TINJAUAN PUSTAKA
2.2 Mekanisme process Hidrogenasi
2.2.9 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Hidrogenasi
Hidrogenasi merupakan reaksi yang melibatkan 3 fase yang berbeda yakni minyak (cair), hidrogen (gas) dan katalis (padat). Reaksi terjadi pada permukaan katalis dimana minyak dan molekul gas hidrogen diserap kemudian terjadi kontak antara keduanya. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi proses hidrogenasi antara lain :
Suhu
Hidrogenasi berjalan lebih cepat seiring dengan kenaikan suhu operasi. Kenaikan suhu akan menurunkan kelarutan gas hidrogen dalam minyak namun meningkatkan kecepatan reaksinya. Oleh karena itu, kenaikan suhu akan meningkatkan selektivitas, pembentukan trans isomer dan kecepatan reaksi yang menghasilkan kurva SFC yang curam. Karena reaksi hidrogenasi merupakan reaksi eksotermis, maka penurunan 1 (satu) iodine value akan menaikkan suhu reaksi sebesar 1,6 oC hingga 1,7 oC. Kenaikan suhu ini akan mempercepat reaksi hingga dicapai titik optimum. Suhu optimum beragam untuk tiap produk, namun sebagian besar minyak mencapai titik optimumnya pada suhu maksimum 230 oC hingga 260o C.
Tekanan
Hidrogenasi edible fats dan oil dilakukan pada tekanan antara 0,8 hingga 4 atm. Pada tekanan rendah, gas hidrogen yang terlarut dalam minyak tidak
dapat menyelimuti permukaan katalis sedangkan pada tekanan tinggi, gas hidrogen telah siap untuk menjenuhkan ikatan rangkap minyak.
Agitasi atau pengadukan
Fungsi utama dari agitasi adalah untuk menyuplai hidrogen terlarut pada permukaan katalis, tapi massa reaksi tersebut harus pula diaduk agar terjadi distribusi panas ataupun pendinginan sebagai kontrol suhu dan distribusi suspensi katalis dalam minyak sebagai penyeragaman reaksi.
Konsentrasi katalis
Kecepatan reaksi hidrogenasi meningkat seiring dengan peningkatan jumlah katalis hingga suatu titik. Peningkatan kecepatan reaksi tersebut disebabkan oleh peningkatan permukaan aktif dari katalis. Titik maksimum tercapai karena pada kadar sangat tinggi, hidrogen tidak mampu terlarut cukup cepat untuk menyuplai jumlah katalis yang tinggi.
Jenis katalis
Katalis adalah suatu bahan kimia yang dapat meningkatkan laju suatu reaksi tanpa bahan tersebut menjadi ikut terpakai; dan setelah reaksi berakhir, bahan tersebut akan kembali ke bentuk awal tanpa terjadi perubahan kimia. Penggunaan katalis dapat menurunkan tingkat aktivasi energi yang dibutuhkan, membuat reaksi terjadi lebih cepat atau pada suhu yang lebih rendah.
Pemilihan katalis memiliki pengaruh yang cukup kuat terhadap kecepatan reaksi, selektivitas dan isomerisasi geometris. Jenis high-selectivity catalyst memungkinkan penggunanya untuk mengurangi asam linolenat tanpa menghasilkan asam stearat berlebih, sehingga diperoleh produk dengan oxidative stability yang baik dan bertitik leleh rendah. Contohnya, katalis copper-chromite telah digunakan dalam hidrogenasi selektif dari asam linolenat menjadi asam linoleat dalam minyak kedelai agar diperoleh produk flavor-stable salad oil.
Catalyst poison
Refined oil dan gas hidrogen dapat mengandung pengotor yang dapat meracuni atau memodifikasi katalis. Racun (poison) tersebut mengurangi konsentrasi katalis sehingga dapat mengubah selektivitas, isomerisasi dan
kecepatan reaksi. Gas hidrogen bisa mengandung gas CO, H2S atau amoniak sedangkan refined oil bisa mengandung sabun, senyawa sulfur, fosfatida, asam lemak bebas (FFA) ataupun senyawa lain yang dapat mengubah katalis. Pengotor sulfur misalnya, terutama mempengaruhi aktivitas yang mempercepat isomerisasi dengan menghambat kapasitas dari katalis nikel untuk menyerap dan memecah hidrogen. Fosfor dalam bentuk fosfatida dan sabun mempengaruhi selektivitas dengan menutup tempat masuk pada pori katalis yang mencegah keluarnya trigliserida dengan tingkat kejenuhan yang lebih tinggi. Moisture dan asam lemak bebas merupakan deactivator yang dapat mengurangi kecepatan reaksi hidrogenasi karena bereaksi secara kimia dengan katalis membentuk nickel soaps.
Katalis logam mulia.
Logam mulia seperti platinum, palladium, ruthenium, rhodium, Au, Ag, baik tunggal atau kombinasi merupakan jenis katalis yang banyak dipergunakan sebagai katalis. Keuntungan penggunaan katalis logam mulia karena memiliki tingkat aktivitas yang tinggi, selektifitas yang baik, dan daya tahan yang baik sehingga jangka waktu penggantiannya lama.
Platinum: merupakan katalis logam mulia yang paling banyak dipergunakan.
Katalis ini memiliki aktivitas yang tinggi dalam proses hidrogenasi, dehidrogenasi, oksidasi, dll.
Ruthenium: katalis ruthenium memiliki aktivitas yang tinggi dalam
hidrogenasi senyawa karbonil alifatik dan cincin aromatik pada kondisi medium tanpa reaksi sampingan.
Rhodium: merupakan katalis yang memiliki aktivitas tinggi dalam
hidrogenasi senyawa aromatik. Katalis ini menghidrogenasi banyak senyawa aromatik pada suhu ruang dan tekanan normal.
Iridium: meskipun katalis iridium memiliki aktivitas yang rendah dan aplikasi
yang terbatas mengingat kelangkaannya, katalis ini mulai mendapat perhatian karena sifat reaksinya yang unik.
Logam-logam lain seperti Sn, Pb, Ni, Co, Ge digunakan sebagai promotor. Logam-logam ini dilapisi berbagai carrier/pembawa seperti alumina, silica, zeolit dan karbon.
Bentuk Katalis. Selain tergantung pada bahan katalitik, bahan promotor dan
bahan pembawa (carrier), efektifitas fungsi katalitik juga ditentukan oleh bentuk dan ukuran katalis. Katalis dapat berbentuk pellet, granular, sarang lebah, atau serat agar memiliki kinerja yang optimum disesuaikan dengan tahapan proses produksi yang dijalani.
Sumber minyak
Selektivitas hidrogenasi bergantung pada jenis asam lemak tak jenuh yang tersedia dan jumlah asam lemak tak jenuh per trigliserida.
Dari variabel proses di atas, dapat dilihat bahwa kecepatan reaksi meningkat sejalan dengan peningkatan suhu, tekanan, agitasi dan konsentrasi katalis. Selektivitas meningkat seiring dengan peningkatan suhu dan berakibat sebaliknya seiring dengan kenaikan tekanan, agitasi dan katalis. Isomerisasi ikatan rangkap meningkat seiring kenaikan suhu tapi menurun dengan peningkatan tekanan, agitasi dan katalis. Trans isomer juga dapat terjadi akibat penggunaan kembali (deaktivasi) katalis atau sulfur-poisoned catalyst.
Reaktivitas kimia dari asam lemak tak jenuh ditentukan oleh posisi sebagaimana juga jumlah dari ikatan rangkap dalam molekul. Reaktivitas meningkat secara signifikan dengan peningkatan dalam jumlah ikatan rangkap, baik dalam bentuk conjugated (dipisahkan hanya oleh satu ikatan tunggal) atau methylene-interrupted (dipisahkan oleh suatu unit -CH2-). Jika suatu asam lemak memiliki 2 ikatan rangkap terisolasi (dipisahkan oleh 2 atau lebih methylene unit), reaktivitasnya hanya meningkat sedikit daripada asam lemak yang memiliki satu ikatan rangkap. Untuk proses hidrogenasi, dikenal minyak nabati yang biasanya digunakan dalam proses tersebut. Vegetable oil (minyak nabati) dapat dibagi dalam 3 kelompok, yaitu:
1. Saturated, seperti cocoa butter, minyak sawit
2. Oleic, seperti minyak zaitun, minyak kacang, canola oil, high-oleic sunflower
3. Linoleic, seperti minyak jagung, cottonseed oil, soybean oil, sunflower oil. (De Man, J.M and de Man ,L. (1994).