Penjelasan Lengkap Proses Pembuatan n-Butanol dan Pemilihan Proses Pembuatannya

اَلسَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُه

(Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakaatuh)

Puji Syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta'ala yang telah memberikan Rahmat, Karunia, Taufik dan Hidayah-nya kepada kita semua sehingga kita masih dapat hidup di Dunia ini, serta semoga kita semua selalu mendapat Inayah dan Lindungan dari Allah Subhanahu Wa Ta'ala. آمِيْن يَا رَبَّ العَالَمِيْنَ “Aamiin ya Rabbal'alamin” ...

Shalawat, Salam serta Taslim kepada sang Revolusioner Dunia, Junjungan Alam Nabi Besar Sayyidina Maulana Muhammad Shallawlahu ‘Alaihi Wasallam yang telah membimbing kita dari zaman Kegelapan dan Kebodohan menuju zaman Terang Benerang, sangat jelas perbedaan antara Hak dan Bathil serta penuh dengan Ilmu Pengetahuan seperti saat ini.

Pada Artikel ini kami akan menjelaskan secara lengkap Proses Pembuatan n-Butanol dan Pemilihan Prosesnya. Sebelum masuk ke Materi marilah kita membaca Ta‘awuz : أَعُوذُ بِاللَّهِ مِنَ الشَّيْطَانِ الرَّجِيمِ “A’udzu billahi minasy syaithonir rojiim” dan Basmalah : بِسْمِ اللَّهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيم “Bismillahirraahmanirrahiim” Agar Bacaan yang dibaca menjadi Berkah dan Bermanfaat. آمِيْن يَا رَبَّ العَالَمِيْنَ “Aamiin ya Rabbal'alamin” ...

N-BUTANOL

n-Butanol atau n-butil alkohol atau normal butanol adalah alkohol primer dengan struktur 4-karbon, dan memiliki rumus kimia C₄H₉OH. Isomernya antara lain isobutanol, 2-butanol, dan tert-butanol. Butanol adalah salah satu dari kelompok "alkohol fusel" (dari bahasa Jerman untuk "en: bad liquor"), yang memiliki lebih dari dua atom karbon dan mudah larut dalam air.

n-Butanol secara natural berada sebagai produk minor fermentasi gula dan karbohidrat lainnya, dan terdapat dalam kebanyakan bahan makanan dan minuman. Ini juga merupakan zat perisa buatan yang diizinkan di Amerika Serikat, digunakan dalam mentega, krim, buah, rum, whiskey, es krim, kembang gula, dan produk bakeri. Senyawa ini juga digunakan luas untuk produk-produk konsumen.

Penggunaan terbesar n-butanol sebagai produk antara dalam industri, terutama pada pabrikasi butil asetat (suatu zat perisa buatan dan pelarut industrial). Ini merupakan suatu petrokimia, dibuat dari propilena dan biasanya dimanfaatkan oleh industri. Perkiraan jumlah produksi tahun 1997 adalah: AS 784.000 ton, Eropa Barat 575.000 ton, Jepang 225.000 ton.

n-Butanol diproduksi secara industri dari bahan baku petrokimia propilena. Propilena diberi perlakuan hidroformilasi menjadi butiraldehida (proses okso) dengan keberadaan katalis homogen berbasis rhodium, mirip dengan katalis Wilkinson. Butiraldehida kemudian diberi perlakuan hidrogenasi untuk menghasilkan n-butanol.

PROSES PEMBUATAN N-BUTANOL

1. Proses Fermentasi

Bahan baku yang biasa digunakan untuk menghasilkan n-butanol pada proses fermentasi adalah molase. Molase merupakan hasil samping dari industri gula yang diperoleh setelah sakarosa dikristalisasi dan disentrifusi dari sari gula tebu.

Gambar 1. Pembuatan n-Butanol secara Fermentasi

Proses fermentasi molase menggunakan kultur bakteri. Bakteri ini dapat mengubah glukosa menjadi n-butanol dan gas CH₄. Molase bersarna kultur bakteri dimasukkan ke dalam tangki fermentasi yang beroperasi pada kondisi aerob. Pada proses ini akan terbentuk gas CO₂ clan hidrogen. Gas-gas ini ditampung untuk kemudian direcovery.

Reaksi fermentasi:

(C₆H₁₀O₅)x C₆H₁₂O₆ CH₃COCH₃ + CH₃CH₂CH₂OH + C₂H₅OH + CO₂ + H₂

Alkohol hasil fermentasi merupakan alkohol berkadar rendah yang disebut beer. Alkohol ini kemudian dibawa ke kolom beer. Kolom ini berjumlah 2 buah dan berfungsi untuk menaikkan konsentrasi alkohol yang diperoleh. Hasil atas beer kolom kedua dibawa ke kolom destilasi pertarna untuk memisahkan aseton dari alkohol. Hasil bawah kolom beer dibawa ke kolom destilasi kedua untuk memperoleh n-butanol dengan kemurnian 96%.

Selain n-butanol, proses ini juga menghasilkan aseton dan etanol. Tiap 1 gallon molase mengandung 6 lb gula yang akan menghasilkan 1,45 lb n-butanol; 0,4 lb aseton; dan 0,07 lb campuran etanol, CO₂, dan hidrogen.

2. Kondensasi Aldol

Proses aldol merupakan proses pembuatan n-butanol secara sintetik. Bahan baku yang digunakan pada proses ini adalah etil alkohol atau asetilen. Mula-mula etanol didehidrogenasi atan asetilen dihidrasi untuk menghasilkan asetaldehid dengan menggunakan katalis merkuri sulfat.

Kemudian asetaldehid dikondensasi pada reaktor menjadi aldol pada temperatur 10 - 25 ^oC dan tekanan atmosfer, dengan menambahkan sejumlah kecill soda kaustik. Sebesar 60% asetaldehid akan terkonversi menjadi aldol.

Dari reaktor, aldol dibawa ke kolom dehidrasi untuk memisahkan aldol dari asetaldehid yang tidak terkonversi. Asetaldehid yang terpisah direcycle ke tangki asetaldehid untuk digunakan sebagai umpan reaktor. Dari kolom dehidrasi aldol diumpankan ke kolom destilasi untuk direaksikan dengan asarn asetat membentuk krotonaldehid. Krotonaldehid kemudian dihidrogenasi pada fase uap untuk menghasilkan n-butanol.

Persamaan reaksi:

CH₃CHO à CH₃CH(OH)CH₂CHO à CH₃CH=CHCHO à CH₃CH₂CH₂OH

Asetaldehid Aldol Krotonaldehid n-butanol

Gambar 2. Flow Sheet Pembuatan n-Butanol Dengan Proses Aldol

Pada kolom hidrogenasi, gas hidrogen clan katalis, nikel-kromium diumpankan. Kolom hidrogenasi beketja pada temperatur 135 - 175 °C. Produk keluar kolom ini dengan kemumian 80% n-butanol clan 20% n-butiraldehid.

3. Proses Hidrogenasi

Butiraldehid cair yang terdiri dari 99% n-butiraldehid dan 1% i-butiraldehid dicampur dengan air (3% dari maupan butiraldehid) pada sebuah mixer yang bekerja pada tekanan 1 mm dan temperatur 30°C untuk menghindari ketonisasi. Campuran ini diuapkan pada vaporizer, dan dikontakkan dengan gas yang terdiri dari 99,5% H₂ dan 0,5% N₂ pada suatu reaktor hidrogenasi.

Reaktor hidrogenasi ini merupakan fixed bed reactor dengan dua buah bed didalamnya. Pada reaktor terjadi reaksi hidrogenasi antara n-butiraldehid dan H₂ sebagai reaksi utama, reaksi hidrogenasi antara i-butanol dan H₂ sebagai reaksi samping. Untuk mempercepat mekanisme reaksi digunakan katalis Co pada permukaan alumina.

Reaktor bekerja pada tekanan 35 atm, temperatur 100 – 200 °C. Bahan baku memasuki reaktor pada temperatur 100°C dan meninggalkan reaktor pada temperatur 155,4°C. Reaksi hidrogenasi adalah reaksi eksoterm, karena reaktor adalah bersifat adiabatis maka kelebihan panas pada reaktor dihilangkan dengan air pendingin yang memasuki reaktor melalui external exchanger. Pada reaktor ini 75% n-butiraldehid akan terconversi menjadi n-butanol.

Hasil dari reaktor kemudian dibawa ke separator yang bekerja pada tekanan 37 atm dan temperatur 60°C untuk memisahkan sisa gas H₂ dan gas inert N₂ dari butanol, butiraldehid, dan H₂O. Gas H₂ dan N₂ yang keluar dari top separator setelah diturunkan tekanannya pada expansion valve menjadi,30 atm akan dipurging 1/4 bagian, sedangkan sisanya direcycle dan dicampurkan kembali dengan umpan gas dari H₂ plant

Butiraldehid, butanol, dan H₂O yang meninggalkan bottom separator akan menuju ke menara destilasi-1 untuk pemurnian butanol setelah diturunkan tekanannya hingga 1 atm pada expansion valve. Umpan memasuki menara destilasi-1 pada tekanan 1 atm dan temperature 101,5°C. Produk bawah menara destilasi-l terdiri dari 99% n-butanol, 0,75% ibutanol, dan 0,25% H2O.

Destilat menara destilasi-1 yang terdiri dari n-butiraldehid yang terdiri dari n-butiraldehid, i-butiraldehid, H₂O, dan sebagian i-butanol akan diumpankan ke menara destilasi-2 pada tekanan 1 atm dan temperatur 80,6°C. Menara destilasi-2 bertujuan untuk memanfaatkan sisa butiraldehid sebagai bahan proses dengan merecycle destilat menara destilasi-2 ke mixaer kembali. Bottom produk menara destilasi-2 akan dipompakan ke pengolahan limbah sebelum dibuang ke badan air.

Gambar 3. Flow Sheet Pembuatan n-Butanol Dengan Proses Hidrogenasi

PEMILIHAN PROSES PEMBUATAN

Pada proses pembuatan n-butanol sering menggunakan proses hidrogenasi, karena proses hidrogenasi memiliki beberapa kelebihan bila dibandingkan dengan proses-proses lainnya, yaitu:

1. Memiliki konversi reaksi relatif lebih besar, yaitu 75%, sehingga untuk jumlah bahan bahan yang sama banyaknya akan diperoleh basil n-butanol yang lebih banyak, sehingga secara ekonomis dipandang lebih menguntungkan.

2. Proses hidrogenasi tidak membutuhkan pemisahan yang rumit, sehingga peralatan yang digunakan relatif lebih sederhana.

3. Kemurnian produk yang dihasilkan cukup tinggi, mencapai 99%.

4. Harga bahan baku pembuatan n-butanol dengan proses hidrogenasi relatif lebih murah.

5. n-Butiraldehid sebagai bahan baku pembuatan n-butanol ini mrupakan cairan jernih yang tidak berwarna dan mempunyai bau yang khas. Sifat fisika n-butiraldehid antara lain dapat larut dalam air, etil alkohol, etil asetat, aseton, dan toluen, dan merupakan zat yang mudah terbakar. Sedangkan hidrogen merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan berasa., dan bila dicampur dengan udara akan menghasilkan campuran yang mudah terbakar dan meledak.

Demikian Artikel mengenai Penjelasan Lengkap Proses Pembuatan n-Butanol dan Pemilihan Proses Pembuatannya, kita akhiri dengan mebaca Hamdallah : الحَمْدُ لِلّٰهِ رَبِّ العَالَمِيْنَ “Alhamdulillahirabbil ’Alamin”.