Mezcladores y reactores amixon® para la producción de detergentes y jabones ricos en metales - amixon® Mixing Technology

Los derechos de autor de amixon®, la copia, la reimpresión y la traducción a otros idiomas -incluso en parte- sólo pueden realizarse con la autorización por escrito de amixon GmbH, Paderborn.

Tanto los mezcladores como los reactores de síntesis deben adaptarse de manera especial para poder cumplir de forma adecuada con la tarea respectiva. Los mezcladores y reactores amixon cumplen con este tipo de tareas especiales de forma excepcional.

El jabón es uno de los productos químicos más antiguos. Los pueblos primitivos ya conocían el efecto lubricante y separador del jabón = sales alcalinas de ácidos grasos superiores. Usaban la ceniza de la madera quemada y la mezclaban o suspendían en agua para obtener una solución alcalina diluida. Colaban los residuos de ceniza de la fase líquida y la evaporaban. Así concentraban esta solución alcalina débil para luego mezclarla con aceite y grasa, preferentemente en estado caliente. El inicio de la turbidez es una señal de la formación de una solución alcalina jabonosa. Esta tiene simultáneamente propiedades disolventes de grasa y agua. En el caso ideal, los componentes sólidos de la solución alcalina jabonosa se separaban de los líquidos para facilitar la conservación y el transporte. Este procedimiento ya era utilizado por los sumerios en el año 3000 a. C. y el jabón resultante se utilizaba originalmente para fines curativos. No fue hasta la época romana en la que se cultivó el efecto limpiador del jabón. Los escritos romanos mencionan el jabón germánico, compuesto por sebo, cenizas y jugos de plantas. Se utilizaba para teñir los cabellos de rojo antes de las batallas. El arte de fabricar jabón fue transmitido a los españoles por los árabes y Carlomagno ya había fomentado el asentamiento de fabricantes de jabón en el imperio franco durante su reinado de 768 a 814. Se fueron transmitiendo viejos términos alemanes con los que se denominaba al jabón blando como Seifa, Seipha o Säpa. La fabricación de jabón duro y blanco se consideraba algo especial, entre otras cosas debido al uso de ceniza de plantas marinas y aceite de oliva como materias primas. La adición de hierbas medicinales, antioxidantes, desodorantes y aceites perfumados convertía al jabón en un artículo de lujo muy codiciado. Alrededor del año 900, Marsella era un bastión de la producción de jabón. Quinientos años después, lo fueron las ciudades italianas de Savona, Venecia y Génova. El Rey Luis XVI (que reinó desde 1775 hasta el 21 de enero de 1793) emitió una directiva en Francia sobre la calidad del jabón, según la cual el contenido de aceite debía ser de al menos el 72% en peso.

Alrededor del año 1900, los procesos industriales sustituyeron la potasa por ceniza de sosa artificial y los fuertes álcalis de hidróxido de sodio e hidróxido de potasio. En 1907 surgió el producto de marca Persil de la empresa Henkel fabricado a partir de las sustancias químicas básicas perborato y silicato. En el año 1929, Benckiser desarrolló en Ludwigshafen un detergente lavavajillas para hoteles y restaurantes. El jabón duro se convirtió en un producto de masas. Hasta la actualidad, se han hecho grandes esfuerzos para que los detergentes sean más respetuosos con el medio ambiente. Por ejemplo, las enzimas y los agentes tensioactivos que se utilizan actualmente en los detergentes para ropa en Europa son biodegradables y se prescinde cada vez más del uso de microplásticos, así como de fosfatos y agentes blanqueadores.

Además de la capacidad de formar espuma y de lavar, hay que mencionar en este punto el fenómeno de la formación de una película superficial, el llamado modelo de película de jabón. Para ello se aprovecha la propiedad del jabón de formar una película superficial. Si se sumerge una estructura de alambre doblado de forma irregular en una solución jabonosa y se levanta, se forma una película de jabón. Esta superficie generada representa la superficie mínima. Los techos de membrana de forma irregular del Estadio Olímpico de Múnich se construyeron según este método.

La importancia industrial del jabón se extiende, por un lado, a sus propiedades de lavado como detergente para la higiene personal, para la ropa, la vajilla y como producto de limpieza doméstica en forma líquida y sólida como polvo, gránulos, bolas o tabletas. En las grandes plantas industriales, las máquinas mezcladoras de precisión realizan una gran variedad de tareas como homogeneizadores por lotes. Por ejemplo, existen mezcladores de gran capacidad y funcionamiento continuo para la homogeneización de tres, cuatro o cinco flujos de sólidos para detergentes de uso frecuente, detergentes de color y detergentes suaves. Los componentes se dosifican por la parte superior conforme a la fórmula y se descargan en forma homogeneizada por la parte inferior, alimentando simultáneamente 2, 3 o 4 máquinas de llenado de funcionamiento continuo. Este sistema de mezclado vertical mezcla de forma especialmente cuidadosa y logra un nivel de vaciado muy elevado tras finalizar una actividad de producción.

Mezclador vertical con 3 salidas e instalaciones de llenado en la parte inferior - © by amixon

En las grandes plantas industriales, las máquinas mezcladoras de precisión realizan una gran variedad de tareas como homogeneizadores por lotes. Por ejemplo, existen mezcladores de gran capacidad y funcionamiento continuo para la homogeneización de tres, cuatro o cinco flujos de sólidos para detergentes de uso frecuente, detergentes de color y detergentes suaves. Los componentes se dosifican por la parte superior conforme a la fórmula y se descargan en forma homogeneizada por la parte inferior, alimentando simultáneamente 2, 3 o 4 máquinas de llenado de funcionamiento continuo. Este sistema de mezclado vertical mezcla de forma especialmente cuidadosa y logra un nivel de vaciado muy elevado tras finalizar una actividad de producción.

Granuladores de mezcla de funcionamiento continuo producen gránulos uniformemente redondos a partir de una sustancia detergente en polvo mediante granulación por acumulación. Las partículas se encuentran entonces compactadas y, gracias a que no presentan partes finas, resultan fáciles de dosificar, envasar y transportar.

Otra particularidad se refiere a la mezcla final de detergentes para pastillas / tabletas comprimidas para lavavajillas. Estos están compuestos por diferentes fórmulas que frecuentemente presentan diferentes colores. Indican funciones avanzadas y significan «abrillantador», «efecto extra-seco», «potenciador de limpieza», «descalcificador de agua» o hasta incluso «pastilla de droguería». Las prensas de pastillas de alto rendimiento pueden formar pastillas a partir de varios componentes. Sin embargo, esto requiere que un mezclador de precisión que trabaje de forma especialmente cuidadosa y mezcle y recubra los polvos de tal manera que las masas de polvo a comprimir presenten propiedades específicas de flujo y cohesión. Dichos mezcladores deben trabajar con muy elevado grado de autolimpieza.

Además de servir para la limpieza, los jabones también sirven como lubricante en la conformación de materiales metálicos, por ejemplo en la embutición para conformar bañeras o carrocerías de automóviles. Pero también en el caso de «la embutición en frío y los procesos de avance y retroceso» de tubos. Los llamados jabones metálicos, como el estearato de magnesio, el estearato de calcio y el estearato de sodio, se conocen como estearatos y se forman mediante la esterificación de ácido esteárico en presencia de óxidos/hidróxidos metálicos con ruptura de glicerol. Con la expresión jabones metálicos se hace referencia a jabones que no contienen ni sodio ni potasio. Se trata de polvos blancos, cerosos, no solubles en agua. Los jabones metálicos se utilizan, por ejemplo, como aditivos en la fabricación de productos farmacéuticos y cosméticos, en la producción de piensos para animales y en forma de aditivo alimentario como «ayuda al flujo libre».

En el documento de patente europea 0330 097 se describen procesos para producir jabones metálicos básicos, en polvo, a base de ácido esteárico, a escala de laboratorio. En el mismo se describe que mediante el desarrollo correcto de la temperatura y el uso de un sistema de mezcla adecuado, los jabones metálicos resultan como polvos de dispersión fina, flujo libre y color claro. Una vez que tiene lugar el cambio de fase espontáneo de líquido a sólido, se aplica un vacío para el secado residual. Otros documentos de patente, como por ejemplo la solicitud de patente alemana DE4019167A1, explican la producción de jabón metálico neutro-básico en polvo en forma de un proceso de dos etapas, con el objetivo de obtener un polvo con bajo contenido de material fino, escamoso y de flujo libre. Si se observan las gamas de productos de los principales fabricantes de estearatos, estas revelan cuán amplias son las posibilidades de aplicación de los jabones metálicos: Los estearatos de calcio y los estearatos de zinc son estabilizadores eficaces en la fabricación de plásticos y hacen posible el uso del PVC para tuberías de agua potable. El plástico PVC se estabiliza para evitar la lixiviación. El estearato de calcio también es un aditivo para lubricantes que se usa en rodamientos. Con un tamaño de partícula de 3 a 15 µm, el estearato de magnesio tiene una superficie muy grande y ya en muy bajas concentraciones sirve como medio auxiliar eficaz para el flujo de materiales a granel de todo tipo. En este caso es importante que el proceso de mezcla tenga lugar igualmente de forma cuidadosa, precisa y abarcando todo el espacio. Una mezcla de alto cizallamiento reduce la capacidad de flujo. Sin el estearato de magnesio, no sería posible alcanzar el rendimiento de producción de las actuales prensas de tabletas. En diferentes composiciones, los estearatos de los metales zinc, sodio, bario, litio y aluminio tienen efectos completamente diferentes: por ejemplo, como captadores químicos de ácidos, como agentes de impregnación, como medios auxiliares de vulcanización para el caucho, como lubricantes en el procesamiento de metales, como agentes hidrófobos en la producción de materiales de construcción, como agentes desmoldantes o como agentes adherentes, como abrasivos en el lapeado de superficies o como agentes mateantes para lacas de color, como espesantes/emulsionantes en cremas, champús y alimentos, para repeler el agua de materiales absorbentes.

La cadena de producción de los jabones metálicos es muy compleja y está marcada de manera muy individual por las filosofías de proceso específicas de las empresas. La etapa del proceso de «mezcla de polvos» es importante en varios puntos: primero, para recoger y preparar las materias primas y luego, para realizar las síntesis. Los hidróxidos de dichos metales se presentan en forma de polvo, al igual que los aceites y grasas adecuados. La masa se calienta y homogeneiza hasta obtener una suspensión o masa fundida de baja viscosidad, que se convierte en una pasta viscosa después de añadir pequeñas cantidades de un catalizador o de calentar la masa. Luego, con el recipiente del reactor cerrado, la reacción continúa con una fuerte generación de calor, y la presión del sistema aumenta hasta varias veces la presión ambiental. Tras finalizar la reacción, se aplica un vacío en el reactor de síntesis para secar y enfriar la masa. Lo ideal es que se produzca un polvo fino, blanco y de flujo libre, que se descarga en el grado más alto posible.

Tanto los mezcladores como los reactores de síntesis deben adaptarse de manera especial para poder cumplir de forma adecuada con la tarea respectiva. Los mezcladores y reactores amixon cumplen con este tipo de tareas especiales de forma excepcional.

  1. En poco tiempo y con un mínimo aporte de energía, son capaces de producir una calidad de mezcla técnicamente idónea que en la práctica ya no es mejorable.
  2. Es particularmente importante que la frecuencia de giro de la herramienta de mezcla sea tal que la velocidad periférica sea inferior a 1 m/s. Debido a la finura de los jabones metálicos en polvo, estos conllevan un mayor peligro de explosión de polvo.
  3. Tanto los mezcladores por lotes como los mezcladores para la respectiva mezcla final tienen altas tasas de descarga, lo que puede ser exigente, especialmente en el caso de productos finales de dispersión fina.
  4. Los mezcladores se pueden utilizar de forma flexible, independientemente de que estén llenos solo al 20% o al máximo.
  5. Los mezcladores permiten un acceso cómodo y rápido cuando se requiere una limpieza manual.
  6. Los mezcladores son estancos al gas de forma duradera. Esto es importante cuando la presión interior varía en +/- 150 mbar por motivos de seguridad. Debido a un mayor riesgo de explosión de polvo, a veces es necesario asegurar una atmósfera de nitrógeno en la cámara de mezcla, lo que no es un requisito trivial.
  7. En el caso de los reactores de síntesis-mezcla, también es importante que toda la superficie del aparato se pueda temperar rápidamente y de manera efectiva, incluyendo las herramientas de mezcla.
  8. Además, un reactor de síntesis de este tipo debe mezclar con la misma eficacia, independientemente de que los productos sean líquidos, semisólidos, altamente viscosos o en polvo.
  9. Los mezcladores de los reactores de síntesis deben estar diseñados de tal manera que puedan soportar la alternancia de calentamientos y enfriamientos rápidos, así como de sobrepresión y vacío sin fatigarse. amixon dispone de un método constructivo que garantiza una vida útil mínima calculada.
  10. Además, deben controlarse de manera fiable las cargas de reacción resultantes de las diferentes consistencias de la mezcla, por ejemplo, en polvo, líquida, pastosa, viscosa, altamente viscosa y nuevamente en polvo-de flujo libre.
  11. Frecuentemente, con los reactores de síntesis amixon se puede contrarrestar la formación de espuma no deseada.


amixon ha adquirido mucha experiencia en los más diversos campos del control de reacciones de síntesis desde 1983 y ofrece a los usuarios una amplia gama de aparatos con herramientas de mezcla de cinta helicoidal de apoyo vertical. En el centro técnico de la planta de amixon se dispone de 5 sistemas de mezcla de hélice diferentes y 5 reactores de mezcla de síntesis diferentes para realizar pruebas. Por regla general, después del intercambio de las primeras informaciones cabe esperar un buen resultado en la preparación, así como un aumento de escala fiable para el diseño de las grandes máquinas si las pruebas realizadas en el centro técnico tuvieron éxito. Independientemente del sector, cabe señalar que los grandes mezcladores y reactores de síntesis de amixon con herramientas de mezcla en espiral y un volumen de hasta 40 m³, se encuentran en funcionamiento con éxito en muchas partes del mundo.

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