Sistema de produção de sabão semi cozido
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emanoel23 de Março de 2015

Sistema de produção de sabão semi cozido

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SISTEMA DE PRODUÇÃO DE SABÃO SEMI-COZIDO Boris Radic’ and Luis Spitz’

‘Souptec srl, Iruly; IL. Spitz, Inc., Highlund Pork, Illinois, USA

INTRODUÇÃO

Saponificação semi-cozido é um processo de remoção de glicerina livre que produz "sabão puro" com toda a glicerina que está contido nas gorduras e óleos de partida.

Saponificação semi-cozido não exige a lavagem e passos (etapas) de ajuste do processo tradicional completa-fervido caldeira (chaleira) de sabão ou de lavagem e de neutralização dos sistemas de saponificação contínuas que produzem sabão puro com apenas uma pequena quantidade de glicerina.

O mercado tradicional de sabões semi-cozidos foi principalmente para diferentes sabões de lavanderia.

Atualmente, a fabricação de sabões semi-cozidos também está ganhando importância para sabões devido a:

• o custo flutuante de glicerina refinada;

• o aumento do custo de muitas matérias-primas, especialmente aqueles para tratamento lixívia gasto;

• a disponibilidade de plantas completas de processamento glicerina;

Fabricação de sabões semi-cozidos é uma operação simples, de uma etapa que oferece as seguintes vantagens:

• economia no consumo de energia;

• investimento de capital reduzidos em comparação com outros sistemas;

• menor impacto ambiental (sem subprodutos);

• exigência de pessoal menos qualificado devido ao processo de simplicidade;

• menores e mais simples exigências de controle de qualidade.

O alto teor de glicerina no sabão semi-cozido altera a aparência do sabão, e resulta num produto acabado mais difícil a um dado teor de umidade devido ao aumento da viscosidade da fase líquida do sabão.

Para explicar isso, sabões semi-cozidos são geralmente produzidos com 58-60% de teor total de matéria gorda TFM, em contraste com o sabão puro completamente cozido ou continuamente feito (produzido) com 62-63% de teor de TFM em conteúdo.

Para a comparação entre os dois tipos de sabões, o termo "TFM virtual" é introduzido para prever o comportamento do sabão semi-cozido em termos completos de cozimento (mais detalhes nas definições e Cálculos seção deste capítulo).

No processo completo de cozimento, alguns ou a maioria da glicerina e as impurezas são removidas a partir do sabão puro por lavagem e ou montagem. Estes processos incluem a adição de água e eletrólitos, algum tipo de mistura para assegurar o contato entre o material recentemente adicionado e pré-formada de sabão, e, em seguida, sedimentação para separar o sabão puro a partir de "resíduos" (no caso da lavagem,

passou (gastou) lixívia (soda cáustica); e no caso da montagem, a sede de sabão e lixívia). Para mais detalhes, consulte os capítulos 7 e 8 deste livro.

O objetivo ou (finalidade) da lavagem é duplo: (1) para recuperar a glicerina liberada pela reação de saponificação e (2) para remover as impurezas solúveis em soda cáustica. Lavar no processo de caldeira (chaleira) é demorado e menos eficiente do que nos sistemas contínuos com a contracorrente comumente usado, de alta eficiência, colunas de lavagem de múltiplos estágios [contator de disco rotativo (RDC)]. O diagrama de fases que mostra lavagem é realizada dentro da região lixívia sabão puro.

Washing= Lavagem

Electrolyte as Sodium Chloride, % = Eletrólito como cloreto de sódio,%;

Anhydrous Soap, % = Sabão anidro,%

Os objetivos ou (finalidades) para “ajustar” a última etapa do processamento no processo de caldeira são a:

• remova os corpos solúveis da cor do sabão;

• remover as impurezas menores;

• reduzir ou abaixar o teor (índice) de eletrólito;

• elevar ou aumentar o teor de ácidos graxos (gorduroso, oleoso).

Ao produzir sabão semi cozido, o processo não pode ser manipulado por meios físicos, só por meios químicos; portanto, pontos importantes a ter em mente são:

• Sabão semi-cozido é produzido diretamente dentro da região pura do sabão: sem separação ou lavagem de qualquer tipo.

• Todos os ingredientes presentes no início do processo de permanecer no interior do produto acabado.

• A qualidade do sabão acabado depende diretamente da qualidade das matérias-primas utilizadas.

Fitting= Prova, ajuste, acessórios.

Semi-boiled Neat Soap Phase Region= Região de fase pura do sabão semi cozido

REATOR DE MISTURA – CRUTCHER

A produção de sabão semi-cozidos requer uma boa quantidade de mistura mecânica. Abrir a mistura de vapor, típico em caldeira de saponificação, abaixaria a percentagem de TFM e introduziria o risco da formação de meio ou assentaria o sabão.

Um Crutcher, é um reator de mistura muito eficiente, foi e ainda é a primeira escolha para a saponificação de sistemas semi-cozidos. Ele também serve muito bem para misturar pequenas aditivos e cargas em todos os tipos de sabão.

O crutcher é um recipiente (vaso) encamisado com um agitador do tipo parafuso em um tubo de sucção. O parafuso rotativo induz um fluxo vigoroso dos materiais através do vaso, resultando em uma muito boa mistura.

A versatilidade dos crutcher’s é limitada pela sua incapacidade de lidar com altas viscosidades: por esta razão, é usado principalmente para aplicações à pressão atmosférica.

Crutcher= Reator de Mistura

SISTEMAS ATMOSFÉRICOS

PROCESSO BATCH – (DESCONTÍNUO)

Todas as gorduras e óleos são alimentados ou (introduzidos) para o Crutcher. Em seguida, a soda cáustica é alimentada gradualmente através de um anel distribuidor (em cima as gorduras e óleos), sob agitação constante. Uma regra de ouro é que

cerca de três horas são necessárias para a preparação de um lote (vaso batelada) de sabão semi-cozido. Este tempo inclui o preenchimento de todos os materiais, o tempo de reação e a descarga do produto.

Segue um exemplo detalhado para a preparação de um lote:

• Alimente as gorduras e os óleos no crutcher, e aqueça-os a 70°C pelo aquecimento da água na jaqueta ou (revestimento) do crutcher a 85 °C: 30-45 minutos. Quando esta temperatura for alcançada, dois terços da soda cáustica é adicionado lentamente à temperatura ambiente e em uma força predeterminada.

• Mantenha o lote (vaso batelada) sob agitação constante, porque a mistura começará a engrossar e em seguida, adicione o restante da soda cáustica até que a reação de saponificação é concluída dentro de 90 a 120 minutos.

• Analisar a alcalinidade livre para determinar se são necessários mais de soda cáustica ou gorduras e óleos. Ajustar se necessário: 10 a 20 minutos.

• Descarregar o sabão puro semi cozido acabado para armazenamento: 20 a 30 minutos.

O tempo total é 150-215 minutos.

PROCESSO SEMI-CONTÍNUO

O sistema de sabão semi-cozidos produção mais comumente utilizado consiste de dois crutchers. Esta planta é composto por dois sistemas de lote (tanque) (dois crutchers) que trabalham em conjunto para permitir a operação contínua de um sistema de secagem a jusante. Enquanto em um crutcher um lote é saponificado, o outro crutcher está descarregando um lote que já terminou de sabão semi cozido.

Atmospheric Semi-continuous System = Sistema semi-contínuo atmosférico

Atmospheric Continuous System = Sistema contínuo atmosférico

PROCESSO CONTÍNUO

A adição de um misturador de alto cisalhamento (turbo dispersor) e uma bomba de recirculação para o crutcher converte um sistema descontínuo em um processo totalmente contínuo.

O misturador de alto cisalhamento assegura muito bom contato entre todos os reagentes. Mistura ainda mais vigorosa pelo crutcher (combinado com a ação reforçada da bomba de recirculação) acelera e completa a reação. Além disso, uma vez que uma razoavelmente pequena quantidade de reagente é injetado numa corrente de sabão já formado, nenhuma separação ocorre para que os óleos de gorduras e o cáustico permaneçam no contato do tempo necessário.

A taxa nominal de produção é descarregado continuamente pelas matérias primas frescas de entrada através de um tubo "sifão".

Em muitos casos, especialmente quando não ocorre armazenagem intermediaria antes da secagem, o primeiro crutcher é seguido por um outro, chamado de "maturador", que serve para assegurar (garantir) a conclusão (realização) da reação, permitindo um tempo de residência mais longo. O maturador também é útil para a adição de vários ingredientes secundários (menores) que são usados em muitas formulações de sabão.

SISTEMAS PRESSURIZADOS

REATOR DE VASO AGITADO (AUTOCLAVE)

Reatores de vaso agitado, também chamados de autoclaves, foram desenvolvidos para sistemas contínuos de saponificação de sabões puros e completamente cozidos, e só recentemente têm sido utilizados para a saponificação de sabões semi-cozidos.

Figura (9.7) abaixo mostra um reator típico de vaso agitado dentro de uma planta contínua de saponificação (tipo completamente cozidos).

Stirred Vessel Reactor (Autoclave) Pressurized System = Reator de Vaso Agitado (Autoclave) Sistema Pressurizado.

Reatores de vaso agitado do tipo vertical ou horizontal, vêm com defletores internos, tubos, ou lâminas de mistura. Estes reatores são utilizados em combinação com uma bomba centrífuga de reciclagem.

Todos os efeitos descritos anteriormente ocorrer aqui também. A boa ação de mistura da bomba de reciclagem e do sabão pré-formado atuam como um emulsificador, com o tempo de residência suficiente, resultar numa reação completa entre os reagentes. Importante notar é que o sabão recém-formado não é simplesmente deslocado por matérias-primas recebidas, mas tem que ir (deslocar ou avançar) através de uma válvula de controle de pressão. Isto permite ter um grau de controle sobre a pressão e temperatura no interior do reator o qual, por sua vez, permite controlar a velocidade de reação e a viscosidade do sabão puro acabado.

Estes reatores são usados para a produção de sabões puros de viscosidade regular (normal): em seu projeto, o uso de uma bomba centrífuga para a recirculação não é bem adaptado para o manuseamento de materiais concentradas.

ELEVADO (ALTO) CISALHAMENTO – REATOR DE MISTURA

O reator de mistura de alto cisalhamento, tem no eixo do misturador multilâmina internas com grandes superfícies de contato que garantem rápida e completa neutralização de saponificação (Fig:.9.8).

Pode ser oferecida com ou sem um circuito fechado de recirculação. O sistema com um circuito fechado de recirculação é mais eficiente, mais flexível, e pode processar materiais de maior viscosidade.

Estas unidades podem lidar com ambos os sabões puros regulares e semiconcentrado.

Este tipo de reator utiliza a característica tixotrópica de sabão como uma vantagem, tendo uma ação de mistura intensa e constante, o que permite a obtenção de alta teor (conteúdo) de TFM no sabão puro, que de outro modo seria demasiado (excessivo ou muito) viscoso para produzir.

High Shear Mixer-reactor Pressurized System = Reator de Mistura de Alto Cisalhamento – Sistema Pressurizado.

SISTEMAS DE SAPONIFICAÇÃO SEMICONCENTRADO

Existem vários sistemas pressurizados que são projetados para produzir sabões semiconcentrados de até 70-72% de teor de TFM usando soda cáustica concentrada.

A eficiência da reação é grandemente aumentada por uma maior concentração de reagentes, o que permite tempos de residência mais curtos e ou resultando em uma completa saponificação. Além disso, esta eficiência extra de reação, quando combinado com os tempos de residência mais longos, permite o processamento bem sucedido de uma ampla variedade de matérias-primas; Assim, o aumento da flexibilidade de resultados da operação.

Isto implica que as plantas disponíveis no mercado são um trade-off entre a compacidade da instalação (limpeza mais fácil, menos investimento, espaço menor, além de uma gama mais estreita de matérias-primas processaveis) e tempo de residência (uma ampla gama (variedade) de matérias-primas, mas processável mais equipamentos ou uma instalação maior, um investimento maior).

As Figuras 9.9 e 9.10 mostram duas típicas plantas oferecidas comercialmente: o Mazzoni LB planta "SSCT" compacto com um reator tubular de (Fig 9.9.) e Binacchi’s “CHBS” planta (Fig 9.10.) utilizando dois reatores de alta capacidade (alto tempo de residência) capaz de processar uma grande variedade de matérias-primas.

COMBINAÇÃO (INTEGRADA) DE SAPONIFICAÇÃO – PLANTAS DE SECAGEM

COMBINAÇÃO PLANTAS DE SECAGEM DE SAPONIFICAÇÃO (INTEGRADAS)

O desenvolvimento mais interessante do sistema semiconcentrado é uma unidade (planta) de secagem de combinação de saponificação onde a planta de saponificação é diretamente acoplada à câmara de pulverização do atomizador pulverizador-dyer (pulverizador de corante) a ou (de) vácuo sem o uso de um armazenamento intermediário ou tanque de alimentação e um permutador (trocador) de calor (Fig 9.11).

Fig. 9.9. Mazzoni LB "SSCT" Semi-boiled Soap Production Plant. Courtesy of Mauoni LB, S.p.A. = Fig. 9.9. Instalação (Planta) para produção de sabão Semi-Cozidos Mazzoni LB "SSCT". Cortesia de Mauoni LB, S.p.A.

Fig. 9.10. Binacchi "CHBS" Semi-boiled Soap Production Plant. Courtesy of Binacchi & Co. = Fig. 9.10. Instalação (Planta) para produção de sabão Semi-Cozidos Binacchi "CHBS". Cortesia de Binacchi & Co.

Fig. 9.11. Combination Semi-concentrated Saponification and Drying Plant. = Fig. 9.11. Combinação de Saponificação Semi-Concentrada e Planta (instalação) de secagem.

Independentemente das economias óbvias do investimento devido ao número reduzido de peças (partes) dos equipamentos envolvidos (pelo menos um par bombas, um filtro, um tanque de serviço, e um permutador (trocador) de calor), este tipo de configuração oferece uma série de outras vantagens:

• A natureza exotérmica da reação é usada para aquecer o sabão sem a necessidade de fontes de energia externas. O sabão puro quente produzido é pulverizado diretamente na câmara de vácuo-pulverizador do secador onde a quantidade exata de água é faísca para se obter o teor de umidade final desejado das pelotas de sabão seco.

• Economia de vapor de até 60% em relação as plantas tradicionais.

• Formação de (fines) multas reduzidas devido à reduzida quantidade de umidade para ser removido (única fase líquida através do sistema de fluxo). Isso permite que um para utilizar apenas um ciclone de recuperação de sabão- (fines) multas para as plantas de tamanho médio.

• Nenhum tanque de armazenamento intermediário e nenhum trocador de calor eliminam a exposição do sabão ao ar e superaquecimento local, resultando na melhoria da qualidade do produto final.

Figures 9.12 and 9.13 show two typical commercially available combination (integrated) plants. = Figuras 9.12 e 9.13 mostram duas plantas comercialmente disponíveis típicas da combinação (integrada).

Fig. 9.12. Binacchi 'CHBS-VSD"Combination Semi-concentrated Saponification and Drying Plant. Courtesy of Binacchi & Co. = Fig. 9.12. Binacchi “CHBS-VSD” Combinação de Saponificação Semi-Concentrado e Planta de Secagem. Cortesia de Binacchi & Co.

Fig. 9.13. Mauoni LB"SSCT-C"Semi-concentrated Combination Saponification and Drying Plant. Courtesy of Mauoni LB, SPA. = Fig. 9.13. Mazzoni LB “SSCT-C” Semi-Concentrado Combinando Saponificação e Planta de Secagem. Courtesy of Mazzoni LB, SpA.

COMPARAÇÃO ENTRE UM SISTEMA ATMOSFÉRICO E PRESSURIZADO

SISTEMA ATMOSFÉRICO EM BATELADA (REATOR)

Estes foram os primeiros sistemas, e ainda são amplamente utilizados devido à sua simplicidade operacional. Não é preciso se preocupar com o controle da pressão.

A mistura é continua até a reação seja concluída. O sabão é amostrado (analisado) periodicamente pelo laboratório, e pequenos ajustes são feitos com base na análise e as especificações do produto final desejado.

SISTEMA ATMOSFÉRICO CONTÍNUO

Os sistemas atmosféricos contínuos são mais complexos, principalmente devido a importância de evitar a incorporação de ar durante a mistura. Uma válvula de ventilação sobre o crutcher elimina o ar durante a fase de enchimento e o sabão produzido deixa o crutcher através do tubo "sifão", garantindo que o recipiente está sempre cheio.

Mantendo o vaso cheio em todos os momentos requer um bom controle de temperatura das matérias-primas.

O sabão recém-formado no interior da máquina misturadora não deve ferver; a sua temperatura deve ser mantida abaixo de 100 ° C.

O tempo de residência dado para o sabão é fixado em função de uma taxa de produção. Se houver um problema com a eficiência de saponificação e a temperatura não pode ser aumentada, o tempo de residência pode, mas isto irá resultar em uma taxa de produção diminui.

Importante notar é que os sistemas atmosféricos não podem produzir sabão semiconcentrado.

SISTEMAS PRESSURIZADOS

Os sistemas pressurizados permitem o uso da pressão e da temperatura elevadas, tendo por resultado uma reação mais rápida e mais completa. A temperatura e a pressão crescentes (aumentados) podem também reparar problemas de viscosidade.

Os sistemas pressurizados são mais complexos e são normalmente mais caros.

A utilização de sistemas pressurizados a nova combinação (integrado) de saponificação e plantas de secagem para a produção de sabão semiconcentrado, representa o avanço mais recente e mais emocionante na tecnologia de processamento de sabão em um longo tempo.

A partir das descrições acima, as principais características dos sistemas atmosféricos e pressurizados são resumidas como:

SISTEMAS ATMOSFÉRICOS

• Baixo custo de investimento (versão Batelada);

• Facilidade de uso e manutenção;

• O mais adequado para produção tipo de batelada.

SISTEMAS PRESSURIZADOS

• Exigir um controle mais apertado (rigoroso);

• Muito flexível e eficiente;

• Mais adequado para produção contínua.

PLANTA DE SAPONIFICAÇÃO CONTÍNUA UTILIZADA PARA PRODUÇÃO DE SABÃO SEMI-COZIDO

Os principais componentes do processo de saponificação neutro de óleos e gorduras amplamente utilizado, de forma contínua para a produção de 62-63% de sabão puro TFM, são mostrados na Fig. 9.14. Para mais detalhes sobre as plantas de saponificação contínuas, por favor, consulte o Capítulo 8.

Fig. 9.14. Continuous Neutral Fats and Oils Saponification Plant. = Planta de Saponificação Contínua Neutro de óleos e gorduras.

Pode-se utilizar uma planta de saponificação contínuo para a produção de sabão semi cozido utilizando a rota do reator (sistema pressurizado) ou a via neutralizador (sistema atmosférica).

REATOR ROTA - SISTEMA PRESSURIZADO

Um sistema pressurizado requer o uso do reator. Pode-se aplicar qualquer tipo de reator horizontal, vertical, agitado ou não agitado, que tenha um bom desempenho para uma operação de sabão completamente cozido durante uma produção de sabão semi-cozido.

Um desvio deve ser instalado a partir do refrigerador para o tanque de retenção de onde o sabão Semi-boiled acabado é transferido usando a bomba de transferência existente e a tubulação.

Normalmente, a saponificação contínua de gorduras e óleos neutros funciona com um balanço de massa que evita bombear a água para dentro do reator. Portanto, a configuração normal não tem um controle (dosagem, regulador) de "água para o reator" por bomba, ou se o faz, é apenas uma pequena "bomba de emergência”. Para

a produção de sabão semi-cozido a água é necessária. Uma bomba passou ou (gastou) metade da capacidade de soda cáustica necessária e, portanto, é usado para o doseamento de água para dentro do reator.

Em alternativa, o sabão puro semi-cozido produzido no reator e passado através do refrigerador é alimentado para o neutralizador. Esta operação permite um tempo de residência mais longo.

Além disso, já instalados os tubos, válvulas, bombas de transferência, etc, da planta pode executar a eventual adição de menores.

NEUTRALIZADOR ROTA - SISTEMA ATMOSFÉRICO

Na operação tipo de pressão atmosférica, os componentes do grupo neutralizador são as unidades essenciais.

As matérias-primas são bombeados para o circuito fechado de recirculação do neutralizador e fazem-se reagir ali até à conclusão de saponificação.

Duas questões principais residir com esta solução: (1) é preciso repipe a seção de dosagem e trazer todas as matérias-primas para o neutralizador (água usando no meio gasto de soda cáustica (HSL) da bomba incluído) e (2) um vai sofrer alguma perda de produção devido a menor eficiência do neutralizador (quando comparado ao reator).

Fig. 9.1 5. Continuous Saponification Plant Utilization for Semi-boiled Soap Production Using the Reactor, Cooler, and Additional Water. = Planta de Saponificação continua para produção de sabão semi-cozido, utilizando o reator, refrigerador, e adicional de água.

Fig. 9.16. Continuous Saponification Plant Utilization for Semi-boiled Soap Production Using the Reactor, Cooler, and the Neutralization Section. = Utilização de planta de saponificação continua para produção de sabão semi-cozido utilizando o reator, refrigerador, e a seção de neutralização.

Fig. 9.17. Continuous Saponification Plant for Semi-boiled Soap Production via the Neutralizing Section. = Planta de Saponificação Continua para produção de sabão semi-cozido vie Neutralização.

Fig. 9.18. Neat Soap Neutralization System. = Sistema de neutralização de sabão puro.

Fora isso, o sistema já é bombeado (canalizado) corretamente, e nenhum desvio deve ser adicionado. A entrada que recebe o sabão puro das centrífugas devem ser cobertas fechadas (por fora). Os detalhes da seção de neutralização são mostrados na Fig. 9.18.

A comparação com o sistema contínuo atmosférico (Fig. 9.6) mostra a semelhança entre estes dois sistemas de crutcher com um circuito fechado de recirculação, bomba de reciclagem, misturador de alto cisalhamento, sifão de tubulação, e um segundo vaso a receber o produto acabado.

CÁLCULOS E DEFINIÇÕES

EXEMPLO DE CÁLCULO (CÁLCULO SIMPLES) PARA UMA BATELADA DE SABÃO SEMI-COZIDO.

A produção de 10 toneladas de 60% do TFM, 80:20 de sebo/coco combina sabão puro com um residual de 0,05% de NaOH livre, e de 0,5% de NaCl:

Valor da saponificação do sebo (VS): 200

Valor da saponificação do óleo de coco (VS): 250

48% de NaOH (Soda Cáustica)

20% de NaCl (Salmoura)

PRETENDIDO: VALOR: LETRA DE LEGENDA OU CÓDIGO LETRA

QUANTIDADE (Kg) 10.000 A

TFM (%) 60 B

NaOH (%) Residual 0,05 C

NaCl (%) 0,5 D

NA NOSSA DISPOSIÇÃO

MISTURA DE ÓLEO 80:20 SV 210 E

NaOH% em CÁUSTICA 48 F

NaCl% em SALMOURA 20 G

TFM% em ÓLEOS 94,63 H

GLICERINA% em ÓLEOS 11 I

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