BAB III. PROSES PEMBENTUKAN LABS
3.2. Proses Pembentukan LABS
3.2.2. Produksi Linear Alkil Benzene Sulfonate (LABS)
LABS diproduksi dengan cara mereaksikan LAB dengan gugus fungsi SO3 dengan perbandingan 1:1. Beberapa sumber gugus fungsi SO3
diantaranya H2SO4, oleum, gas SO3, CISO3H, dan asam sulfamik. Skema dan mekanisme reaksi pembentukan LABS dari LAB ditunjukkan pada gambar berikut:
Gambar 3.8. Skema Pembentukan LABS dari LAB
(Sumber: Adami, Icilio. Production of Linear Alkylbenzene Sulfonate and α-Olefin Sulfonate.)
Mekanisme reaksi pembentukan LABS merupakan reaksi substitusi elektrofilik:
Gambar 3.9. Mekanisme Reaksi LAB-SO3
Reaksi antara SO3 dan LAB adalah reaksi substitusi elektrofilik orde kedua. Spesifikasi dari LAB yang diperlukan untuk produksi LAS dengan sulfonasi adalah beberapa karateristik penting seperti:
Berat molekul/distribusi rantai molekul C (membutuhkan pengaturan yang benar dari kondisi sulfonasi )
Sulfonabilitas (untuk memastikan konversi tertinggi LAB ke LAS dan meminimalkan produk samping dan kehadiran materi yang tidak tersulfonasi dalam produk LAS)
Indeks Bromin (nilai yang rendah menunjukkan ketidakjenuhan yang rendah dalam rantai alkil dan masing-masing warna cahaya dari produk LAS, yang melibatkan kesempurnaan hasil sulfonasi dalam kondisi sejuk) Kandungan 2-Phenyl isomer (nilai yang tinggi memastikan kelarutan
yang tinggi dalam air dan viskositas tinggi dari LAS)
Kandungan DAT (nilai rendah berarti kemurnian lebih tinggi, kinerja yang lebih baik, dan biodegradasi lebih tinggi dari produk LAS)
Ketika mensulfonasi LAB akan dihasilkan juga produk samping. Selain itu, produk samping pembentukan LAB seperti branced alkylate, DAT, dan difenil alkilat juga mengalami reaksi sulfonasi, meskipun dengan kecepatan reaksi yang berbeda-beda. Kontrol dari reaksi adalah titik kunci untuk memastikan produksi LAS memiliki kualitas terbaik. Oleh karena itu, kondisi operasi tertentu harus dipenuhi untuk meminimalkan reaksi samping yang akan mempengaruhi hasil konversi dan kualitas produk.
Gambar 3.10. Reaksi Sulfonasi dari Produk Samping LAB
Hasil konversi dan kualitas produk juga dapat dipengaruhi oleh karakteristik utama dari olahan bahan baku LAB.
Tabel 5. Spesifikasi LAB vs Karakteristik LAS
Deskripsi Proses Pembuatan LABS
Proses pembuatan LABS terdiri dari beberapa tahap yaitu: 1) Proses sulfonasi
Alkylbenzene dan oleum yang sebelumnya dipanaskan dalam heater hingga mencapai suhu 46oC dipompakan ke tangki sulfonator. Selanjutnya Alkylbenzene dan oleum yang berada di dalam tangki sulfonator dicampur secara perlahan-lahan. Sulfonator beroperasi pada suhu 46oC dan tekanan 1 atm (14,7 psia), waktu tinggal dalam sulfonator adalah 4 jam dengan konversi 98%. Reaksi yang terjadi adalah reaksi eksotermis.
C12H25C6H5 + SO3 + H2SO4 → C12H25C6H4SO3H + H2SO4
LAB Oleum 20% LABS Asam Sulfat 2) Proses Pemisahan
Campuran dari sulfonator selanjutnya dicampur dengan air di dalam mixer untuk mencegah reaksi samping. Campuran larutan LABS, H2SO4, dan LAB yang tidak bereaksi dan benzene dipisahkan dalam dekanter berdasarkan berat jenis (densitas). LABS yang memiliki densitas lebih kecil dari pada asam sulfat akan terpisah sebagai lapisan atas dan asam sulfat sebagai lapisan bawah. Selain
berdasarkan perbedaan densitas, pemisahan asam sulfat dan LABS pada dekanter terjadi karena kedua larutan ini tidak saling larut.
3) Proses Netralisasi
LABS dinetralisasi menggunakan larutan NaOH 20% di dalam tanki netralizer. Netralizer beroperasi pada temperatur 55oC dan tekanan 1 atm dengan konversi 99%. Reaksi yang terjadi adalah reaksi eksotermis sehingga diperlukan jaket pendingin, dimana reaksinya sebagai berikut:
C12H25C6H4SO3H + NaOH → C12H25C6H4SO3Na + H2O LABS Natrium Alkylbenzene Sulfonate Hasil dari netralizer berupa natrium alkylbenzene sulfonate berbentuk slurry. 4) Proses Pengeringan
Pada proses pengeringan, slurry yang berasal dari tangki netralizer dipompakan kedalam spray dryer. Kemudian slurry di kontakkan dengan udara panas yang berasal dari furnace pada temperatur 300oC, dimana pengeringan berlangsung dengan cepat dan menghasilkan produk berbentuk powder. Powder dari spray dryer terdiri dari 96% bahan aktif surfaktan (natrium alkylbenzene sulfonate), natrium sulfonate inert, dan sedikit air.
Agen Sulfonasi dalam Pembentukan LABS
Seperti telah dijelaskan sebelumnya, terdapat beberapa jenis agen sulfonasi yang dapat digunakan untuk memproduksi LABS, seperti oleum, H2SO4, gas SO3, CISO3H, dan asam sulfamik. 2 jenis agen sulfonasi yang paling sering digunakan yaitu oleum dan H2SO4. Perbedaan penggunaan oleum dan H2SO4 sebagai agen sulfonasi yaitu:
Tabel 3.7. Perbandingan Oleum dan H2SO4 sebagai Sulfonating Agent
Oleum H2SO4
Laju reaksi menggunakan Oleum lebih cepat dibandingkan daripada menggunakan asam sulfat
Laju reaksi lebih lambat
Konversi 98% Konversi 90%
Produk samping lebih sedikit
Produk samping lebih banyak
Oleum yang digunakan adalah 1 bagian dalam reaksi
Asam sulfat yang digunakan 1,5 kali lebih
banyak dibandingkan oleum
Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa proses sulfonasi dengan menggunakan oleum memiliki lebih banyak keuntungan daripada menggunakan asam sulfat.
Pembentukan LABS dengan Oleum dan SO3 Sebagai Sulfonating Agent
Gambar 3.11. Block Flow Diagram Pembentukan LABS dengan Oleum Sebagai Sulfonating
Agent
(Sumber: Adami, Icilio. Production of Linear Alkylbenzene Sulfonate and α-Olefin Sulfonate)
Deskripsi proses pembentukan LABS dengan oleum sebagai sulfonating agent yaitu:
Ketika sulfonating agent yang digunakan adalah oleum, LAB yang digunakan yaitu LAB fasa liquid homogen
Untuk mencapai reaksi LAB dan oleum yang sempurna maka membutuhkan waktu “digestion”.
Setelah “digestion”, terjadi proses pelarutan menggunakan H2O untuk memisahkan SO2/SO3 (spent acid).
Sementara itu, proses blok diagram dari sulfonasi berbasis SO3 menunjukkan ketiadaan dari limbah cair dan didasarkan pada reaksi stoikiometri dari SO3 dan bahan baku organik. Sulfonasi SO3 tidak melibatkan pembentukan air sebagai by-product, dengan konsekuensi penggunaan seluruh SO3 untuk reaksi utama. Setelah sulfonasi, langkah aging dan stabilizing diperlukan untuk memungkinkan "Penataan ulang" dari sulfoanhydrides langsung ke asam sulfonat sehingga memaksimalkan konversi bahan baku ke dalam sulfonat akhir dalam waktu yang singkat.
Gas SO3 langsung dihasilkan dari pembakaran unsur sulfur dan selanjutnya SO2 dioksidasi dalam proses sulfonasi. Kontrol atas reaksi LAB-SO3 benar-benar tergantung pada pendekatan desain untuk reaktor di mana dua reaktan dikontakkan, sehingga reaktor sulfonasi merupakan inti dari pabrik sulfonasi dan konsepnya harus didasarkan pada pengetahuan tentang apa yang sebenarnya terjadi ketika LAB dan SO3 gas bereaksi.
Reaktor sulfonasi telah diadopsi dalam sejumlah besar pabrik dan dianggap sebagai "state-of-the-art" reaktor sampai pertengahan 1970-an, ketika reaktor baru berdasarkan prinsip film jatuh diperkenalkan. Dalam reaktor jenis ini, kombinasi reaksi eksotermis LAB-SO3 (40,6 kkal/mol) dan peningkatan seketika dalam viskositas bahan organik dalam sulfonasi menunjukkan bahwa kontrol temperatur reaksi dalam fase organik adalah target yang paling sulit dikendalikan dari reaktor.
Gambar 3.12. Unit Produksi SO3
Dalam reaktor film jatuh, panas reaksi yang berubah dapat dikontrol dan diseimbangkan dengan mengencerkan SO3 dengan udara kering sehingga mengurangi tekanan parsial dan mengalir ke interface gas-cair. Hal ini penting untuk laju reaksi yang dikendalikan oleh transportasi SO3 melalui fasa gas dan distribusi reaktan dalam tabung reaktor juga penting untuk menyelesaikan kontrol atas termodinamika reaksi.
Sebuah contoh dari sebuah reaktor film jatuh (Ballestra multitube reactor type film) ditunjukkan pada Gambar3.13.
Gambar 3.13. Reaktor Sulfonasi Film-Jatuh
Gambar 3.14. Unit Sulfonasi
Dalam jenis reaktor ini, kombinasi efisiensi pendinginan, geometri tabung reaksi, dan distribusi reaktan memungkinkan untuk mencapai penyerapan yang
lengkap untuk mengkonversi LAB ke LAS. Pada gambar dibawah ini, ditunjukkan perubahan suhu versus kelengkapan reaksi sepanjang reaktor.
Gambar 3.15.Produksi LAS dari produksi SO3– konversi reaksi dalam reaktor film multitube
Pada plant skala komersial berdasarkan reaktor film multitube, parameter operasi yang biasanya dipakai adalah:
Netralisasi asam di LAS dapat dilakukan dengan menggunakan unit proses yang didasarkan pada prinsip loop paksa, di mana reaktan terus ditambahkan dan panas reaksi segera disebar di saat produk ternetralisasi saat recycling. Gambar dibawah ini menunjukkan skema dari netralisasi LAS. Reaksi netralisasi bersifat eksotermik (~ 25 kkal / mol).
Secara komersial, kehadiran LAS dalam bentuk larutan air garam natrium digantikan oleh asam sulfonat karena penanganan yang mudah dan digunakan dalam proses produksi deterjen dimana asam LAS bisa langsung dinetralisir.
Gambar 3.16. Unit Netralisasi LAS