PROSES DAN BAHAN PEMBUATAN ALKOHOL Posted by: Mizz Cubit in Analisis Organik, Kimia, Stembayo , Tugas
undefined undefined A. ALKOHOL
Alkohol (atau alkanol) adalah istilah yang umum untuk senyawa organik apapun yang memiliki gugus hidroksil ( OH) yang terikat pada atom karbon, yang ia sendiri terikat pada atom hidrogen dan/atau a tom karbon lain. Gugus fungsional alkohol adalah gugus hidroksil yang terikat pada karbon hibridisasi sp3. Ada tiga jenis utama alkohol 'primer', 'sekunder, dan 'tersier'. Nama-nama ini merujuk pada jumlah karbon yang terikat pada karbon C-OH. Alkohol primer paling sederhana adalah malkohol. Alkohol sekunder yang paling sederhana adalah 2 -propanol, dan alkohol tersier paling sederhana adalah 2 -metil-2-propanol. Rumus kimia umum alkohol adalah CnH2n+1OH. B. KEGUNAAN ALKOHOL 1. Etanol a. Minuman. "Alkohol" yang terdapat dalam minuman beralkohol adalah etanol. b. Spirit (minuman keras) bermetil yang diproduksi dalam skala industry. Sebenarnya merupakan sebuah
etanol yang telah ditambahkan sedikit sedikit metanol dan kemungkinan beberapa beberapa zat warna. Metanol Metanol beracun, sehingga spirit bermetil dalam skala industri tidak cocok untuk diminum. Penjualan dalam bentuk spirit dapat menghindari pajak tinggi yang dikenakan untuk minuman beralkohol (khususnya di Inggris). c. Sebagai bahan bakar. Etanol dapat dibakar untuk menghasilkan karbon dioksida dan air serta bisa digunakan
sebagai bahan bakar baik sendiri maupun dicampur dengan petrol (bensin). "Gasohol" adalah sebuah petrol / campuran etanol yang mengandung sekitar 10 – 20% etanol. d. Sebagai pelarut. Etanol banyak digunakan sebagai sebuah pelarut. Etanol relatif aman, dan bisa digunakan
untuk melarutkan berbagai senyawa organik yang tidak dapat larut dalam air. Sebagai contoh, etanol digunakan pada berbagai parfum dan kosmetik. 2. Metanol a. Sebagai bahan bakar. Metanol jika dibakar akan menghasilkan karbon dioksida dan air. Metanol bisa digunakan
sebagai sebuah aditif petrol untuk meningkatkan pembakaran, atau kegunaannya sebagai sebuah bahan bakar independen (sekarang sementara diteliti). b. Sebagai sebuah stok industry. Kebanyakan metanol digunakan untuk membuat senyawa-senyawa lain –
seperti metanal (formaldehida), asam etanoat, dan metil ester dari berbagai asam. Kebanyakan dari senyawasenyawa selanjutnya diubah menjadi produk. 3. Propan-2-ol
Propan-2-ol banyak digunakan pada berbagai situasi yang berbeda sebagai sebuah pelarut. C. SKEMA PEMBUATAN ALKOHOL
Bahan yang telah difermentasi sudah mengalami perubahan menjadi alkohol dan air. Pemisahan alkohol dan air dilakukan dengan pemanasan pada tangki pemanasan dan pendinginan di ruang destilator. Pada destilator, pemisahan dilakukan dengan memanfaatkan perbedaan titik didihnya. Titik didih air berada pada 100 C dan titik didih alkohol berada pada 80 C. Pemanasan pada tangki pemanasan dilakukan pada suhu 80 C ̊
̊
̊
(termometer dibaca pada tangki destilator). Alkohol yang masih berupa uap didinginkan pada ruang destilator, sehingga kembali menjadi cairan. Alkohol yang dihasilkan pada ruang destilator adalah alkohol dengan kandungan 90-95 %. Skema di atas berlaku pada bahan yang sudah siap difermentasi, yaitu bahan yang sudah dalam bentuk gula sederhana, contohnya
: Mollases, aren, dan nira. Bahan yang masih dalam bentuk pati harus
diubah dahulu menjadi bentuk gula sederhana. Pengubahan pati menjadi gula disebut dengan hidrolisis. Hidrolisis menggunakan bantuan enzym alpha amilase dan beta amilase. Enzym ini telah tersedia dalam bentuk bubuk/powder atau dalam bentuk cairan. D. PROSES PEMBUATAN ALKOHOL
Secara garis besar, langkah-langkah dalam proses pembuatan alkohol ada tiga macam, yaitu
:
proses fermentasi, destilasi, dan dehidrasi. 1. Fermentasi
Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel dalam keadaan anaerobik (tanpa oksigen). Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobic. Namun, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa akseptor elektron eksternal. (kandungan alkohol 7-9 % untuk bahan dari ubi kayu) 2. Destilasi
Destilasi merupakan proses pembuangan air dari dalam alkohol yang kadar airnya masih tinggi. Prinsip dasar dari proses destilasi adalah memisahkan dua buah campuran cairan dengan memanfaatkan perbedaan titik didih dari kedua zat cair tersebut. Alkohol yang titik didihnya lebih rendah dari air akan diuapkan dengan jalan memanaskanya. Air akan tinggal dan alkohol akan menguap. Uap alkohol ini dijadikan cairan lagi dengan cara mendinginkannya. Dalam proses destilasi ini kadar alcohol yang diperoleh sampai 96 %. 3. Dehidrasi
Dehidrasi merupkan proses untuk membuang air sampai menjadi 99,5%. Alkohol 99,5% ini yang bisa digunakan untuk menjadi bahan bakar energi alternatif. Proses dehidrasi ini ada tiga macam yaitu proses azeotropic distillation, molecular sieve dan membran pervoration. E. REAKSI PEMBUATAN ALKOHOL 1. Mereaksikan Alkil Halida (Haloalkana) dengan Basa
Reaksi antara alkil halida dengan basa a kan menghasilkan alkohol dan garam. RX + KOH → ROH + KX
Cara ini digunakan secara khusus untuk membuat amil alkohol dalam skala besar, yaitu dengan mereaksikan kloropentana dan KOH. Dari hasil eksperimen dapat disimpulkan bahwa alkil iodida lebih cepat reaksinya daripada alkil bromida maupun alkil klorida. Selain itu halida primer menghasilkan hasil alkohol yang lebih banyak dibandingkan dengan alkil halida sekunder maupun tersier. 2. Mereduksi Aldehida dan Keton
Reaksi aldehida oleh hidrogen menghasilkan alkohol primer. RCHO + H2
→ ROH
Sedangkan reaksi keton oleh hidrogen menghasilkan alkohol sekunder. ROR + H2
→ ROH
Alkohol tersier tidak dapat dihasilkan melalui reaksi reduksi. 3. Hidrolisis Alkil Hidrogensulfat
Pembuatan alkohol dengan cara hidrolisis alkil hidrogen sulfat banyak digunakan untuk membuat etanol perdagangan. Senyawa etil hidrogensulfat yang diperlukan dibuat dari reaksi adisi H2SO4 pada etena. Contoh
:
CH3-CH2-SO3H + H2O → CH3CH2OH + H2SO4 4. Hidrasi Alkena
Alkena jika dikenai reaksi hidrasi dengan adanya asam encer akan menghasilkan alkohol. Sebagai contoh, hidrasi etilena akan menghasilkan etil alkohol (etanol). Reaksinya adalah CH2=CH2 + H2O
:
CH3CH2OH
5. Hidrolisis Ester
Rumus ester suatu asam organik adalah RCOOR'. Bila ester tersebut dihidrolisis dapat menghasilkan alkohol dan asam karboksilat menurut persamaan reaksi RCOOR' + H2O
:
RCOOH + R'OH
Cara hidrolisis ini ditempuh saat tidak ada cara lain untuk membuat suatu alkohol yang diperlukan. 6. Menggunakan Reagen Grignard
Alkohol primer, sekunder dan tersier dapat dibuat dengan reagen Grignard. Reagen Grignard adalah senyawa organometalik dengan rumus umum RMgX. Langkah 1: CH3-Mg-Cl + HCHO → CH 3-CH2-OMgCl Langkah 2: CH3-CH2-OMgCl + H 2O → CH3-CH2-OH + MgCl(OH) F. PEMBUATAN ALKOHOL DARI ALKENA
Etanol dibuat dalam skala produksi dengan mereaksikan etena dengan uap. Katalis yang digunakan adalah silikon dioksida padat yang dilapisi dengan asam fosfat (V). Reaksi yang terjadi dapat balik (reversibel). Hanya 5 % dari etena yang diubah menjadi etanol pada setiap kali pemasukan ke dalam reaktor. Dengan mengeluarkan etanol dari campuran kesetimbangan dan mendaur-ulang etena, maka pengubahan etena menjadi etanol secara keseluruhan dapat mencapai 95 %. Diagram alir untuk reaksi yang terjadi dapat digambarkan sebagai berikut :
Beberapa alkohol lain (meski tidak semua) bisa dibuat dengan reaksi-reaksi yang serupa. Katalis yang digunakan dan kondisi-kondisi reaksi akan berbeda-beda dari alkohol yang satu ke alkohol yang lain. Pada pembahasan tingkat dasar ini, kondisi-kondisi yang perlu diketahui adalah kondisi-kondisi yang diberikan untuk pembuatan alkohol di atas. Alasan mengapa ada sebuah masalah yang ditemukan pada beberapa alkohol dapat ditunjukkan dalam pembuatan alkohol dari propena, CH3CH=CH2. Pada dasarnya, ada dua alkohol berbeda yang bisa terbentuk.Hasil yang diperoleh bisa berupa propan-1-ol atau propan-2-ol tergantung pada bagaimana molekul air diadisi ke ikatan rangkap. Akan tetapi, pada kenyataannya, hasil yang diperoleh adalah propan-2-ol. Jika sebuah molekul H-X diadisi ke sebuah ikatan rangkap C=C, maka atom H hampir selalu terikat pada atom karbon yang memiliki paling banyak atom hidrogen terikat padanya – untuk contoh di atas atom H terikat pada CH2 bukan pada CH. Pengaruh yang ditimbulkan oleh kecenderungan ini yakni ada beberapa alkohol yang tidak mungkin dibuat dengan cara mereaksikan alkena dengan uap karena adisi akan terjadi dengan arah yang berlawanan dari yang diperkirakan. G. PEMBUATAN ALKOHOL DENGAN FERMENTASI
Metode ini hanya berlaku bagi etanol. Alkohol selain etanol tidak bisa dibuat dengan cara ini. Bahan baku untuk proses ini sangat bervariasi, tapi biasanya adalah beberapa bentuk material tanaman yang mengandung pati (starch) seperti jagung, gandum, beras a tau kentang. Pati (Starch) merupakan sebuah karbohidrat kompleks, dan karbohidrat yang lain juga bisa digunakan – misalnya, sukrosa (gula) biasanya digunakan untuk membuat alkohol. Dalam skala industri, sukrosa tidak mungkin bisa digunakan sebagai bahan baku. Penghalusan glukosa memerlukan waktu yang lama jika hanya untuk digunakan dalam fermentasi. Meski demikian tidak ada salahnya untuk menjadikan gula tebu asli sebagai bahan baku dalam proses fermentasi.
Tahap pertama dalam proses fermentasi adalah penguraian karbohidrat kompleks menjadi karbohidrat yang lebih sederhana. Sebagai contoh, jika bahan baku yang digunakanan adalah pati dalam biji-bijian seperti gandum atau beras, maka bahan baku ini dipanaskan dengan air panas untuk mengekstrak pati dan selanjutnya dipanaskan dengan malat. Malat adalah beras berkecambah yang mengandung enzim yang dapat menguraikan pati menjadi karbohidrat yang lebih sederhana, yang disebut sebagai maltosa, C12H22O11. Maltosa memiliki rumus molekul yang sama seperti sukrosa tetapi mengandung dua unit glukosa yang saling mengikat, sedangkan sukrosa mengandung satu unit glukosa dan satu unit fruktosa. Ragi kemudian dimasukkan dan campuran dibiarkan hangat (sekitar 35°C) selama beberapa hari sampai fermentasi berlangsung sempurna. Udara tidak dibiarkan masuk ke dalam campuran untuk mencegah terjadinya oksidasi alkohol yang dihasilkan menjadi asam etanoat (asam cuka). Enzim-enzim dalam ragi pertama-tama mengubah karbohidrat seperti maltosa atau sukrosa menjadi karbohidrat yang lebih sederhana seperti glukosa dan fruktosa, serta kemudian mengubah karbohidrat sederhana tersebut menjadi alkohol dan karbon dioksida. Perubahan ini bisa ditunjukkan sebagai persamaanpersamaan reaksi kimia sederhana, meski aspek biokimia dari reaksi-reaksi ini jauh lebih rumit. Ragi dimatikan oleh alkohol dengan konsentrasi berlebih sekiar 15 %, dan ini membatasi kemurnian alkohol yang bisa dihasilkan. Alkohol dipisahkan dari campuran dengan metode distilasi fraksional untuk menghasilkan 96 % alkohol murni. Secara teori, 4% air yang terakhir tersisa tidak bisa dihilangkan dengan metode distilasi fraksional
Industri Alkohol 1. Bahan Baku Pembuatan Alkohol Bahan baku pembuatan alkohol terdiri dari bahan baku yang mengandung gula, pati, dan selulosa. bahan baku tersebut antara lain:
Bahan baku yang mengandung gula meliputi gula tebu, gula bit, molase/tetes, sari buah-buahan. Bahan baku yang mengandung pati, seperti padi-padian, jagung, gandum, ubi kayu, dan lain – lain.
Bahan baku yang mengandung selulosa antara lain, kayu, cairan buangan pabrik pulp dan kertas.
Bahan baku yang berasal dari pati atau selulosa harus dihidrolisis terlebih dahulu menjadi gula/sukrosa agar dapat difermentasi. 2. Proses Secara umum, proses produksi yang terjadi meiputi tiga proses utama yaitu: Proses Fermentasi Tetes tebu sebagai bahan baku dari beberapa pabrik gula diangkut ke pabrik dengan menggunakan truk tanki dan disimpan ke dalam 5 tanki tetes dengan kapasitas simpan 64.000 ton. Pada unit fermentasi , tetes tebu difermentasi menjadi mash, proses fermentasi dengan menggunakan ragi/yeast “High Bio Technology” dan ditambah nutrisi yang mengandung unsur N, P dll. Mash yang dihasilkan memiliki kadar etanol 8-10% dan siap didistilasikan. Proses Distilasi Mash dari unit fermentasi didistilasi vakum. Produk utama yang dihasilkan adalah etanol “Super Prima” dengan kemurnian 96,5% bV, bebas dari metanol, asetaldehid dan logam berat. Sedangkan hasil sampingan adalah etanol teknis yang kemudian diolah menjadi spirtus. Proses Oksidasi Pada unit uap etanol dioksidasi dengan udara didalam reaktor fixed bed dengan menggunakan katalisator padatan. Produk asetaldehid yang dihasilkan memiliki kemurnian 99,9%bW. Dalam unit ini seluruh produk asetaldehid diolah menjadi asam asetat. Asetaldehid fasa cair dioksidasi dengan udara didalam reaktor gelembung dengan katalisator cair.
