Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Saponificación ultrasónica

  • La saponificación es una reacción química muy utilizada para producir jabón a partir de aceites o grasas y una base.
  • La ultrasonicación intensifica la reacción de saponificación, lo que resulta en una reacción más rápida y una conversión más completa.
  • Al evitar el uso excesivo de catalizadores y al ser un método de procesamiento eficiente desde el punto de vista energético, la sonicación es una técnica de procesamiento respetuosa con el medio ambiente.

Saponificación promovida por ultrasonido

La saponificación está en el proceso químico de la fabricación de 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 promueve 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 de base como el hidróxido de potasio (KOH) o el hidróxido de sodio (NaOH). La hidrólisis alcalina iniciada por ultrasonidos puede ser fácilmente implementada en la fabricación de jabón comercial para producir un mayor rendimiento en un tiempo más corto sin usar ningún catalizador o reducir las cantidades de catalizador utilizadas.

Las ventajas de la saponificación ultrasónica

  • Reacción más rápida
  • Mayor conversión
  • Sin uso excesivo de reactivos de base
  • Sin uso excesivo de catalizador
  • Reacción más completa
  • el proceso de verde

Estudios de caso de saponificación ultrasónica

Varios estudios de investigación han demostrado que la sonicación promueve la saponificación de triglicéridos en jabón. La saponificación ultrasónica acelera y aumenta la conversión, a la vez que ahorra o evita el uso de catalizadores. Esto hace que la saponificación ultrasónica sea un método de producción altamente eficiente.

UIP2000hdT - Ultrasonido de 2kW para el procesamiento de líquidos.

UIP2000hdT (2 kW) para saponificación

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Iniciación ultrasónica de la hidrólisis alcalina de triglicéridos (saponificación) sin catalizador de fase

UP400St Homogeneizador ultrasónico de 400 vatios para sonicación por lotesMercantili et al. (2013) estudiaron los efectos de la ultrasonicación sobre la hidrólisis alcalina de los triglicéridos, conocida como saponificación. Utilizaron la sonicación para iniciar la hidrólisis alcalina del aceite de girasol. Se utilizó hidróxido de potasio (KOH) como base alcalina. Se demostró que el ultrasonido es efectivo como fuente de energía para iniciar y conducir la reacción, que se puede lograr un alto rendimiento de reacción en sólo 15 minutos de aplicación de potencia total mientras se trabaja a temperatura ambiente, y que no se generan subproductos detectables durante la reacción. La comparación de un baño de ultrasonidos y un localizador de ultrasonidos tipo sonda muestra que la sonda de ultrasonidos es la técnica superior. El estudio demuestra que la saponificación ultrasónica produce una buena conversión sin necesidad de un exceso de álcali o catálisis de transferencia de fase.

La saponificación ultrasónica es un proceso sonoquímico verde que acelera la reacción y mejora la conversión.

Hidrólisis alcalina de triacilglicerol

Reacción de transferencia de fase promovida ultrasónicamente 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 PTCs a temperatura ambiente. Se estudió el grado de saponificación utilizando como referencia el valor de saponificación. La optimización de varios parámetros como el tiempo, la selección de los catalizadores de transferencia de fase, la cantidad de catalizador utilizado, la cantidad de KOH y la cantidad de agua se llevaron a cabo mediante sonicación y agitación. Para estudiar el efecto del ultrasonido, la saponificación también se realizó a 35ºC bajo diferentes condiciones, a saber, agitación, sonicación, agitación y sonicación, y calentamiento a 100ºC. Se encontró que la saponificación heterogénea en fase líquido-líquido de diferentes aceites vegetales utilizando KOH/CTAB acuoso se aceleró significativamente a 35ºC bajo sonicación y agitación.

Ultrasonidos de alto rendimiento

Hielscher Ultrasonics suministra equipos de ultrasonidos de alto rendimiento para laboratorio, piloto y producción industrial. Los robustos y fiables ultrasonidos se utilizan para diversas reacciones ecoquímicas como la saponificación. Los ultrasonidos tipo sonda de Hielscher se pueden utilizar en modo batch y en línea. Todos los parámetros importantes del proceso – amplitud, presión, temperatura – puede ser controlado con precisión y asegurar resultados reproducibles.
Colored touch display of the new hdT series of Hielscher's industrial ultrasonicatorsEl control digital registra automáticamente los parámetros del proceso y los almacena en la tarjeta SD integrada. Los preajustes y el control remoto del navegador hacen que el proceso de sonicación sea muy sencillo y fácil de usar.
Para muchas reacciones ecoquímicas se debe mantener una cierta temperatura, por lo que el control de la temperatura es importante. Los ultrasonidos digitales de Hielscher se suministran con un termopar y un control de temperatura. La celda de flujo encamisada permite la disipación de calor.
La robustez de equipos de ultrasonidos de Hielscher permite 24/7 operación en servicio pesado y en entornos exigentes.
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

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Procesadores ultrasónicos de alta potencia desde laboratorio hasta escala piloto e industrial.

Literatura/Referencias

  • Bhatkhande, B.S.; Samant, Shriniwas D. (1998): Saponificación catalizada por PTC asistida por ultrasonido de aceites vegetales utilizando álcali acuoso. 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

El ultrasonido de potencia se aplica a procesos químicos como la síntesis y la catálisis (también llamados sono-síntesis y sono-catálisis, respectivamente) para iniciar e intensificar la reacción. Varias aplicaciones de la irradiación ultrasónica en la síntesis orgánica han sido investigadas en profundidad y desarrolladas para la 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 hace que el tratamiento ultrasónico sea una técnica de procesamiento eficaz y respetuosa con el medio ambiente. Se ha comprobado que la catálisis de transferencia de fase (PTC) asistida por ultrasonidos es un método drásticamente más eficiente y efectivo 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 resultando en una conversión rápida. Otro ejemplo prominente es la transesterificación de triglicéridos (es decir, aceites vegetales, grasas animales) y metanol en presencia de KOH como catalizador y ultrasonido de potencia. La transesterificación ultrasónica da como resultado un biodiesel de alta calidad producido en una conversión rápida y un proceso muy eficiente y económico.

La cavitación ultrasónica/acústica crea fuerzas muy intensas que abren las paredes celulares conocidas como lisis (Haga clic para ampliar!)

La extracción ultrasónica se basa en la cavitación acústica y sus fuerzas de cizallamiento hidrodinámicas.

Saponificación

La saponificación describe la reacción química que produce el 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 iniciar la reacción.
Los pasos de reacción de la saponificación son los siguientes:

  1. Ataque nucleófilo de los ésteres de ácidos grasos por el hidróxido
  2. Salida de la eliminación de grupos
  3. Desprotonación

La reacción de saponificación se utiliza comercialmente para producir jabones y lubricantes.
Mientras que el jabón duro de hidróxido de sodio y el jabón blando de hidróxido de potasio se utilizan para la limpieza diaria, también hay jabones especiales producidos con otros hidróxidos metálicos. Por ejemplo, los jabones de litio y los jabones de calcio se utilizan como grasas lubricantes. También hay “jabones complejos” que consiste 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 normalmente significa la separación de enlaces químicos mediante la adición de agua. Los ésteres pueden volver a dividirse en ácido carboxílico y alcohol por reacción con agua y una base. El jabón es producido por la hidrólisis de los ésteres de grasa o aceite.

Base Alcalina

Para la saponificación de aceites y grasas se requieren reactivos de base alcalina (lejías). Los triglicéridos reaccionan con una base – hidróxido de sodio o de potasio – para producir glicerol y una sal de ácidos grasos, el llamado "jabón". El hidróxido de potasio es un compuesto inorgánico con la fórmula KOH, y es comúnmente llamado 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 vs. Reactivo

Un reactivo es una sustancia que se consume en una reacción química. En comparación con un reactivo, se requiere un reactivo en cantidades mayores. 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.