Cap. I - Introducción

Universidad Nacional de San Juan
Departamento de Ingeniería Química
Proyecto de Instalación Industrial
“DISEÑO DE UNA PLANTA PARA LA FABRICACIÓN DE
DETERGENTE TIPO LAVAVAJILLA”
Por:
Celina Valeria Podetti
San Juan, Abril 2019
Fabricación de Detergente
AGRADECIEMINTOS
INDICE
Resumen
Instalación de una planta industrial de producción de detergentes con la fabricación propia
de botellas con un porcentaje de plástico reciclado. Se desea fomentar el desarrollo
institucional y de la industria local, insertando al mercado un producto con un precio
competitivo y con altos estándares de calidad.
Fabricación de Detergente
Capítulo I
INTRODUCCIÓN
Fabricación de Detergente
Objetivo Generales
Desarrollar la ingeniería básica de una planta comercial de detergente sintético tipo
lavavajillas, a partir de la utilización de una mezcla de agentes tensioactivos como materia
prima y agregando sustancias adicionales como fragancias y mejoradores que le confieren
propiedades particulares al detergente, competitivas con el mercado existente.
El objetivo general de la investigación es determinar la viabilidad de mercado,
tecnológica, financiera y ambiental para la instalación de una planta productora de
detergente líquido.
Objetivos Específicos
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Elaborar un estudio de mercado que permita definir la viabilidad comercial y la
forma como se comporta el mercado de los detergentes en Argentina y el
Mercosur.
Ratificar la existencia de una necesidad insatisfecha en el mercado, o la
posibilidad de la introducción al mercado a un mejor precio de los existentes.
Definir la participación de nuestra empresa en el mercado e identificar potenciales
mercados en la zona del Mercosur.
Determinar la mejor ubicación de la planta procesadora.
Proponer un DFP (Diagrama de flujo del proceso) que cumpla con los objetivos
técnicos y económicos citados, donde el proceso asegure alta flexibilidad en la
operación.
Realizar el diseño de los equipos necesarios para la implementación del proceso
a escala industrial.
Realizar el balance de masa y energía del proceso.
Evaluar la viabilidad tecnológica y química del proyecto.
Realizar una estimación de costos aproximado.
Evaluar la factibilidad económica del proyecto mediante la tasa interna de retorno
y el tiempo de retorno de inversión.
Definición del Problema
El producto a desarrollar y comercializar es un detergente líquido tipo lavaplatos. Hoy en
día, el consumidor argentino cuenta con mayor información gracias a las nuevas
tecnologías y a la globalización, lo que le permite ser cada vez más exigente en cuanto a
calidad y presentación de los productos.
Por otro lado, del análisis de diversas consultoras privadas, surge que son pocas las
empresas en Argentina y el Mercosur que ofrecen productos que satisfacen las exigencias
del consumidor sumado a que llevan muchos años fuertemente establecidas en el
mercado. Esto ha generado un fenómeno muy particular, donde se ve un oligopolio, por
no decir un monopolio de pocas empresas que lideran el mercado. Esto no es
completamente saludable para este último porque las mismas son formadoras de precios,
lo que preocupa a nivel económico y social, en especial frente a un escenario donde en el
último mes el tipo de cambio se devaluó cerca de un 20% haciendo que se transfiera a los
precios en los sectores de consumo masivo como son los detergentes. Según la consultora
privada Focus Market, en el sector de limpieza, 6 fabricantes (de un total de 52) tienen
82,11% del mercado, con 10% de las empresas generando el 80% de la facturación.
Si bien hoy en día el mercado viene creciendo, el objetivo se plantea como la generación
de un producto de buena calidad, costo moderado y altamente competitivo.
Fabricación de Detergente
Además, se presenta el desafío de diseñar un producto que sea altamente biodegradable,
amigable con el medioambiente y que no dañe la piel, ya que el componente activo es en
gran medida abrasivo para las manos. Se pretende utilizar en la fabricación de botellas
plástico reciclado.
Hipótesis de Trabajo
La instalación de una planta productora de detergente líquido es factible, pues existe un
mercado aún no desarrollado en especial en algunas regiones del Norte y Cuyo de
Argentina y de las algunas regiones de países limítrofes. Se puede fabricar un producto
que cumpla con las exigencias del mercado, y además es tecnológicamente,
económicamente y financieramente viable.
Marco Teórico
En términos generales un detergente es un producto que posee un poder limpiador de una
superficie. Los detergentes contienen entre los componentes que forman parte de su
formulación, uno o varios agentes tensoactivos o surfactantes, en combinación con otras
sustancias orgánicas e inorgánicas, que incrementan la eficacia de la limpieza en
comparación con la acción del agente tensoactivo aislado.
Los detergentes difieren de los jabones por su modo de actuar con aguas duras. Los
jabones forman compuestos insolubles con los iones de magnesio y calcio presentes en el
agua dura; estos compuestos insolubles se precipitan y reducen las acciones espumante y
limpiadora. Los detergentes pueden reaccionar con los iones del agua dura, pero los
productos resultantes son solubles o permanecen dispersos de forma coloidal en el agua.
A continuación, se presentará la información relacionada con detergentes, el proceso de
detergencia, el proceso de manufactura y características de los detergentes sintéticos,
sus componentes y funciones.
Historia de los detergentes
El desarrollo en la formulación y producción de detergentes ha sido escalonado a lo largo
de la historia, desarrollando paulatinamente tecnologías y productos destinados a
satisfacer las demandas técnicas y de mercado.
En el año 600 a.C., los fenicios obtuvieron el primer jabón mezclando grasa de cabra con
cenizas de madera. En Europa, la fabricación de jabones se inició en Marsella en la Edad
Media y se extendió a Génova, Venecia y Savona. En el siglo XVIII, la fabricación de
éste se convirtió en un negocio floreciente y se difundió en Europa y Norteamérica,
llegando a ser una gran industria para fines de siglo.
Para 1890, A. Krafft, químico alemán dedicado a la investigación, observó que ciertas
moléculas de cadena corta, que no eran sustancias jabonosas, producían espuma como el
jabón al unirse con alcohol. Krafft había producido el primer detergente del mundo, pero
en aquel momento este descubrimiento no interesó a nadie y permaneció como mera
curiosidad química.
En 1907 una compañía alemana fabricó el primer detergente al añadirle al jabón
tradicional perborato sódico, silicato sódico y carbonato sódico. El nombre elegido fue
“PERSIL” (PERborato + SILicato).
Después de la primera guerra mundial, el bloqueo aliado privó a Alemania del suministro
de grasas naturales utilizadas para fabricar lubricantes, las grasas de los jabones fueron
sustituidas, y el propio jabón se convirtió en un artículo difícil de conseguir en el país.
Fabricación de Detergente
Dos químicos, H. Gunther y M. Hetzer, recordaron entonces hallazgo de Krafft y
elaboraron el primer detergente comercial, llamado Nekal, creyendo que serviría como
sustituto del jabón tan sólo en tiempos de guerra. Sin embargo, las ventajas del detergente
con respecto al jabón no tardaron en manifestarse, de tal manera que para el año 1930,
gran parte del mundo industrializado fabricaba una amplia gama de detergentes sintéticos
que no dejaban residuo alguno, y que en muchos aspectos eran muy superiores al jabón.
Posteriormente a la Segunda Guerra Mundial, la rápida disponibilidad de hidrocarburos
procedentes de la industria petroquímica en desarrollo, hizo atractiva la idea de que
existiese un sistema de detergentes económico y eficiente, y es en 1946, cuando aparece
el primer detergente para lavar la ropa en casa: el Tide®, que coincidió con el momento
en que las amas de casa en los Estados Unidos no podían vivir sin una lavadora
automática. El éxito del Tide® fue rápido y se convirtió en el precursor de muchísimos
detergentes delicados que no tardarían en llenar las estanterías de los supermercados.
A partir de la década de 1960 se resaltó la importancia de producir productos
biodegradables teniendo como materia prima las cadenas de hidrocarburos lineales, las
cuales reducen la contaminación del agua. (Ver sección de consideraciones ambientales).
El jabón es una sustancia con dos partes, una de ellas llamada lipófila (o hidrófoba), que
se une a las gotitas de grasa y la otra, denominada hidrófila, se une al agua. De esta manera
se consigue disolver la grasa en agua. Químicamente es una sal alcalina de un ácido graso
de cadena larga.
El detergente es una mezcla de muchas sustancias. El componente activo de un detergente
es similar al de un jabón, su molécula tiene también una larga cadena lipófila y una
terminación hidrófila. Suele ser un producto sintético normalmente derivado del petróleo.
Una de las razonas por las que los detergentes han desplazado a los jabones es que se
comportan mejor que estos en aguas duras.
Mecanismo de acción de los detergentes
Los detergentes constan de moléculas con una parte que presenta repulsión por el agua
(hidrofobia), compuesta por una cadena hidrocarbonada, y otra parte muestra un grado de
afinidad o atracción hacia el agua (hidrofilia), formada por el grupo sulfonato de sodio
(SO3-Na).
El principal agente tensoactivo usado en los detergentes se produce de la reacción química
entre el ácido dodecilbensulfónico y el Carbonato de sodio, originándose una sal conocida
como Dodecilbencensulfonato de sodio (NaLAS), sustancia que actúa como detergente.
Su estructura se representa en la siguiente figura:
Figura N°1
Cuando se añade detergente al agua, sus cabezas hidrofílicas cargadas eléctricamente
tienden a disolverse en el agua, mientras que las largas cadenas hidrofóbicas se unen a las
partículas de grasa y permanecen en el interior, escapando del agua. De esa manera, se
Fabricación de Detergente
forman grupos circulares llamados micelas, con el material graso absorbido dentro y
atrapado, proporcionando un medio no polar en el sistema acuoso, en el que puede
disolverse la grasa.
Figura N° 2
Se origina entonces una emulsión de aceite en agua, liberando las partículas de grasa. El
detergente limpia actuando como emulsificante, permitiendo que la grasa y el agua se
mezclen.
Mecanismos de limpieza de un Detergente
a. Emulsificación: Al igual que muchos otros detergentes, la emulsificación es el
principal mecanismo de limpieza de restos de grasa en el lavado manual. En este
mecanismo, los tensoactivos actúan en la interfase agua-aceite, y reducen de esta forma
la tensión interfacial (IFT). Esto permite que las grasas formen una emulsión de pequeñas
partículas en el agua de lavado. Estas partículas de emulsión son <0,5 micras de tamaño
y termodinámicamente inestable. Sin embargo, dado que el tiempo de lavado es
relativamente corto, esta inestabilidad termodinámica no afecta significativamente la
eficacia de la limpieza. En superficies altamente hidrofóbicas (por ejemplo, plásticos), el
mecanismo de emulsificación generalmente no es efectivo. Para mejorar la limpieza,
suelen ser necesarios agentes humectantes y / o tensoactivos con fuertes capacidades de
superficie de mojado para aumentar el ángulo de contacto y la fuerza de unión entre el
sólido grasiento y la superficie hidrofóbica.
b. Solubilización: En detergencia, el mecanismo de solubilización difiere de
emulsificación en que las partículas de grasa solubilizados son termodinámicamente
estables en el agua. El tamaño de estas partículas es generalmente similar a las micelas
de surfactante, es decir, de 5 a 100 nm de diámetro. La eficiencia del mecanismo de
solubilización depende de un complejo conjunto de parámetros de surfactante como la
estructura de las micelas y la concentración micelar crítica (CMC).
TIPOS DE DERTERGENTES
Los detergentes más comunes y conocidos son los utilizados en la limpieza del hogar y
cuidado personal. Estos productos se pueden agrupar en cuatro categorías generales.
1. Detergentes para ropa y ayudantes de lavandería
Estos incluyen detergentes en polvo, líquido, tabletas, gel, y en forma de barras, así como
una gran variedad de productos de especialidad como pre-tratadores (como barras, geles,
Fabricación de Detergente
aerosoles), remojadores (líquidos, polvos), y blanqueadores (líquidos, polvos). La
mayoría de los detergentes de lavandería típicos están formulados para proporcionar una
limpieza general, que incluye la eliminación de la suciedad y las manchas, así como la
capacidad para mantener la blancura.
2. Productos lavavajillas
Estos incluyen detergentes para lavavajillas o lavaplatos, tanto para lavadas a mano como
lavavajillas automáticos y por lo general siempre se encuentra en estado líquido, gel, o en
crema. Los productos de lavaplatos están formulados para remover y suspender los restos
de alimentos de una gran variedad de superficies. También debe generar espuma a largo
plazo, incluso con altas cantidades de suciedad, y deben además ser suaves para la piel.
Los productos diseñados para lavavajillas automáticos deben proporcionar la remoción
de los restos de alimentos y de la suspensión de los mismos, el control de la dureza del
agua y producir poca o ninguna espuma que de otra forma interferiría con el
funcionamiento de la máquina.
3. Productos de limpieza
Debido a que ningún producto puede ofrecer una gama de limpieza completa para todas
las superficies encontradas en el hogar, se tienen en la actualidad una amplia gama de
productos comercializados con usos específicos para el hogar. Estos suelen ser
formulados en forma líquida o en polvo, aunque los productos de gel y crema están
también disponibles.
4. Productos de limpieza personal
Estas incluyen productos para las manos y cuerpo, así como champús, acondicionadores
y cremas dentales. Se comercializan principalmente en barra, gel y líquidos. Una
consideración importante en la formulación de estos productos es la estética de consumo
deseado, tal como la espuma, sensación en la piel, olor, color, entre otras.
Formas físicas
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Tabletas
Barras
Polvo
Crema
Liquido
Componentes de los detergentes sintéticos y sus funciones
La clasificación de los detergentes se realiza de acuerdo al tipo de agente tensoactivo y
de los componentes secundarios que lo conforman. Su formulación varía enormemente
dependiendo del fin o la aplicación que se le quiere dar, así como también de acuerdo al
mercado donde va dirigido el producto.
Su composición genérica es la siguiente:
Fabricación de Detergente
Detergentes
Componentes
Complementarios
Materia Activa
Tensioactivos
Coadyuvantes
Aniónicos
Catiónicos
Zeolitas
EDTA
Aditivos
Blanqueadores
ópticos
No iónicos
Enzimas
Anfotéricos
Perfumes
Auxiliares de
presentación
Na2SO4
Agua
Colorantes
Suevizantes
Tensioactivos o Surfactantes
Es la materia activa en un detergente o agente tensoactivo que tiene la habilidad de
adsorberse en una interfase entre dos fluidos inmiscibles, o en la superficie de una
solución con el aire, modificando de esta forma la tensión interfacial.
Los agentes tensoactivos tienen una estructura molecular común que puede consistir en
una larga cadena no polar, casi siempre una cadena de hidrocarburo (que contiene entre
12 y 20 átomos de carbono) pudiendo ser hidrogenada o fluorada, lineal o ramificada, que
es soluble en aceite, pero insoluble en agua, conocida como la parte lipofílica o
hidrofóbica. El otro extremo de la molécula conocida como la parte hidrofílica, es
insoluble en aceite, pero soluble en agua, y es lo suficientemente afín a ella para conferir
solubilidad en agua a todo el compuesto. De acuerdo a este grupo, los tensioactivos se
clasifican en:
Tensoactivos aniónicos
El tensoactivo aniónico es aquél que tiene un extremo polar con carga negativa. El catión
normalmente es amonio, potasio o sodio que ejerce una escasa influencia sobre las
propiedades superficiales de estas sustancias. Los más comunes son:
a) Sulfonato de alquilbenceno lineal (LAS).
b) Sulfonato de alquilbenceno ramificado.
c) Sulfonato de metiléster.
d) Sulfato de n-alquilo.
e) Carboxilato de alquilo (jabón).
Entre los tensioactivos aniónicos, el sulfonato de alquilbenceno lineal es el más utilizado.
Hace unos 10 años aproximadamente que las industrias petroquímicas pueden
sintetizarlo.
Las ventajas de este tensioactivo son:
Fabricación de Detergente
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Excelentes propiedades como tensioactivo.
Buen comportamiento ambiental, ya que su biodegradabilidad muy alta
Compatibilidad con todo tipo de fórmulas e ingredientes.
Muy baja relación coste/rendimiento.
Facilidad de procesado.
Estabilidad del producto sulfonado.
Fácil transporte, manipulación y almacenaje.
Baja toxicidad.
Tensioactivos catiónicos
Están constituidos por un extremo polar hidrófilo cargado positivamente, habitualmente
una sal de amonio cuaternaria, amina o sal de fosfonio, unida a un extremo hidrófobo que
puede tener diferente naturaleza. Se usa como suavizante, antibactericidas, inhibidor de
la corrosión.
Tensioactivos anfóteros
Poseen grupos funcionales que pueden ionizarse con carga negativa o positiva
dependiendo de las condiciones del medio, por tanto, pueden actuar como tensioactivo
aniónicos o catiónicos. Se usan para champús y cremas para la piel.
Tensioactivos no iónicos
Son sustancias que no están ionizadas en disolución. Los más conocidos son los alcoholes
grasos polietoxilados, alquil fenoles polietoxilados y ácidos grasos polietoxilados.
Agua: Es el componente mayoritario y el medio en el cual se disuelve el resto de los
componentes del detergente. Debido a que puede facilitar la contaminación es importante
que sea microbiológicamente apta, ya sea corriente o de pozo.
Aditivos solubilizantes: Se utilizan para favorecer la solubilidad en agua de los
tensioactivos. Dependiendo del tensioactivo elegido puede no ser necesaria su utilización.
Como ejemplos se detallan: etanol, glicerina, propilenglicol, UREA.
ADITIVOS CON FINES ESPECIALES:
Coadyuvantes
Los coadyuvantes dan soporte a los surfactantes secuestrando las partículas que dan
dureza al agua (magnesio y calcio) para evitar la interacción de estos iones con los
surfactantes. Se destacan el Ácido etilendiaminotetraacético (EDTA). Y disódico
también.
Conservante: Es para mantener la estabilidad evitando la contaminación bacteriana del
detergente. Por ejemplo, propil y metil parabenos (NIPAGIN – NIPASOL).
Colorantes y esencias: Son para darle la terminación agradable al producto y disminuir
posibles feos olores debido a los tensioactivos o algún otro componente. La elección de
los mismos dependerá de la propia necesidad o de las preferencias de los clientes a los
cuales se destinará.
Fabricación de Detergente
Espesante: Aumenta la viscosidad del detergente y mejora su apariencia generando una
sensación de mayor calidad. Por lo general, debido a su bajo costo, se utiliza cloruro de
sodio (sal grueso común) disuelta en agua.
Aditivos protectores de la piel: Contrarrestan la acción nociva de los tensioactivos sobre
la piel. Algunos ejemplos serían glicerina, colágeno, aloe vera, trietanolamina, etc.
Regulador de ph: Dado que para obtener un detergente neutro el pH debe arrojar un
valor entre 6 o 7, se utilizan reguladores de pH para ajustar el mismo. Para aumentar el
pH se utilizarán álcalis como, por ejemplo, hidróxido de sodio (soda cáustica) diluido o
trietanolamina. Para disminuir el pH se utilizarán ácidos como el ácido cítrico, bórico o
clorhídrico.
BIBLIOGRAFIA
https://www.pagina12.com.ar/118090-mercados-altamente-concentrados
https://www.infobae.com/economia/2018/05/31/concentracion-y-precios-mas-del-90de-los-mercados-de-panales-cervezas-y-detergentes-en-manos-de-pocos-fabricantes/
https://www.lanacion.com.ar/1903314-ropa-limpia-un-negocio-con-espuma