Proceso industrial de fabricación del jabón

El jabón es fabricado mediante la reacción de un ácido graso o materia grasa con una sustancia alcalina. Esta reacción lleva por nombre saponificación y da como resultado una sal sódica o potásica soluble en agua, que cuenta con propiedades detersivas, por lo cual, puede utilizarse para limpieza de textiles e higiene personal.

Jabones de origen industriales son productos de gran demanda
Los jabones son productos de gran demanda. Imagen de twincraft

El proceso de fabricación del jabón se basa en el aprovechamiento de materiales lípidos de origen animal o vegetal. En este artículo describiremos la teoría básica sobre el jabón y el proceso industrial de fabricación del jabón.


Tabla de contenidos
  1. Teoría básica sobre el jabón
  2. Procesos de producción del jabón
    1. Saponificación de cuerpos grasos
    2. Neutralización de cuerpos grasos
  3. Fabricación industrial del jabón
    1. Materias primas para la fabricación del jabón
    2. Procesos de fabricación del jabón
      1. Tratamiento de aceites y grasas
      2. Saponificación
        1. Proceso en frío
        2. Proceso por semi-ebullición
        3. Proceso de ebullición completa
        4. Proceso continuo
      3. Enfriamiento y secado
      4. Acabado
  4. Pasos para realizar la producción del jabón

Teoría básica sobre el jabón

Línea de producción de una fábrica de jabón
Línea de producción de una fábrica de jabón. Imagen de soapfactory

La teoría básica es de gran importancia para entender el proceso de fabricación y poder centrarnos en los parámetros de diseño que se adecúen a las características que deseamos darle a nuestro producto final, que en este caso, es el jabón sólido del tipo jabón de tocador. Empezaremos con la definición de jabón, que describiremos a continuación:

Los jabones junto a los detergentes son productos químicos conocidos como tensoactivos o surfactantes. Este tipo de productos presentan una serie de características distintivas, entre las cuales destacan las siguientes:

  • Permiten reducir la tensión superficial del agua, por lo cual, pueden remover la suciedad.
  • Cuentan con poder humectante y emulsionante.
  • Poseen la capacidad de generar espuma en contacto con el agua, lo que facilita la eliminación de residuos.

La definición más simple de jabón es la siguiente:

Los jabones son una mezcla de ácidos grasos y sales. Estos provienen generalmente de la reacción de saponificación de cuerpos grasos (triglicéridos) los cuales pueden tener un origen animal o vegetal, aunque, los jabones también pueden obtenerse mediante la neutralización de ácidos grasos.

Los ácidos grasos son compuestos orgánicos que presentan la siguiente estructura:


Estructura de un ácido graso
Estructura de un ácido graso

R, representa una cadena carbonada de estructura y longitud variable.

Para que un ácido produzca una sal, este debe perder el hidrógeno de los OH-, el cual será sustituido por un ión con la misma carga eléctrica. Si se utiliza soda cáustica para promover la reacción, el catión Na+ sustituye al H+. Una vez finalizada la sustitución el resultado será una sal con la siguiente estructura:


Estructura orgánica del jabón
Estructura orgánica del jabón

Esta sal es soluble en agua y es conocida como jabón. La molécula de jabón cuenta con una parte polar (hidrófila) que es afín al agua, y otra parte apolar (hidrófoba) que hace al jabón soluble en aceites o grasas. Cuando el jabón entra en contacto con el agua, la molécula se polariza orientando su parte hidrófila hacia el agua, y la hidrófoba hacia la grasa, encapsulándola. De esta manera, la grasa queda en el interior de la cápsula y puede ser eliminada por el agua.


Procesos de producción del jabón

Los procesos de producción de jabón más utilizados en la industria, son los siguientes:

Saponificación de cuerpos grasos

La síntesis de jabón mediante la saponificación de cuerpos grasos, como aceites y grasas, se basa en que estos cuerpos grasos son atacados por una solución alcalina para obtener un jabón sólido (si se utiliza soda cáustica), o un jabón más líquido (si se utiliza soluciones potásicas). Durante esta reacción se genera un producto secundario conocido como glicerina, procediéndose a realizar la separación de ambos productos. Podemos ver este proceso en el siguiente diagrama: 

Diagrama de bloque del proceso de saponificación de cuerpos grasos
Diagrama de bloque del proceso de saponificación de cuerpos grasos


Neutralización de cuerpos grasos

Este proceso también se lleva a cabo utilizando una solución alcalina (NaOH o KOH). El producto obtenido es el mismo tipo de jabón que se obtiene mediante saponificación, la diferencia entre ambos procesos es que utilizando la neutralización no se genera glicerina.

Es importante tener en cuenta que los ácidos grasos de salida se obtienen a partir de hidrólisis de cuerpos grasos, lo que implica una etapa suplementaria. De formarse glicerina, esta es retirada mediante arrastre de vapor y destilación.

La neutralización de cuerpos grasos no es utilizada para generar grandes volúmenes de producto. A continuación, veremos un diagrama de este proceso: 

Diagrama de bloque del proceso de neutralización de cuerpos grasos
Diagrama de bloque del proceso de neutralización de cuerpos grasos


Fabricación industrial del jabón

Para efectos de este artículo, nos basaremos en el proceso de saponificación para fabricar jabón, ya que es el más utilizado en la industria y permite crear lotes de gran tamaño.

Materias primas para la fabricación del jabón

Las materias primas a utilizar para la fabricación del jabón son:

  • Aceites y grasas.
  • Solución alcalina (solución al 35% en peso de NaOH o entre 30% y 35% en peso de de KOH).
  • Salmuera (agua salada preparada con una concentración de NaCl entre 10% y 20% en peso).
  • Aditivos (aditivos extra, como colorantes, perfumes, carbonato de sodio, silicato de sodio, etc. Dependerá del tipo de jabón que se desee producir).

Las características del jabón (capacidad de hacer espuma, solubilidad en agua, poder limpiador, estabilidad de la espuma, etc), vienen dadas por la calidad y la naturaleza de las grasas o aceites utilizados en el proceso, por lo cual, la clave para una producción sobresaliente de jabón es realizar mezclas de diferentes aceites, grasas y sebos hasta obtener el jabón con las propiedades deseadas. Los tipos de grasa disponibles son las siguientes:

  • Aceites láuricos: Són ácidos grasos saturados, con una cadena de 12 átomos de carbono. Su fórmula es C12H24O2.
  • Grasas duras: Estas grasas son sebo de animal (ovino, vacuno y porcino).
  • Grasas blandas: Estas grasas provienen de origen vegetal (aceite de soja, aceite de maní, algodón, hueso de melocotón, etc).

Los ácidos láuricos son grasas que presentan la mejor combinación de propiedades para el jabón, e intervienen en la mayoría de las formulaciones, ya que ofrecen un gran poder espumante y limpiador. Suelen mezclarse con otras grasas para mejorar la dureza y ralentizar la velocidad de disolución del jabón producido.

El aceite de palma y los sebos son utilizados principalmente para ser mezclados con los ácidos láuricos, luego de ser decolorados y desodorizados. Por regla general, se utiliza una mezcla de ácidos láuricos con grasas blandas en proporción 1/3. Por otro lado, si la mezcla de los ácidos es con grasas duras, la proporción es 2/3. Sin embargo, esto es sólo una guía, ya que estas proporciones vendrán de acuerdo a las características que se requieran para el producto final.

Proceso de fabricación del jabón

Antes de describir la fabricación del jabón, clasificaremos los procesos de producción para el jabón, los cuales veremos en la siguiente figura:

Procesos de producción del jabón
Procesos de producción del jabón

La fabricación o producción del jabón se realiza en 4 etapas:

  1. Tratamiento de grasas y aceites.
  2. Saponificación.
  3. Enfriamiento y secado.
  4. Acabado.

Dependiendo de la calidad de las materias primas y de la tecnología seleccionada para la fabricación, se obtendrán jabones de mayor o menor calidad. A continuación, describiremos cada etapa de la fabricación:


Tratamiento de aceites y grasas

Es una parte importante de la fabricación, ya que la calidad de las materias primas influye en gran medida en la calidad del producto. Esta etapa se basa en una decoloración y desodorización de los aceites y las grasas. Si estas materias primas presentan una buena calidad, no es necesario llevar a cabo el proceso de decoloración y desodorización.

El aceite de palma y los sebos requieren decoloración en el caso de que el producto (jabón) sea para uso de tocador. La decoloración y desodorización se realiza por los siguientes métodos:

  • Triturando en caliente la materia prima en presencia de una tierra del tipo bentonita, luego se realiza una filtración y un intercambio de calor para eliminar trazas de humedad de la materia prima.
  • Realizando una oxidación por calentamiento de la materia prima, para luego hacerla pasar en contracorriente con aire caliente a altas temperaturas (entre 90 y 100 grados Celsius).




Saponificación

Esta es la etapa principal de la fabricación y como vimos en el esquema anterior, hay varias formas de realizarla:

Proceso en frío

Diagrama del proceso de saponificación en frío
Diagrama del proceso de saponificación en frío

Se trata de un proceso discontinuo o por lotes. Es el más simple de todos y consiste en añadir gradualmente a las grasas (colocadas en un tanque o cuba de saponificación) la cantidad de solución alcalina necesaria para realizar la reacción completa (32% en peso aproximadamente). Esta mezcla, se mantiene bajo mezcla mecánica continua durante aproximadamente dos horas. En este punto se añaden los aditivos. Este proceso no incluye la separación de la glicerina ni la eliminación de impurezas que puedan presentarse.

Al finalizar el mezclado (cuando se presenta gran espesor de la mezcla), el jabón bruto es retirado y se vierte en moldes donde estará por varios días. Luego, el jabón bruto (58% de ácidos grasos) es desmoldado, se corta en bloques y es enviado a realizarle los últimos acabados. Se recomienda filtrar las grasas antes de la mezcla para evitar impurezas. Este proceso requiere un conocimiento amplio de la reacción de saponificación.

Proceso por semi-ebullición

Diagrama de bloque del proceso de saponificación por semi-ebullición
Diagrama del proceso de saponificación por semi-ebullición

Es básicamente el mismo proceso anterior, sólo que incluye un proceso de calentamiento. Mediante un sistema de intercambio de calor por tuberías se mantiene la mezcla a saponificar a una temperatura entre 70 y 90 grados Celsius, de este modo, se puede acelerar la reacción de saponificación y completar la reacción. Los aditivos se adicionan al finalizar el proceso para evitar que se evaporen.

Este proceso permite añadir la sosa durante todo el proceso de saponificación, antes de extraer el jabón bruto. La semi-ebullición permite obtener una saponificación más completa y disminuir el tiempo que el jabón bruto permanezca en los moldes de enfriamiento. Este tipo de producción se utiliza a nivel industrial a gran escala para producir jabón de gama baja y con amplia distribución. Asimismo, este proceso (al igual que el proceso en frío) no requiere agua.

Proceso de ebullición completa

Diagrama de bloque del proceso de saponificación por ebullición completa
Diagrama del proceso de saponificación por ebullición completa

Se diferencia del proceso de semi-ebullición, ya que presenta varias operaciones al finalizar la saponificación, como por ejemplo, la separación de la glicerina, la separación de la salmuera, etc. La temperatura a la cual se debe mantener la mezcla agitada es de 80 grados Celsius o superior, lo que permite utilizar gamas más altas de grasas. 

A la mezcla que se agita en caliente, se le añade la solución alcalina. La agitación se realiza con vapor inyectado a 85 grados Celsius. Al finalizar la saponificación se deja reposar durante una hora y luego se somete a un lavado con salmuera, de esta manera, se eliminan impurezas de la masa jabonosa y se recupera la glicerina.

El siguiente paso es dejar reposar la mezcla unos 45 minutos. Durante este tiempo se forma una fase superior constituida de jabón suave. Esta fase constituye un 3/4 de la mezcla, contiene aproximadamente 30% de agua y un contenido de ácidos grasos del 63%. En la fase inferior aparece un jabón bruto que constituye ¼ de la mezcla, contiene 60% de agua y 35% de ácidos grasos.

El jabón suave es extraído y llevado a secado y acabado. Este proceso permite realizar la recuperación de glicerina, es bastante flexible y permite fabricar una amplia gama de jabones.

Proceso continuo

Diagrama de bloque del proceso de saponificación continuo
Diagrama del proceso de saponificación continuo

Este proceso se basa en un sistema de bombeo que dosifica la alimentación al reactor de manera continua con materia prima, solución alcalina, agua, electrolitos, etc, todo en las proporciones predeterminadas por la reacción. Luego de salir del reactor, el producto es lavado en contracorriente, para posteriormente, pasar por una operación de separación por centrifugación de jabón negro y jabón suave.

Este tipo de proceso tiende a ser automatizado y aporta gran rapidez de producción, realizándose en apenas algunas horas, siendo rentable para grandes producciones de jabón.

Enfriamiento y secado

Finalizado el proceso de saponificación, hay que transformar el jabón obtenido (suave o bruto) en jabón comercial. Para ello, se realiza el enfriamiento y secado con la finalidad de darle al producto dureza y consistencia. El jabón bruto da lugar a un jabón barato de calidad inferior que no requiere secado, incluso teniendo un porcentaje de humedad del 35%.

El jabón suave, sí requiere un proceso de secado. El enfriamiento y secado forzado son generalmente utilizados para el acabado del jabón suave. A continuación, veremos dos métodos diferentes para realizar el enfriamiento y secado:

  • Se hace pasar el jabón proveniente de la cuba de saponificación o del reactor a una serie de rodillos de enfriamiento. Luego, el jabón sólido es enviado a un rodillo en forma de viruta, para posteriormente, terminar secándose en un túnel de aire caliente.
  • Se hace pasar el jabón líquido por una cámara de expansión, para de esta manera, lograr un secado por pulverización, permitiendo un enfriamiento y secado simultáneos.




Acabado

Al finalizar el secado, el jabón obtenido es enviado a la línea de acabado para otorgarle su aspecto comercial final, realizándose básicamente estos procedimientos:

  • Los jabones de limpieza deben ser sometidos a un baño de perfume concentrado. Las virutas procedentes de los rodillos, se hacen pasar por un baño de aditivos antes de ser empaquetados.
  • Los jabones de tocador necesitan acabados más minuciosos. El jabón es introducido en un mezclador-amasador, en donde se le adicionan aditivos. Este proceso permite una homogeneización perfecta de la mezcla. Luego del amasado, el jabón se introduce por medio de tolvas a una máquina para extrusión. Al salir de la extrusora, se procede a realizar el cortado del jabón, luego se pasa por moldeado, estampado y empaquetado.


Pasos para realizar la producción del jabón


Diagrama de bloque para la fabricación de jabón
Diagrama de bloque para la fabricación de jabón

Teniendo claras las etapas del proceso de fabricación de jabón, proponemos a continuación una serie de pasos para realizar (según las características que deseemos) un proceso de fabricación de jabón utilizando el proceso de ebullición completa:

  • El primer paso consiste en recepcionar y almacenar las materias primas. Para ello, se utilizan camiones que transportarán la materia prima, y se requieren tanques de almacenamiento para el aceite, las grasas, la salmuera y la solución alcalina.
  • Como segundo paso, se toman muestras en los tanques de materia prima para poder realizar un control de calidad de estas. Para ello, deben evaluarse propiedades como la acidez, color, impurezas, índice de yodo, índice de saponificación, índice de ésteres y composición de ácidos grasos.
  • Antes de iniciar la producción, la materia prima grasa es pasada por un tratamiento previo. Para ello, es necesaria una decoloración y una desodorización. Para realizar este tratamiento, se dispone de un tanque de refino que debe contener tierra decolorante y la grasa o el sebo a tratar, luego se calienta para retirar la humedad a una temperatura de 90 grados Celsius.
  • Seguidamente, se hace pasar la materia prima grasa por un filtro de prensa para eliminar impurezas. Se puede disponer de un arreglo en paralelo para utilizar uno de los filtros, mientras el otro filtro está en mantenimiento y así, no parar producción.
  • A continuación, las materias primas son dirigidas mediante tuberías al reactor de saponificación para que se realice la reacción. Al finalizar el proceso, el producto se hace pasar mediante bombeo a la torre de lavado, donde se hace pasar contracorriente con la salmuera. Se recupera la salmuera para seguir inyectándola al sistema de lavado por reciclo. Se extrae la glicerina por una de las tuberías de salida de la torre de lavado y el jabón resultante se extrae por otra tubería.
  • El jabón que sale de la torre de lavado es bombeado o transportado al área de secado y enfriamiento y posteriormente, al área de acabado, para luego empacar y almacenar el producto, listo para la distribución.

Hemos descrito a grandes rasgos el proceso industrial de fabricación del jabón, los detalles de ingeniería son dados por parámetros de diseño que el ingeniero proporcionará según las características del producto deseado. Como siempre, los invito a comentar la nota para establecer intercambio de ideas y complementar conceptos.

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