Saponificación – Proceso de fabricación de jabón con ultrasonidos
La saponificación es el proceso químico de fabricación del jabón. Es la reacción en la que la materia prima de grasas o aceites (triglicéridos) reacciona con un reactivo alcalino para formar jabón. La ultrasonicación mejora la catálisis de transferencia de fase, lo que resulta en una mayor velocidad de reacción, una conversión más completa y evita el uso excesivo de reactivos base como el hidróxido de potasio (KOH) o el hidróxido de sodio (NaOH). La hidrólisis alcalina iniciada por ultrasonidos puede aplicarse fácilmente en la fabricación comercial de jabón. Los reactores ultrasónicos para saponificación producen un mayor rendimiento en menos tiempo sin utilizar ningún catalizador o reduciendo las cantidades de catalizador utilizadas.
Saponificación por ultrasonidos
- reacción más rápida
- Mayor conversión
- Sin uso excesivo de reactivos base
- Sin uso excesivo de catalizador
- Reacción más completa
- Proceso ecológico
Casos prácticos de saponificación ultrasónica
Diversos estudios de investigación han demostrado que la sonicación favorece la saponificación de los triglicéridos en jabón. La saponificación ultrasónica acelera y aumenta la conversión al tiempo que ahorra o evita el uso de catalizador. Esto hace de la saponificación ultrasónica un método de producción muy eficaz.
Iniciación ultrasónica de la hidrólisis alcalina de triglicéridos (saponificación) sin catalizador de fase
Mercantili et al. (2013) estudiaron los efectos de la ultrasonicación en la hidrólisis alcalina de triglicéridos, conocida como saponificación. Utilizaron la sonicación para iniciar la hidrólisis alcalina del aceite de girasol. Como base alcalina se utilizó hidróxido de potasio (KOH). Se demostró que los ultrasonidos son eficaces como fuente de energía para iniciar e impulsar la reacción, que se consigue un alto rendimiento de reacción en sólo 15 minutos de aplicación total de energía mientras se trabaja a temperatura ambiente, y que no se generan subproductos detectables durante la reacción. La comparación entre un baño de ultrasonidos y un ultrasonocador tipo sonda muestra que la sonda de ultrasonidos es la técnica superior. El estudio demuestra que la saponificación ultrasónica da lugar a una buena conversión sin necesidad de un exceso de álcali ni de catálisis de transferencia de fase.
Hidrólisis alcalina del triacilglicerol
Reactor de cuba por ultrasonidos UIP2000hdT (2 kW) para la saponificación
- La ultrasonicación da lugar a una reacción de saponificación más rápida y a una conversión más completa.
- La saponificación por ultrasonidos es un proceso químico muy utilizado para producir jabón a partir de aceites o grasas y una base.
- La saponificación asistida por ultrasonidos evita el uso excesivo de catalizador mejora la eficiencia energética global
Reacción de transferencia de fase promovida por ultrasonidos para la saponificación
Bhatkhande et al. (1998) demostraron que la sonicación de aceites vegetales como el aceite de soja podía saponificarse eficazmente utilizando KOH acuoso y diferentes PTC a temperatura ambiente. El grado de saponificación se estudió utilizando el valor de saponificación como referencia. Se llevaron a cabo optimizaciones de diversos parámetros, como el tiempo, la selección de catalizadores de transferencia de fase, la cantidad de catalizador utilizado, la cantidad de KOH y la cantidad de agua, mediante sonicación y agitación. Para estudiar el efecto de los ultrasonidos, también se llevó a cabo la saponificación a 35ºC bajo diferentes condiciones, a saber, agitación, sonicación, agitación y sonicación, y calentamiento a 100ºC. Se descubrió que la saponificación heterogénea en fase líquida-líquida de diferentes aceites vegetales utilizando KOH/CTAB acuoso se aceleraba significativamente a 35ºC bajo sonicación y agitación.
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Hielscher Ultrasonics suministra equipos de ultrasonidos de alto rendimiento para laboratorio, producción piloto e industrial. Los robustos y fiables ultrasonicadores se utilizan para diversas reacciones sonoquímicas, como la saponificación. Los ultrasonidos de tipo sonda de Hielscher pueden utilizarse en modo por lotes y en línea. Todos los parámetros importantes del proceso – amplitud, presión, temperatura – pueden controlarse con precisión y garantizar resultados reproducibles.
El control digital registra automáticamente los parámetros del proceso y los almacena en la tarjeta SD integrada. Los preajustes y el control remoto por navegador hacen que el proceso de sonicación sea muy sencillo y fácil de usar.
Para muchas reacciones sonoquímicas debe mantenerse una temperatura determinada, por lo que el control de la temperatura es importante. Los ultrasonicadores digitales de Hielscher vienen con un termoacoplador y control de temperatura. La célula de flujo encamisada permite la disipación del calor.
La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite su funcionamiento ininterrumpido en entornos exigentes y con cargas pesadas.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:
| Volumen del lote | Tasa de flujo | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500 mL | 10 a 200 mL/min. | UP100H |
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min. | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | mayor | Grupo de UIP16000 |
Procesadores ultrasónicos de alta potencia desde el laboratorio hasta la escala piloto e industrial.
Literatura/Referencias
- Bhatkhande, B.S.; Samant, Shriniwas D. (1998): Ultrasound assisted PTC catalyzed saponification of vegetable oils using aqueous alkali. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 5, Issue 1, 1998. 7-12.
- Mercantili, Laura; Séamus, Frank Davis; Higson, P. J. (2014): Iniciación ultrasónica de la hidrólisis alcalina de triglicéridos (saponificación) sin catálisis de fase. Journal of Surfactant and Detergents Vol. 17, Isssue 1, Jan 2014. 133-141.
Información interesante
Sonoquímica
Los ultrasonidos de potencia se aplican a procesos químicos como la síntesis y la catálisis (también denominados sonosíntesis y sonocatálisis, respectivamente) para iniciar e intensificar la reacción. Se han investigado en profundidad diversas aplicaciones de la irradiación ultrasónica en síntesis orgánica y se han desarrollado para su producción industrial. Los tratamientos sonoquímicos pueden aumentar la velocidad de reacción, el rendimiento y la selectividad de los productos deseados en condiciones significativamente más suaves. Esto convierte al tratamiento ultrasónico en una técnica de procesamiento eficaz y respetuosa con el medio ambiente. Se ha demostrado que la catálisis por transferencia de fase (PTC) asistida por ultrasonidos es un método drásticamente más eficiente y eficaz para las reacciones orgánicas en comparación con la misma reacción en condiciones de silencio. Por ejemplo, la reacción de Cannizarro catalizada por una catálisis de transferencia de fase asistida por ultrasonidos se acelera significativamente dando lugar a una rápida conversión. Otro ejemplo destacado es la transesterificación de triglicéridos (es decir, aceites vegetales, grasas animales) y metanol en presencia de KOH como catalizador y ultrasonidos de potencia. La transesterificación ultrasónica produce biodiésel de alta calidad en una conversión rápida y un proceso muy eficaz y económico.
La extracción por ultrasonidos se basa en la cavitación acústica y sus fuerzas de cizallamiento hidrodinámicas
Saponificación
La saponificación describe la reacción química que produce jabón. En el proceso de saponificación, los aceites vegetales o las grasas animales se convierten en sales de ácidos grasos. – el "jabón" – y glicerol, que es un alcohol. La reacción requiere una solución de una base alcalina (por ejemplo, NaOH o KOH) en agua y también calor para iniciarla.
Las etapas de reacción de la saponificación son las siguientes:
- Ataque nucleofílico de los ésteres de ácidos grasos por el hidróxido.
- Abandono del grupo
- Desprotonación
La reacción de saponificación se utiliza comercialmente para producir jabones y lubricantes.
Aunque el jabón duro de hidróxido sódico y el jabón blando de hidróxido potásico se utilizan para la limpieza diaria, también hay jabones especiales fabricados con otros hidróxidos metálicos. Por ejemplo, los jabones de litio y los jabones de calcio se utilizan como grasas lubricantes. También existen “jabones complejos” consistente en una mezcla de jabones metálicos.
hidrólisis
La hidrólisis consiste en la reacción de una sustancia química orgánica con el agua para formar dos o más sustancias nuevas y suele significar la ruptura de enlaces químicos mediante la adición de agua. Los ésteres pueden volver a escindirse en un ácido carboxílico y un alcohol por reacción con agua y una base. El jabón se produce por hidrólisis de los ésteres de grasa o aceite.
Base alcalina
Para la saponificación de aceites y grasas se necesitan reactivos de base alcalina (lejías). Los triglicéridos se hacen reaccionar con una base – hidróxido sódico o potásico – para producir glicerol y una sal de ácido graso, el llamado "jabón". El hidróxido de potasio es un compuesto inorgánico de fórmula KOH, que suele denominarse potasa cáustica. El hidróxido de sodio (NaOH) es otra base fuerte prototípica. Cuando se utiliza hidróxido de sodio, se produce un jabón duro, mientras que el uso de hidróxido de potasio da como resultado un jabón blando.
Reactivo frente a reactivo
Un reactivo es una sustancia que se consume en una reacción química. En comparación con un reactivo, un reactante se necesita en mayores cantidades. Un reactivo es una sustancia que se utiliza para iniciar una reacción, para apoyar la reacción y se consume en una reacción, en contraste con los catalizadores que no se consumen en una reacción.