Katalis Perancangan Proses Produksi Vanillin

Isoeugenol Vanilin Gambar 4 Oksidasi isoeugenol menjadi vanilin Jenis oksidator yang telah diketahui dapat digunakan dalam oksidasi isoeugenol menjadi vanilin diantaranya nitrobenzen Sastrohamidjojo, 2002, KMnO 4 dengan katalis 18-crown eter-6 Setiyatno, 1991, dan H 2 O 2 dengan katalis methyltrioxorhenium MTO Herrmann et al., 2000. Menurut Sastrohamidjojo 2002, oksidasi menggunakan oksidator nitrobenzen pada suhu 130 o C selama 3 jam dapat menghasilkan vanilin sebanyak 53,8 pada pemanasan dengan cara konvensional. Pada pemanasan dengan gelombang mikro vanilin yang dihasilkan sebanyak 86,10 Suwarso, 2005 . Rendemen vanilin yang dihasilkan pada oksidasi dengan KMnO 4 dan katalis 18-crown eter-6 lebih rendah dibandingkan dengan nitrobenzen, yaitu sebesar 22.9. Menurut Cisadesi 2007, pada sintesis vanilin dengan nisbah penggunaan oksidator nitrobensen maupun KOH terhadap isoeugenol pada jumlah yang sangat sedikit, tidak dapat menghasilkan rendemen maupun kemurnian produk vanilin yang tinggi. Herrmann et al., 2000, telah melakukan oksidasi isoeugenol menjadi vanilin dengan oksidator H 2 O 2 dan katalis methyltrioxorhenium MTO. Rendemen vanilin yang dihasilkan cukup tinggi 64-75. Metode ini menggunakan suhu reaksi yang lebih rendah 60 o C dan waktu reaksi yang lebih singkat 2 jam, namun masalah utamanya yaitu ketersediaan katalis MTO dan harganya yang tinggi.

E. Katalis

Katalis adalah suatu senyawa kimia yang mampu menyebabkan suatu reaksi lebih cepat mencapai kesetimbangannya tanpa terlibat langsung secara OCH 3 OH O Oksidator Panas OCH 3 OH permanen dalam reaksi Keenan, 1992. Fungsi katalis adalah untuk menurunkan energi suatu reaksi sehingga laju reaksi dapat meningkat. Secara garis besar, katalis dikelompokkan menjadi tiga jenis: katalis homogen, katalis heterogen, dan katalis enzim. Katalis homogen adalah katalis yang mempunyai fasa yang sama dengan substrat atau interaksi antara substrat dan katalis berada pada fasa yang sama. Katalis heterogen adalah katalis yang yang mempunyai fasa yang berbeda dengan substrat atau interaksi antara substrat dan katalis berada pada fasa yang berbeda. Sedangkan katalis enzim merupakan molekul protein dengan ukuran koloid, memiliki fasa yang berada di antara katalis homogen dan heterogen chem-is-try.org, 2006. Katalis RhCl 3 .3H 2 O merupakan katalis dari logam transisi yang sering digunakan dalam proses reaksi sintesis senyawa kimia. RhCl 3 .3H 2 O mempunyai berat molekul 293.28, berwarna merah tua dengan bentuk kristal, bersifat higroskopis. RhCl 3 .3H 2 O dihasilkan dari reaksi HCl terhadap Rhodium III Oxida Swan et al., 1974. Reaksi isomerisasi yang dikatalisis oleh logam terdiri atas dua mekanisme Chiu, 2002, yaitu: 1 mekanisme eliminasi-adisi hidrida logam, dimana mekanisme ini memerlukan hidrogen eksternal Gambar 5 dan 2 mekanisme π-allyl kompleks atau pergeseran atom hydrogen 1,3 Gambar 6. Menurut Sharma et al. 2006, kunci dari mekanisme π-allyl kompleks yaitu pengaktifan –C-H pada posisi β yang merupakan tahap yang melibatkan penyusunan tiga atom karbon pada ikatan π terhadap logam. Gambar 5. Mekanisme eliminasi-adisi hidrida logam Gambar 6 Mekanisme π-allyl kompleks α γ β

F. Perancangan Proses Produksi Vanillin

Perancangan merupakan proses kreatif dan berdisiplin untuk memecahkan masalah yang mencakup pendefinisian dan penyelesaian masalah dengan mengunakan prinsip metode ilmiah dan seni, imformasi teknis dan imajinasi menentukan struktur, mesin, proses atau sistem baru yang memenuhi fungsi yang diinginkan dengan nilai ekonomis dan efisiensi tinggi Johnston et al. 2000. Proses perancangan pada intinya merupakan kegiatan yang berurutan secara sistematis dan terpadu dalam bentuk sintesis yaitu bagaimana suatu masalah yang sulit dan komplek diurai menjadi beberapa masalah yang lebih mudah kemudian dilanjutkan dengan menggabungkan dari masing-masing pemecahannya menjadi pemecahan masalah aslinya Johnston et al. 2000. Skema proses perancangan menurut Roy dan Cross dalam Johnston et al. 2000 disajikan pada Gambar 7 berikut. Gambar 7 Model proses perancangan Roy and Cross 1983 diacu dalam Johnston et al. 2000 Invensi Sketsa modelpola Pengembangan percobaan Spesifikasi dan disain prototip Pengembangan manufacturing Rancangan produk dan peralatan Produksi Pematangan Penurunan penggantian Pengembangan bertahap Inovasi tambahan dan pengembangan rancangan Engineering design Pemasaran Inovasi Science Sumber ide: • Kreativitas individutim • Penelitian pasar • Masukan konsumen • Produk pesaing • Komponenmaterial baru • Penelitian dasar • Masalah yang harus diselesaikan • Tantangan • Kemampuan teknologi, pengetahuan, material termasuk ketrampilan Engineering science Dua teknik dasar dalam sintesis proses adalah teknik heuristik dan algoritma. Teknik algoritma adalah analisis sederhana untuk menganalisis masalah komplek dengan cara pengamatan susunan terstruktur, sedangkan teknik heuristik adalah teknik pemilihan proses berdasarkan logika dan informasi dasar Rudd dan Watson 1973. Sintesis proses secara heuristic merupakan pengambilan keputusan berdasarkan teori dan penyelesaian yang dapat dipercaya: rule of thumb , spekulasi, dan subyektif Seider at al. 1999. Teknik heuristik dalam sintesis proses adalah proses penjabaran sejumlah langkah praktis untuk mencapai tujuan kegiatan. Beberapa teknik heuristic dalam sintesis proses dikembangkan oleh Rudd dan Watson 1973, Douglas 1988 dan Sieder et al. 1999. Sintesis proses menurut Rudd dan Watson 1973 meliputi: 1 pemilihan jalur reaksi proses, 2 alokasi bahan atau pereaksi, 3 pertimbangan teknik pemisahan atau proses hilir, 4 pemilihan operasi pemisahan dan, 5 integrasi atau pemaduan rancangan satu sampai empat. Sedangkan menurut Douglas 1988 sintesis proses meliputi: 1 teknik reaksi proses, 2 analisis input-output, 3 pengalokasian output dan, 4 operasi pemisahan dan jaringan penukar panas. Sintesis proses menurut Seider at al . 1999 meliputi: penghilanganmemperkecil perbedaan, 2 distribusi bahan, 3 teknik pemisahan, 4 eliminasi dan, 5 integrasi. Perancangan proses yang bersifat interaktif juga dikembangkan oleh Sinnot 1999 seperti disajikan pada Gambar 8. Tahapan penting dalam perancangan tersebut meliputi pengumpulan data, sifat fisika, metode, seleksi dan evaluasi proses. Perancangan proses melalui analisis sistem proses disampaikan oleh hartmann dan kaplick 1990 seperti ditunjukkan Gambar 9. Gambar 8 Model proses perancangan interaktif Sinnot 1999 Gambar 9 Perancangan proses melalui tahapan analisis sistem proses Hartman and Kaplick 1990 Perancangan proses dilakukan karena adanya peluang untuk menghasilkan produk yang menguntungkan dan memuaskan serta adanya permasalahan langsung dari masyarakat Sieder at al. 1999. Permasalahan dirumuskan secara Rancangan akhir Tujuan Spesifikasi rancangan Pengumpulan data, sifat fisika, Generalisasi dari perekaan rancangan yang mungkin Seleksi dan evaluasi Optimasi Sintesis Perancangan sistem AnalisisModeling dan Simulasi Optimasi dan Evaluasi Multiobjective Apakah properties sistem tercapai Rancangan proses akhir ya tidak Sistem yang ada Tujuan spesifikasi kebutuhan spesifik berdasarkan informasi dari survei literature. Informasi yang dimaksud berkaitan dengan bahan baku, skala proses, permintaan pasar, harga jual produk dan lain-lain. Invensi dalam perancangan proses dimulai dengan membuat pernyataan masalah sederhana statemen problem primitive, kemudian dilanjutkan pembentukan tim perancang, pengumpulan informasi, kreasi proses untuk menyelesaikan masalah spesifik. Kreasi proses dilakukan setelah permasalahan dirumuskan dan survei literature dilaksanakan Gambar 10. Kreasi proses dilaksanakan melalui pengumpulan data sifat-sifat termofisika bahan kimia dan percobaan laboratorium. Kegiatan terpenting dari kreasi proses adalah sintesis yang terdiri atas eliminasi perbedaan tipe molekul, pencampuran, pemisahan, eliminasi perbedaan suhu, tekanan dan fase serta integrasi proses Sieder at al. 1999. Kreasi proses diakhiri dengan analisis keuntungan kasar. Proses dihentikan ketika harga produk melebihi harga bahan baku. Gambar 10 Tahap perancangan proses kimia Seider et al. 1999 Peluang Opportunity Menganalisis permasalahan Survei literatur Kreasi proses Process creation Sintesis proses awal: reaksi, separasi, perubahan operasi, integrasi tugas, seleksi peralatan Sintesis separasi Analisi hulumaturan Penilaian pengendalian: Sintesis struktur pengendalian, Analisis pengendalian, Simulasi dinamik Penilaian start up: Peralatan tambahan Simulasi dinamik • Analisis keamanan dan uji ketahanan • Pengetesan pilot plant Integrasi panas dan daya Konstruksi Startup Operasi Rancangan rinci: Kondisi optimum proses, ukuran alat etimasi biaya modal Laporan perancangan Rancangan akhir: gambar peralatan, diagram perpipaan, diagram instrumentasi, tata letak skala model knstruksi Kreasi satabase awal Preliminary Database Creation Percobaan Pengembangan proses berdasarkan kasus Proses rinci Sintesis – Metode Algoritma Menciptakan flowsheet proses Integrasi proses Create a detailed database Pengetesan Pilot plant Modifikasi flowsheet Simulasi model Apakah ada keuntungan kasar ? ? tolak tidak ya tidak Apakah proses menjanjikan? ya tolak ya Apakah proses layak ? tidak Pengembangan proses dilakukan terhadap proses yang memberikan keuntungan. Tim perancang membuat membuat diagram alir proses yang rinci disertai dengan neraca massa, neraca energi dan daftar peralatan. Inti dari perancangan proses adalah menemukan pilihan-pilihan proses yang layak untuk dikembangkan sehingga pemilihan proses merupakan titik awal yang cukup menentukan Suryani dan Mangunwidjaja 2002. Perancangan proses berhubungan erat dengan kegiatan sintesis yang marupakan kegiatan yangberurutan dan terpadu. Dalam sintesis dilakukan pemilihan proses dengan mengikuti kaidah umum seperti mempertimbangkan biaya rendah, aman, memenuhi persyaratan lingkungan dan mudah mengoperasikannya.

G. Analisis Finansial