Furfural adalah senyawa organik dengan rumus C4H3OCHO.
Ini adalah cairan tidak berwarna, meskipun sampel komersial sering berwarna
coklat. Ia memiliki gugus aldehida yang melekat pada posisi 2 furan. Ini adalah
produk dari dehidrasi gula, seperti yang terjadi di berbagai produk sampingan
pertanian, termasuk tongkol jagung, oat, dedak gandum, dan serbuk gergaji. Nama
furfural berasal dari kata Latin furfur, yang berarti dedak, mengacu pada
sumbernya yang biasa. Furfural hanya berasal dari biomassa lignoselulosa, yaitu
asalnya non-makanan atau non-batubara/minyak. Selain etanol, asam asetat, dan
gula, ini adalah salah satu bahan kimia terbarukan tertua. Hal ini juga
ditemukan di banyak makanan dan minuman olahan.
Sejarah
Furfural pertama kali diisolasi pada tahun 1821
(diterbitkan pada tahun 1832) oleh ahli kimia Jerman Johann Wolfgang
Döbereiner, yang menghasilkan sampel kecil sebagai produk sampingan dari
sintesis asam format. Pada tahun 1840, ahli kimia Skotlandia John Stenhouse
menemukan bahwa bahan kimia yang sama dapat diproduksi dengan menyuling
berbagai bahan tanaman, termasuk jagung, gandum, dedak, dan serbuk gergaji,
dengan asam sulfat encer; ia juga menentukan rumus empiris furfural (C5H4O2).
George Fownes menamakan minyak ini "furfurol" pada tahun 1845 (dari
furfur (dedak), dan oleum (minyak)). Pada tahun 1848, kimiawan Perancis Auguste
Cahours menetapkan bahwa furfural adalah aldehida. Menentukan struktur furfural
membutuhkan waktu: molekul furfural mengandung eter siklik (furan), yang
cenderung pecah ketika diperlakukan dengan reagen keras. Pada tahun 1870,
kimiawan Jerman Adolf von Baeyer berspekulasi (dengan benar) tentang struktur
senyawa kimia yang mirip furan dan asam 2-furoat. Pada tahun 1886, furfurol
disebut "furfural" (kependekan dari "furfuraldehyde") dan
struktur kimia yang benar untuk furfural sedang diusulkan. Pada tahun 1887,
kimiawan Jerman Willy Marckwald telah menyimpulkan bahwa beberapa turunan
furfural mengandung inti furan. Pada tahun 1901, kimiawan Jerman Carl Harries
menentukan struktur furan dengan mensintesisnya dari suksindialdehid, dengan
demikian juga mengkonfirmasi struktur yang diusulkan furfural.
Furfural tetap relatif tidak jelas sampai tahun
1922, ketika Quaker Oats Company mulai memproduksi secara massal dari kulit gandum.
Saat ini, furfural masih dihasilkan dari produk samping pertanian seperti ampas
tebu dan tongkol jagung. Negara-negara utama penghasil furfural saat ini adalah
Republik Dominika, Afrika Selatan dan Cina.
Sifat
Furfural mudah larut dalam sebagian besar
pelarut organik polar, tetapi hanya sedikit larut dalam air atau alkana. Furfural
berpartisipasi dalam jenis reaksi yang sama seperti aldehida lain dan senyawa
aromatik lainnya. Ini menunjukkan karakter aromatik yang kurang dari benzena,
seperti yang dapat dilihat dari fakta bahwa furfural mudah dihidrogenasi
menjadi alkohol tetrahidrofurfuril. Ketika dipanaskan dengan adanya asam,
furfural berpolimerisasi secara ireversibel, bertindak sebagai polimer
termoset.
Produksi
Furfural dapat diperoleh dengan dehidrasi katalis asam dari gula 5-karbon
(pentosa), khususnya xilosa.
C5H10O5 ====>
C5H4O2 + 3 H2O
Gula ini dapat diperoleh dari pentosan yang diperoleh dari hemiselulosa
yang ada dalam biomassa lignoselulosa. Antara 3% dan 10% dari massa bahan baku
sisa tanaman dapat diperoleh kembali sebagai furfural, tergantung pada jenis
bahan baku. Furfural dan air menguap bersama-sama dari campuran reaksi, dan
terpisah setelah kondensasi. Kapasitas produksi global adalah sekitar 800.000
ton pada 2012. Cina adalah pemasok furfural terbesar, dan menyumbang sebagian
besar kapasitas global. Dua produsen komersial utama lainnya adalah Illovo
Sugar di Republik Afrika Selatan dan Central Romana di Republik Dominika
Di laboratorium, furfural dapat disintesis dari bahan tanaman dengan
pemanasan dengan asam sulfat atau asam lainnya. Dengan tujuan untuk menghindari
limbah beracun, upaya untuk mengganti asam sulfat dengan katalis asam padat
yang mudah dipisahkan dan dapat digunakan kembali telah dipelajari di seluruh
dunia. Pembentukan dan ekstraksi xilosa dan selanjutnya furfural dapat lebih
disukai daripada ekstraksi lainnya. gula dengan kondisi yang bervariasi,
seperti konsentrasi asam, suhu, dan waktu.
Dalam produksi industri, beberapa residu lignoselulosa tetap ada setelah
penghilangan furfural. Residu ini dikeringkan dan dibakar untuk menghasilkan
uap untuk pengoperasian pabrik furfural. Pabrik yang lebih baru dan lebih hemat
energi memiliki residu berlebih, yang dapat atau dapat digunakan untuk
pembangkit listrik bersama, pakan ternak, karbon aktif, mulsa/pupuk, dll.
Penggunaan dan kejadian
Hal ini ditemukan dalam banyak makanan: kopi (55-255 mg/kg) dan roti
gandum (26 mg/kg). Furfural adalah bahan baku kimia yang terbarukan dan tidak
berbahan dasar minyak bumi. Hal ini dapat diubah menjadi berbagai pelarut,
polimer, bahan bakar dan bahan kimia berguna lainnya dengan berbagai reduksi
katalitik.
Hidrogenasi furfural menghasilkan furfuril alkohol (FA), yang digunakan
untuk memproduksi resin Furan, yang dimanfaatkan dalam komposit matriks polimer
termoset, semen, perekat, resin pengecoran dan pelapis. Hidrogenasi furfuril
alkohol lebih lanjut menghasilkan tetrahidrofurfuril alkohol (THFA), yang digunakan
sebagai pelarut dalam formulasi pertanian dan sebagai bahan pembantu untuk
membantu herbisida menembus struktur daun.
Dalam aplikasi lain sebagai bahan baku, dekarbonilasi yang dikatalisis
paladium pada pembuatan furfural industri furan.. Pelarut penting lainnya yang terbuat dari furfural adalah
methyltetrahydrofuran. Furfural digunakan untuk membuat turunan furan lainnya,
seperti asam furoat, melalui oksidasi, dan furan itu sendiri melalui
dekarbonilasi fase uap yang dikatalisis paladium.
Furfural juga merupakan pelarut kimia khusus.
Ada pasar yang bagus untuk bahan kimia bernilai tambah yang dapat
diperoleh dari furfural.
( https://en.wikipedia.org/wiki/Furfural
)
REAKSI KIMIA
Furfural akan
diperoleh dengan cara pemasakan sekam dengan menggunakan steam dan asam sulfat
sehingga pentosan yang terkandung dalam sekam akan bereaksi membentuk furfural
dan senyawa lainnya. Sekam padi mempunyai kandungan pentosan sebesar 12%.
Proses
pemasakan sekam, sehingga kandungan pentosannya akan bereaksi membentuk
furfural merupakan reaksi organik yang kompleks, dan melibatkan terjadinya
reaksi samping. Pentosan yang terkandung dalam sekam dapat keluar (lepas)
karena adanya panas dari steam, dan dengan bantuan asam sulfat maka pentosan
tersebut akan bereaksi membentuk zat kimia lain yang lebih bernilai.
Dan dengan jumlah steam yang sangat
banyak maka produk yang terbentuk sebagian besar akan dalam bentuk uap yang
akan mudah terpisah dari sisa sekam maupun zat padat lainnya.
Persamaan reaksi kimia :
Katalisator yang dipakai adalah asam sulfat. Alat yang digunakan untuk
memasak sekam padi adalah Rapid continuous pressure digestion tipe
horizontal tube digester dengan pengaduk screw. Kondisi operasi dengan suhu
sekitar 152°C dan tekanan 5 atm. Sifat reaksinya adalah endotermis dengan
operasi dijalankan secara adiabatic. Yield pentosan sekitar 70%. Itu berarti
30% dari pentosan yang keluar dari sekam akan membentuk reaksi kedua.
URAIAN PROSES
Sekam padi dari gudang diumpankan ke sisitem pengumpanan padat sehingga
masuk ke dalam Digester. Asam sulfat 98% dari tangki penyimpan diencerkan
sehingga konsentrasi menjadi 10% di dalam tangki pencampur. Kemudian larutan
asam sulfat ini diumpankan ke dalam Digester. Jumlah asam sulfat yang
dibutuhkan untuk setiap 15.000 kg sekam adalah 225 kg asam sulfat. Demikian
juga steam jenuh dengan tekanan 5 atm juga diumpankan ke dalam Digester. Jumlah
steam yang dibutuhkan untuk setiap 15.000 kg sekam adalah 40.000 kg steam. Ini adalah
jumlah yang besar, dengan alas an ini maka senyawa-senyawa hasil reaksi akan
ikut steam ke atas dalam bentuk uap.
Di dalam Digester reaksi terjadi sehingga pentosan yang bisa keluar dari
sekam akan membentuk furfural dan senyawa-senyawa lainnya. Kondisi operasi
Digester 5 atm dan suhu 153°C. Panas reaksi bersifat endotermis maka panas yang
dibutuhkan diberikan oleh steam yang memang diumpankan dengan jumlah yang besar.
Massa hasil reaksi yang keluar dari Digester ada dua macam, yaitu:
- berupa ampas, asam sulfat, sisa pentosan dan air yang
keluar lewat hasil bawah merupakan slurry.
- berupa uap yaitu CO2, methanol, asam
formiat, furfural dan air serta sebagian kecil asam sulfat. Kandungan furfural
dalam uap sekitar 5%.
Hasil slurry diangkut ke unit pengolah limbah, dan hasil uap kemudian
diembunkan di Condensor sampai suhu menjadi 40°C. Dengan adanya CO2,
hasil keluaran condensor tidak semuanya dapat mengembun sehingga diumpankan ke
dalam Separator. Gas CO2 dengan membawa sedikit uap akan keluar dari
bagian atas separator. Embunan yang keluar dari sisi bawah separator kemudian
diumpankan ke dalam Striper.
Umpan Striper ada dua, yaitu embunan dari separator dan hasil bawah
menara distilasi 01 (MD-01). Striper digunakan untuk memisahkan seluruh asam
sulfat yang terdapat dalam umpan sehingga akan diperoleh furufural dalam fase
uap dengan kandungan 25%. Hasil bawah akan membawa seluruh asam sulfat dan
sebagian besar air, kemudian dialirkan ke unit pengolah limbah. Hasil uap kan
mengandung senyawa organic methanol, asam formiat, furfural dan sebagian air. Uap keluar Striper setelah diembunkan di condenser kemudian diumpankan ke
dalam Decanter. Kelarutan furfural dalam air terbatas sekitar 8,3 gr/100 gr air
pada suhu 20°C. densitas furfural lebih besar dari air. Sehingga sebagian besar
furfural akan diperoleh sebaga hasil bawah , dengan kandungan furfural sebesar
90%. Fase ringan decanter terdiri atas methanol, asam formiat, sedikit furfural
dan air diumpankan ke dalam menara distilasi 01 (MD-01). Fase berat decanter terdiri
atas sebagian besar furfurl yaitu 90% dan air diumpankan ke dalam menara
distilasi 02 (MD-02).
Menara distilasi 01 untuk memisahkan methanol dan asam formiat dari air
dan furfural, sehingga diperoleh sebagai hasil atas, dan ditampung ke dalam
tangki produk samping. Hasil bawah MD-01 yang terdiri atas furfural dan air
direcycle ke dalam Striper, untuk bisa mengambil furfuralnya.
Menara distilasi 02 untuk memisahkan furfural dari air,
sehingga diperoleh furfural sebagai hasil bawah dengan konsentrasi 99,5%, dan ditampung
ke dalam tangki produk. Hasil atas MD-02 yang sebagian besar air dialirkan ke unit
pengolah limbah.
DIAGRAM ALIR
DATA UNTUK REAKTOR
Jenis : Rapid Continuous Pressure Digestion tipe horizontal tube digester
| ☻Kondisi operasi |
|
| Suhu | : 153°C |
| Tekanan | : 3 atm |
| Sifat reaksi | : endotermis |
| Kondisi proses | : isothermal |
| Pemanas | : Steam Saturated |
| ☻Katalisator |
|
| Jenis | : H2SO4 ( asam sulfat ) |
| Fase | : cair |
| Density | : 1840 kg/m3 |
|
|
☻ Kinetika reaksi
Reaksi kimia:
Persamaan kecepatan reaksi :
k = 659080 e ( -5496.7/T )
| rA = kecepatan reaksi pentosan | , kmol/m3.j |
| CA = konsentrasi pentosan | , kmol/m3. |
| k = konstanta kecepatan reaksi | , 1 / jam |
Senin, 22
November 2021 / 16 Rabiul Akhir 1443 H
Tidak ada komentar:
Posting Komentar