ácidos grasos de Soapstock acidulados
con ácido sulfúrico al 50% a la tasa de calentamiento en
la destilación.
81
4.3.1.1 Variación de las temperaturas respecto al tiempo para
destilación de Soapstock de algodón acidulado con ácido
sulfúrico al 50% tasa rápida.
Ilustración 25.Variación de las temperaturas respecto al tiempo para los recuperados de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50% tasa rápida42.
42 Ver Anexo [3]
82
4.3.1.4 Resultados de recuperados de Soapstock de algodón
acidulado con ácido sulfúrico al 50%, tasa rápida de
calentamiento.
Ilustración 26.Color Lovibond recuperados de Soapstock de Algodón destilado, acidulado con Ácido Sulfúrico al 50% con Tasa Alta de Calentamiento
Fuera del rango de lectura
83
Ilustración 27.Consistencia (Titulo ºC) recuperados de Soapstock de Algodón destilado, acidulado con Ácido Sulfúrico al 50% con Tasa Alta de Calentamiento
Ilustración 28.Rendimiento (%) recuperados de fracciones Soapstock de Algodón destilado, acidulado con Ácido Sulfúrico al 50% con tasa alta de calentamiento
ENSAYOS FRACCIÓN
1
FRACCIÓN
2
FRACCIÓN
3 RESIDUO
RANGOS DE TEMPERATURA 210ºC – 224ºC 224ºC – 230ºC 230ºC – 240ºC ---
RENDIMIENTOS
(Para 135 g masa inicial) 17% 5% 52% 26%
COLOR LOVIBOND
ROJO 3.0 2.5 ND ND
TITULO (°C) 40 26 18
Tabla 20.Resultados de recuperados para Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50% con tasa rápida de calentamiento.
84
4.3.1.5 Rendimientos de ácidos grasos de recuperados de
Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50%
con tasa de calentamiento rápida.
El rendimiento obtenido se obtuvo porcentualmente a partir de la
siguiente relación:
inicial
fracción
WW
=η
Donde η es el rendimiento, Wfracción es el peso de la fracción
recuperada y Winicial es el peso inicial de la muestra a destilar (135
g).
Rendimiento total es de 73.17% para la recuperación de las tres
primeras fracciones.
4.3.2 Sensibilidad de los resultados experimentales de la
recuperación de ácidos grasos de aceite de palma
africana a la tasa de calentamiento en la destilación.
85
4.3.2.1 Variación de las temperaturas respecto al tiempo para
destilación de ácidos grasos de palma con tasa rápida de
calentamiento.
Ilustración 29.Variación de las temperaturas respecto al tiempo para la destilación de ácidos grasos de palma con tasa rápida de calentamiento43.
43 Ver Anexo [3]
86
4.3.2.3 Resultados de ácidos grasos de palma recuperados con
tasa rápida de calentamiento.
Ilustración 30.Color Lovibond Fracciones Destilación Acidos Grasos Palma Crudos con Tasa Alta de Calentamiento.
Ilustración 31. Consistencia (Titulo ºC) Fracciones Destilación Acidos Grasos Palma Crudos con Tasa Alta de Calentamiento
Fuera del rango de lectura
87
Ilustración 32.Rendimiento (%) Fracciones Destilación Acidos Grasos Palma Crudos con Tasa Alta de Calentamiento.
ENSAYOS FRACCIÓN 1
FRACCIÓN 2 RESIDUO
RANGOS DE TEMPERATURA 210ºC – 235ºC 235ºC – 246ºC 246ºC
RENDIMIENTOS (Para 135 g masa inicial) 11.0% 63.0% 26.0%
COLOR LOVIBOND ROJOxAMAXAZUL --- 16x20x2 ND
TITULO (°C) 49 40
Ilustración 33.Resultados de ácidos grasos de palma recuperados con tasa rápida de calentamiento.
88
OBSERVACIONES:
Tanto para los ácidos grasos recuperados de Soapstock acidulado con
ácido sulfúrico al 50% como para los ácidos grasos de palma se
obtuvieron rangos de temperatura de destilación similares a los
obtenidos en las muestras efectuadas a una tasa de calentamiento
más baja.
En las fracciones obtenidas para ambas materias primas con una tasa
de calentamiento alta se obtienen productos de coloración más
oscura que a una tasa baja de calentamiento. Esto puede deberse a
que el calor excesivo promueve la oxidación de los ácidos grasos
recuperados al igual que el arrastre de impurezas principalmente en
la última fracción obtenida, provenientes del residuo de destilación a
causa del control de la temperatura que se hace más difícil si la tasa
de calentamiento es mayor.
Para el Soapstock acidulado con ácido sulfúrico al 50%, se obtiene
un rendimiento total ligeramente mayor (74%) a una tasa de
calentamiento alta, siendo la fracción 3 la de mayor aporte
porcentual. Se obtiene una mayor cantidad de producto recuperado
pero de menor calidad (color oscuro y consistencia menos sólida) que
el obtenido a una tasa de calentamiento más baja en la cuál el
rendimiento era de 67%.
Para los ácidos grasos de palma, se obtiene también un rendimiento
ligeramente total mayor (74%) a una tasa de calentamiento alta,
siendo la fracción 2 la de mayor aporte porcentual. Se obtiene una
mayor cantidad de producto recuperado pero de menor calidad que el
obtenido a una tasa de calentamiento más baja en la cuál el
rendimiento era de 71%.
89
La consistencia obtenida para los dos tipos de residuo, son similares a
los de las fracciones recuperadas en la destilación a una tasa de
calentamiento más baja. Sin embargo, existe una pequeña diferencia
en la última fracción recuperada ya que debido a su cercanía con la
cola de destilado y a la posible contaminación debido al arrastre y
variación brusca de la temperatura, la consistencia de la fracción es
menor que a una tasa de calentamiento más baja.
4.4 APLICACIONES DE LAS FRACCIONES
RECUPERADAS
Para poder observar el beneficio obtenido en las fracciones
recuperadas desde el punto de vista de su aplicación industrial, se
escoge la realización de una simulación de fabricación de base de
jabón al nivel de laboratorio, saponificando las siguientes muestras:
4.4.1 Muestra de aplicación jabón base # 1:
Formulación: Saponificación con 100% Soapstock de algodón
crudo
Otros: Blanqueado con 5% de agua oxigenada comercial.
Resultado:
Ilustración 34.Muestra de jabón base # 1.
90
4.4.2 Muestra de aplicación jabón base # 2:
Formulación: Saponificación con 40% Soapstock de algodón crudo y
60% estearina de palma refinada.
Otros Blanqueado con 5% de agua oxigenada comercial.
Resultado:
Ilustración 35.Muestra de jabón base # 2.
4.4.3 Muestra de aplicación jabón base # 3:
Formulación: Saponificación con 100% Recuperado de fracción
numero 1. (Soapstock acidulado con ácido al 50%).
Otros Ningún tipo de Blanqueado artificial.
Resultado:
Ilustración 36.Muestra de jabón base # 3.
91
4.4.4 Muestra de aplicación jabón base # 4:
Formulación: Saponificación con 100% Recuperado de fracciones
números 1, 2, 3 y 4. (Soapstock acidulado con ácido al 50%).
Otros Ningún tipo de Blanqueado artificial.
Resultado:
Ilustración 37.Muestra de jabón base # 4.
4.4.5 Comparación visual entre aplicaciones 3 y 4 (la
mejor fracción vs la sumatoria de las fracciones
recuperadas para los recuperados de Soapstock
acidulado con ácido sulfúrico al 50%)
Muestra 3 Muestra 4
Fracción 1 Fracción 1,2 y 3
Ilustración 38.Comparación visual entre aplicaciones 3 y 4 (Soapstock acidulado con ácido sulfúrico al 50%).
92
4.4.6 Muestra de aplicación jabón base #5: Formulación: Saponificación con 100% Recuperado de fracción
numero 1. (Soapstock acidulado con ácido al 10%).
Otros Ningún tipo de Blanqueado artificial.
Resultado:
Ilustración 39.Muestra de aplicación en un jabón base #5.
4.4.7 Muestra de aplicación jabón base #6:
Formulación: Saponificación con 100% Recuperado de fracciones
números 1, 2 y 3. (Soapstock acidulado con ácido al 10%).
Otros Ningún tipo de Blanqueado artificial.
Resultado:
Ilustración 40.Muestra de aplicación en un jabón base #6.
93
4.4.8 Comparación visual entre aplicaciones 5 y 6. (La
mejor fracción vs la sumatoria de las fracciones
recuperadas para los recuperados de Soapstock acidulado
con ácido al 10%).
Muestra 5 Muestra 6
Fracción 1 Fracción 1,2 y 3
Ilustración 41.Comparación visual entre aplicaciones 5 y 6. (Soapstock acidulado con ácido al 10%).
4.4.9 Muestra de aplicación jabón base # 7:
Formulación: 100% Ácido Graso de Palma crudos sin destilar
4.4.10 Muestra de aplicación jabón base # 8:
Formulación: 100% Recuperado de fracciones números 1 y 2
Ácido Graso de Palma destilado
4.4.11 Comparación visual entre aplicaciones 7 y 8. (las
fracciones recuperadas destilados vs ácidos grasos de
palma crudos sin destilar).
Resultados:
94
Ilustración 42.Comparación visual entre aplicaciones 7 y 8, recuperado de fracciones 1 y 2 de ácidos grasos de palma africana.
OBSERVACIONES:
Partiendo del análisis de los resultados obtenidos en las diferentes
aplicaciones de las fracciones recuperadas para ambos tipos de
residuos, y observando los jabones obtenidos, se encontró una
coloración clara, consistencia sólida y olor agradable del producto
obtenido comparado con los jabones elaborados con los residuos
originales sin tratar: Soapstock crudo de algodón o ácidos grasos de
palma crudos (solos, blanqueados con agua oxigenada o mezclados
con estearinas). Igualmente, los productos obtenidos poseen una
buena calidad comparado con las materias primas que se buscan
reemplazar como lo son los sebos animales y las estearinas de palma.
La aplicación de la muestra 3 (Soapstock acidulado con ácido
sulfúrico al 50% primera fracción), como era de esperar, muestra un
color más claro y una consistencia más sólida comparado contra la
aplicación de la muestra 4 (suma de las fracciones de Soapstock
acidulado con ácido sulfúrico al 50%), que permitiría tener un
7 sin destilar 8 destilado
95
producto de mayor valor agregado. Sin embargo la aplicación 4 que
es la sumatoria de 4 fracciones, da un color bastante aceptable
(claro) y una consistencia lo suficientemente sólida que seguramente
tendría valor comercial muy parecido al anterior. Sería una decisión
comercial de la empresa si conviene o no separar las fracciones
recuperadas para su venta.
En la aplicación de la muestra 5, se observa un color más claro y una
consistencia bastante sólida, comparado con la aplicación de la
muestra 6. lo anterior permitiría tener un producto de mayor valor
agregado. Sin embargo la aplicación 6 que es la sumatoria de 3
fracciones, da un color bastante aceptable (claro) y una consistencia
lo suficientemente sólida que seguramente daría precio comercial
muy parecido al anterior. Sería una decisión comercial de la empresa
si conviene o no separar las fracciones recuperadas para su venta.
La aplicación de la muestra 7(ácidos grasos de palma) tiene una
coloración más oscura que la aplicación de la muestra 8 (fracciones 1
y 2 recuperadas). La coloración clara obtenida en la muestra 8
permite tener un producto de mejor calidad y mayor valor comercial.
Sin embargo, la aplicación 6, que es la sumatoria de 3 fracciones, da
un color bastante aceptable (claro) y de consistencia sólida que
seguramente daría precio comercial muy parecido al anterior. Sería
una decisión comercial de la empresa si conviene o no separar las
fracciones recuperadas para su venta.
96
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Para determinar si existe una diferencia entre los experimentos, se
realizó una prueba estadística de diferencia de medias. De acuerdo al
teorema del limite central, sabemos que un promedio se distribuye
como una distribución normal.
Basado en este principio se construyeron intervalos de confianza de la
forma (_
x ± z)*ơ en donde z es una distribución normal estándar
con un nivel de confianza determinado.
El nivel de confianza escogido fue 90%:
5.1 COLOR DE LA FRACCIONES RECUPERADAS
Los colores se miden con un colorímetro lovibond celda 1”. El
resultado de color significa que entre más bajo sea su valor, la
fracción tiene un color más claro y una mejor calidad.
Los resultados se encuentran en la siguiente tabla:
1 Cola 2 Colas
0.9 0.05
1.28155194 1.64485348
distribución normal estándar
97
5.1.1 COLOR VS CONCENTRACIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO EN LA ACIDULACIÓN:
Ilustración 43.Comparación Color Lovibond para Soapstock de Algodón destilado, acidulado con Ácido Sulfúrico al 50% y 10%
color lovibond para diferentes
concentraciones de ácido sulfúrico en el
desdoblamiento de ácidos grasos para
Soapstock de algodón
fracción
1
fracción
2
Fracción
3
ácido sulfúrico al 50% 2.2 ± 0.2 1.75±0.25 3.25±0.05
ácido sulfúrico al 10% 2.1±0.1 1.4±0.0 3.1±0.3
LI ácido sulfúrico al 50% (promedio - 1.28ơ) 1.87 1.33 3.16
LS ácido sulfúrico al 50% (promedio + 1.28ơ) 2.52 2.16 3.33
LI ácido sulfúrico al 10% (promedio - 1.28ơ) 1.93 1.40 2.60
LS ácido sulfúrico al 10% (promedio + 1.28ơ) 2.26 1.40 3.59
Con una confiabilidad del 90 %, se puede decir que la concentración
de ácido sulfúrico en la acidulación de las muestras no afecta de
manera estadísticamente significativa el color de las muestras. Sin
embargo por pruebas cualitativas se puede observar alguna
diferencia entre las coloraciones para las diferentes concentraciones
98
de ácido sulfúrico lo cuál podría deberse a la precisión del colorímetro
utilizado durante las pruebas.
5.1.2 COLOR VS TASA DE CALENTAMIENTO EN LA DESTILACIÓN:
5.1.2.1 Color vs. tasa de calentamiento en la destilación para Soapstock de algodón acidulado al 50%
Ilustración 44.Comparación Color Lovibond Soapstock de Algodón destilado, acidulado con Ácido Sulfúrico al 50% con baja y Alta Tasa de calentamiento.
color rojo lovibond (celda 1") para
diferentes tasas de calentamiento en la
destilación de ácidos grasos para
Soapstock de algodón acidulado con ácido
sulfúrico al 50%
fracción
1
Fracción
2
Fracción
3
tasa baja de calentamiento 2.2 ± 0.2 1.75±0.25 3.25±0.05
tasa alta de calentamiento 3±0.1 2.5±0.1 muy alto
LS tasa baja de calentamiento (promedio +1.64ơ) 2.45 2.07 3.31
Con una confiabilidad del 90%, se puede decir que la tasa de
calentamiento alta tiene una influencia negativa en la coloración de
los ácidos grasos recuperados a partir del Soapstock de algodón ya
que la coloración a una tasa alta es mayor que para los ácidos
recuperados a una tasa baja de calentamiento en la destilación.
99
5.1.2.2 Color vs. tasa de calentamiento en la destilación para ácidos grasos de palma
Ilustración 45.Comparación Color Lovibond en la destilación de Ácidos Grasos Palma Cruda, con Baja y Alta Tasa de calentamiento.
color rojo lovibond (celda 1") para
diferentes tasas de calentamiento en la
destilación de ácidos grasos de palma
africana
fracción
1
fracción
2
tasa baja de calentamiento 19 ± 0.0 7±1.0
tasa alta de calentamiento muy alto 16±0.1
LS tasa baja de calentamiento (promedio +1.64ơ) 19.00 8.28
Con una confiabilidad del 90%, se puede decir que la tasa de
calentamiento alta tiene una influencia negativa en la coloración de
los ácidos grasos de palma recuperados ya que la coloración a una
tasa alta fue mayor que para los ácidos recuperados a una tasa baja
de calentamiento en la destilación.
5.2 RENDIMIENTO DE LA FRACCIONES RECUPERADAS
El rendimiento de las fracciones recuperadas se determina como la
relación entre el peso de las fracciones recuperadas y el peso de la
muestra inicial a destilar.
Los resultados se encuentran a continuación:
100
5.2.1 RENDIMIENTO VS. CONCENTRACIÓN DE ÁCIDO
SULFÚRICO EN LA ACIDULACIÓN:
Ilustración 46.Comparación Rendimiento (%) para las fracciones de Soapstock de Algodón destilado, acidulado con Acido Sulfúrico al 50% y 10%.
rendimiento para diferentes
concentraciones de ácido sulfúrico
en el desdoblamiento de ácidos
grasos para Soapstock de algodón fracción 1 fracción 2 fracción 3
rendimiento
total
rendimiento en (%) ácido sulfúrico al
50% 15.5 ± 0.5 17±0.0 34±2.0 66.5 ±2.5
rendimiento en (%) ácido sulfúrico al
10% 23±1.0 42.5±0.5 9±1.0 74.5 ± 0.5
LI ácido sulfúrico al 50% (promedio –
1.28ơ) 14.67 17.00 30.71 62.38
LS ácido sulfúrico al 50% (promedio +
1.28ơ) 16.32 17.00 37.28 70.61
LI ácido sulfúrico al 10% (promedio –
1.28ơ) 21.35 41.67 7.35 73.67
LS ácido sulfúrico al 10% (promedio +
1.28ơ) 24.64 43.32 10.64 75.32
101
Con una confiabilidad del 90 %, se puede decir que la concentración
de ácido sulfúrico en la acidulación de las muestras, afecta
ligeramente el rendimiento total de las fracciones recuperadas como
se puede observar en los resultados, dando un menor rendimiento
con el acidulado con ácido sulfúrico al 50%. Lo anterior puede
deberse a que como la acidulación es una reacción muy exotérmica,
pudo generar una mayor oxidación de los ácidos grasos creando
hidrocarburos que se juntan con la cola de destilado dando como
resultado un menor rendimiento44.
5.2.2 RENDIMIENTO VS. TASA DE CALENTAMIENTO EN LA DESTILACIÓN
5.2.2.1 Rendimiento vs. Tasa de calentamiento en la destilación para Soapstock de algodón acidulado al 50%
Ilustración 47.Comparación Rendimiento (%) para fracciones de Soapstock de Algodón destilado, acidulado con Ácido Sulfúrico al 50% con Baja y Alta Tasa de calentamiento.
44 Ref [20].
102
rendimiento para diferentes para
diferentes tasas de calentamiento
en la destilación de ácidos grasos
para Soapstock de algodón
acidulado con ácido sulfúrico al
50%
fracción
1
fracción
2
fracción
3
rendimiento
total
rendimiento en (%) tasa baja 15.5 ± 0.5 17±0.0 34±2.0 66.5 ±2.5
rendimiento en (%) tasa alta 17±0.1 51 ±0.1 52±0.1 74±0.1
LI ácido sulfúrico tasa baja (promedio -
1.28ơ) 14.85 17.00 31.43 63.29
LS ácido sulfúrico tasa baja (promedio +
1.28ơ) 16.14 17.00 36.56 69.70
Con una confiabilidad del 90%, se puede observar que la tasa de
calentamiento alta en la destilación permite obtener rendimientos
ligeramente más altos sobretodo debido a la obtención de un mayor
rendimiento en la última fracción. Esto puede deberse a el arrastre de
la cola de destilado principalmente en la última fracción por lo cuál se
obtendría una mayor cantidad de producto recuperado pero de
calidad inferior. La variación entre los rendimientos para cada de las
fracciones también pudo verse influenciado por la disminución del
tiempo entre interfases de las fracciones recuperadas lo cuál hace
más difícil la separación de los productos de diferentes calidades
obteniendo fracciones revueltas.
103
5.2.2.2 Rendimiento vs. Tasa de calentamiento en la destilación para ácidos grasos de palma
Ilustración 48.Comparación Rendimiento (%) de las fracciones destilación Ácidos Grasos de Palma Cruda, con Baja y Alta Tasa de calentamiento.
rendimiento para diferentes para diferentes
tasas de calentamiento en la destilación de
ácidos grasos de palma fracción 1 fracción 2
rendimiento
total
rendimiento en (%) tasa baja 28.5 ± 0.5 43±1 71.5 ±0.5
rendimiento en (%) tasa alta 11±0.1 63±0.1 74±0.1
LI ácido sulfúrico tasa baja (promedio - 1.28ơ) 27.85 41.71 70.85
LS ácido sulfúrico tasa baja (promedio + 1.28ơ) 29.14 44.28 72.14
Con una confiabilidad del 90%, se puede decir que la tasa de
calentamiento alta en la destilación permite obtener rendimientos
ligeramente más altos, sobretodo debido a la obtención de un mayor
rendimiento en la última fracción para los ácidos grasos de palma.
Esto puede deberse al arrastre de la cola de destilado principalmente
en la última fracción, obteniéndose una mayor cantidad de producto
104
recuperado aunque de calidad inferior. La variación entre los
rendimientos para cada de las fracciones también pudo verse
influenciada por la disminución del tiempo entre interfases de las
fracciones recuperadas, haciendo más difícil la separación de los
productos de diferentes calidades obteniendo fracciones mezcladas.
5.3 TÍTULO (°C) DE LA FRACCIONES RECUPERADAS.
El titulo de las fracciones obtenidas es una prueba que muestra la
consistencia del producto entre más alto sea el valor en °C, mejor es
la calidad principalmente para aplicaciones de jabones de tocador y
de lavar . Esto se obtuvo siguiendo el método Método A.O.C.S. Tr1a-
64 45.
5.3.1 TÍTULO (°C) VS CONCENTRACIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO EN LA ACIDULACIÓN:
Ilustración 49.Comparación Consistencia (Titulo ºC) para Soapstock de Algodón destilado, acidulado con Ácido Sulfúrico al 50% y 10%.
45 Ver Anexo [4]
105
título (°C) (consistencia) para diferentes
concentraciones de ácido sulfúrico en el
desdoblamiento de ácidos grasos para
soapstock de algodón fracción 1 fracción 2 fracción 3
ácido sulfúrico al 50% 40.5 ± 0.3 34.9 ± 0.3 20.6±0.4
ácido sulfúrico al 10% 40.7±0.1 34.9±0.1 21.7±0.1
LI ácido sulfúrico al 50% (promedio - 1.28ơ) 40.00 34.40 19.94
LS ácido sulfúrico al 50% (promedio + 1.28ơ) 40.99 35.39 21.25
LI ácido sulfúrico al 10% (promedio - 1.28ơ) 40.53 34.73 21.53
LS ácido sulfúrico al 10% (promedio + 1.28ơ) 40.86 35.06 21.86
Con una confiabilidad del 90 %, se puede decir que la concentración
de ácido sulfúrico en las muestras no afecta de manera significativa el
titulo (consistencia) en ninguna de las tres fracciones.
5.3.2 TÍTULO (°C) VS TASA DE CALENTAMIENTO EN LA DESTILACIÓN:
5.3.2.1 Titulo (°C) vs. Tasa de calentamiento en la destilación para Soapstock de algodón acidulado al 50%
Ilustración 50.Comparación Consistencia (Titulo ºC) para Soapstock de Algodón destilado, acidulado con Ácido Sulfúrico al 50% con Baja y Alta Tasa de calentamiento.
106
título (°C) (consistencia) para diferentes
tasas de calentamiento en la destilación
para Soapstock de algodón 50% fracción 1 fracción 2 fracción 3
tasa baja de calentamiento 40.5 ± 0.3 34.9 ± 0.3 20.6±0.4
tasa alta de calentamiento 40±0.1 26±0.1 18±0.1
LI ácido sulfúrico tasa baja (promedio - 1.28ơ) 40.53 34.73 21.53
Con una confiabilidad del 90 %, se puede afirmar que el título se ve
afectado por la tasa de calentamiento, principalmente en las últimas
fracciones, debido a la contaminación de la cola por arrastre la cual
posee un bajo título (20°C).
5.3.2.2 Título vs. Tasa de calentamiento en la destilación para ácidos grasos de palma
Ilustración 51.Comparación Consistencia (Titulo ºC) para la destilación Ácidos Grasos Palma Cruda, con Baja y Alta Tasa de calentamiento.
107
título (°C) (consistencia) para
diferentes tasas de calentamiento en la
destilación para ácidos graos de palma
africana fracción 1 fracción 2
tasa baja de calentamiento 50.1 ± 0.1 43.6 ± 0.2
tasa alta de calentamiento 49±0.1 40±0.1
LI ácido sulfúrico tasa baja (promedio - 1.28ơ) 49.97 43.34
Con una confiabilidad del 90 %, se puede afirmar que el título se ve
afectado por la tasa de calentamiento para los ácidos grasos de
palma, principalmente en la última fracción, debido a la
contaminación de la cola por arrastre la cuál poseen un bajo título
(20°C).
6. ESCALAMIENTO A PLANTA PILOTO
Debido a los resultados obtenidos a nivel de laboratorio en los cuales
se obtuvieron productos de buena calidad similares a las materias
primas de mejor calidad utilizadas en la fabricación de jabones de
tocador, se debe hacer un estudio preliminar en planta piloto con el
fin de simular en pequeña escala como se comportaría el proceso de
recuperación de ácidos grasos en escala industrial.
6.1 DIMENSIONAMIENTO DE PLANTA PILOTO
Es de suma importancia observar los resultados obtenidos en el
proceso de planta piloto antes de llevar el proyecto a escala
108
industrial. Sin embargo los equipos para simular este proceso en
pequeña escala tienen un costo elevado, por lo cual se hará un diseño
preliminar de esta con los equipos disponibles de pequeña escala
existentes en Lloreda S.A.
Para realizar la planta piloto se requieren:
• Un reactor para la saponificación y concentración del Soapstock
• Un reactor para la acidulación del Soapstock
• Una torre de destilación
• Un condensador
Para realizar estas operaciones Lloreda Grasas cuenta con un
desodorizador (80 Kg) y un fondo que permite la mezcla de la
muestra con borboteo de vapor (400Kg)46.
6.1.1 Equipos
A partir de los equipos piloto que se tienen en la planta, se tomó
como base de cálculo capacidad actual del desodorizador piloto, que
es para 80 Kg de Soapstock.
A partir de este valor se calculó la capacidad requerida para el tanque
de acidulación y el condensador faltantes escalando las proporciones
del proceso de laboratorio por medio del balance de materia47.
46 Ver Anexo [9] 47 Ver Anexo [] Balance de materia
109
Peso fracción soapstock inicial (g) 222.333389 1 soda cáustica 32% (Kg) 9.78266911 0.044 agua lavados (Kg) 55.5833472 0.25 Soapstock concentrado (Kg) 161.525207 0.7265 Soapstock concentrado (Kg) 161.525207 0.7265 H2SO4 10% (Kg) 19.1206714 0.11837577 g/g Soapstock Soapstock acidulado (Kg ) 180.645878 Agua (Kg) 348.174087 2.15554026
Soapstock acidulado (Kg) 180.645878 1.118 g/gSoapstock concentrado
Soapstock acidulado final (Kg) 80 0.495
Peso fracción soapstock inicial (g) 222.333389 1 soda cáustica 32% (Kg) 9.78266911 0.044 agua lavados (Kg) 55.5833472 0.25 Soapstock concentrado (Kg) 163.580073 0.7265 Soapstock concentrado (Kg) 163.580073 0.7265 H2SO4 50% (Kg) 18.2381086 0.11149346 g/g Soapstock Soapstock acidulado (Kg ) 181.818182 Agua (Kg) 383.675767 2.34549209
Soapstock acidulado (Kg) 181.818182 1.111 g/gSoapstock concentrado
Soapstock acidulado final (Kg) 80 0.48905712
Capacidad Kg fondo de saponificación 250.64384 tanque acidulación 309.710104 desodorizador 80
6.1.1.1 Dimensionamiento del tanque de acidulación Con la capacidad requerida por el tanque (310 Kg) se calculó el
volumen de la muestra con la densidad promedio. Posteriormente se
aplicó una relación entre el diámetro y longitud del tanque de 2*D=L
ya que este tanque debe ser largo para facilitar la separación de las
fases.
110
turbina 6 palas planas tanque acidulación masa de soapstock concentrado Kg 163.580073masa de ácido sulfúrico50% Kg 18.2381086ácido sulfúrico 9.11905432Agua 9.11905432agua por lavado 127.891922Total 309.710104fracción soapstock 0.52817157fracción ácido sulfúrico 100% 0.02944384fracción agua total 0.44238459densidad soapstock Kg/m^3 996 densidad agua Kg/m^3 1000 densidad ácido sulfúrico Kg/m^3 1841 densidad promedio (Kg/m^3) 1022.64958Viscosidad Kg/m*s 13.75 volumen m^3 (80%) 0.30285066volumen total m^3 0.37856333 dimensiones volumen total m^3 0.37856333diametro m 0.55 longitud m 1.65 Capacidad 0.39201186
Una vez se obtuvo el volumen necesario del tanque de mezclado se
calculó la potencia requerida por un agitador de 6 paletas planas48
con velocidad de 800 rpm escogido heurísticamente para aspas de
tamaño medio49.
Posteriormente se calculó el número Reynolds promedio de la mezcla
y por medio de tabla de propiedades, el tipo de aspa con un factor de
consumo de energía extrapolado a un valor fi de 1.5.
48 Granger Brown George, Operaciones básicas de la Ingeniería Química, 1963. 49 Mc Cabe, Smith, Harriot, Operaciones Unitarias en ingeniería Química, , 2002.
111
Finalmente se calculó la potencia del motor que genera la rotación del
mecanismo de mezclado50 :
P=(fi*densidadmedio*velocidad(rps)^3*Dtanque^5)/gc*raiz(Dtanqu
e/D hélice*L/D helice)
calculo de agitador agitador rpm 60 agitador rps 1 diametro de helice m 0.2 Re 2.9749806 gc (Kg*m/Kgf*s^2) 9.81 Fi 1.5 potencia Kgm/s 7.62184959
6.1.1.2 Dimensionamiento del condensador Para realizar el cálculo del intercambiador de calor (condensador), se
calcularon los calores de vaporización promedio tanto de los ácidos
grasos de aceite de palma africana como de Soapstock de algodón a
partir de las fracciones obtenidas en el perfil de ácidos grasos con el
fin de saber la energía requerida para condensar los ácidos grasos
recuperados. Luego se tomó el calor de vaporización promedio más
alto, el cuál corresponde a los ácidos grasos de palma, ya que
asegurando la condensación del producto que requiere mayor energía
para la condensación se asegura la condensación de los otros
productos utilizados en el intercambiador piloto.
A partir de este valor se calculó el calor requerido para condensar 80
Kg de ácidos grasos de aceite de palma africana en una hora de
operación de destilación por lote y con agua de condensación a 70°C
como se hizo a nivel de laboratorio:
112
CALOR= CALOR DE VAPORIZACION * MASA A CONDENSAR 100% DE
LA CARGA
Posteriormente se cálculo la temperatura de la salida del agua de
condensación asumiendo un flujo de 1000 Kg/h de agua a una
temperatura de entrada de 70°C, igualando el calor requerido para
condensar los ácidos grasos con el calor que debe despojar el agua
de condensación.
Calor de Condensacion de Acidos Grasos = Calor Retirado por Agua
Luego teniendo el valor de la temperatura de salida del agua de
condensación se calculó el area de transferencia requerida por el
intercambiador para realizar la operación de condensación asumiendo
un coeficiente global de transferencia de calor entre el agua y el
aceite y un material de acero inoxidable 316 a partir de las siguientes
ecuaciones:
Calor de Condensación de Ácidos Grasos = UA(DELTA T Log.M)
DELTA T Log.M=((TINICIAL ACIDO GRASO-TFINAL AGUA)-(TFINAL
ACIDO GRASO-TINICIAL AGUA))/(LN((TINICIAL ACIDO GRASO-
TFINAL AGUA)/(TFINAL ACIDO GRASO-TINICIAL AGUA))
AREA = CALOR DE CONDENSACION DE ACIDOS GRASOS/(U*(DELTA
T Log.M))
Finalmente obteniendo el área de transferencia se asumió un factor
de seguridad del 20% de sobredimensionamiento sobre el área
obtenida por lo cuál se obtuvo finalmente 1 m2 de area requerida51.
51 Ver Anexo [10].
113
Los costos de los equipos dimensionados se encuentran en los
anexos52.
7. CONCLUSIONES
La experimentación a nivel de laboratorio arrojó muy buenos
resultados en cuanto a características deseadas en el producto final
recuperado para su uso en jabones de alta calidad, permitiendo
encontrar un nuevo uso de este tipo de residuos, dándole una
solución a los problemas ambientales por disposición de desechos en
cuerpos de agua y un valor agregado más elevado a productos de
bajo o ningún valor comercial.
Los ácidos grasos recuperados tanto para el residuo de Soapstock de
algodón como el de ácidos grasos crudos de palma africana posee
una coloración mucho más clara, un olor mucho menos fuerte y un
título mayor que las del residuo inicial dándole características
similares a las de materias primas de mayor valor comercial como las
estearinas de palma y los sebos animales de alta calidad.
Los resultados obtenidos muestran que los rangos de temperatura de
destilación y valores de los análisis resultantes de las fracciones
recuperadas, son similares para cada fracción y su repetición, lo cuál
permite conocer con mayor certeza el comportamiento del proceso de
recuperación de ácidos grasos y así saber que los resultados
obtenidos en los productos puedan ser reproducidos
experimentalmente, controlando las variables que afectan el proceso
para que se mantengan constantes.
52 Ver Anexo [11].
114
Las fracciones recuperadas para ambos residuos poseen
características superiores a las del residuo original en cuanto a color
(más claro), olor (agradable) y consistencia (más sólido (título °C)),
permitiendo ampliar los usos de estos residuos, que anteriormente se
usaban en cantidades muy limitadas en productos de aseo de muy
baja calidad.
La acidulación con ácido sulfúrico a diferentes concentraciones en el
residuo de Soapstock de algodón no afecta de forma significativa la
coloración de los ácidos grasos recuperados obtenidos, según los
resultados obtenidos a partir de la prueba de color Lovibond. Sin
embargo cualitativamente se observa una pequeña diferencia en la
coloración para diferentes concentraciones. La coloración de las
fracciones recuperadas al utilizar una alta concentración de ácido en
la acidulación presentan un color ligeramente más oscuro, por lo cuál
sería recomendable utilizar concentraciones relativamente bajas en la
acidulación.
La acidulación con ácido sulfúrico a una alta concentración afecta
negativamente el rendimiento transformando ácidos grasos en
compuestos hidrocarburos que se añaden a la cola de destilación,
obteniendo otra razón para trabajar con concentraciones bajas de
ácido sulfúrico53.
La tasa de calentamiento utilizada en la destilación para realizar la
recuperación de los ácidos grasos para ambos residuos tiene una
importante influencia en las características y calidad del producto
obtenido. A mayor tasa de calentamiento, se obtiene un producto de
menor consistencia (título °C) y coloración más oscura, sobre todo en
la última fracción, debido al difícil control de la separación de las
fracciones producida por cambios de temperatura bruscos y algún
arrastre de parte del residuo de cola de destilación. 53 Ref[20]
115
Los resultados obtenidos de porcentaje de cenizas a partir de la
incineración y calcinación de Soapstock de algodón (0.33-0.32%)
para los dos niveles propuestos de acidulación permiten tener en
cuenta otro tipo de alternativa para la disposición de residuo de
destilado. En caso de no ser utilizado como insumo para la fabricación
de jabones de baja calidad, es posible disponer del residuo en la
caldera sin presentar problemas ambientales importantes.
En el caso del residuo de destilación de ácidos grasos de aceite de
palma africana crudos, la prueba de insolubilidad en hexano muestra
un muy bajo nivel de contenido de materia grasa (0.026 % en peso
sobre la totalidad del residuo recuperado), pone en evidencia la poca
importancia que tendría este producto para la industria oleoquímica.
Por esta razón, se obtendría la totalidad de este residuo de
destilación como desecho industrial. Sin embargo, las pruebas de
cenizas dan una excelente alternativa al problema de disposición de
este tipo de desechos como aguas residuales, ya que debido a su
despreciable formación de cenizas por medio de la calcinación e
incineración de este tipo de producto (0.026%), el desecho puede ser
quemado en la caldera sin generar ningún otro tipo de problema
ambiental.
Las aplicaciones de las fracciones recuperadas muestran que los
jabones obtenidos a partir de Soapstock de algodón crudo tienen una
coloración excesivamente oscura y un olor fuerte, lo cuál hace difícil
el uso de este tipo de residuo como materia prima en la fabricación
de jabones de buena calidad.
A partir de estas aplicaciones, se pudo observar que el Soapstock
crudo utilizado en gran porcentaje en la fabricación de jabones,
combinado con estearinas de palma o blanqueado con peroxido de
116
Hidrogeno al 5 %, hace que la coloración mejore un poco, aclarando
el producto obtenido. Sin embargo, como se puede ver en los jabones
obtenidos, este producto sigue teniendo características no deseables,
como una coloración oscura y un olor fuerte, haciendo que el
producto final tenga un bajo costo comercial debido a su baja calidad.
Los jabones obtenidos a partir de ácidos grasos de Soapstock de
algodón muestran que el producto obtenido tiene una aplicación
bastante amplia, ya que se obtienen jabones muy similares en calidad
a los obtenidos a partir de materias primas de alta calidad, como los
sebos y las estearinas de palma.
La coloración del jabón realizado con la primera fracción recuperada
de Soapstock de algodón es más clara que la obtenida a partir de la
suma de las fracciones recuperadas para los dos niveles de ácido
propuestos. Sin embargo, aunque la calidad del jabón obtenido de la
primera fracción sea superior a la de aquel elaborado a partir de la
suma de las fracciones recuperadas, se debe analizar la alternativa de
juntar las fracciones para obtener una mayor cantidad de producto,
aunque a un precio relativamente menor.
El jabón de ácidos grasos de palma africana obtenido a partir de las
fracciones recuperadas muestra la obtención de un producto de
calidad superior y muy similar a los obtenidos con insumos de alta
calidad (estearinas de palma y sebos animales). Sin embargo, debido
a que se recuperan sólo dos fracciones, es necesario juntar los
productos recuperados para obtener una mayor cantidad en peso,
para una calidad buena y aceptable comercialmente.
8. RECOMENDACIONES
Es recomendable trabajar con concentraciones de ácido sulfúrico más
bajas para el proceso de acidulación de Soapstock de algodón. Sin
117
embargo, se debe tratar de encontrar un punto óptimo entre la
concentración utilizada, el agua requerida por la solución y el tiempo
de reacción, con el fin de obtener un producto de buena calidad a un
costo menor.
Las aguas ácidas provenientes de la acidulación del Soapstock de
algodón se podrían usar para neutralizar aguas alcalinas de desecho
provenientes del proceso de saponificación, con el fin de disminuir la
cantidad de ácido requerido en el tratamiento de aguas residuales,
dando una solución económica a una posible disposición de este tipo
de aguas residuales en cuerpos de agua. Igualmente, estas aguas
ácidas podrían ser utilizadas para neutralizar los desechos líquidos de
las refinerías de aceites vegetales crudos que generalmente salen con
un pH superior a 9.
Es recomendable trabajar a tasas de calentamiento relativamente
bajas tratando de encontrar un punto óptimo entre la calidad del
producto obtenido y el tiempo requerido para destilar las fracciones
con el fin de obtener un producto de mejores características (más
claro y mayor consistencia) a un costo menos elevado.
La cola de destilación de los ácidos grasos recuperados del Soapstock
de algodón y de palma africana, que se sugiere sean incinerados en
la caldera debido a su baja formación de cenizas en su disposición por
incineración. Sin embargo, en el caso del Soapstock de algodón,
debido a su contenido de materia grasa en la cola de destilado,
también podría ser utilizado en la manufactura de jabones de baja
calidad.
118
9.ANEXOS
ANEXO 1.MONTAJE
119
ANEXO 2. PUNTOS DE EBULLICIÓN ÁCIDOS GRASOS
120
ANEXO 3.DATOS TEMPERATURA Vs TIEMPO EN DESTILACIÓN
Variación de la temperatura vs. Tiempo para destilación de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50%.
121
Variación de la temperatura vs. Tiempo para destilación de
ENSAYO 1A ENSAYO 2A
Tiempo (min)
Temperatura de la Muestra(ºC)
Temperatura de vaporesdestilados (ºC)
Temperatura de la Muestra(ºC)
Temperatura de vaporesdestilados (ºC)
0 28 28 26 25 5 84 104 156 118 10 172 127 164 184 15 218 194 190 208 20 220 215 226 224 25 223 226 230 225 30 229 226 232 226 35 232 228 232 226 40 234 229 232 226 45 238 230 232 228 50 240 225 232 228 55 232 228 60 232 236 65 234 236 70 234 238 75 234 239 80 234 240
122
Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 10%. ENSAYO 3A ENSAYO 4A
Tiempo (min)
Temperatura de la Muestra (ºC)
Temperatura de vapores destilados (ºC)
Temperatura de la Muestra (ºC)
Temperatura de vapores destilados (ºC)
0 28 27 28 27 5 58 50 63 55 10 110 121 115 115 15 160 166 160 158 20 184 171 180 175 25 202 173 195 178 30 211 180 208 180 35 214 181 212 185 40 216 190 215 194 45 220 214 220 210 50 220 214 220 210 55 222 214 224 216 60 224 218 224 218 65 226 220 226 220 70 224 220 228 222 75 230 225 230 225 80 240 224
Variación de la temperatura vs. Tiempo para la destilación de ácidos grasos de palma crudos. ENSAYO 1 ENSAYO 2
Tiempo (min)
Temperatura de la Muestra (ºC)
Temperatura de vapores destilados (ºC)
Temperatura de la Muestra (ºC)
Temperatura de vapores destilados (ºC)
0 32 28 31 27 5 90 102 110 122 10 154 183 174 198 15 222 217 222 220 20 234 229 237 227 25 236 234 240 236 30 239 235 242 240 35 240 237 243 240 40 242 238 244 242 45 244 240 246 243 50 248 243 250 246 55 252 246 251 242 252 242
123
Variación de la temperatura vs. Tiempo para una tasa rápida de calentamiento en la destilación de Soapstock de algodón acidulado con ácido sulfúrico al 50%. ENSAYO TASA DE CALENTAMIENTO
RAPIDA SOAPSTOCK 50%
Tiempo (min)
Temperatura de la Muestra (ºC)
Temperatura de vapores destilados (ºC)
0 32 30 5 38 62 10 198 180 15 220 218 20 240 238 Variación de la temperatura vs. Tiempo para una tasa rápida de calentamiento en la destilación para ácidos grasos de palma crudos. ENSAYO TASA DE CALENTAMIENTO
RAPIDA ÁCIDOS GRASOS
Tiempo (min)
Temperatura de la Muestra (ºC)
Temperatura de vapores destilados (ºC)
0 30 30 5 35 52 10 175 190 15 225 228 20 246 262
124
ANEXO 4. AOCS (TÍTULO)
125
ANEXO 5. AOCS (color lovibond)
126
ANEXO 6.PROCEDIMIENTO PARA ELABORACIÓN DE UNA
MUESTRA DE PASTA DE JABÓN BASE EN LABORATORIO.
1. Pesar 100g de grasa o de ácidos grasos,
2. Calentar a 80ºC – 90ºC
3. Adicionar lentamente 20 g de Soda cáustica al 49%, disuelta en
50 ml de Agua caliente (90 ºC)
4. Agitar por diez minutos manteniendo temperatura de 95 –
100ºC
5. Adicionar 200 ml de agua caliente con agitación por 30 min.
hasta la obtención del jabón (evitar que quede pegajoso).
6. Proceder al corte del jabón agregando 100 ml de salmuera
caliente del 15%.
7. Hervir 10 min gasta la separación de las dos fases del jabón y
el agua.
8. Dejar decantar por 1 hora.
9. Drenar y repetir una vez el paso anterior.
10. Sacar muestra redondeada y plana y dejar secar para observa
color del jabón base.
127
ANEXO 7. PERFILES DE ÁCIDOS GRASOS
128
ANEXO 8. BALANCE DE MATERIA
129
ANEXO 9. EQUIPOS PILOTO EXISTENTES EN LLOREDA S.A.
130
DESODORIZADOR PILOTO
131
FONDO PILOTO
132
ANEXO 10. HOJA DE CÁLCULO DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS PILOTO
133
TANQUE ACIDULACIÓN: peso fracción
soapstock inicial (g) 222.333389 1soda cáustica 32% (Kg) 9.78266911 0.044agua lavados (Kg) 55.5833472 0.25 Soapstock concentrado (Kg) 161.525207 0.7265 Soapstock concentrado (Kg) 161.525207 0.7265H2SO4 10% (Kg) 19.1206714 0.11837577
g/g soapstock Soapstock acidulado (Kg ) 180.645878
Agua (Kg) 348.174087 2.15554026 Soapstock acidulado (Kg) 180.645878 1.118 g/g soapstock concentrado Soapstock acidulado final (Kg) 80 0.495
peso fracciónsoapstock inicial (g) 222.333389 1soda cáustica 32% (Kg) 9.78266911 0.044agua lavados (Kg) 55.5833472 0.25 Soapstock concentrado (Kg) 163.580073 0.7265 Soapstock concentrado (Kg) 163.580073 0.7265H2SO4 50% (Kg) 18.2381086 0.11149346
g/g soapstock Soapstock acidulado (Kg ) 181.818182
Agua (Kg) 383.675767 2.34549209 Soapstock acidulado (Kg) 181.818182 1.111 g/g soapstock concentrado Soapstock acidulado final (Kg) 80 0.48905712
capacidad Kg fondo de saponificación 250.64384 tanque acidulación 309.710104 desodorizador 80
turbina 6 palas planas
tanque acidulaciónmasa de soapstock concentrado Kg 163.580073masa de ácido sulfúrico50% Kg 18.2381086ácido sulfúrico 9.11905432agua 9.11905432agua por lavado 127.891922total 309.710104fracción soapstock 0.52817157fracción ácido sulfúrico 100% 0.02944384fracción agua total 0.44238459densidad soapstock Kg/m^3 996densidad agua Kg/m^3 1000densidad ácido sulfúrico Kg/m^3 1841 http://avogadro.chem.iastate.edu/MSDS/H2SO4.htmdensidad promedio (Kg/m^3) 1022.64958viscosidad Kg/m*s 13.75volumen m^3 (80%) 0.30285066volumen total m^3 0.37856333
calculo de agitadoragitador rpm 60agitador rps 1diametro de helice m 0.2Re 2.9749806gc (Kg*m/Kgf*s^2) 9.81fi 1.5potencia Kgm/s 7.62184959
p 7.86977914
dimensionesvolumen total m^3 0.37856333diametro m 0.55longitud m 1.65capacidad 0.39201186
134
CONDENSADOR
135
ANEXO 11. COTIZACIÓN EQUIPOS PLANTA PILOTO.
EQUIPO VALOR (SIN IVA) CARACTERISTICASACIDULADOR 2 800 000 Tanque de diámetro 600 mm, altura = 1200 mm, fabricado en
inox 304 fondo conico
CONDENSADOR 5 000 000Fabricado en inox con tuberia de diametro 3/4", la carcaza en acero al carbonn de dimensiones: diámetro 150 mm y largo 1500 mm con una area de transferencia de 1m2
AGITADOR 500 000 Incluye eje en inox 304 de diametro 3/4" y 1 m de largo, con propela de diametro 20 cms en inox 304
MOTORREDUCTOR PARA TANQUE ACIDULADOR (OPCION 1) 3 678 000 Marca sew helicoidal con flamche potencia 7,5kw velocidad 157 rpm, factor de servicio 1,5, torque máximo 654 Nm.
MOTORREDUCTOR PARA TANQUE ACIDULADOR (OPCION 2) 5 471 000Marca sew helicoidal TIPO FAF77DV132M4, potencia 7,5kw velocidad 157 rpm, factor de servicio 3.2, torque máximo 1471 Nm.
TOTAL 11 978 000 con motorreductor opcion 1
13 771 000 con motorreductor opcion 2
COTIZACION EQUIPOS PARA SAPONIFICACION, ACIDULACION Y OBTENCION DE ACIDOS GARSOS A PARTIR DE SOAPSTOCK
FUENTE: F.K INGENIERÍA DE CALI, GERENTE FERNANDO CARDENAS
COTIZADO EN 13/05/05.
136
10. REFERENCIAS
1. B.E. Caldwell, National Program Staff Agricultural Research Service Usda, R.W.Howell, Soybeans: Improvements Production And Uses, Universidad De Illinois, American Society 1973.
2. J. C Andersen, Refinación de aceites y grasas comestibles editado en ingles por P. N. Williams 1962 por Pergamon Press Ltd.
3. George S.Jamieson, American chemical society, monograpH series, Vegetable fats and oils, The chemical catalog company 1932.
4. Mantilla Alvaro José y Reveiz Velasco Alvaro Alfredo, Perfil de Factibilidad Técnico Económica Para la Obtención de Aceites Ácidos a partir del Soapstock de la Industria de Aceites y Grasas Comestibles.
5. Guía Para El Control Y Prevención De La Contaminación Industrial Fabricación De Grasas Y Aceites Vegetales Y Subproductos, Santiago 1998
6. Bernardini, E. Oilseeds, Oils And Fats. Volumen Ii. Editorial Publishing House, Roma, 1983.
7. Erickson, R.D., Editor. Edible Fats And Oils Processing:Basic Principles And Modern Practices. Aocs Press. Champaign, Illinois. Eu 1990.
8. Erickson, R.D., Editor. Practical Handbook Of Soybean Processing And Utilization. Aocs Press. Champaign, Illinois. Eu 1995.
9. Perry, R. Manual Del Ingeniero Quimico. Mcgraw Hill Editores. Eu 1973
10. David R. Erickson editor, Practical Handbook of soybean processing and utilization, St louis Missouri and AOCS Press Champaign Illinois.Eu 1995.
11. Robert W. Jhonson and Earle Fritz, Marcel Dekker Inc., Fatty Acids in Industry, New York 1989.
12. Francisco Gabriel Acién Fernández, Producción y Purificación de Ácidos Grasos Poliinsaturados, Universidad de Almería,2003.
13. Madrid Vicente. Producción, análisis y control de calidad de aceites y grasas. Ed. A. Madrid Vicente Ediciones. Madrid, 1988.
14. Madrid, I. Cenzano y J.M. Vicente. Manual de grasas y aceites comestibles. Ed. A. Madrid Vicente Ediciones y Mundi-Prensa Libros, S.A. Madrid, 1997.
15. Guía para el control y prevención de la contaminación industrial fabricación de grasas y aceites vegetales y subproductos
16. Consulta FAO/OMS de expertos. (Estudio FAO Alimentación y Nutrición - 57), Grasas y aceites en la nutrición humana, Santiago julio de 1998.
17. Alton.E, Bailey. Aceites y Grasas Industriales tomo2, segunda edición.
137
18. Sonntag Norman O.V, Utilization and Disposal, Fat Splitting and Glycerol Recovery,1995.
19. T.K Mag, Blanqueo: Teoría y práctica, Libro de Oro Aceites y Grasas decimo aniversario, tomo 2, 134, research Center.Canadá Packers Inc., Toronto, Ontario, MGN 1K4, Canadá.
20. LS.Silbert and D.A Konen, Specific and Select Site Reactions. 21. Pedroni J.M, Técnica de Destilación de Ácidos Grasos, Libro de
Oro de Aceites y Grasas, 10o Aniversario Tomo III -549. 22. Mina D Adriano, Rojas Alfonso, Rengifo Luis A.,Fraccionamiento
de ácidos grasos de sebo para producir ácido oleico y esteárico comerciales, Universidad del Valle, Facultad de ingeniería Química 1967.
23. Crauer, L.S, JAOCS 42:661,1965. 24. Sheeli, M.L , Us patent 2062 837. 25. Mc clain H.K., US patent 2435 456. 26. Nihan, C.C, et al Indian patent 72869. 27. Freiman, R.E, Maslo-Zhir Prom ist, 1984, (10) 30 Russia. 28. Ayres. Gilbert H, "Análisis Químico Cuantitativo", University of
Texas, Austin 1980.
