Asam stearat adalah asam lemak jenuh dengan rantai 18-karbon dan memiliki nama IUPAC asam oktadekanoat. Ini adalah lilin yang padat, dan rumus kimia CH3(CH2)16CO2H. Namanya berasal dari kata Yunani στέαρ "Stear", yang berarti lemak. Garam dan ester dari asam stearat disebut stearates. Asam stearat adalah salah satu asam lemak jenuh yang paling umum ditemukan di alam diikuti asam palmitat.
Asam stearat pada suhu ruang berupa padatan/kristal dengan warna putih. Asam ini memiliki aroma yang khas. Ia sedikit larut dalam air, titik leburnya 69,6°C dan titik didihnya 376,1°C.
Sebagai komponen lemak, asam stearat terdapat di banyak lemak hewan dan sayuran dan minyak, tetapi lebih banyak lemak hewani (hingga 30%) dibandingkan lemak nabati (biasanya <5%). Pengecualian penting adalah lemak coklat, dimana kandungan asam stearat (sebagai trigliserida) adalah 28-45%. Asam stearat komersial seringkali campuran asam stearat dan palmitat, meskipun asam stearat murni tersedia. Trigliserida yang berasal dari tiga molekul asam stearat disebut stearin. Dalam hal biosintesis nya, asam stearat diproduksi dari karbohidrat melalui alat sintesa asam lemak.
Secara umum, aplikasi asam stearat mengeksploitasi karakter bifunctional, yaitu group polar yang dapat menyerang ke kation logam dan rantai nonpolar yang dapat larut dalam pelarut organik. Kombinasi ini mengarah ke penggunaan sebagai surfaktan dan agen pelunakan. Asam stearat mengalami reaksi khas asam karboksilat jenuh, yang menonjol reduksi menjadi stearil alkohol, dan esterifikasi dengan berbagai alkohol. Hal ini digunakan dalam berbagai macam manufactures, dari yang sederhana sampai perangkat elektronik yang kompleks.
Asam stearat terutama digunakan dalam produksi deterjen, sabun, dan kosmetik seperti sampo dan produk krim cukur. Sabun tidak dibuat langsung dari asam stearat, namun secara tidak langsung dengan saponifikasi trigliserida yang terdiri dari ester asam stearat. Ester asam stearat dengan etilena glikol, glikol stearat, dan glikol distearat digunakan untuk menghasilkan efek mutiara dalam shampoo, sabun, dan produk kosmetik lainnya. Mereka ditambahkan ke produk dalam bentuk cair dan dibiarkan mengkristal dalam kondisi yang terkendali. Deterjen yang diperoleh dari amida dan kuarteneri alkylammonium turunan dari asam stearat.
Mengingat tekstur yang lembut dari garam natrium, yang merupakan komponen utama dari sabun, garam lainnya juga berguna untuk sifat pelumas mereka. Lithium stearat merupakan komponen penting dari pelumas. Garam stearat seng, kalsium, kadmium, dan timbal yang digunakan untuk melunakkan PVC. Asam stearat digunakan bersama dengan minyak jarak untuk mempersiapkan pelembut dalam tekstil. Mereka dipanaskan dan dicampur dengan potas api atau soda kaustik. Garam terkait juga sering digunakan sebagai agen pelepas, misalnya dalam produksi ban mobil.
Asam lemak merupakan komponen klasik pembuatan lilin. Asam stearat digunakan bersama dengan gula sederhana atau sirup jagung sebagai pengeras dalam permen. Asam stearat digunakan untuk menghasilkan suplemen makanan. Dalam kembang api, asam stearat sering digunakan untuk serbuk logam mantel seperti aluminium dan besi. Hal ini untuk mencegah oksidasi, sehingga komposisi dapat disimpan untuk jangka waktu yang lama. Asam stearat merupakan pelumas umum selama injection molding dan menekan bubuk keramik. Hal ini juga digunakan sebagai pelepas cetakan untuk busa lateks yang dipanggang dalam cetakan batu.
Asam stearat dapat dibuat dari minyak sawit atau CPO melalui 2 tahap proses.
REAKSI KIMIA
Tahap pertama adalah hidrolisis minyak sawit tanpa katalisator pada tekanan 45 atm dan suhu sekitar 250°C. Konversi splitting minyak sawit (trigliserida) bisa mencapai maksimal 98%. Dalam reaksi hidrolisis ini akan diperoleh campuran asam minyak berupa asam miristat, asam palmitat, asam linoleat, asam oleat, asam stearat dan gliserol. Prosentase asam stearat hanya sekitar 5% dari total asam minyak terbentuk, asam oleat 41%, asam linoleat 10%.
Reaksi hidrolisis antara trigliserida dengan air sebagai berikut:
C3H8(COOR) 3(l) + 3 H2O(l) ====> C3H8O3(l) + 3 RCOOH(l)
(gliserol) (asam minyak)
Untuk bisa mendapatkan asam stearat yang ekonomis, maka asam oleat dan asam linoleat harus dihidrogenasi. Tahap kedua adalah reaksi hidrogenasi asam oleat dan asam linoleat membentuk asam stearat pada tekanan 8 atm dan suhu 230°C dengan bantuan katalisator padat nikel. Konversi reaksi hidrogenasi sebesar 99%.
Reaksi hidrogenasi asam oleat dan asam linoleat sebagai berikut:
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH(l) + H2(g) ====> CH3(CH2)16COOH(l)
( asam oleat ) ( asam stearat )
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)CH=CH(CH2)4COOH(l) + 2 H2(g) ====> CH3(CH2)16COOH(l)
( asam linoleat ) ( asam stearat )
Minyak sawit dari tangki penyimpan (T-01) dipompa sehingga tekanannya naik dari 1 atm menjadi 1,6 atm, selanjutnya dipanaskan di heat exchanger 01 (HE-01) sehingga suhunya naik dari 30°C menjadi 80°C sebelum diumpankan ke dalam menara bleaching (MB-01). Di dalam menara bleaching kotoran-kotoran yang masih terikut dalam minyak sawit diambil oleh bahan isian yang berupa karbon aktif. Minyak sawit yang sudah bersih dan keluar dari menara bleaching selanjutnya dipanaskan di dalam heat exchanger 02 (HE-02) sehingga suhunya naik menjadi 190°C sebelum diumpankan ke dalam Reaktor Hidrolisis (R-01).
Minyak sawit diumpankan ke dalam Reaktor Hidrolisis pada posisi di atas dasar reactor. Pada saat yang sama air proses yang berasal dari unit utilitas dipompa sehingga tekanan menjadi 45 atm dan dipanaskan di heat exchanger 03 (HE-03) sehingga suhunya naik dari 30°C menjadi 190°C. Air proses ini diumpankan pada bagian bawah dari puncak reactor, sehingga terjadi reaksi antara minyak sawit dan air. Agar suhu reaksi sekitar 250°C dan karena reaksi bersifat endotermis (membutuhkan panas) maka steam dengan tekanan 45 atm diinjeksikan pada 2 titik dengan massa tertentu sehingga konversi hidrolisis bisa mencapai 98% tanpa bantuan katalisator apapun.
Reaktor Hidrolisis yang digunakan adalah kolom tegak yang diistilahkan sebagai Splitting Tower. Asam minyak (fatty acid) dengan sebagian air akan keluar dari sisi atas reactor karena rapat massa yang lebih rendah. Di dasar reactor akan diperoleh larutan gliserol dalam air dengan rapat massa yang lebih besar.
Asam minyak dan air yang keluar dari puncak reactor kemudian diumpankan ke dalam Flash drum 01 (FD-01) sehingga air akan menguap dan menyisakan campuran asam minyak tanpa air. Demikian juga dengan hasil bawah reactor diumpankan ke dalam flash drum 02 (FD-02) dimana sebagian besar air akan menguap. Larutan gliserol yang keluar dari FD-02 kemudian diumpankan ke dalam Evaporator (EVA-01) untuk meguapkan sebagian air sehingga akan diperoleh larutan gliserol 80% sebagai produk samping. Larutan glieserol 80% keluar evaporator selanjutnya didinginkan di HE-06 sehingga suhu turun menjadi 40°C sebelum ditampung ke dalam tangki produk samping (T-03).
Campuran asam minyak yang keluar dari FD-01 kemudian dipompa sehingga tekanannya naik menjadi 8 atm dan dipanaskan di dalam heat exchanger 04 (HE-04) sehingga suhunya naik menjadi 230°C. Asam minyak ini diumpankan ke dalam Reaktor Hidrogenasi (R-02) untuk direaksikan dengan gas hydrogen. Jika tipe Reaktor 02 yang digunakan adalah Trickle Bed Reaktor, maka katalisator nikel yang digunakan tidak perlu dikeluarkan dari reactor sehingga hanya umpa gas-cair dan hasil gas-cair yang masuk keluar dari reactor. Gas hydrogen bisa terserap habis bereaksi dengan asam oleat dan asam linoleat. Jika ada sisa gas hydrogen maka bisa direcycle ke dalam reactor-02. Cairan yang keluar dari R-02 sebagian besar adalah asam palmitat dan asam stearat dan sedikit asam palmitat, asam oleat, asam linoleat dan sisa trigliseride. Asam minyak ini kemudian diumpankan ke dalam menara distilasi (MD-01).
Menara distilasi dioperasikan pada tekanan vakum karena tingginya titik didih asam minyak pada tekanan atmosferis. Kondisi operasi puncak adalah tekanan 0,01 atm dan suhu 200°C, kondisi operasi bawah 0,1 atm dan suhu 283°C. Menara distilasi (MD-01) digunakan untuk memisahkan fraksi asam minyak yang mempunyai titik didih lebih rendah seperti asam miristat dan asam palmitat dengan sedikit asam linoleat-oleat dan diperoleh sebagai hasil atas. Hasil atas MD-01 dengan kandungan asam palmitat sebesar 95% selanjutnya didinginkan di dalam Flaker 01 (FL-01) sehingga suhu turun menjadi 40°C dan dalam bentuk padat karena titik beku diatas 40°C. Selanjutnya asam palmitat ini ditampung ke dalam bin (B-01).
Hasil bawah MD-01 yang berupa sebagian besar asam stearat dan sedikit asam linoleat-oleat dengan kandungan asam stearat sebesar 95% kemudian didinginkan di dalam Flaker 02 (FL-02) sehingga suhu turun menjadi 40°C dan dalam bentuk padat karena titik beku diatas 40°C. Selanjutnya asam stearat ini ditampung ke dalam bin (B-02).
DIAGRAM ALIR PROSES
DATA UNTUK REAKTOR
REAKTOR 01
Jenis: Reaktor Tabung Tegak dengan aliran lawan arah
Kondisi operasi:
Suhu : ± 250°C
Tekanan : ± 45 atm
Sifat reaksi : endotermis
Kondisi proses : non adiabatis-non isotermal; dengan pemanas berupa steam dengan injeksi langsung
Kinetika reaksi
Reaksi hidrolisis antara trigliserida dengan air sebagai berikut:
C3H8(COOR) 3(l) + 3 H2O(l) ====> C3H8O3(l) + 3 RCOOH(l)
Reaksi hidrolisa minyak nabati merupakan reaksi bolak-balik dengan persamaan kecepatan reaksi :
rA = ko.(Cm .Ca - Cg.Cma / K )
rA
|
= kecepatan reaksi trigliseride, kmol/j.m3
|
Cm, Ca
|
= konsentrasi trigliserid dan air, kmol/m3
|
Cg, Cma
|
= konsentrasi gliserol dan asam minyak, kmol/m3
|
ko
|
= koefisisen kecepatan reaksi overall, m3/j.kmol
|
= 296 x exp (-3894/T)
|
K
|
= konstanta kesetimbangan
|
= exp(33,979-16933/T)
|
T
|
= suhu, K
|
Harga konstanta kecepatan reaksi di atas dihitung dari data yang terdapat pada Ernersto Bernadini, Raw Material and Extraction Techniques, 1983, Vol. I., Publishing House, B.E.Oil, Rome
Data US Patent untuk pembuatan fatty acid dari minyak sawit adalah United States Patent No 2495071, 17 Januari 1950 dengan label Production of glycerin and distilled fatty acids
Data US Patent untuk pembuatan fatty acid dari minyak sawit adalah United States Patent No 2495071, 17 Januari 1950 dengan label Production of glycerin and distilled fatty acids
REAKTOR 02
Jenis: Reaktor Trickle Bed / Reaktor Gelembung / Reaktor Batch
Kondisi operasi:
Suhu : ± 230°C
Tekanan : ± 8 atm
Sifat reaksi : eksotermis
Kondisi proses : non adiabatis-non isotermal;
Kinetika reaksi
Reaksi hidrogenasi antara asam oleat dan asam linoleat dengan gas hidrogen sebagai berikut:
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH(l) + H2(g) ====> CH3(CH2)16COOH(l)
( asam oleat ) ( asam stearat )
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)CH=CH(CH2)4COOH(l) + 2 H2(g) ====> CH3(CH2)16COOH(l)
( asam linoleat ) ( asam stearat )
Reaksi hidrogenasi asam minyak merupakan reaksi orede satu tidak bolak-balik dengan persamaan kecepatan reaksi :
rA = k. Cma
rA
|
= kecepatan reaksi asam minyak, kmol/menit.m3
|
Cma
|
= konsentrasi asam minyak, kmol/m3
|
k1
|
= koefisisen kecepatan reaksi asam oleat, 1/menit
|
= 1.847 x 107 exp(-8319.495/T)
|
k2
|
= koefisisen kecepatan reaksi asam linoleat, 1/menit
|
= 1.510 x 106 exp(-8319.495/T)
|
T
|
= suhu, K
|
Tidak ada komentar:
Posting Komentar