Chimica del Sapone tesina

Processi continui per la

produzione del sapone.

I processi della produzione del sapone sono migliorati negli ultimi anni, grazie

all'ingegneria chimica, e allo studio fisico-chimico dei saponi, i miglioramenti

riguardano, una maggiore produzione e la diminuizione dei costi.

Il classico processo di produzione in caldaia, che viene utilizzato dall'inizio della

è

produzione industriale del sapone fino ai primi anni del 20° secolo, un metodo

che fornisce buoni prodotti, ma si sviluppano alcuni problemi di produzione, che

aumentano all'aumentare della richiesta, come i lunghi tempi di preparazione, il

à

grande consumo di vapor d'acqua, dalla bassa quantit di glicerina nella liscivia

à

inviata alla concentrazione, dalla necessit di personale esperto nella

conduzione dei processi, e dalla grandezza delle caldaie.

Per risolvere questi problemi l'ingegneria chimica ha creato sistemi di produzione

à

del sapone continui, che hanno gi estesa applicazione industriale in sostituzione

dei processi discontinui.

Vi sono diversi processi continui di produzione:

Processo Sharples

• Processo De Laval

• Processo Monsavon

• Processo Clayton

•

Processo Sharples.

è à

Questo processo basato sull'impiego di super-centrifughe rotanti alla velocit di

15.000 giri/minuto che consentono di separare la liscivia dal sapone dopo la

saponificazione e il lavaggio, senza ricorrere ai lunghi tempi di riposo richiesti dal

processo in caldaia.

Il processo consiste in 4 passaggi:

Saponificazione

• Completamento della saponificazione

• Lavaggio in controcorrente

• Separazione del sapone dalla liscivia

• è

Ogni passaggio costituito da mescolatori alternati a centrifughe, le materie

prime, grassi, acqua, soda caustica e la soluzione salina per il lavaggio, sono

ò

portate attraverso pompe a pistone regolabili, ci consente di avere dei dosaggi

è è

particolarmente accurati, la saponificazione accellerata perch la materia

grassa e la soda caustica sono in continua ricircolazione tra loro.

La circolazione della liscivia in controcorrente con il sapone, permette di avere

una grande concentrazione di glicerolo nella liscivia, che viene inviata poi a

recupero, con dimuinizione dei costi di evaporazione; inoltre questo processo

limita anche i consumi di vapor d'acqua per il ricaldamento (dato solo ai

è è

reagenti), perch il calore dato dalla reazione e dall'agitazione meccanica

ottenuta dai mescolatori.

Alcuni sistemi di controllo automatici e allarmi consentono anche l'utilizzo di

personale non altamente specializzato.

Esempio di centrifuga Sharples.

Processo De Laval: è

Come quello Sharples, basato sull'impiego di centrifughe e permette la

realizzazione in maniera continua della saponificazione, del lavaggio in

controcorrente con liscivia e della liquidazione su colla.

Le centrifughe del tipo De Laval, appositamente studiate per il processo, hanno

à

una velocit di rotazione di 6.000 giri/minuto e sono a chiusura ermetica, in modo

à

che sia evitata la possibilit di ossidazione del sapone per effetto del contatto

con l'aria. L'ottenimento di sapone liquidato su colla costituisce un fattore di

à

notevole importanza per la sua qualit in quanto consente l'eliminazione di

impurezze di natura idrofoba non asportabili mediante il lavaggio in

controcorrente con liscivia.

Il processo consiste dei seguenti stadi di lavorazione:

Saponificazione

• Lavaggio in controcorrente con liscivia

• Liquidazione su colla

• è

Ciascuno stadio costituito da una o due colonne verticali di miscelazione, con

è

pompa di ricircolazione, e da una centrifuga. Il controllo dell'impianto

è à

completamente automatico ed basato sulla misura della viscosit del sapone in

circolazione. Il dosaggio della materia grassa, della soluzione salina, della soda

è

caustica e dell'acqua realizzato mediante pompe dosatrici con valvola di

regolazione automatica. I vantaggi di questo processo rispetto a quello

discontinuo sono sostanzialmente gli stessi messi in evidenza per il processo

Sharples. Esempio di centrifuga alfa Laval

Processo Monsavon.

Realizza in maniera continua la fabbricazione di sapone liquidato su colla

mediante 3 stadi di lavorazione:

Saponicazione

• Lavaggio

• Liquidazione

•

La materia grassa e la soluzione di soda caustica sono alimentate in maniera

continua, mediante pompe dosatrici, ad un omogenizzatore in modo da

è

ottenere un'intima emulsione dei reagenti. Questa emulsione alimentata alla

à

sommit della camera di reazione costituita da un tubo verticale riscaldato che

è

mantiene a circa 100 °C la parete della camera. Il riscaldamento necessario

è

soltanto all'avviamento dell'impianto, in seguito il calore di reazione sufficiente

a mantenere la temperatura richiesta. Nella camera si ottiene la completa

saponificazione della materia grassa in modo da ottenere in uscita un sapone

contenente una percentuale di insaponificato inferiore a 0,06%. Il lavaggio del

sapone per il recupero del glicerolo e la liquidazione finale avviene in una

colonna verticale divisa in quattro compartimenti da tre setti di separazione

orizzontali. Nei tre compartimenti inferiori si ha il lavaggio mentre la liquidazione

à è

avviene in quello alla sommit . In ciascun compartimento installata una cassa

à

munita di un agitatore orizzontale ad alta velocit . Le tubazioni opportunamente

disposte tra compartimenti e casse di mescolazione permettono la circolazione

in controcorrente del sapone alimentato sul fondo della colonna, con la

soluzione salina e l'acqua calda alimentate nel compartimento superiore. Dal

fondo della colonna si ha l'uscita della liscivia contenente il glicerolo recuperato

à

e le impurezze eliminate dal sapone. Dalla sommit della colonna si ha l'uscita

del sapone lavato, che contiene ancora una percentuale relativamente elevata

di cloruro sodico e tracce di impurezze residue, ma praticamente privo di

è

glicerolo e con minimo contenuto di alcali libero. Questo sapone inviato ad un

à

serbatoio di separazione dalla sommit fluisce continuamente il sapone liquidato

è

che si separa dalla colla, la quale rimessa in ciclo nella torre di lavaggio. Una

â

certa quantit di colla, corrispondente a circa il 2% della materia grassa inviata a

saponificazione, deve essere periodicamente scartata dal ciclo di lavorazione

à

per l'accumulo di impurezze e destinata a produzione di sapone di qualit

inferiore. I vantaggi del processo Monsavon rispetto a quello di caldaia sono gli

stessi messi in evidenza per quello Sharples.

Processo Clayton:

È basato su una saponificazione ad alta pressione e temperatura, quindi con una

à

velocit di reazione elevata rispetto a quella che si ha alla pressione atmosferica,

seguita da una separazione del sapone dal glicerolo e dall'acqua per

evaporazione sotto vuoto. La materia grassa e la soluzione di soda caustica

circolano, mediante una pompa ad alta pressione, attraverso due preriscaldatori

in modo da raggiungere rispettivamente una temperatura di 136 e 177 °C.

I reagenti preriscaldati, dopo una preventiva mescolazione, attraversano due

è

serpentini di reazione disposti in serie, nel primo dei quali mantenuta una

pressione di 18 kg/cm2 ed una temperatura di 200 °C, mentre nel secondo si ha

una pressione di 3,5 kg/cm2 e una temperatura di 290 °C. La saponificazione

avviene in maniera completa in fase liquida dal momento che l'alta pressione

impedisce all'acqua di passare allo stato di vapore. La miscela di sapone, acqua

è

e glicerolo successivamente spruzzata in una camera sotto vuoto che permette

l'evaporazione e la successiva condensazione di una soluzione acquosa di

è

glicerolo. Il sapone essiccato continuamente rimosso dalla parete mediante

raschiatori rotanti e scaricato dal fondo della camera da un trasportatore a

coclea raffreddato con circolazione di acqua. Questo sapone ha una

percentuale di acqua troppo bassa per essere impiegato direttamente e

à

pertanto deve essere idratato con impiego di una dosata quantit di vapore

d'acqua, in modo da ottenerlo in una forma utilizzabile per le successive

operazioni di finitura.

Il processo Clayton rispetto al processo in caldaia ha tutti i vantaggi sopra

descritti dei processi continui. Rispetto ai processi Sharples e Monsavon si deve

ù

mettere in evidenza che esso richiede apparecchiature pi complesse data l'alta

temperatura e pressione a cui opera nello stadio di saponificazione e per il vuoto

richiesto dalla camera di evaporazione.

Si hanno di contro i seguenti vantaggi:

ù

una liscivia pi concentrata in glicerolo, senza sali organici e con piccole

• tracce di sapone con conseguente economia nel processo di recupero

successivo;

un sapone avente la percentuale di acqua desiderata per l'operazione di

• à

finitura senza necessit di essiccamento.

Progressi notevoli inoltre sono stati fatti nella fabbricazione del sapone

relativamente al trattamento dei grassi prima dell'invio alla saponificazione. Sono

stati infatti studiati e fatti processi continui per la scissione idrolitica dei grassi

neutri e successiva distillazione degli acidi grassi, i quali consentono i seguenti

vantaggi: à

Migliore recupero di glicerolo per la qualit sia per l'elevata

• concentrazione;

Gli acidi grassi ottenuti hanno elevato grado di purezza, maggiore di

• quello che si otterrebbe sottoponendo ai normali trattamenti preventivi la

stessa materia grassa di partenza;

Un miglioramento qualitativo del sapone;

• à ù

La possibilit di impiego di carbonato sodico, pi economico, in sostituzione

• della soda caustica per la saponificazione.

Finitura del sapone.

I processi di finitura che consentono di ottenere il sapone nelle diverse forme

ì

commerciali, hanno sub to miglioramenti per quanto riguarda l'essiccazione

realizzata con processi continui, i quali consentono di ottenere rapidamente e

senza dispendio di calore un prodotto omogeneo.

Le caratteristiche di questi processi possono essere messe in evidenza, illustrando

ù

schematicamente il processo Mazzoni, tra i pi diffusi in Italia ed all'estero, il quale

consente un'operazione continua a temperatura relativamente bassa con

l'impiego di un vuoto spinto. è

Il sapone liquidato, dopo avere attraversato una cassa filtro, inviato da una

pompa in un preriscaldatore a fascio tubiero e da questo nella camera di

essiccazione mantenuta sotto vuoto. Ugelli atomizzatori rotanti proiettano il

sapone sulla parete cilindrica interna della camera, mentre coltelli rotanti

provvedono ad asportare continuamente il sapone essiccato dalla parete. Una

trafila posta sul fondo della camera spinge il sapone essiccato all'esterno sotto

forma di trucioli o di scaglie. è

Il sapone finito in pezzi, da toeletta e per bucato, ottenuto in maniera continua

mediante una serie di apparecchiature del tipo amalgamatori, laminatrici a

cilindri, trafile di estrusione, taglierine e macchine confezionatrici automatiche. Le

trasformazioni che il sapone subisce nel passaggio attraverso questa serie di

apparecchiature consistono essenzialmente nell'intima omogeneizzazione con

sostanze additivate che migliorano le caratteristiche organolettiche come

profumi, coloranti, antiossidanti, sostanze emollienti ed ingrassanti della pelle. La

è

lavorazione di finitura inoltre importante per la definitiva formazione delle fasi

cristalline del sapone, essenziali agli effetti delle caratteristiche all'uso.

Produzione e consumi.

Per quanto riguarda la produzione ed il consumo di sapone negli anni recenti si

registra un notevole incremento per i prodotti da toeletta in relazione al

miglioramento del tenore di vita delle popolazioni, mentre invece per quanto

riguarda i saponi da bucato e per uso industriale si verifiea una stasi o addirittura

un regresso a causa dell'accentuata concorrenza dei prodotti sintetici.

Analisi dei nitrati nelle

acque.

I detersivi possono avere effetti tossici in tutti i tipi di vita acquatica se sono

à

presenti in quantit sufficiente. Tutti i detersivi distruggono gli strati esterni di muco

ù

che proteggono i pesci dai batteri e dai parassiti; in pi possono danneggiare

considerevolmente le branchie. Il fosforo ed i nitrati nei detersivi possono

provocare la fioritura d'alghe acquatiche. I nitrati rappresentano lo stato di