Makalah Alkohol Lemak – Fatty Alcohol

Alkohol Lemak

Bab I. Pendahuluan

A. Latar Belakang

Alkohol lemak merupakan suatu dasar utama oleokimia yang memiliki laju pertumbuhan yang telah membantu meningkatkan pertumbuhan ekonomi dan kemajuan standar hidup masyarakat banyak. Alcohol lemak terus meningkat sebagai bahan baku surfaktan karena sifatnya yang dapat diurai dan dapat diperbaharui sehingga permintaan akan bahan tersebut semakin meningkat seiring perkembangan zaman.

Hal mendasar yang melata\belakangi di buatnya makalah ini adalah sebagai tugas matakuliah proses industri petro dan oleokimia dan juga agar dapat menambah pengetahuan tentang hal – hal yang berkaitan dengan Alkohol Lemak.

B. Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan makalah ini adalah:

1. Memahami pengertian dan jenis dari Alkohol lemak.
2. Memahami proses pembentukan Alkohol lemak.
3. Mengetahui aplikasi dari penggunaan Alkohol lemak.

Bab II. Pembahasan

A. Fatty alcohol

Fatty alcohol (lemak alkohol) adalah alkohol alifatis yang merupakan turunan dari lemak alam ataupun minyak alam. Fatty alkohol merupakan bagian dari asam lemak dan fatty aldehid. Fatty alkohol biasanya mempunyai atom karbon dalam jumlah genap. Molekul yang kecil digunakan dalam dunia kosmetik, makanan dan pelarut dalam industri. Molekul yang lebih besar penting sebagai bahan bakar. Karena sifat amphiphatic, fatty alkohol memiliki sifat seperti nonionic surfaktan. Fatty alcohol dapat digunakan sebagai emulsifier, emollients, dan thickeners dalam industri kosmetik dan makanan.

Tabel 2.1 Jenis Fatty alcohol

Tabel 2.2 Karakteristik Fatty alcohol

Tabel 2.3 Komposisi Asam Lemak dari Minyak Kelapa (CO) dan Minyak Inti    Sawit (PKO)

B. Jenis Alkohol Lemak

Alkohol lemak, berdasarkan sumber terbentuknya, terbagi menjadi 2 macam, yaitu :

1. Alkohol Lemak Alami (Natural Fatty Alcohol)

Alkohol lemak alami berasal dari bahan baku yang dapat diperbaharui yang terdapat di alam. Proses pembuatan alkohol lemak dari minyak alami bisa melalui rute pembuatan metil ester atau dari asam lemak. Kedua metode ini merupakan dua metode yang paling banyak digunakan dalam industri alkohol lemak. Contoh : Lemak, minyak dan lilin dari tumbuhan dan hewan, seril sesoat dalam lilin erna dan mirisil palmit dalam lilin lebah.

2. Alkohol Lemak Sintetis dari Petroleum

Alkohol lemak dari bahan baku petroleum sudah dibahas pada mata kuliah Proses Industri Petro dan Oleokimia bagian petrokimia, namun disini akan dijelaskan sekilas sebagai bahan perbandingan.

C. Metode Pembuatan Alkohol Lemak

Untuk menmproduksi Alkohol Lemak dapat menggunakan beberapa metode berikut :

2.3.1 Hidrolisis dari lilin ester

Alkohol lemak pertama kali diperoleh dari hidrolisis lilin ester yang berasal dari binatang, terutama spermaceti dari sperma ikan paus. Namun sejak adanya peraturan tentang larangan perburuan atas ikan paus, sumber dan metode ini tidak lagi digunakan.

Lilin spermaceti dipisahkan dengan cara pemanasan menggunakan NaOH pekat diatas 300⁰C, lalu alkohol didistilasi dari sabun dan air yang terbentuk. Hasil Sulingan (distilat) mengandung alcohol tak jenuh C₁₆-C₂₀. Untuk mencegah terjadinya auto-oksidasi, distilat ini dikeraskan dengan hidrogenasi katalitik.. Alkohol yang diperoleh mencapai yield 35 %. Produk utama terdiri dari : cetyl, oceyl, dan alcohol arachidyl.

2.3.2 Proses reduksi sodium

Pada tahun 1909, Beauvault dan Blanc menemukan proses reduksi sodium untuk memproduksi alcohol lemak dari kelapa ester. Pabrik alcohol lemak yang dibentuk pada tahun 1930an menggunakan proses ini. Sedangkan proses dasarnya relative sederhana, sebenarnya operasi pabrik banyak menangani produk dan reaktan yang kompleks.

Larutan sodium didispersikan dalam pelarut inert lalu ditambahkan ester kering dan alcohol dengan hati-hati. Saat reaksinya komplit , oksidanya dipecah dengan pengadukan dalam air, kemudian alkoholnya dicuci dan didistilasi.

Penambahan Alkohol R’ (sebaiknya alcohol sekunder), bertindak sebagai donor hydrogen. Karena adanya reaksi samping , pemakaian sodium bisa jadi di atas 20 % dari kebutuhan stoikiometri. Reduksi berjalan selektif tanpa pembuatan hidrokarbon dari isomerisasi atau hidrogenasi ikatan rangkap.

2.3.3 Proses zieglar menggunakan etilen

Alkohol lemak dari proses ini mempunyai struktur yang sama dengan alcohol lemak alami. Proses ini dibagi dalam dua proses yaitu proses Alfol dan proses Epal.

A. Proses Alfol.

Hidrokarbon digunakan sebagai pelarut, proses ini melalui lima tahap yaitu  :

1)      Hidrogenasi

2 Al(CH₂CH₃)₃ + Al + 1,5 H₂ → 3 Hal(CH₂CH₃)₃

2)      Etilasi

3 HAl(CH₂CH₃)₃ + 3 CH₂=CH₂ →3 Al(CH₂CH₃)₃

2/3 dari hasil proses ini di recycle lagi ke proses hidrogenasi dan sisanya lansung masuk ke reaksi perkembangan.

3)      Reaksi perkembangan (growth Reaction)

4)      Oksidasi

5)      Hidrolisa

B.       Proses Epal

Proses ini mempunyai langkah-langkah yang hampir sama dengan proses alfol. Fleksibilitas Proses ini lebih besar dibandingkan dengan prose alfol. Alkohol dan α- olefin yang terbentuk bisa dipasarkan. Namun modal dan biaya yang dibutuhkan juga lebih besar, karena membutuhkan proses control yang lebih kompleks dan penambahan olefin dan alcohol rantai bercabang.

2.3.4 Proses oxo menggunakan olefin

Proses oxo (hidroformilasi) terdiri dari reaksi antara olefin dengan campuran gas H₂-CO dan katalis yang cocok. Reaksi ini ditemukan oleh O.Roelen  pada tahun 1938.

   CH₃

2R – CH=CH₂  + 2CO +  2H₂ → R-CH₂CH₂-CHO + R-CH₂OH

Yield α- olefin diperkirakan  sama dengan jumlah aldehid rantai lurus dan bercabangnya. Proses oxo dapat dilakukan dengan tiga cara berikut :

·         Proses klasik dengan menggunakan katalis HCO(CO)₄

·         Proses Shell berdasarkan kompleks kobalt karbonil – phosphine

·         Proses menggunakan Katalis Rhodium

Langkah- langkah pada proses klasik yaitu reaksi oxo , pemisahan katalis dan regenerasi , hidrogenasi aldehid dan distilasi alcohol.

Proses antara ketiga proses tersebut dapat dilihat pada table berikut ini :

Pada proses shell, alkohol diperoleh lansung karena bagusnya aktifitas katalis sehingga tahap hidrogenasi aldehid tidak di perlukan lagi, kelemahan proses ini  adalah, adanya olefin yang hilang dari proses.

Sedangkan proses yang menggunakan katalis Rhodium dapat dilakukan pada P dan T yang rendah, karena tingginya aktifitas katalis . Kelemahannya adalah memerlukan biaya yang tinggi karena mahalnya harga Rhodium.

2.3.5  Hidrogenasi Langsung dari Minyak dan Lemak

Proses pembuatan alkohol lemak dari minyak alami dapat diperoleh dari metil ester atau asam lemak. Kedua metode ini memiliki persamaan dan sangat kompetitif dibandingkan dengan metode lainnya. Secara umum proses pembutan alkohol lemak secara langsung dari minyak dan lemak dapat dilihat pada gambar.

Gambar 2.1 Rutepembentukan Alkohol Lemak dari minyak dan lemak

Proses hidrogenasi langsung mempunyai beberapa kekurangan, diantaranya :

1.    Menghasilkan produk samping bernilai tinggi gliserin yang justru mengalami proses hidrogenasi lanjut menghasilkan propilen glikol yang bernilai rendah.

2.    Komsumsi gas hidrogen yang cukup tinggi

3.    Penggunaan katalis dalam jumlah besar

2.3.6  Hidrogenasi Katalitik dari Asam Lemak dan Metil Ester

Fatty alcohol diperoleh dengan cara hidrogenasi metil ester atau asam lemak.

R-COOCH₃ +  2H₂  ^{Katalis, CuCr}     R-CH₂OH + CH₃OH

Metil ester       Hidrogen                                   Alkohol lemak       Metanol

RCOOH +2H₂    ^{Katalis, CuCr}    RCH₂OH + H₂O

Asam lemak Hidrogen                       Alkohol lemak   Air

Hidrogenasi langsung asam lemak tidak digunakan dalam skala industri besar karena kebutuhan temperature reaksi yang lebih tinggi menghasilkan yield yang lebih rendah dan karena dapat merusak katalis. Secara konvensional, asam lemak dikonversi terlebih dahulu menjadi ester sebelum dihidrogenasi.

Dalam proses pembuatan fatty alcohol banyak dilakukan dengan bahan dasar metil ester, karena dengan proses ini diperoleh persentase fatty alcohol lebih tinggi. Dalam reaksi hidrogenasi dapat terbentuk.

RCH₂COCOH + 2H₂ —————-> RCH₂CH₂OH + CH₃OH

RCH₂COOH + RCH₂CH₂OH ——> RCH₂COOCH₂CH₂R + CH₃OH

RCH₂COOCH₂CH₂R + H₂ ——–> 2 RCH₂OH

Suhu tinggi menyebabkan reaksi sekunder yaitu dehydratasi

RCH₂CH₂OH ———-> RHC=CH₂`

RCH=CH₂ + H₂ ———> RCH₂CH₃ (parafin)

Fatty alcohol dengan bahan baku metil ester atau fatty acids

a.       proses ini menghendaki kelebihan H₂ 400 kali dari teoritis

b.      kelebihan hidrogen untuk mempertahankan lapisan tipis katalis sebagai jaminan reaksi esterifikasi dengan fatty acids

c.       suhu reaksi 230 – 280^oC

d.      tekanan reaktor 200 – 300 bar

e.       katalis copper-cromite dengan sirkulasi gas hidrogen panas

f.       konversi dapat mencapai 91%.

Gambar 2.2 Skema Pembuatan Fatty alcohol Dari Metil Ester

2.3.7  Proses Hidrogenasi pada Tekanan Tinggi

Proses hidrogenasi dengan tekanan tinggi ini terbagi 2 metode yaitu suspension process dan fixed bed process:

1.         Suspension Process

Gambar 2.3 Hidrogenasi Tekanan Tinggi Asam Lemak Metil Ester – Proses Suspensi

Proses:

a.    Bahan baku yang digunakan adalah asam lemak dengan hidrogen

b.    Katalis yang digunakan berbentuk slurry

c.    Kondisi operasi proses ini dalah pada tekanan 25.000-30.000 kPa dan temperatur 250-300 ⁰C.

d.   Reaksi yang terjadi:

RCOOH     +    2 H₂                RCH₂OH      +      H₂O  ( dengan katalis CuCr )

Asam lemak     Hidrogen        Alkohol lemak         Air

e.    Reaksinya merupakan reaksi eksotermis, sehingga pada proses ini diperlukan kontrol temperatur sehingga mencegah terjadinya pembentukan hidrokarbon yang tidak diinginkan.

f.     Hidrogenasi terjadi di dalam reaktor suhu tinggi di mana bahan dipanaskan terlebih dahulu.    

g.    Panas dari sisa campuran produk reaktor diperoleh dengan resikulasi gas hidrogen pada alat penukar panas setelah satu produk dipisahkan dengan dua tingkat pendinginan ekspansi.

h.    Pada fase gas ( yang mengandung gas hidrogen, uap alkohol dalam jumlah kecil dan reaksi air) dipisahkan dari alkohol cair pada hot separator ( pemisah panas)

i.      Campuran didinginkan lebih lanjut di separator pendingin, dimana uap alkohol dan air hasil reaksi dikondensi dan dipisahkan. Kelebihan gas hidrogen direcycle.

j.      Alkohol cair yang berasal dari separator panas dipompakan ke flashdrum dimana hidrogen dilarutkan direcycle dengan meningkatkan gas hidrogen.

k.    Katalis dipisahkan dari alkohol lemak kasar dengan menggunakan pemisah aktivitas dan resikulasi dengan alkohol lemak.

l.      Ukuran fase clear dari pemisah sentrifugal adalah “passed through” yaitu penyaring halus untuk memindahkan semua sisa suspensi padat hasil dari produk (alkohol lemak kasar).

m.  Untuk memurnikan alkohol lemak kasar dapat dilakukan dengan distilasi lebih lanjut untuk menghilangkan hidrokarbon dan dapat mengalami fraksinasi jika diinginkan.

2.         Fixed Bed Process

Gambar 2.4 Hidrogenasi Tekanan Tinggi Asam Lemak Metil Ester

Proses Fixed Bed

Pada metode fixed bed process, hal yang membedakannya dengan suspension process adalah katalisnya fixed (tetap) dalam reaktor.

a.    Bahan baku yang digunakan pada proses ini adalah ester dan hidrogen

b.    Reaksi yang terjadi :

RCOOCH₃    +   2 H₂                  RCH₂OH     +   CH₃OH 

Ester                  Hidrogen          Alkohol lemak       Metanol

c.    Reaksi ini dilakukan pada fase uap dimana sebagian umpan organik diuapkan dengan gas hidrogen ( 20 – 25 mol ) melalui suatu alat peak heater sebelum dialirkan ke fixed katalis bed.

d.   Proses hidrogenasi dengan metode ini dilakukan pada kondisi 20.000-30.000 Kpa dan temperatur 200-250 ⁰C.

e.    Kemudian campuran didinginkan dan dipisahkan menjadi fasa gas dan fasa cair. Pada fasa gas sebagian besar merupakan gas hidrogen dan di recycle.

f.     Fasa cairan diekspansi pada flash tank untuk menghilangkan metanol dari alkohol lemak.

3.      Perbandingan Alkohol Lemak hasil  Proses Fixed bed dan Proses Suspensi

Proses fixed bad memerlukan sesuatu untuk menaikkan nilai karena itu dibutuhkan bejana reaksi yang besar, pompa gas sirkulasi, dan pipa yang tepat untuk volume yang tinggi dari penggunaan gas hydrogen. Proses suspensi dilain sisi memerlukan penambahan peralatan untuk pelepasan katalis, distilasi alcohol lemak mentah dan mengolah lagi metil ester.

Dalam penggunaan bahan mentah, proses fixed bad memiliki hasil yang banyak dan penggunaan katalis hanya setengahnya. Alkohol lemak yang dihasilkan dari proses fixed bad memiliki kualitas yang tinggi. Meskipun begitu, kualitas dari alkohol lemak yang dihasilkan oleh prosess suspensi bisa juga ditingkatkan ke tingkat yang sama dengan distilasi selanjutnya.

2.2.8  Metoda Lurgi Hidrogenasi Asam Lemak

Metoda lurgi dengan proses suspensi, menimbulkan kemungkinan hidrogenasi secara langsung asam lemak menjadi alkohol lemak yang mengatasi efek kerugian dari fatty acid on the copper-bearing analysist. Ini dicapai dengan dua tahap reaksi. Reaksi pertama adalah esterifikasi dari asam lemak dengan alkohol lemak menghasilkan ester dan air. Reaksi kedua adalah hidrogenasi ester untuk menghasilkan dua mol alkohol. Kedua reaksi memiliki persamaan di reaktor yang sama. Volume yang besar dari alkohol lemak di proses kembali lebih dari 250 kali umpan asam lemak, dengan efektif mengurangi umpan, asal saja untuk kondisi yang optimum untuk laju dan esterifikasi yang kompleks.

Hidrogenasi diletakkan dalam reactor bertekanan tinggi dimana material dipanaskan terlebih dahulu- umpan asam lemak, di sirkulasi menjadi alkohol lemak dengan menggunakan katalis, dan gas hidrogen adalah fed continuously. Reaksi ini berlansung kira-kira 30.000 kPa dan 280⁰C. Panas dari campuran produk yang meninggalkan  reactor  didapatkan  lagi  dengan  recirculating  gas hydrogen melalui heat exchanger, setelah produk dipisahkan melalui sebuah two-stage cooling-expansion system.

Fasa gas (pada dasarnya kelebihan gas hydrogen, sedikit alkohol mendidih dan reaksi air) dipisahkan dari larutan alkohol didalam separator panas.

Pencampuran ini didinginkan selanjutnya di cold separator, dimana the low boiling alkohol dan reaksi air dikondensasi dan diseparasi. Gas hidrogen yang berlebih di recycle ke sistem.

Larutan alkohol dari hot separator dipompakan ke flash drum dimana penguraian hydrogen dimulai dan recycled dengan pemisahan hydrogen. Katalis dipisahkan dan alkohol lemak mentah menggunakan sebuah sentrifugal separator. Bagian dari katalis diganti dengan katalis baru yang segar untuk mempertahankan aktivitas dan di recirculasi dengan alkohol lemak. Fase penyelesaian dan sentrifugal separator adalah melalui polishing filter untuk menghilangkan semua sisa dari solid yang didapat. Penghasilan alkohol mentah undergoes distilasi selanjutnya untuk menghilangkan hidrokarbon dan mungkin mengalami fraksinasi bila diinginkan.

Gambar 2.5 Sintesis Hidrogenasi Alkohol Lemak dari Asam Lemak –Lurgi

Bahan dan Kebutuhan Konsumsi Per Ton dari Alkohol Lemak

Data teknikal untuk kapasitas pabrik of 50+ t/day :

Gambar 2.6 Pemisahan Alkohol Lemak

D. Aplikasi Alkohol Lemak

Fatty alkohol merupakan produk hasil hidrogenasi asam lemak atau ester asam lemak.  Fatty alkohol dapat difraksinasi untuk memisahkan fraksi C8-C10 yang dikenal sebagai  plasticizer range alkohol, dan C8-C12 sebagai  detergen range alkohol.  Plasticizer range alkohol berbentuk cair dan memiliki daya pelarut yang tinggi dapat digunakan dalam industri tinta printer dan cat.  Esterfikasi dengan polycarboxylic acid seperti phthalic anhydride menghasilkan plasticizer khususnya untuk industri PVC. C12 – C14 alkohol banyak digunakan sebagai additif pelumas dan dalam pembuatan minyak rem dan minyak hidrolik.  C16-C18 fatty alkohol banyak digunakan sebagai campuran dalam pembuatan cream, lipstik, pasta, semir dan produk lainnya.

Plasticizer adalah senyawa adiktif yang ditambahkan kepada polimer untuk menambah fleksibilitas dan workability-nya. Plasticizer diaplikasikan terutama pada vinil resin seperti Polovinil Klorida (PVC). Di antara 300 jenis plasticizer yang telah dikembangkan adalah DOP (Dioctyl Phthalate) yang paling banyak digunakan. Konsumsi DOP pada industri PVC mencapai 50 – 70 % dari toal produksi plasticizer. Namun demikian, pemakaian DOP sebagai plasticizer PVC, terutama yang diaplikasina pada food-drug packaging atau mainan anak – anak mulai dipermasalahkan. Ini dikarenakan adanya migrasi senyawa aromatik tersebut dari PVC dalam jumlah yang besar dan dapat menyebabkan timbulnya sel kanker. Bahan plasticizer pengganti DOP dari turunan minyak sawit yang ramah lingkungan.

Plasticizer adalah material yang ditambahkan untuk meningkatkan beberapa sifat/ properties dari polymer, misalnya kemampuan kerja, ketahanan terhadap panas (heat resistance), ketahanan terhadap temperatur rendah (low-temperature resistance), ketahanan terhadap cuaca (weathering resistance), sifat insulasi (insulation properties), ketahanan terhadap minyak (oil resistance), etc.

Berbagai plasticizer digunakan untuk tujuan-tujuan tersebut. Terutama phtalic ester yang digunakan oleh banyak produk sebagai plasticizer multifungsi. Proses pembuatan plasticizer dilakukan dengan proses Esterifikasi Fisher pada kondisi tertentu dengan menggunakan bahan baku antara lain :komponen minyak sawit, katalis dan senyawa alkohol. Hasil yang diperoleh kemudian dicuci dan dipisahkan antara produk dan sisa asam dan katalis yang terbentuk selama proses hingga pH normal.

Solusinya adalah membuat plasticiserdari bahan nabati khususnya dari minyak sawit. Proses diawali dengan reaksi esterifikasi antara asam karboksilat turunan minyak sawit dengan alkohol linier untuk menghasilkan senyawa diesteratau monoester. Senyawa monoesteratau diesteryang telah dibuat, diformulasikan sabagai plasticizer primer dan sekunder. Plasticiser selanjutnya dicampur dengan PVC untuk menghasilkan plastik.

Bab III. Penutup

A. Kesimpulan

1. Fatty alcohol (lemak alkohol) adalah alkohol alifatis yang merupakan turunan dari lemak alam ataupun minyak alam.
2. Proses pembentukan alkohol lemak, yaitu Hidrolisis lilin ester menggunakan lemak hewani, Proses reduksi sodium mennggunakan lemak dan minyak, Proses Ziegler menggunakan etilen, Proses oxo menggunakan hydrogenation olefin, Katalitik hidrogenasi asam lemak dan metil ester dari lemak dan minyak, Hidrogenasi lansung  lemak dan minyak, dan Hidrogenasi pada Tekanan Tinggi.
3. Adapun alkohol lemak dapat digunakan secara luas pada industri sebagai berikut :
   1. Plasticizer (C6 – C10)
   2. Detergen (C11 keatas)
   3. Pengemulsi
   4. Pelumas
   5. Softener
   6. Kosmetik, untuk pembuatan macam-macan cream
   7. Makanan sebagai anti oksidan
   8. Surfaktan
   9. Bahan anti Busa
   10. Produk Intermediate
   11. Parfum
   12. Farmasi

DAFTAR PUSTAKA

Hui, Y.H. 1996. Bailey’s Industrial Oil and Fat Products. Volume 5. A Wiley-Interscience Publication. New York.

O’Brien, Ricard D. 1998. Fats and Oils. Technomic Publishing Company Inc. Switzeland.

Tambun, Rondang. 2006. Buku Ajar Teknologi Oleo Kimia. Universitas Sumatera Utara. Medan.