Pembuatan Alkohol Dalam Skala Produksi

Sekarang kita akan membahas tentang pembuatan alkohol dalam skala produksi dengan metode hidrasi langsung alkana, yang sebagian besar berfokus pada hidrasi etena untuk membuat ethanol. Selanjutnya, metode ini dibandingkan dengan pembuatan ethanol melalui proses fermentasi.

Memproduksi alkohol dari alkena

Pembuatan ethanol dari etena dalam skala produksi

Ethanol dibuat dalam skala produksi dengan mereaksikan etena dengan uap. Katalis yang digunakan adalah silikon dioksida padat yang dilapisi dengan asam fosfat(V). Reaksi yang terjadi dapat balik (reversibel).

Hanya 5% dari etena yang diubah menjadi ethanol pada setiap kali pemasukan ke dalam reaktor. Dengan mengeluarkan ethanol dari campuran kesetimbangan dan mendaur-ulang etena, maka pengubahan etena menjadi ethanol secara keseluruhan dapat mencapai 95%.

Diagram alir untuk reaksi yang terjadi dapat digambarkan sebagai berikut:

Pembuatan alkohol-alkohol lain dari alkena dalam skala produksi

Beberapa alkohol lain (meski tidak semua) bisa dibuat dengan reaksi-reaksi yang serupa. Katalis yang digunakan dan kondisi-kondisi reaksi akan berbeda-beda dari alkohol yang satu ke alkohol yang lain. Pada pembahasan tingkat dasar ini, kondisi-kondisi yang perlu diketahui adalah kondisi-kondisi yang diberikan untuk pembuatan ethanol di atas.

Alasan mengapa ada sebuah masalah yang ditemukan pada beberapa alkohol dapat ditunjukkan dalam pembuatan alkohol dari propena,CH₃CH=CH₂.

Pada dasarnya, ada dua alkohol berbeda yang bisa terbentuk:

Hasil yang diperoleh bisa berupa propan-1-ol atau propan-2-ol tergantung pada bagaimana molekul air diadisi ke ikatan rangkap. Akan tetapi, pada kenyataannya, hasil yang diperoleh adalah propan-2-ol.

Jika sebuah molekul H-X diadisi ke sebuah ikatan rangkap C=C, maka atom H hampir selalu terikat pada atom karbon yang memiliki paling banyak atom hidrogen terikat padanya - untuk contoh di atas atom H terikat pada CH₂ bukan pada CH.

Pengaruh yang ditimbulkan oleh kecenderungan ini yakni ada beberapa alkohol yang tidak mungkin dibuat dengan cara mereaksikan alkena dengan uap karena adisi akan terjadi dengan arah yang berlawanan dari yang diperkirakan.

Membuat ethanol melalui fermentasi

Metode ini hanya berlaku bagi ethanol. Alkohol selain ethanol tidak bisa dibuat dengan cara ini.

Proses

Dalam hal ini bahan baku prosesnya sangat bervariasi, tapi biasanya ada beberapa bentuk material tanaman yang mengandung pati (starch) seperti jagung, gandum, beras atau kentang.

Pati (Starch) merupakan sebuah karbohidrat kompleks, dan karbohidrat yang lain juga bisa digunakan - misalnya, gula (glukosa) biasanya digunakan untuk membuat ethanol. Dalam skala industri, glukosa tidak mungkin bisa digunakan sebagai bahan baku. Penghalusan glukosa memerlukan waktu yang lama jika hanya untuk digunakan dalam fermentasi. Meski demikian tidak ada salahnya untuk menjadikan gula tebu asli sebagai bahan baku dalam proses fermentasi.

Tahap - tahap proses fermentasi adalah sebagai berikut:

1. Penguraian karbohidrat kompleks menjadi karbohidrat yang lebih sederhana.

Contoh: Jika bahan baku yang digunakanan adalah pati dalam biji-bijian seperti gandum atau beras, maka bahan baku ini dipanaskan dengan air panas untuk mengekstrak pati dan selanjutnya dipanaskan dengan malat. Malat adalah beras berkecambah yang mengandung enzim yang dapat menguraikan pati menjadi karbohidrat yang lebih sederhana, yang disebut sebagai maltosa, C₁₂H₂₂O₁₁.

Maltosa memiliki rumus molekul yang sama seperti sukrosa tetapi mengandung dua unit glukosa yang saling mengikat, sedangkan sukrosa mengandung satu unit glukosa dan satu unit fruktosa.

2. Memasukkan ragi kedalam campuran dan biarkan hangat (sekitar 35°C) selama beberapa hari sampai fermentasi berlangsung sempurna. Udara tidak dibiarkan masuk ke dalam campuran untuk mencegah terjadinya oksidasi ethanol yang dihasilkan menjadi asam etanoat (asam cuka).

   Enzim-enzim dalam ragi pertama-tama mengubah karbohidrat seperti maltosa atau sukrosa menjadi karbohidrat yang lebih sederhana seperti glukosa dan fruktosa, keduanya C₆H₁₂O₆, dan kemudian mengubah karbohidrat sederhana tersebut menjadi ethanol dan karbon dioksida.

   Perubahan ini bisa ditunjukkan sebagai persamaan-persamaan reaksi kimia sederhana, meski aspek biokimia dari reaksi-reaksi ini jauh lebih rumit.

   

   

   Ragi dimatikan oleh ethanol dengan konsentrasi berlebih sekiar 15%, dan ini membatasi kemurnian ethanol yang bisa dihasilkan. Ethanol dipisahkan dari campuran dengan metode distilasi fraksional untuk menghasilkan 96% ethanol murni.

Secara teori, 4% air yang terakhir tersisa tidak bisa dihilangkan dengan metode distilasi fraksional.

Perbandingan metode fermentasi dengan hidrasi langsung etena

	Fermentasi	Hidrasi etena
Jenis proses	Proses berkelompok. Semua bahan dimasukkan ke dalam sebuah wadah dan kemudian dibiarkan sampai fermentasi selesai. Kumpulan bahan ini kemudian dikeluarkan dan sebuah reaksi baru dilangsungkan. Proses ini tidak efisien.	Proses aliran kontinyu. Aliran pereaksi dilewatkan secara terus menerus diatas sebuah katalis. Cara ini lebih efisien.
Laju reaksi	Sangat lambat.	Sangat cepat.
Kualitas produk	Menghasilkan ethanol yang sangat tidak murni dan memerlukan pengolahan lebih lanjut	Menghasilkan ethanol yang jauh lebih murni.
Kondisi-kondisi reaksi	Menggunakan suhu dan tekanan udara yang sedang.	Menggunakan suhu dan tekanan tinggi, sehingga memerlukan banyak input energi.
Penggunaan bahan baku	Menggunakan bahan baku yang terbaharukan dari material tanaman.	Menggunakan bahan baku terbatas dari minyak mentah.