Pembuatan Butyl Oleat dari Butanol & Asam Oleat

Butil oleat adalah senyawa ester yang pada keadaan normal berupa cairan yang sedikit bewarna kuning, sedikit berbau, tidak larut dalam air. Kegunaan butyl oleat adalah sebagai pelarut, bahan pelumas, water proofing dan sebagai plasticizer. Plasticizer adalah bahan yang berguna untuk menaikkan kemampuan kerja dan fleksibilitas plastik, penambahan plasticizer akan menurunkan visikositas leburan dan elastik plastik. Diperkirakan untuk masa yang akan datang kebutuhan plastik akan terus meningkat, dengan meningkatnya produksi plastik maka kebutuhan akan plasticizer juga meningkat. Di Indonesia, untuk memenuhi plasticizer terutama butyl oleat masih harus mengimpor, padahal Indonesia adalah Negara agraris yang memiliki sumber daya alam yang merupakan sumber utama bahan baku asam oleat.

Esterifikasi adalah reaksi pembentukan ester dari alkohol dan asam. Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan oleh Bertelot dan St. Gilles pada tahun 1862, diketahui secara umum reaksi esterifikasi adalah reaksi kesetimbangan yang berjalan bolak balik (reversible) sehingga reaksi ini tidak dapat terjadi secara komplit (Kick & Othmer, 1978).
Dari uraian diatas, maka agar produk esterifikasi lebih besar dan reaksi bergeser ke kanan (produk), perlu dilakukan usaha-usaha baik secara thermodinamika maupun secara kinetika. Secara thermodinamika usaha-usaha yang dilakukan adalah dengan mengatur suhu dan tekanan operasi, salah satu pereaksi dibuat berlebihan untuk meningkatkan kualitas kontak antar reaktan, dan juga pengusiran salah satu hasil yaitu ester atau air. Sedangkan secara kinetika, usaha-usaha yang perlu dilakukan adalah dengan penambahan katalisator dan reaktan diusahakan mempunyai kemurnian yang tinggi.
Katalisator yang digunakan antara lain adalah asam-asam kuat seperti resin sulfonat dan asam khlorida. Bahan-bahan lain seperti silika gel dan kation exchanger, resin juga sudah banyak digunakan. Pada skala laboratorium umumnya digunakan asam sulfat dan asam khlorida, tetapi pada skala pabrik lebih menguntungkan digunakan kation exchanger resin seperti amberlyte.

REAKSI KIMIA

Reaksi esterifikasi asam oleat dan butanol membentuk butyl oleat terjadi dalam fase cair. Diperlukan katalisator untuk mempercepat terjadinya reaksi. Katalisator yang digunakan berupa senyawa asam kuat inorganic seperti asam sulfat, asam chloride atau pun asam sulfat yang berupa larutan; bisa juga menggunakan asam yang berbentuk padat berupa an acidic ion exchance catalyst seperti resin sulfonat dengan nama dagang yang macam-macam.

Jika menggunakan katalisator berupa larutan asam cair maka reactor yang digunakan adalah reactor alir tangki berpengaduk (RATB/CSTR), sedangkan jika yang digunakan katalisator padat maka reactor yang digunakan reactor fixedbed adiabatic (single tube).

Jika menggunakan katalisator asam cair, maka hasil reaksi yang keluar dari reactor harus masuk ke tangki penetral untuk menentralkan katalisator asam yang ada dengan senyawa basa, dan juga Decanter untuk memisahkan larutan garam yang terbentuk dengan larutan organic yang tidak saling melarut atau kelarutannya kecil. Kerugian yang bisa terjadi adalah sisa reaktan yang berupa asam organic bisa ikut dinetrlkan oleh basa sehingga akan menambahh kebutuhan bahan baku asam organic.

Jika menggunakan katalisator padat, maka hasil reaksi yang keluar dari reactor bisa langsung diumpankan ke dalam Decanter untuk memisahkan air yang terbentuk selama reaksi.

Persamaan reaksi kimia :
                        

C₁₇H₃₃COOH   +  C₄H₉OH       ===>     C₁₇H₃₃COOC₄H₉  +  H₂O

 (asam oleat)           (butanol)                         (butyl oleat)

Asam oleat bereaksi dengan butanol membentuk butyl oleat terjadi pada suhu 120°C dan tekanan atmospheris. Untuk konversi 90% dengan menggunakan reactor RATB diperlukan 2 buah reactor yang disusun seri dengan waktu tinggal dalam masing-masing reactor sekitar 1,5 jam. Penggunaan reactor fixedbed adiabatic akan lebih efektif karena waktu tinggal akan lebih singkat dan tidak diperlukan pendinginan meskipun reaksi bersifat eksotermis (mengeluarkan panas), karena kenaikan suhu reaksi sekitar 15°C malah akan memperbesar kecepatan reaksi.

URAIAN PROSES

Umpan segar asam oleat 97% dan butanol 98% dicampur dalam tangki pencampur (TP) bersama dengan arus recycle dari hasil atas menara destilasi-01 (MD-01) dan hasil bawah menara destilasi-02 (MD-02). Dari tangki pencampur, larutan dipanaskan dalam heat exchanger   ( HE-01) sampai suhu 120°C dengan pemanas steam. Hasil keluaran (HE-01) tersebut kemudian diumpankan ke dalam reactor fixedbed dengan katalisator resin sulfonat Amberlyst 15. Perbandingan mol antara butanol dan asam oleat total masuk reaktor adalah 5:1. Umpan butanol dibuat excess untuk mengarahkan reaksi ke kanan. Reaksi dalam reaktor berlangsung pada suhu 120°C sampai 135°C, dan 2 atm. Reaksi yang terjadi adalah eksotermis sehingga suhu yang keluar lebih tinggi dibanding dengan suhu umpan.

Hasil keluar reaktor kemudian didinginkan sampai suhu 40°C di Cooler-01 sebelum diumpankan ke dalam decanter. Di decanter akan diperoleh hasil bawah yaitu fase berat sebagian besar air, hasil atas yaitu fase ringan terdiri dari campuran asam oleat, butanol, butil oleat, dan sedikit air.

Hasil atas decanter kemudian dimasukkan ke (HE-02) untuk dinaikkan suhunya sebelum diumpankan ke dalam menara destilasi-01 (MD-01). Pada MD-01 terjadi pemisahan, sehingga diperoleh hasil atas yang terdiri atas sebagian besar air dan butanol yang direcycle ke dalam tangki pencampur (TP). Hasil bawah (MD-01) yang terdiri atas butyl oleat dan asam oleat kemudian diumpankan ke dalam menara distilasi-02 (MD-02) untuk dipisahkan lebih lanjut. Menara distilasi-01 bekerja pada tekanan vakum (P≈0,15 atm)  demikian juga dengan menara distilasi-02 dengan tekanan vakum yang lebih rendah lagi (P≈0,05 atm).

Di dalam menara distilasi-02, akan diperoleh hasil atas berupa produk butyl oleat dengan kemurnian 97% kemudian di tampung ke dalam tangki produk. Hasil bawah yang terdiri atas asam olat kemudian direcycle ke dalam tangki pencampur untuk selanjutnya diumpankan ke dalam reactor.

DIAGRAM ALIR DENGAN REAKTOR FIXEDBED

DIAGRAM ALIR DENGAN REAKTOR RATB/CSTR

DATA UNTUK REAKTOR
Jenis: Reaktor Fixedbed adiabatis (single tube)

Kondisi operasi:

    Suhu                     :  120 - 135°C

    Tekanan                :  ± 2 atm

    Sifat reaksi            :  eksotermis

    Kondisi proses      :  adiabatis-non isotermal

Katalisator:

    Jenis                     :   Amberlist 15, an acidic ion exchance catalyst

    Bentuk                  :  silinder

    Ukuran                  :  0.5 mm x 0.5 mm 

    Bulk density,    ρB :  1012 kg/m3

    Void space            :  0.319

Kinetika reaksi               

     Reaksi yang terjadi mengikuti persamaan reaksi sebagai berikut:

                        

                C₁₇H₃₃COOH   +  C₄H₉OH       ===>     C₁₇H₃₃COOC₄H₉  +  H₂O

                 (asam oleat)           (butanol)                         (butyl oleat)

Kecepatan reaksi :

r_A = k.C_A .C_B

harga k:
log(10⁴ k) = 7.522 - 1583.57 / T

dengan :

r_A       = kecepatan reaksi              , kmol/m3.j

k         = konstanta kec. reaksi        , m3/kmol.j

T         = suhu                               , K

C_A      = konsentrasi asam oleat   , kmol/m³

C_B      = konsentrasi butanol         , kmol/m³

Harga konstanta kecepatan reaksi k diperoleh dari Industrial Engineering Chemistry,

(IEC, vol.42,  No.9,  September 1950)

Data US Patent untuk proses pembuatan butyl oleat dari asam oleat dan butanol adalah

- United States Patent 1796231, 10 Maret 1931 dengan label
  Oleic Acid Ester- United States Patent 5536856,  16 Juli 1996 dengan label

  Production of Carboxylic Acid Esters by Esterification and ApparatusThereof

- United States Patent 7256301,  14 Agustus 2007 dengan label
  Method and System for The Esterification of Fatty Acids

Download United States Patent 1796231

Download United States Patent 5536856

Download United States Patent 7256301

Rabu, 14 Ramadhan 1436 H / 1 Juli 2015 M