Diseño de una planta de producción de jabones sólidos
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Universidad Nacional de Tucumán, Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Departamento de Ingeniería Química
Resumen
RESÚMEN
El mercado de jabones ha evolucionado hacia una mayor sostenibilidad, impulsado por el creciente interés de los consumidores en productos ecológicos. La demanda de jabones sólidos elaborados con ingredientes naturales, veganos y biodegradables ha aumentado notablemente, al igual que el uso de envases reciclables. Esta tendencia responde a una conciencia ambiental cada vez más marcada y a la búsqueda de alternativas que sean tanto eficaces como respetuosas con el medio ambiente. Como resultado, surgen nuevas oportunidades para la industria de higiene personal, que debe adaptar sus procesos productivos a estas exigencias.
El objetivo principal de este trabajo es desarrollar una planta de producción de jabón sólido elaborado con aceites vegetales, y componentes naturales contemplando los aspectos técnicos y operativos esenciales para una producción a mediana escala. Para ello, se diseñará un producto que cumpla estos requisitos, formulado a base de aceite de coco y oliva;
Se diseñará además el proceso productivo de 1.000 toneladas de jabón neto anuales, se dimensionará los principales equipos involucrados (como lo son el reactor de saponificación, los tanques de tratamiento de materias primas y el intercambiador de calor) y se realizará un análisis económico para evaluar los costos del proyecto de inversión.
La relevancia de este proyecto radica en la posibilidad de crear un impacto positivo en la industria de la higiene personal, fomentando el uso de productos que no solo son benéficos para el usuario, sino que también sean amigables con el planeta.
A medida que el interés por alternativas sostenibles sigue en aumento, el diseño de esta planta representa una respuesta innovadora a las necesidades del mercado actual, abriendo nuevas oportunidades para un futuro más verde.
Descripción
CAPÍTULO 1: MARCO TEÓRICO....................................................................................... 9
1.1 CONCEPTOS BÁSICOS ........................................................................................ 9
1.1.1 ¿QUÉ ES EL JABÓN? .......................................................................................... 9
1.1.2 MECANISMO DE LIMPIEZA DEL JABÓN ............................................................ 9
1.1.3 TIPOS DE JABONES............................................................................................ 9
1.1.4 PROPIEDADES DE UN JABÓN SÓLIDO ........................................................... 11
1.2 LA QUÍMICA DEL JABÓN .................................................................................... 12
1.2.1 LÍPIDOS.............................................................................................................. 12
1.2.2 CLASIFICACIÓN DE LOS LÍPIDOS.................................................................... 12
1.2.3 ÁCIDOS GRASOS.............................................................................................. 12
1.1.4 ACILGLICEROLES, GRASAS Y ACEITES ......................................................... 13
1.2.5 MECANISMO DE OBTENCIÓN DE UN JABÓN CONVENCIONAL: PROCESO DE
SAPONIFICACIÓN ...................................................................................................... 14
1.2.6 CINETICA DE REACCIÓN.................................................................................. 16
Fase autocatalítica................................................................................................ 17
Fase bimolecular .................................................................................................. 17
FACTORES CRÍTICOS EN LA REACCIÓN ............................................................. 18
1.2.7 ÍNDICE DE SAPONIFICACIÓN........................................................................... 19
1.2.8 INDICE DE YODO .............................................................................................. 19
1.2.9 INS O INDICE DE ESTER .................................................................................. 19
1.3 PROCESO DE OBTENCIÓN..................................................................................... 20
PROCESO EN CALIENTE........................................................................................... 20
PROCESO EN FRÍO ................................................................................................... 20
1.3.1 PROCESO DE FABRICACIÓN DEL JABÓN A NIVEL INDUSTRIAL.......... 21
HERVIDO DE JABÓN EN CALDERA....................................................................... 21
SISTEMAS CONTINUOS DE SAPONIFICACIÓN Y NEUTRALIZACIÓN......... 22
SEMI-HERVIDO O "SIN ASIENTO" ......................................................................... 23
CAPÍTULO 2: FORMULACIÓN, DISEÑO DEL PROCESO PRODUCTIVO Y CÁLCULOS. 25
2.1 FORMULACIÓN........................................................................................................ 25
2.1.1 GRASAS Y ACEITES ......................................................................................... 25
2.1.2 SODA CÁUSTICA............................................................................................... 26
2.1.3 CONSERVANTES .............................................................................................. 26
2.1.4 COLORANTES: .................................................................................................. 26
6
2.1.5 FRAGANCIAS..................................................................................................... 27
2.1.6 ELECTROLITOS................................................................................................. 28
2.1.7 ADITIVOS........................................................................................................... 28
2.1.8 PRONÓSTICO DE PROPIEDADES.................................................................... 29
2.2 DISEÑO DEL PROCESO PRODUCTIVO...................................................... 31
2.2.1 PROPIEDADES DE LAS PRINCIPALES ESPECIES INTERVINIENTES..... 31
ACEITE DE OLIVA................................................................................................... 32
ACEITE DE COCO................................................................................................... 33
NaOH ....................................................................................................................... 34
DIFICULTADES TÉCNICAS..................................................................................... 34
2.2.2 POTENCIAL ECONÓMICO ................................................................................ 35
ANÁLISIS DEL POTENCIAL ECONÓMICO CON ÍNDICES DE SAPONIFICACIÓN 36
2.2.3 RÉGIMEN DE OPERACIÓN ............................................................................... 37
2.2.4 ESTRUCTURA DE ENTRADA-SALIDA DEL PROCESO............................ 37
TRATAMIENTO DE MATERIAS PRIMAS ................................................................ 38
SEPARACIÓN DE PRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS .......................................... 38
2.2.5 DISEÑO DEL PROCESO PRODUCTIVO POR ETAPAS............................... 39
UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL ACEITE DE OLIVA ............................................ 39
UNIDAD DE CALENTAMIENTO DEL ACEITE DE COCO ....................................... 40
UNIDAD DE REACCIÓN: REACTOR....................................................................... 40
UNIDAD DE ENFRIADO .......................................................................................... 41
CONFORMADO Y EMPAQUETADO: LINEA DE ACABADO DEL JABON ........ 41
2.3 CÁLCULOS............................................................................................................... 45
2.3.1 DISEÑO DEL REACTOR TIPO BATCH (TAD) .............................................. 45
2.3.2 DIMENSIONADO DE TANQUES........................................................................ 50
DIMENSIONADO DE TANQUE DE CALENTAMIENTO DE ACEITE DE COCO...... 51
DIMENSIONADO DE TANQUE DE ABASTECIMIENTO DE NAOH..................... 51
DIMENSIONADO DE TANQUES DE TRATAMIENTO DE ACEITE DE OLIVA .. 51
2.3.3 CÁLCULOS DE INTERCAMBIO CALÓRICO...................................................... 52
3.3.4 LAYOUT DE LA PLANTA.................................................................................... 54
3.3.5 DETERMINACIÓN DE LA INVERSIÓN INICIAL ......................................... 54
COSTO DE LOS EQUIPOS ..................................................................................... 55
COSTO CIF Y ACTUALIZACIÓN DE PRECIOS ...................................................... 55
COSTOS ASOCIADOS............................................................................................ 56
7
CAPÍTULO 3: SUSTENTABILIDAD Y CONCLUSIONES.................................. 58
3.1 PLANTAS SUSTENTABLES SEGÚN NORMAS ISO .................................. 58
3.2 CONCLUSIÓN........................................................................................................... 58
REFERENCIAS: ................................................................................................................. 60
Palabras clave
Citación
Fernández de Ullivarri, B. (2025). Diseño de una planta de producción de jabones sólidos. [Trabajo Final, Universidad Nacional de Tucumán, Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología]