Pendidikan Sains Aplikatif, Matematika Menarik dan Karya Ilmiah

Aplikasi Kimia : Pembuatan Etanol Skala Pabrik dan Aplikasinya

Sebagian besar etanol dunia diproduksi oleh fermentasi tumbuhan (93%) ddan etanol sintetis (7%) yang diproduksi dari hidrasi langsung etena.

Penggunaan etanol
Etanol yang berasal dari fermentasi tumbuhan (misalnya tebu dan beras) adalah etanol yang digunakan untuk minuman beralkohol (misalnya bir, wiski, gin dan vodka). Selain itu juga bioetanol dari tumbuhan ini digunakan untuk biofuel. Dari penggunaan bioetanol selama ini yang paling penting adalah sebagai bahan bakar untuk mobil, tetapi dengan peningkatan dalam pembuatan etena. Penggunaan utama etanol yang dihasilkan dari etena adalah sebagai bahan kimia dasar untuk pembuatan antara lain:
eter glikol
ethanolamines / Ethylamines
etil propenoate

Selain itu  juga digunakan sebagai pelarut dalam pembuatan kosmetik, farmasi, deterjen, tinta dan coating. Baru-baru ini, bioetanol telah menjadi sumber penting bagi etena yang digunakan untuk membuat banyak polimer.

Aplikasi Kimia : Pembuatan Etanol Skala Pabrik dan Aplikasinya
Gb.1. Etanol merupakan salah satu bahan awal untuk produksi etil etanoat yaitu monomer yang digunakan untuk pembuatan emulsi cat (Gb.Akzo Nobel)
Pembuatan etanol
Etanol diproduksi oleh hidrasi katalitik langsung etena dengan adanya uap, menggunakan asam fosfat teradsorpsi pada permukaan padat (silika) sebagai katalis dalam fix bed reactor. Reaksi ini reversibel dan eksotermik:
Dari persamaan kesetimbangan, dapat dilihat bahwa konversi bahan baku untuk ethanol disukai oleh suhu rendah, tekanan tinggi dan konsentrasi uap tinggi. Untuk mencapai laju reaksi diterima, suhu 500 K digunakan dengan adanya katalis. Meningkatkan tekanan mendorong reaksi ke sisi produk, tetapi juga menyebabkan polimerisasi etena. Tekanan yang lebih tinggi juga berarti peningkatan biaya modal dan operasional. Dalam prakteknya, proses ini umumnya dioperasikan di bawah tekanan 60-70 atm.
Aplikasi Kimia : Pembuatan Etanol Skala Pabrik dan Aplikasinya
Gambar 2.Pemurnian etanol dengan destilasi, kotora yang mudah menguap misalnya etoksi etana dihilangkan dalam kolom 1 dan 2, campuran azeotrop (alkohol 95 %) diproduksi di kolom 3, pengotor dengan titik didih tinggi lainya, misalnya butanol di keluarkan dari destilasi fraksional (Gb.Sasol)
Konversi etena lebih tinggi dapat diperoleh dengan menggunakan air berlebih (steam). Tapi pada tekanan tinggi katalis mengambil air, aktivitas turun dan larut. Rasio mol air: etena sekitar 0,6: 1 yang biasa digunakan.
Perawatan teratur dilaksanakan untuk meminimalkan emisi etanol dari pabrik, bersama-sama dengan sejumlah kecil oleh-produk yang dihasilkan, terutama etanal (asetaldehida) dan dietil eter. Pekerjaan yang cukup sedang dilakukan untuk meningkatkan katalis sehingga suhu tungku dapat dikurangi. Ini berarti bahwa lebih sedikit bahan bakar akan digunakan untuk memanaskan tungku, dan posisi kesetimbangan akan 'bergeser' untuk mendukung produk. Dengan kondisi di atas, konversi sekitar 5% per lulus diperoleh. Untuk mendapatkan hasil 95% tercapai, eten yang tidak bereaksi dipisahkan dari produk cair dan daur ulang.
Produk tersebut mengandung proporsi yang tinggi air dan suling untuk menghasilkan 95% (b / b) larutan etanol.

Produksi etanol murni
(i) Distilasi
Distilasi lanjut dari larutan 95% etanol dalam air tidak meningkatkan kemurnian, tetapi akan menghasilkan azeotrop (campuran dengan titik didih konstan). Hal ini dapat diatasi dengan menambahkan senyawa ketiga (misalnya benzena) yang 'memecah' azeotrop tetapi cara ini memerlukan distilasi lagi dan lebih banyak membutuhkan energi.

(ii) Tekanan ayunan adsorpsi
Sebuah saringan molekul zeolit sedang semakin digunakan untuk menghilangkan air untuk memproduksi etanol murni dengan proses yang dikenal sebagai tekanan ayunan absorpsi.
Campuran etanol dan air dilewatkan melalui kolom yang berisi pelet dari saringan molekul 3 A (yaitu pori-pori memiliki diameter 3 angstrom,3x10-10 m atau 0,3 nm)

Aplikasi Kimia : Pembuatan Etanol Skala Pabrik dan Aplikasinya
Gambar 3 Pemurnian etanol dengan adsorpsi tekanan ayunan menggunakan zeolit.
Meskipun kedua etanol dan air bersifat polar, hanya molekul air (diameter 0,28 nm) mampu melewati pori-pori dengan diameter molekul etanol terlalu besar (0,44 nm). Sehingga molekul air masuk melalui pori-pori dan terjebak di kandang zeolit. Etanol melewati kolom dan dikumpulkan.
Dalam satu metode, yang biasanya digunakan, campuran etanol-air dilewatkan melalui kolom dalam fase gas pada sekitar 420 K, di bawah tekanan (4 atm) (Gambar 3 dan 4). Uap air melewati pori-pori dan diserap sebagai cairan dan di perangkap.

Aplikasi Kimia : Pembuatan Etanol Skala Pabrik dan Aplikasinya
Gambar 4. Pemurnian etanol dengan menggunakan saringan molekuler. bagian dasar saringan diisi dengan zeolit. Etanol telah dihasilkan dari biomassa (Gandum). (Foto : Ensus)
Istilah 'ayunan' digunakan karena dua kolom digunakan secara paralel. Pada Gambar 3 kolom tangan kiri sedang digunakan untuk mengeringkan etanol sementara yang lain, tangan kanan satunya sedang digunakan untuk memperbaiki zeolit.

Dalam metode kedua, solusi cair dari etanol dan air dilewatkan melalui kolom zeolit dan etanol murni dikumpulkan. Setelah beberapa jam, bed dikeringkan dan dipanaskan sampai lebih dari 500 K menggunakan aliran dipanaskan nitrogen. Air dikeluarkan. Teknik ini disebut thermal (atau suhu) ayunan adsorpsi.

No comments:

Post a Comment