tahun BAB I PENDAHULUAN

Prarancangan Pabrik Benzaldehyde dari Kulit Kayu Manis Kapasitas 600 ton/tahun

BAB I PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG Kayu manis merupakan salah satu rempah-rempah yang paling banyak digunakan sejak dulu. Dikenal dengan aroma khasnya yang memberikan cita rasa unik pada masakan, serta berbagai khasiat kandungannya bagi kesehatan, kayu manis menjadi salah satu jenis rempah-rempah favorit di dunia. Sebagian negara bahkan menyebut kayu manis sebagai “The Taste of Life”. Kegunaannya yang terkenal bahkan sampai membuat namanya masuk ke dalam kisah-kisah Alkitab dan kitab Talmud. Asia Tenggara merupakan pemasok kebutuhan kayu manis tertinggi di dunia. Dari 100.000 ton/tahun kebutuhan kayu manis dunia, Asia Tenggara mampu memproduksi sekitar 160.000 ton/per tahun dengan Vietnam (55.000 ton/tahun) dan Indonesia (100.000 ton/tahun) sebagai produsen utama. Di Indonesia sendiri, produksi kayu manis tersebar di 19 provinsi. Ditemukan paling banyak di Sumatera Barat dan Jambi, terutama di Kabupaten Kerinci. Namun, sangat disayangkan bahwa tingginya produktivitas kayu manis di Indonesia dan negara-negara Asia Tenggara tidak diimbangi dengan adanya teknologi pengolahan yang memadai. Hingga saat ini, kayu manis yang diekspor keluar Asia Tenggara adalah kayu manis mentah tanpa pengolahan lebih lanjut. Akibatnya, negaranegara produsen kayu manis ini hanya memperoleh nilai jual minimum. Di Indonesia sendiri, harga kayu manis cenderung turun dari tahun ke tahun. Hal ini terjadi akibat adanya krisis moneter pada tahun 1998. Selain itu, ketersediaan bahan baku yang terlalu banyak dengan jumlah permintaan yang tidak begitu banyak, menyebabkan harga kayu manis Indonesia menjadi sangat murah. Pada tahun 2001, harga kayu manis mampu mencapai Rp 11.000,00/kg, namun harga tersebut terus turun sampai mencapai angka Rp 3.000,00/kg pada tahun 2006 hingga sekarang.

1 Pendahuluan


Tren Harga Kayu Manis di Indonesia 12000 10000 Rp

8000 6000 4000 2000 0 2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Tahun

Gambar 1. Tren Harga Kayu Manis di Indonesia

Berangkat dari harga kayu manis yang sangat murah, maka dibutuhkan industri pengolahan kayu manis menjadi produk turunannya di Asia Tenggara. Tujuannya, selain untuk meningkatkan nilai produk, adanya industri pengolahan kayu manis juga mengurangi stok bahan baku kayu manis yang ada. Dengan jumlah permintaan tetap dan ketersediaan bahan baku yang lebih sedikit, hal ini mampu meningkatkan nilai jual kayu manis mentah yang tersisa. Sehingga pada akhirnya mampu meningkatkan kemampuan ekonomi negara-negara Asia Tenggara.

Penentuan produk turunan hasil olahan kayu manis Banyak hal yang dapat dilakukan untuk meningkatkan nilai produk kayu manis. Cara yang paling sederhana adalah dengan mengeringkan kayu manis dan menumbuknya menjadi serbuk. Serbuk tersebut biasa digunakan secara langsung untuk memberikan cita rasa dan aroma pada makanan. Sedangkan cara lain adalah dengan mengambil minyak atsiri yang terkandung dalam kulit kayu manis untuk dimanfaatkan lebih lanjut. Pemanfaatan minyak atsiri tersebut bisa bermacam-macam, bisa digunakan langsung sebagai pemberi cita rasa pada makanan, atau bisa diolah lebih lanjut sebagai bahan tambahan dalam industri parfum, kosmetik, maupun farmasi. Kulit kayu manis mengandung 2% minyak atsiri dengan kandungan utama berupa cinnamaldehyde (90%). Untuk mengambil minyak atsiri tersebut, dapat dilakukan dengan ekstraksi padat-cair dengan menggunakan steam distillation. Kemudian, isolasi cinnamaldehyde dari kulit kayu manis dapat dilakukan dengan ekstraksi menggunakan solven untuk memisahkan cinnamaldehyde dari kandungan-kandungan lain dalam 2 Pendahuluan


minyak atsiri. Selanjutnya, hasil ekstraksi dilewatkan ke flash drum untuk memisahkan cinnamaldehyde dari solven. Dengan mengolah kayu manis menjadi cinnamaldehyde, perbandingan harga bahan baku dan produk mampu mencapai 1:4. Padahal cinnamaldehyde masih dapat ditingkatkan nilai ekonominya dengan pengolahan lebih lanjut. Pengolahan cinnamaldehyde dapat menghasilkan beberapa pilihan produk turunan seperti cinnamic acid, dihydrocinnamyl alcohol, dan benzaldehyde. Produk-produk turunan tersebut juga biasanya digunakan pada industri farmasi, makanan, dan bahan tambahan pada industri kimia yang lain. Benzaldehyde adalah produk turunan cinnamaldehyde yang paling menarik untuk diproduksi secara massal. Pasalnya, benzaldehyde adalah bahan kimia yang paling banyak digunakan dalam industri serupa selain vanili. Selain itu, dari segi ekonomi, harga jual benzaldehyde alami dapat mencapai USD 27,000/200 kg (tahun 2013). Untuk memproduksi 200 kg benzaldehyde tersebut, dibutuhkan 15 ton kayu manis dengan harga Rp 45.000.000 atau sekitar USD 4,500. Maka, dengan membandingkan harga bahan baku yang dipakai dengan harga produk, peningkatan harga kayu manis dapat mencapai 6 kali lipat harga bahan baku. Terlihat bahwa terjadi peningkatan nilai jual yang cukup signifikan dengan pengolahan kayu manis menjadi benzaldehyde. Walaupun harga benzaldehyde alami sangat mahal dibandingkan dengan benzaldehyde sintetis, benzaldehyde alami memiliki pasar sendiri yang tidak dapat dibandingkan dengan benzaldehyde sintetis. Justru permintaan akan benzaldehyde alami meningkat setiap tahun. Hal ini terjadi karena kualitas aroma dan rasa yang didapat dari benzaldehyde alami lebih original dan lebih kuat jika dibandingkan dengan yang sintetis. Akibatnya, pasar lebih banyak melirik pada benzaldehyde alami dibandingkan pada benzaldehyde sintetis. Dengan tinjauan prospek harga dan pasar, maka dipilihlah benzaldehyde sebagai produk turunan dari kayu manis dalam perancangan pabrik kimia ini.

Analisis Pasar Untuk menentukan kapasitas dan kelayakan pasar, maka diperlukan analisis berdasarkan poin-poin sebagai berikut: 1. Ketersediaan bahan baku Sesuai dengan namanya, benzaldehyde alami adalah bahan kimia yang bahan dasarnya diperoleh dari makhluk hidup (bio-based). Dalam hal ini, bahan tersebut 3 Pendahuluan


adalah kayu manis. Bahan baku bio-based adalah bahan baku yang ketersediaannya tidak begitu banyak di alam namun memiliki waktu produksi yang relatif lebih cepat dibandingkan dengan bahan baku yang tidak seperti minyak bumi, maupun bahan tambang. Bahan baku yang demikian biasanya memiliki stok yang cukup banyak di bumi, namun memerlukan waktu yang relatif lama untuk memproduksi kembali di alam. Karena ketersediaannya yang tidak begitu banyak, maka pabrik yang berbahan dasar bio-based tidak bisa memproduksi produknya dalam kapasitas yang besar. Dengan produksi kayu manis Indonesia yang sebanyak 100.000 ton/tahun, benzaldehyde yang dapat diproduksi dari semua kayu manis Indonesia saja maksimal hanya mencapai angka 1200 ton/tahun. Angka yang relatif sedikit jika dibandingkan dengan pabrik-pabrik kimia pada umumnya yang mampu mencapai angka puluhribuan ton/tahun. Oleh karena itu, kapasitas pabrik natural benzaldehyde tidak akan melebihi angka 600 ton/tahun.

2. Potensi dan permintaan pasar Natural benzaldehyde memang memiliki harga yang relatif lebih mahal dibandingkan dengan benzaldehyde sintetik yang banyak beredar di pasaran. Maka tidak heran jika jumlah permintaan terhadap benzaldehyde sintetik jauh lebih banyak. Didukung dengan stok toluen sebagai bahan baku benzaldehyde yang jumlahnya relatif jauh lebih banyak dibandingkan dengan kayu manis. Namun, dibandingkan dengan benzaldehyde sintetik, natural benzaldehyde jauh lebih populer dan memiliki pasar yang lebih kuat. Dibandingkan dengan benzaldehyde sintetik, proses produksi natural benzaldehyde lebih ramah lingkungan dan lebih sehat. Natural benzaldehyde cenderung lebih memiliki sedikit pengotor dan lebih layak dikonsumsi secara pangan oleh makhluk hidup.

4 Pendahuluan


3. Kapasitas pabrik yang sudah ada Dari beberapa referensi yang didapat, pabrik-pabrik natural benzaldehyde yang sudah ada memiliki range kapasitas produksi sebesar 60 – 500 ton/tahun. Data yang didapat adalah sebagai berikut:

No Nama Pabrik

Kapasitas Produksi

1

Orchid Chemical Supplies Ltd.

300 metrik ton/tahun

2

Anhui Haibei Import & Export 500 ton/tahun Co., Ltd.

3

Hefei J & S Import-Export 60 metrik ton/tahun Trading Co., Ltd

4

Hangzhou Lin’an Yaoshi Coal 10 metrik ton/minggu Industry Co., Ltd

5

Taizhou Songke Mould Co., 10 metrik ton/minggu Ltd

6

Guangzhou Renown Chemical 10 ton/bulan Co., Ltd

7

Guangzhou Shiny Co., Ltd

20 ton/bulan

Tabel 3. Perbandingan Kapasitas Produksi Benzaldehyde Alami dari Beberapa Industri

Maka, dengan ketiga pertimbangan tersebut, dipilihlah angka sebesar 600 ton/tahun sebagai kapasitas dari pabrik benzaldehyde berbahan dasar baku kayu manis.

5 Pendahuluan


B. TINJAUAN PUSTAKA 1.

Kayu Manis

Gambar 2. Pohon Kayu Manis (Cinnamomum burmanii)

Kayu manis adalah salah satu jenis rempah-rempah yang sangat terkenal di dunia. Manfaat dan khasiatnya sangat terkenal bahkan sampai berkilo-kilometer jauhnya dari tempat asalnya. Begitu terkenalnya kayu manis sampai namanya sempat disebut-sebut dalam kisah-kisah di kitab Alkitab dan Talmud. Kayu manis pulalah yang membuat bangsa Eropa menjajah kawasan Asia Tenggara hanya untuk mendapatkannya.

Gambar 3. Kulit Kayu Manis

Indonesia adalah negara yang memiliki berbagai macam tumbuhan jenis kayu. Dari 54 spesies kayu manis yang dikenal di dunia, 12 di antaranya terdapat di

6 Pendahuluan


Indonesia. Dari ke-12 spesies marga cinnamon yang ada di Indonesia, yang paling banyak ditemukan dan gunakan adalah Cinnamomun burmani. Secara fisik, tanaman kayu manis memiliki tinggi sekitar 5 – 15 meter dengan kulit kayu yang berwarna abu-abu tua dengan baunya yang khas. Tanaman ini kaku seperti kulit. Letaknya berseling dan panjang tangkai daunnya mampu mencapai 0.5 – 1.5 cm dengan 3 buah tulang daun yang melengkung. Kayu manis berkembang biak dengan menggunakan bunga sempurna yang berwarna kuning dengan 6 helai kelopak bunga. Benang sarinya berjumlah 12 helai dengan kotak sari beruang empat. Persarian dibantu oleh serangga. Dari hasil persarian ini, akan muncul buah-buah kayu manis yang berwarna hijau ketika muda dan ungu ketika tua. Buahnya berbentuk bulat memanjang dengan panjang sekitar 1.30 – 1.60 cm dengan diamter 0.35 – 0.75. Panjang biji 0.84 – 1.32 cm dan diameter 0.59 – 0.68.

Gambar 4. Bunga Kayu Manis

Kayu manis dapat tumbuh pada ketinggian hingga 2000 dpl. Namun Cinnamomum burmanii akan tumbuh lebih baik jika ditanam 500 – 1500 dpl dengan curah hujan sebesar 2.000 – 2.500 mm/tahun. Curah hujan yang terlalu tinggi akan membuat rendemen hasil panennya rendah.

Klasifikasi Kayu Manis Kerajaan

Plantae

Divisio

Magnoliophyta

Kelas

Megnoliopsida

Ordo

Laurales

Suku

Lauraceae

Marga

Cinnamomum 7

Pendahuluan


Spesies

Cinnamomum burmanii Bl

Tabel 1. Klasifikasi Biologis Kayu Manis Kayu manis sangat bermanfaat dan berkhasiat karena minyak atsiri yang terkandung di dalamnya. Minyak atsiri dalam kayu manis hanya berjumlah 2% dari persen berat kayu manis. Kandungan minyak atsiri tersebut 80 – 90% nya adalah cinnamaldehyde, sedangkan sisanya adalah eugenol, cinnamyl acetate, styrene, dan banyak lagi dengan kandungan yang sangat sedikit.

Gambar 5. Buah Kayu Manis

Kayu manis biasa digunakan sebagai bumbu baik pada makanan manis maupun pada makanan asin. Aroma dan khasiatnya yang khas juga membuatnya banyak digunakan untuk kesehatan dan penyembuhan. Minyak atsiri yang didapat pun tidak jarang digunakan sebagai bahan campuran untuk parfum.

2.

Benzaldehyde Benzaldehyde adalah senyawa aromatik aldehid paling sederhana yang terdiri dari benzene dengan gugus formaldehyde dan yang paling banyak digunakan dalam dunia industri. Secara fisik, benzaldehyde berbentuk cairan yang tak berwarna pada suhu ruangan dan memiliki bau-bauan yang khas. Benzaldehyde pertama kali diekstraksi dari bitter almond pada tahun 1803 oleh seorang Prancis bernama Martres. Hampir 30 tahun setelahnya, kimiawan Jerman, Friedrich Wohler dan Justus von Liebig, berhasil mensintesis benzaldehyde dari toluen.

Gambar 6. Struktur Molekul Benzaldehyde

8 Pendahuluan


No

Karakteristik

Penjelasan

1

Rumus molekul

C7H6O

2

Berat molekul

106.12

3

Titik leleh

-26 oC

4

Titik didih

179.2 oC

5

Fase

6

Flash point

64 oC (c-cup)

7

Massa jenis

1.0415 g/cm3 (20 oC)

8

Tekanan uap

0.130 kPa (20 oC)

9

Kelarutan dalam air

10

Kelarutan dalam pelarut

Liquid

lain

6.55 g/L (25 oC) Dapat dicampur dengan alkohol, eter, dan minyak hidrokarbon.

11

Titik beku

-56 oC

12

Auto-flammability

190 oC

13

Kereaktifan

Sangat kuat

Tabel 2. Karakter Fisis Benzaldehyde

Karena baunya yang khas, benzaldehyde banyak digunakan dalam industri parfum dan makanan sebagai penambah cita rasa. Selain itu, benzaldehyde juga banyak digunakan sebagai bahan tambahan dalam industri farmasi, plastik, zat warna dan industri resin. Benzaldehyde juga memiliki peran penting dalam sintesis organik sebagai zat antara. Saat ini, benzaldehyde yang beredar di pasaran terdiri dari dua jenis benzaldehyde. Jenis pertama adalah benzaldehyde alami. Sedangkan jenis yang kedua adalah benzaldehyde sintetis. Yang membedakan benzaldehyde alami dengan sintetis adalah pada bahan baku yang digunakan untuk mendapatkan benzaldehyde. Bahan baku benzaldehyde alami berasal dari minyak atsiri yang diekstrak dari tumbuhan seperti bitter almond. Sedangkan bahan baku benzaldehyde sintetis biasanya berasal dari bahan kimia yang tidak terdapat dalam makhluk hidup. Bahan kimia tersebut berasal dari hasil samping dari pengolahan minyak bumi, yaitu toluen. 9 Pendahuluan


Banyak cara untuk mendapatkan benzaldehyde alami. Salah satu caranya adalah dengan ektraksi bitter almond. Komponen minyak atsiri dalam bitter almond sebagian besar adalah benzaldehyde sehingga untuk mendapatkannya pun tidak terlalu sulit. Namun, bitter almond juga mengandung asam sianida yang beracun, sehingga dibutuhkan proses pemisahan yang komprehensif untuk mendapatkan benzaldehyde alami tanpa mengandung asam sianida. Cara yang lain adalah dengan hidrolisis minyak atsiri dari kayu manis untuk membentuk benzaldehyde. Seperti yang telah dibahas dalam bahasan sebelumnya, minyak atsiri kayu manis 90% nya berupa cinnamaldehyde. Cinnamaldehyde inilah yang kemudian di hidrolisis untuk mendapatkan hasil berupa benzaldehyde dengan hasil samping acetaldehyde. Sedangkan untuk mendapatkan benzaldehyde sintetis, bahan baku utama yang biasa dipakai adalah toluen. Secara garis besar, proses pembentukan benzaldehyde dari toluen adalah dengan reaksi klorinasi toluen dengan kemurnian 98% yang ditunjukan dalam persamaan reaksi sebagai berikut: C6H5CH2 + 2Cl2  C6H5CHCl2 + 2HCl ... (1) C6H5CHCl2 + H2O  C6H5CHO + 2HCl ... (2) Reaksi tersebut dijalankan dengan menggunakan katalis berupa asam atau alkali. Namun reaksi tersebut menghasilkan asam klorida yang sangat korosif sehingga proses tersebut akan sangat mahal dalam pemilihan alat dan pengolahan limbah. Metode pembentukan benzaldehyde dari toluen yang lain adalah dengan oksidasi toluen dengan udara. Ada dua metode dalam proses oksidasi ini. Yang membedakan metode tersebut adalah jenis katalis yang dipakai, manganese dioksida dengan cobalt dan vanadium pentoks. Namun, reaksi oksidasi toluen ini membutuhkan energi yang sangat banyak sehingga prosesnya cenderung mahal. Dari segi kualitas benzaldehyde yang dihasilkan, benzaldehyde alami memiliki kualitas yang lebih baik dibanding benzaldehyde sintetis. Hal ini terjadi karena pengaruh

pengotor

yang

terkandung

dalam

benzaldehyde

sintetis.

Pada

benzaldehyde alami, bau dan rasa yang didapatkan jauh lebih kuat dibandingkan benzaldehyde sintetis. Selain karena kualitas produk, secara keberlanjutan industri, benzaldehyde alami lebih berkelanjutan dibandingkan dengan benzaldehyde sintetis. Hal ini karena sumber bahan baku benzaldehyde alami yang berasal dari sumber daya yang terbarukan. Walaupun jumlah bahan baku benzaldehyde alami lebih sedikit dan 10 Pendahuluan


dengan produksi yang lebih sedikit, kemampuan bahan baku alami tersebut untuk beregenerasi jauh lebih cepat. Sedangkan ketersediaan toluen yang berasal dari minyak bumi tidak akan bertahan lama karena masa regenerasinya yang sangat lama.

3.

Pemilihan Proses Benzaldehyde dapat dibuat dari bahan baku berupa kulit kayu manis melalui beberapa tahap. Tahap pertama adalah pengambilan cinnamaldehyde dari kulit kayu manis, yang dilanjutkan dengan reaksi cinnamaldehyde menjadi benzaldehyde. Tahap terakhir yaitu pemurnian produk benzaldehyde yang dihasilkan dari reaksi.

a.

Tahap Persiapan Bahan Baku Tahap persiapan bahan baku adalah tahap persiapan mulai dari pengolahan bahan baku mentah

berupa kulit

kayu

manis

sampai mendapatkan

cinnamaldehyde-nya. Ketika masih dalam bentuk padatan, kayu manis dihancurkan terlebih dahulu menjadi butiran-butiran kecil halus baru dilakukan proses pemungutan cinnamaldehyde di dalamnya. Untuk mendapatkan cinnamaldehyde, dilakukan tahapan-tahapan sebagai berikut. Mula-mula, minyak atsiri dalam kulit kayu manis diambil dengan metode steam distillation. Steam distillation adalah metode pemungutan minyak atsiri dengan cara menguapkan bahan baku alami dengan steam. Uap hasil proses tersebut kemudian didinginkan sehingga mendapatkan campuran heterogen air dengan minyak atsiri yang kandungan utamanya adalah cinnamaldehyde. Untuk memperoleh cinnamaldehyde murni, campuran diekstraksi menggunakan solven cair, kemudian ekstrak yang diperoleh dilewatkan melalui flash drum untuk memisahkan cinnamaldehyde dari solvennya. Karena kadar cinnamaldehyde dalam setiap steam distillation berbeda-beda, maka untuk menyamakan spesifikasi bahan baku, digunakan kolom equalizer dengan

pengaduk.

Ini

digunakan

untuk

menyamakan

konsentrasi

cinnamaldehyde di setiap tempat sehingga setiap minyak atsiri yang masuk ke dalam reaktor berikutnya selalu memiliki konsentrasi cinnamaldehyde yang sama.

11 Pendahuluan


b.

Tahap Reaksi Pembuatan benzaldehyde dari cinnamaldehyde belum banyak dilakukan secara komersial. Meskipun demikian, telah dikenal beberapa proses yang dapat dilakukan

untuk

mereaksikan

cinnamaldehyde

menjadi

benzaldehyde.

Perbedaan proses-proses tersebut terletak pada metode, penggunaan reaktan, serta penggunaan katalis dalam reaksi. Meskipun demikian, secara umum, proses yang dilakukan adalah proses hidrolisis.

Gambar 7. Struktur molekul cinnamaldehyde

Gambar 8. Struktur molekul benzaldehyde

Gambar 9. Reaksi oksidasi cinnamaldehyde menjadi benzaldehyde dan acetaldehyde

Beberapa reaksi pembentukan benzaldehyde dari cinnamaldehyde yang ditemukan adalah sebagai berikut: i.

Ozonisasi cinnamaldehyde Metode ini mengoksidasi cinnamaldehyde dengan proses ozonisasi. Pembuatan benzaldehyde dengan ozonisasi cinnamaldehyde membutuhkan kondisi anhydrous dengan suhu 273 K, sehingga secara aplikasi cukup sulit untuk dilakukan. Pembuatan benzaldehyde dengan cara ini dapat menghasilkan yield benzaldehyde mencapai 62%.

12 Pendahuluan


ii.

Penggunaan near-critical water Pada proses ini, digunakan near-critical water dengan kondisi suhu 553 K dan tekanan 15 MPa sebagai solven saat mereaksikan cinnamaldehyde menjadi benzaldehyde. Kondisi reaksi yang memerlukan suhu dan tekanan ekstrim tinggi menyebabkan metode ini kurang menguntungkan untuk diaplikasikan. Selain itu, yield benzaldehyde yang dapat dicapai dengan metode ini relatif kecil dibandingkan dengan metode-metode lainnya, yaitu hanya mencapai 57%.

iii.

Penggunaan katalis metalloporphyrins Pada metode ini, digunakan katalis berupa metalloporphyrins dan campuran reaktan berupa cinnamaldehyde, isobutyraldehyde, serta toluen sebagai solven.

Gambar 10. Struktur molekul metalloporphyrins

Campuran metalloporphyrins, cinnamaldehyde, dan isobutyraldehyde dalam toluen dalam reaktor dilewatkan dengan gelembung-gelembung oksigen. Campuran tersebut direaksikan pada suhu 60o C selama 3 jam dengan pengadukan. Pada kondisi tersebut, yield benzaldehyde yang diperoleh dapat mencapai 71%.

13 Pendahuluan


Gambar 11. Reaksi cinnamaldehyde menjadi benzaldehyde dengan katalis metalloporphyrins

Ketiga proses yang telah disebutkan dapat digunakan dalam pembuatan benzaldehyde dari cinnamaldehyde, namun aplikasinya pada skala komersial belum ditemukan dan cukup sulit untuk dilakukan. Sedangkan proses-proses yang memungkinkan untuk dilakukan pada skala komersial antara lain:

iv.

Reaksi antara cinnamaldehyde dengan larutan alkohol (tanpa katalis) Campuran reaktan berupa cinnamaldehyde dan solven berupa larutan alkohol direaksikan dalam sebuah reaktor dengan pengaduk dan pemanas. Alkohol

yang

dugunakan

dapat

berupa

C1-C5

alkohol,

dengan

perbandingan massa alkohol:air antara 6:4 sampai 1:10. Reaktor dihubungkan ke sebuah kolom packing yang dihubungkan dengan heat exchanger sebagai pendingin. Selama berlangsung reaksi, komponenkomponen dalam reaktor, di antaranya cinnamaldehyde (reaktan), acetaldehyde dan benzaldehyde (produk), serta solven akan mengalami penguapan. Campuran uap ini didinginkan dalam heat exchanger kemudian dikembalikan ke reaktor dengan menggunakan refluks. Refluks dilakukan sampai konversi cinnamaldehyde sudah mencapai nilai yang diinginkan. Selanjutnya, sebagian besar campuran diuapkan dan dikondensasikan dalam heat exchanger. Campuran yang telah mengembun akan terpisah menjadi dua fase, fase atas merupakan aqueous phase yang kaya akan air, sedangkan fase bawah merupakan fase yang kaya akan benzaldehyde. Fase bawah selanjutnya dapat dimurnikan dengan metode distilasi bertingkat untuk memperoleh benzaldehyde dengan kemurnian tinggi.

v.

Reaksi antara cinnamaldehyde dengan basa sebagai katalis

14 Pendahuluan


Mula-mula,

cinnamaldehyde

didispersikan

ke

air,

kemudian

dicampurkan dengan surfaktan. Surfaktan yang digunakan adalah anionic surfaktan, seperti sodium lauryl sulfate. Selanjutnya larutan dicampurkan dengan katalis berupa ion hidroksida sehingga pH larutan berada di kisaran 11-13. Reaksi dilakukan dalam reaktor berpengaduk dengan pemanasan. Cinnamaldehyde akan terkonversi menjadi benzaldehyde dengan yield mencapai 75%. Produk samping reaksi ini berupa acetaldehyde, terpene, dan orthomethoxybenzaldehyde. Benzaldehyde dapat dimurnikan dari campuran ini dengan steam distillation. Kelebihan dari proses ini adalah yield benzaldehyde yang dihasilkan relatif besar dibanding yield yang dihasilkan dari proses-proses lainnya. Namun proses ini memiliki kekurangan, yaitu yield yang dihasilkan sangat bergantung pada range pH, yaitu pada kisaran 11-13. Di luar kisaran pH tersebut, yield benzaldehyde yang dihasilkan turun drastis. Menjaga kisaran pH pada kisaran tersebut selain cukup sulit juga memerlukan larutan basa dalam jumlah besar, sehingga berpotensi menimbulkan dampak negatif bagi lingkungan. Selain juga membutuhkan suhu yang cukup tinggi (373K – 393K), pada proses ini terbentuk juga hasil samping yang beracun. Zat beracun ini selain tidak baik bagi ekologi dan kesehatan makhluk hidup, juga membuat proses pemurnian benzaldehyde menjadi lebih mahal.

vi.

Reaksi antara cinnamaldehyde dengan sodium hipoklorit dengan katalis beta-CD Reaktan berupa cinnamaldehyde dan sodium hipoklorit dilarutkan dengan deionized water dan direaksikan dalam reaktor berpengaduk yang dihubungkan dengan refluks. Reaksi dalam reaktor berpengaduk ini menggunakan katalis berupa beta-CD. Reaksi dilangsungkan dengan kondisi suhu 333 K, rasio molar antara katalis berbanding cinnamaldehyde 1:1, dan waktu tinggal dalam reaktor 4 jam. Reaksi ini akan menghasilkan yield benzaldehyde hingga 76% dan hasil samping berupa phenyl acetaldehyde dan epoxide. Kelebihan dari proses ini adalah dapat dilangsungkan pada suhu yang relatif rendah dan menghasilkan yield benzaldehyde yang relatif tinggi.

15 Pendahuluan


Hanya saja proses ini belum banyak dilakukan pada skala komersial dan belum diketahui data-data kinetika prosesnya.

Gambar 12. Mekanisme reaksi

vii. Reaksi antara cinnamaldehyde dengan hidrogen peroksida dan sodium bikarbonat dengan katalis beta-CD Reaktan berupa cinnamaldehyde, hidrogen peroksida, dan sodium bikarbonat dilarutkan dengan deionized water. Campuran direaksikan dalam reaktor dengan katalis berupa padatan beta-CD. Suhu reaksi dijaga tetap 70o C. Yield benzaldehyde yang diperoleh mencapai 63% pada kondisi optimum, dengan hasil samping berupa epoxide dan phenylacetaldehyde. Kelebihan dari proses ini adalah kondisi reaksi cukup mudah dicapai karena

suhu

yang

dibutuhkan

tidak

terlalu

tinggi.

Sedangkan

kekurangannya adalah reaksi ini menggunakan hidrogen peroksida yang hazardous sebagai reaktan, serta yield benzaldehyde yang dicapai relatif rendah.


viii. Reaksi antara cinnamaldehyde dan basa dengan katalis 2HPbeta-CD Reaktan berupa cinnamaldehyde dan NaOH dilarutkan dalam deionized water, kemudian direaksikan dalam reaktor berpengaduk dengan katalis berupa 2HPbeta-CD. Reaksi dilangsungkan dengan kondisi suhu 323 K, perbandingan massa NaOH dan volume larutan 2% (w/v), rasio molar 16 Pendahuluan


cinnamaldehyde berbanding katalis 1:1, dan waktu tinggal reaktan dalam reaktor 5 jam. Reaksi ini akan menghasilkan yield benzaldehyde mencapai 70%. Kelebihan dari proses ini adalah suhu reaksi yang relatif rendah, yang dapat dicapai karena penggunaan katalis. Suhu reaksi yang rendah penting untuk menjaga sifat alami benzaldehyde. Selain itu, data-data kinetika proses ini lengkap sehingga memudahkan dalam scale-up proses menjadi skala komersial.


Secara garis besar, proses reaksi yang telah disebutkan di atas dapat dirangkum berdasarkan kelebihan dan kekurangannya sebagai berikut:

No.

Nama Reaksi

Kekurangan Reaksi

Kelebihan Reaksi

Kondisi ekstrim 1.

Ozonisasi cinnamaldehyde

sehingga sulit dilakukan

-

sedangkan yield benzaldehyde rendah Membutuhkan suhu dan

2.

Penggunaan near-critical

tekanan ekstrim tinggi

water

dan yield benzaldehyde

-

rendah 3.

Penggunaan katalis

Sulit dilakukan pada

metalloporphyrins

skala komersial

Reaksi cinnamaldehyde 4.

dengan larutan alkohol (tanpa katalis)

5.

-

Yield benzaldehyde

-

yang diperoleh rendah

Reaksi cinnamaldehyde

Sulit dalam mengontrol

Sudah dilakukan secara

dengan basa sebagai katalis

pH agar selalu dalam

komersial. 17

Pendahuluan


keadaan basa.

6.

7.


Belum banyak

Suhu reaksi rendah dan

dengan sodium hipoklorit

diaplikasikan pada

yield benzaldehyde

dengan katalis beta-CD

skala komersial

tinggi


Menggunakan hidrogen

dengan hidrogen peroksida

peroksida yang cukup

dan sodium bikarbonat

hazardous sebagai

dengan katalis beta-CD

reaktannya

Reaksi cinnamaldehyde dan 8.

basa dengan katalis 2HPbeta-CD

Katalis berupa padatan yang larut dalam air, sehingga mempersulit pemisahan

-

Reaksinya aman, tidak mencemari lingkungan, dan suhu reaksi rendah. Juga memberikan hasil yield yang cukup besar.

Tabel 4. Tabel Perbandingan Reaksi Pembentukan Benzaldehyde dari Cinnamaldehyde

Dari

perbandingan

reaksi-reaksi

tersebut,

dipilihlah

reaksi

cinnamaldehyde dan basa dengan katalis 2Hpbeta-CD sebagai reaksi utama yang digunakan dalam perancangan pabrik benzaldehyde ini. Reaksi tersebut dipilih karena prosesnya jauh lebih murah dan lebih aman untuk dipakai. Selain itu yield yang dihasilkan dari reaksi ini cukup besar. Hasil samping yang dihasilkan pun tidak berbahaya untuk lingkungan maupun makhluk hidup.

c.

Tahap Pemurnian Hasil reaksi keluar dari reaktor berupa campuran benzaldehyde serta pengotor berupa hasil samping reaksi seperti acetaldehyde dan solvent berupa air yang mengandung padatan katalis terlarut. Benzaldehyde dalam campuran ini harus dimurnikan dari katalis yang terlarut dalam air dan dari hasil samping lainnya yang berada dalam fase cair. Pemisahan dari padatan katalis terlarut dapat dilakukan dengan presipitasi atau pengendapan. Sedangkan pemisahan dari hasil samping cair dapat dilakukan dengan pemisahan cair-cair seperti distilasi

bertingkat,

ekstraksi,

atau

dengan

menggunakan

decanter. 18

Pendahuluan

tahun BAB I PENDAHULUAN

Recommend Documents