14/01/2014
HIDROGENASI
HIDROGENASI
• Syarat untuk proses hidrogenasi : harus ada 3 reaktan : minyak tidak jenuh, katalis dan gas hidrogen H2 • R-CH=CH-CH2-COOH R-CH2-CH2-COOH Pt/Ni • Pemanasan hingga suhu 250oC akan mempercepat proses hidrogenasi • Asam linolenat linoleat • Asam linoleat asam oleat • Asam oleat Asam stearat • Katalisator pada proses hidrogenasi : Pd, Pd, Ni (yang umum Ni).
• Adalah proses pengolahan minyak/lemak dengan menambahkan hidrogen pada ikatan rangkap dari asam lemak mengurangi ketidak jenuhan minyak/lemak. • Bertujuan untuk : - membuat minyak/lemak bersifat lebih plastis - meningkatkan titik cair - minyak tahan terhadap oksidasi
Hasil reaksi hidrogenasi Penjenuhan ikatan rangkap Migrasi ikatan rangkap Pembentukan asam lemak Trans Keuntungan hidrogenasi Cocok untuk lemak yang akan diolah menjadi margarin, shortening, coating fats, minyak goreng dan dressing oil.
1
14/01/2014
Tabel 2. Struktur Asam Lemak
Gambar 6. Proses hidrogenasi
• Parameter untuk keberhasilan proses hidrogenasi : Solid Fat Index (SFI) yaitu jumlah padatan yang terdapat pada lemak pada kisaran suhu berbeda (di bawah suhu ruang hingga diatas suhu tubuh).
Hydrogenasi
Hidrogenasi Parsial
Hidrogenasi Sempurna
?
2
14/01/2014
Transfer dan Difusi Tahapan dalam Hidrogenasi Tahap kritis dalam mengontrol derajat isomerasi dan selektivitas reaksi.
• Transfer dan/atau Difusi
Transfer: Transfer dari reaktan dan produk ke dan dari minyak dalam fase cair dan permukaan luar dari katalis
• Adsorpsi • Hydrogenasi/Isomerasi • Desorpsi
Difusi : Difusi dari reaktan ke pori-pori katalis. Difusi dari produk keluar dari katalis.
• Transfer
Skema Proses Hidrogenasi
Skema Proses Hidrogenasi
H
H
H
H
C1 H
C3 C2
H
H2 + Permukaan Katalis
C1 H
C2
C3
H
H
C1
C2
C3 H
H
C1 H
H
H
H
H
C3 C2
H H C1
C2
C3
C1
C2
C3
H
H
H
H
+
H
3
14/01/2014
Pembentukan, Ikatan rangkap, Migrasi dan Transisomerasi selama Proses Hidrogenasi
Skema Proses Hidrogenasi
8
Katalis
9 10 11
H H H H R1
C C C C R2
Minyak + Katalis Kompleks Minyak-Katalis
H +H
Kompleks Minyak-Katalis + H2 Minyak terhodrogenasi+ Katalis
8
H (A)
.
+H
9 10 11
8 9 10 11 H H H H
H H H H R1 R
.C
C H
.
C C R2
R1
H H
H H
(B)
.
C C C C
R2
H
(C)
R
Pembentukan, Ikatan rangkap, Migrasi dan Transisomerasi selama Proses Hidrogenasi 8 9 10 11 H H H H R1
C H
.
C
C
C
H
H
8 9 10 11 H H H H R2
R1
C
C
H
H
(B)
-H
8
R1
.
C
H H H C C C C H H H (D)
C
R2
H
-H
9 10 11
9 10 11 12 13 14 15 16 C C C C C C C C
9 11 C C C C
(C)
. -H
Pembentukan Asam Lemak Terkonjugasi
.
R2
-H
8
R1
9 10 11
H
H
H
H
C
C
C
C
H
(F)
H
R1
. C
R2
10 12 C C C
9 10 11
H
H
H
C
C
C
H
H
C
C
15 C
C
14 C C
C
13 15 C C C
C
C OR
C
R2
9 C C
C
12 C
C OR
H (E)
15 C
OR
. 8
C
C
9 C C
C
C
4
14/01/2014
Adsorpsi
Komposisi Asam Lemak pada Hidrogenasi Parsial Asam Oleat __________________________________________________________________
Adsorpsi reaktan pada permukaan katalis penting untuk mengontrol selektivitas dan isomerasi selama hidrogenasi.
Ikatan Rangkap Total Asam % Isomer Asam Lema Tidak Posisi bentuk Lemak Tidak Jenuh Trans (%)* (Posisi) Trans Jenuh (%) __________________________________________________________________ 11 . . . . . . . 7.0 4.7 67.2 10 . . . . . . . 15.7 9.8 62.5 9 . . . . . . . 54.5 13.4 24.6 8 . . . . . . . 15.8 9.8 62.0 7 . . . . . . . 7.0 4.7 67.2 __________________________________________________________________ * Asam Lemak Tidak Jenuh Trans 42% of total asam lemak tidak jenuh
Selektivitas Skema Hidrogenasi Linoleic
Linolenic
Isolinoleic
acid
acid
acid
Oleic acid
Stearic acid
• Hidrogenasi selektif : hidrogenasi sebagian dengan cara mengontrol proses saturasi dilakukan pada ikan rangkap pada asam lemak yang paling tidak jenuh terlebih dahulu baru saturasi pada asam lemak yang sedikit tidak jenuh. • Secara teoritis : yang dijenuhkan terlebih dahulu adalah asam linolenat (C18:3) linoleat (C18:2), diikuti dengan linoleat oleat (C18:1) , dan akhirnya oleat stearat (C:18:0) • secara praktek sulit
Isooleic acid
5
14/01/2014
Selektivitas Hidrogenasi sangat selektif Hidrogenasi Non Selektif
Asam Linoleat : Asam Oleat 50 : 1 4 : 1
– Selektivitas dinyatakan dengan rasio KLO/KO ; laju relatif hidrogenasi linoleat menjadi oleat.
Selektivitas Hidrogenasi Asam Oleat
Asam Linoleat
? Permukaan katalis Polar atau nonpolar Afinitas ALTJ terhadap katalis melalui ikatan hidrogen. Configurasi geometris serta karaketirstik kimia dan fisika katalis menentukan selektivitas katalis dan selanjutnya akan menentukan rasio selektivitas dari asam lemak yang berbeda.
Selektivitas Mengapa selektivitas penting pada proses hidrogenasi???
Bagaimana cara meningkatkan rasio selektivitas asam lemak linoleat ?
Jika afinitas asam oleat dan linoleat terhadap katalis sama, berapa rasio selektivitas untuk kedua asam lemak ini?
6
14/01/2014
Hidrogenasi Minyak Kedelai
Katalis
• Nikel (Ni) • Copper (Cu) Copper-Chromium (CuO 50% + Cr2O3 40% + BaO 10%) Selektivitas terhadap asam linolenat tinggi (KLn / KLO = 10) Selektivitas terhadap linoleat hampir tidak terbatas
Migrasi Ikatan Rangkap membentuk asam lemak trans terkonjugasi 9 10 C
C
11 12
13 14 15
16
C
C
C
C
9 11 (A) C C C C
C
C
C
C
15 C C
Hidrogenasi A : 9, 15 dan 11, 15
C
15 C C
Hidrogenasi B; 10,15 dan 12, 15
10 C C C
12 C C
Hidrogenasi asam lemak dari TG bukan merupakan fungsi dari lokasinya pada TG
OR (B)
Stereospesifitas Trigliserida
OR 9 (C) C C
C
12 C C
14 C C
C
Hidrogenasi C; 9, 12 dan 9, 14
OR (D)
9 C C
C
C
13 C C
15 C C
Hidrogenasi D; 9, 13 dan 9, 15
7
14/01/2014
Aktivitas Katalis
Produksi Olive Oil Simulasi dari Soybean Oil menggunakan Chromium Carbonyl
Adalah penurunan bilangan iodin per unit waktu selama proses hidrogenasi pada kondisi tertentu. American Oil Chemists’ Society method Perbandingan waktu untuk menghidrogenasi minyak kedelai untuk menurunkan bilangan iodin dari 120 ke 80 pada suhu 350 oF, 20 psig, dengan konsentrasi katalis 0.05 % terhadap waktu yang dibutuhkan jika menggunakan katalis standard AOCS. Umur katalis : berapa lama katalis tetap aktif dan berfungsi.
Produksi Cocoa Butter Simulasi dari Hydrogenated Cottonseed Oil menggunakan Chromium Carbonyl
Hydrogenated Soybean Oil Iodine Value
Olive Oil
95
77-94
Palmitate (%) 10.3 7-16 Stearate (%) 4.3 1-3 Other Saturates (%) 0.0 0.1-2 Monoene (%) 60.7 65-85 Diene (%) 23.9 4-15 Triene (%) 0.8 Trans-Acids (%) 6.8 _____________________________________________________________
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI HIDROGENASI
_____________________________________________________________ Hydrogenated CSO
Cocoa Butter
Palmitate (%) 58.0 24.4 Stearate (%) 1.0 35.4 Monoene (%) 37.6 38.1 Diene (%) 3.4 2.1 Trans-Acids (%) 7.2 Iodine Value 38.0 36.7 Melting Range (C) 30-40 24-35 _____________________________________________________________
Variabel Independen
Variabel Dependen
Tekanan
Asam Lemak Trans
Suhu
Rasio Selektivitas
Agitasi
Laju Hidrogenasi
Konsentrasi Katalis
8
14/01/2014
Pengaruh Tekanan dan Suhu terhadap Unsaturasi –Trans pada 80 I.V. Soybean Oil
Peningkatan tekanan 3 Psi
35 Psi pada 180C,
Terjadi penurunan asam lemak trans dari 40 menjadi 35%
Pengaruh Tekanan, Suhu dan Katalis terhadap Rasio Selektivitas
Pengaruh Tekanan dan Suhu terhadap TransUnsaturation pada 80 I.V. Soybean Oil
As temperature 210
235C at 30 Psi,
trans fatty acids increase from 40 to 45 %
Pengaruh Tekanan, Suhu dan Katalis terhadap rasio Selektivitas
What does selectivity 40 mean?
As temperature 130 oC 160 oC pada konsentrasi katalis 0.08 % dan tekanan 25 Psi,
As pressure 14 34 Psi at 180C, 0.02% catalyst,
Laju selektivitas meningkat dari 20 menjadi 40
selectivity rate decrease from 40 to 20
9
14/01/2014
Pengaruh Tekanan, Suhu dan Katalis terhadap rasio Selektivitas
Peningkatan konsentrasi katalis dari 0.02 0.08 % pada 25 Psi dan 165 oC, Laju selektivitas meningkat dari 20 menjadi 40
Pengaruh Agitasi dan Konsentrasi Katalis terhadap Rasio Selektivitas
Pengaruh Agitasi dan Katalis Terhadap Rasio Selektivitas
Peningkatan konsentrasi katalis dari 0.03 0.07% pada 1330 RPM, Laju selektivitas meningkat dari 28 menjadi 36.
Pengaruh Tekanan dan Suhu terhadap Laju Selektivitas
Peningkatan agitasi dari 1300 1700 RPM pada konsentrasi katalis 0.06 %,
Peningkatan tekanan dari 20 35 Psi pada170C,
Laju selektivitas meningkat dari 36- 28.
Laju selektivitas ,meningkat dari 20 menjadi 28
10
14/01/2014
Pengaruh Tekanan dan Suhu terhadap SR
Peningkatan suhu dari 140 190 pada 20 Psi, Laju selektivitas meningkat dari 20 menjadi 36
Pengaruh Agitasi dan Konsentrasi Katalis Terhadap Laju Hidrogenasi
Peningkatan agitasi dari 800 1000ppm pada konsentrasi Ni 0.06 % , Laju hidrogenasi meningkat dari 2.5 menjadi3.2 IV/menit.
Pengaruh Agitasi dan Konsentrasi Katalis Terhadap Laju Hidrogenasi
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Hidrogenasi Hubungan antara kondisi proses dan pengaruhnya terhadap rasio selektivitas, kandungan Asam Lemak Tras dan Laju Reaksi
Rasio Selektiviatas Kandungan Trans Laju Reaksi Suhu Tekanan
Agitasi Peningkatan konsentrasi katalis dari 0.06 0.10% pada 1000rpm Laju hidrogenasi meningkat dari 3.3 menjadi 3.8 IV/menit.
Katalis
11
