PPBL 24 Sept 2024
Pertemuan ke 7 terakhir prof SArto
Green Chemistry:
Perancangan produk dan proses kimia yang menghilangkan atau menurunkan penggunaan dan pembentukan B3, ada pilihan batasan;
Produk bahan kimia dapat dibuat menggunakan sejumlah jalur sintesis.
Perancang proses kimia harus memilih dari bahan baku, pelarut, langkah reaksi, dan kondisi opereasi, dan pilihan perancangan ini dapat mempunyai dampak yang berarti pada kinerja lingkungan suatu proses kimia secara keseluruhan
Bahan baku sering batasan, berupaya memilih hal tersebut, dan pelarut dan langkah reaksi dan konidisi operasi
badan bappedal, dan menyatu dgan kemenLHK jadi DLHK kabupaten kantor eselon 3 semua skrg DInas, kepala eselon 2.
12 Prinsip Green Chemistry dari EPA:
1. Cegah limbah: merancang sintesis kimia untuk mencegah limbah, tidak ada limbah yang harus diolah atau dibuang.
2. Rancang bahan kimia dan produk yang lebih aman: merancang produk kimia seefektif mungkin, tidak beracun atau mempunyai sifat racun yang kecil.
3. Rancang sintesis kimia yang tidak berbahaya: merancang sintesis untuk menggunakan dan menghasilkan senyawa-senyawa yang ukan B3 atau dengan tingkat bahaya/racun rendah.
Limbah dari pengertian beberapa alat potensi BOCOR bahkan emisi ada fumitif dari sana bahan kimia yang lebih aman, ditekankan B3 bahan beracun, bahan kimia yang berbhaya, tekankan sisi
toksistitasnya, mencegah kecil B3, ditekankan beracun nya. Kimia terekspos bahan kimia, apa masalahnya, yang bahan kimia buatan dan bahan kimia beracun
4. Gunakan bahan baku terbarukan: pilih bahan baku terbarukan, yg biasanya berasal dari produk pertanian atau limbah dari proses lain; bukan berasal dari bahan bakar fosil (gas bumi, minyak bumi, batubara) atau bahan tambang
5. Gunakan katalisator, bukan reaktan stoikiometrik : meminimalkan limbah dengan
menggunakan reaksi katalitik. Katalisator digunakan dalam jumlah sedikit dan dapat digunakan berulang.
6. Hindari turunan kimia: Cegah jika mungkin blocking atau protecting groups atau setiap modifikasi sementara. Turunan biasanya menggunakan reagen tambahan dan menghasilkan limbah.
Rancangan system kimia yang tidk berbahaya dari sintesis nya, keduanya berbahaya dan racunnya maka gunakan bahan baku terbarukan, maka reaktan yang stoikiometrik dan meminimal limbah dengan reaksi katalitik,
RSCC radiator beberap kilang bahan bahn yang berat molekul yang besar, seperti sludege, crude oil itu slidge diminimalkan B3 fraksi yang lebih ringan, degan kilang yang baru di beberapa tempat, RRCC di cilacap, RRCC kilang dengan
Case: balikpan sudah RCC izin chemical penggunaannya,
kalau turunan kimia menggunakan bahan kimia reaksi samping, grup grup yang aktif, tidak terjadi reaksi, mengarahkan bentuk produk pertama, tingkatkan reaksifitas, mengarahkan ke produk kita inginkan selektabilitas tinggi
7. Maksimumkan ekonomi atom: Rancang sintesis sehingga produk akhir mengandung proporsi maksimum bahan-bahan awal. Dengan demikian akan ada sedikit limbah atau bahkan tidak ada limbah sama sekali
8. Gunakan pelarut dan kondisi operasi yang lebih aman: cegah penggunaan pelarut, agen pemisah, atau bahan pembantu lain. Jika bahan ini diperlukan, gunakan bahan kimia tidak bebahaya
9. Tingkatkan efficiensi energi: jalankan reaksi kimia pada suhu dan tekanan lingkungan jika mungkin.
Maksimalkan ekonomi atom terjadi pada proses reaksi kimia, neraca yang mantap itu Atom, kalau neraca massa, kalau pakai Atom, atom nya itu bukan senyawa dari satu senyawa kmia lain, gunakan pelarut dan kondisi operasi pakai separated agent yang bahan pembantu lain, bahan kimia yang tidak berbahaya, industry dengan bahan pembantu yang lebih fleksibel, pemasok bahan bahan pembantu mengembangkan satu produk yang lebih ramah lingkungan, pebghambat kolusi di colling water, menggunakan kormat (crome)
Case gantikan kroma bahan non basis krom, dan sekarang banyak apa, tingkatkan efisiensi reaksi kimia jika mungkin, untuk tingkatkan efisiensi energi, kecilkan bahan yang tidak diinginkan dan kompleks, dan parallel seperti seri, gunakan suhu dan tekanan, jenis reactor yang berbeda, efisiensi berbeda, dan tingkatkan efisiensi energi, atau unit equation, dan unit industry, degradasi, setelah digunakan, terdegradasi dan tidak terakumulasi di lingkungan, bahan kimia lingkungan,
10. Rancang bahan kimia dan produk untuk didegadasi setelah digunakan: Rancang produk kimia setelah penggunaan terdegradasi menjadi senyawa yang tidak berbahaya sehingga bahan tsb tidak terakumulasi di lingkungan.
11. Analsa secara terus menerus untuk mencegah pencemaran: termasuk pemantauan dan pengendalian selama proses secara real-time selama sintesis untuk meminimasi/mencegah terbentuknya produk samping
12. Minimasi munculnya kecelakaan: Rancang bahan kimia dan bentuknya (padat, cair, atau gas) untuk meminimalisir kemungkinan kecelakaan kimia termasuk peledakan, kebakaran, dan kebocoran ke lingkungan
Yang degradasi nomor 10 ada secara real time minimi muncul produk samping, sumber buangan, kontinyu dominan perlu pantau secara real time, beberapa sumber perlu Watering System (Continous Monitoring System) nomor 12 rancang kimia bentuk cair padat, bahan bahan B3 punya sifat mudah meledak dan terbakar dan reaktif, munculnya kecelakaan, aktif bermanfaat aktif artinya bisa bereaksi dengan banyak Hal. Kadang2 butuh bahan peledak bahan terbakar. Jumlah potensi bahaya, dikelola sedemikian rupa, hal hal yang berbahaya perlu manajemen cegah terekpresi bahaya itu. Sehingga muncul reaksi kimia ideal dengan kriteria sederhana….
Case: soal yang degradasi lingkungan, kemampuan sungai membersihkan diri, Self purification, terkait bahann kimia terdegradasi di sungai, ada bahan konservatif, tidak berubah dilingkungan, dan berubah lingkungan, reaksi kimia maupun rekasi non kimia,
Reaksi Kimia Ideal
Sederhana; the duty of simplicity (buku renata) simple is good
Selamat; reaksi yang tidak tunggal, yang efisien dari bahan terbarukan dan dapat di daur ulang.
Selektifitas dan perolehan tinggi Effisiensi energi
Menggunakan bahan baku dan reagen dari bahan terbarukan dan dapat didaur-ulang\
Merancang Pembuatan bahan kimia termasuk pemilihan:
Bahan baku Pelarut Katalisator
Bahan pembantu lain Rute proses reaksi Kondisi operasi
Satuan operasi & Satuan Proses
=Bahan Bakar bervariasi, bahan yang ditargetkan tetapan pemerintah dan bahan baku terbaharukan , dan pelarut yang ramah lingkungan dan katalisator, support reaksinya, dan butuh yang berbeda, dan bentuk cincin , unit satuan operasi satu peralatan satuan proses satu equipment yang bkerja dengan reaksi kimia, dan dll
Pemilihan Bahan Baku (Umpan) Feedstock Selection Kriteria :
• Daya tahan terhadap lingkungan
• Kecenderungan bioakumulasi
• Ekotosisitas
• Tokisitas terhadap manusia
• Kelangkaan (Scarcity)
• Terbarukan atau tak terbarukan
• Dampak lingkungan selama pembuatan atau ektrasi bahan baku
Sekarang bahan digunakna dan berubah menjadi yang lain, bahan toksis, sida sida bahan senyawa yang bahan tidak tahan kondisi lingkungan, disemprotkan targetnya maka berubah menjadi bahan yang tidak berbahaya,
Case; plastic bahan ideal, kuat ringan fleksibel dana wet, keawetannya menjadi masalah padahal awet di lingkungan, bahan yang cenderung bioakumulasi seperti apa, yang istilahnya hidrofob dan hidrofili, suka dengan air. Menempel dijaringan hidup dan bertahan lama disana, bioakumulasi sering dihindari dan dampak tingkat perubahan DNA. Daripada toksisitas daripada ekotoksisitas.
Sisi kelangakaan; sesuatu yang langka (scarcity);
Case; sisi limbah dan pembahas yang menyarankan sebut limbah, jadi bahan baku, perubahan status, berubah; sesuatu limbah dan produk disebutnya. Pertentangan dan sebutan status ada; yang netral sebutan limbah. NPO non produk output yang belum output.
Illustrasi: Pembuatan Asan Adipat Tradisional (Benzene: carcinogenic, TLV = 0,5 ppm.)
Masukin ke rekator oksidasi dan tekanan dan 120-140psi dan katalisator, siklo heksanol, asam salisilat katalisator Cu, tidak ada informasi suhu berapa. Penyebab kanker TLP batasnya, menggunakan bahan baku glukosa.
Alternatif Rute Pembuatan Asam adipat (D-glucose : renewable)
Pada asam adipat yang renew, 3 d siklo, asam fonik, masuk reactor dan katalisator dan menjadi sama adipat, reactor kimia dan hidrogenasi, dan katalisator platinum dan tekanan operasi, renewable, dan tidak beracun, kebanyakan glukosa dan jangan banyak (manis2), yang lain pembuatan akhir.
Rute Tradisional untuk Disodium Iminodiacetate
Hydrogen cyanide: sangat beracun, TLV = 10 ppm. Pembuatan reaksi antarnya dan menggunalan strecker process.
Route Alternatif untuk Disodium Iminodiacetate
Katalisator disodium iminodiacetate dari HCN dan reaksi 2 langkah dan DHE, dan satu reactor jadi satu produk, tidak berbahaya, dan selektivitas, reagen yang slektif dan hasil limbah.
Kriteria Pemilihan Bahan Baku yg diinginkan:
Tidak Berbahaya (Innocuous,harmless) Menimbulkan limbah lebih sedikit
Selektif: reagen/reaktin lebih selektif, kurang menghasilkan limbah
Efisien: lebih banyak bagian atau atom reaktan yang langsung menjadi produk akhir (atom economy).
Biasanya dinyatakan sebagai efisiensi reaksi (yield, conversion etc.), yang kurang memadai.
=ada reaksi yang tidak berbahaya (innocuous, harmless) dan yield jenis reaksi itu tergangtung Fakta Tentang Pelarut
produsi 25 pelarut yang biasa digunakan pada tahun 1991: 26 juta ton/tahun
5 dari 10 buangan bahan kimia terbesar adalah pelarut (metanol, toluen, xylen, methyl ethyl ketone &
dichloromethane)
27 % bahan kimia terdaftar dalam TRI (Toxic Release Inventory) adalah pelarut.
1990 26 juta ton pelarut, 505 nya pelarut (etanol toluene xylen dicloro methane, 27% terdapat di TRI.
Kriteria Pelarut yg lebih disukai Kurang Berbahaya
Tidak mempunyai dampak pada kesehatan manusia baik langsung maupun tidak langsung
Ramah lingkungan (tidak seperti: CFC’s, VOC) secara lokal (seperti VOC volatile organic compound) maupun global (seperti CFC)
Gunakan Supercritical CO2
Pengambilan (ekstraksi) kafein dalam kopi menggunakan SCF (supercritical fluid) CO2 sebagai ganti pelarut VOC seperti methylene chloride
Kadang kala SCF CO2 dikombinasikan dengan agen co-solvent atau pengilmulsi untuk meningkatkan kelarutan beberapa molekul organik besar dalam SCF
= kafein dalam kopi dan pengganti pelarut degan etilen chloride, kondisi kritis seperti cair, mampu melarutkan lebih banyak dan pelarut biasa, pemisahan lebih sederhana, diatas 80 bar. Memisahkan diturunkan tekanan bar, bahan diambil akan berada pada fase paling banter cair, dan CO2, kembali menjadi gas, ada 4 tahun lalu, bahan aktif diambil di
Case; limbah buah naga; dan harga tinggi , operasikan super critical tekanan sebatas 70% maka CO2 di timbang padat dan vessel jumlah dihitung dengan Pv = nRT, PV tinggal nentukan n berapa. Dengan P yang diinginkan.
Tekanan yang tidak terlarut tinggi , SCF 2 yang organic, hidrogenasi, reaksi katalitik, dan KR Contoh Kasus: Penggunaan SCF CO2 sebagai pelarut untuk sintesis organic.
Larutan dari air sebagai pelarut Gunakan Air sebagai Pelarut
Air adalah suatu pelarut yang aman, banyak tersedia dan murah, serta sering juga terbarukan.
Banyak senyawa organik tidak larut dalam air
Penggunaan co-solvent, emulsifier atau surfaktan meningkatkan kemampuan air sebagai pelarut untuk banyak sintesis organik seperti polimerisasi
Banyak polimerisasi dijalankan dalam bentuk emulsi atau micelles polymerization dengan bantuan surfaktan dalam air.
-Air ketemu dan pelarut yang baik universal dan baik bisa bergabung warna.
Contoh Kasus: Air sebagai pelarut untuk sisntesis organik
ORGANIK ITU HIDROFOBIK, tambahkan yang hidrofob juga
emulsi
Gunakan Immobilized Solvent
Pelaut berbahaya volatil dapat ditambat/diikat (immobilized) ke dalam immobile stable polymer. Contoh : immobilisasi tetrahydrofuran (THF) ke dalam derivat styrene.
Case; cat genteng dari pada air lebih suka lekat, maka kalau dinging padahal Air, itu lengket maka yang lebih lengket, air ketika cat suka air, padahal kalau genteng cat suka genteng, pelapukan maka itu pelarut yang lisis karena fotolitik dan mudah larut.
Immobile itu stabil, dan pelarut yang langkah kimia.
Pilih Langkah Sintesis untuk Mengurangi Limbah.
Memerlukan suatu pengetahuan mekanisme (kerja) kimia.
Analisis semi kuantitatif kadang-kadang membantu kita untuk memahami pengaruh rute-rute reaksi terhadap Kinerja Lingkungan suatu sistem proses.
Reaksi kimia semi kuantitatif itu banyak kualitatif dan terbatas dan kecenderungan seakan seperti apa, reaksi kenalkan reaksi a+b itu adisi, semua jadi produk dan menjadi A+b.
Bandingkan: contoh A + B AB (Addisi)
AB + C AC + B (substitusi) AB A + B (Eliminasi)
Secara teori, adisi menghasilkan sedikit limbah ketika semua reaktan digabung dalam produk. Reaksi substitusi dan eliminasi selalu menghasilkan limbah.
Bagaimana kenyataannya ?? itu misalnya A bentuk B dan B bisa menjadi sisa, dan B kembali menjadi bahan baku, kebetulan A2 konversi terbatas , reaksi isotermis, seimbangan konversi berbedea, dan yang berlebih, maka A itu akan habis dan B masih sisa, dan produk a sama dengan b dikembalika, missal subtitusi, b ditukar dengan C, B itu produk samping, yang dimanfaatkan dan jadi limbah tadi status disematkan dan NPO (non produk) AB jadi a + b itu eliminasi pada kondisi ini pecah menjadi a dan produk dan b tereliminasi. Secara kualitatif REAKSI adisi lebih baik dari subs dan lebih baik eliminasi, di sela sela bahan ditambah bisa jadi itu jenis reaksi yang limbahnya banyak, semua reaktan tergabung, kenyataannya?
Contoh kasus: yield 100 % dan selektifitas 100 % tidak berarti rute proses yang paling ramah lingkungan
\ nampak 100% tapi AlCl3 seakan akan COR
menggantikan H sehingga menjadi HCL, krn Alcl3 menjadi kondisi larutan dilarutkan Na Oh dan Na Cl jadi ini reaksi dianggap selektibilitas 100% dengan yield 100% maka reaksi tidak nampak, mekanisme
nampak dan limbah yang produk samping semua berperan sebagai katalis terdifinisi, yang tidak reaksi tapi malah bereaksi.
Reaksi akilasi pada AlCl3 benzena yang RCOCl dengan R senyawa CH dan gugusnya Co Cn tetapi untuk bisa menjadi produknya itu dia sebetulnya yang bezena menarik menjadu produk itu, maka cincin benzene di tambah COR, dan AlCl3 maka akan terbentuk 3 HCl dan AlOH3 maka HCl akan bereaksi NaCl dan air, NaOh maka rekasi NaCl 3 bentuk akhir
Perhitunga Efisiensi Atom : Contoh 7.2-1
Hitunglah efisiensi atom and massa untuk reaksi Friedel Crafts yang ditunjukkan apad Figure 7.2-5.
Anggap bahwa substituen R pada organic chloride adalah suatu gugus metil Penyelesaian:
Untuk menghitung efisiensi atom, tentukan bagian atom karbon, hidrogen, aluminum, chlorine, sodium, dan oxygen yang masuk sebagai produk dan bagian yang masuk dari reaksi sebagai limbah
Pada gugus meti=l dan atom karbon hydrogen aluminum chlorine dan sodium yang masuk, maka satu semua digabung menjadi benzene dan OCR, maka 3 mol oksigen jadi limbah, dan air degan efisiensi atom 25 %. Efisiensi massa hanya 32 x 10^-2.
Sebenarnya semua karbon (100%) menjadi produk
Sedaguan besar hidrogen (termasuk air dalam air pencuci) menjadi produk; akan tetapi, jika digunakan hidrogen dalam air pencuci dimasukkan, sebenarnya semua hidrogen menjadi limbah.
Semua aluminum menjadi limbah (efficiensi 0% ).
Semua chlorine menjadi limbah (efficiensi 0% ).
Semua sodium menjadi limbah (efficiensi 0% ).
Satu mol oksigen dalam organic chloride tergabung ke dalam produk. Tiga mol oksigen dala sodium hydroxide menjadi limbah. Sehingga, dengan mengeluarkan oksigen dalam air, efisiensi atom adalah 25%.
Efisiensi massa dapat dihitung dengan menggunakan berat atom (mengabaikan peggunaan air).
Massa dalam produk = 8 mol karbon x 12 + 10 mol hidrogen x I + I mol oksigen x 16 = 122
Mass input = 8 mol carbon x 12 + 16 mol hidrogen x I + 4 mol oksigen x 16 + I mol aluminum x 27 + 3 mol chlorine x 35,5 + 3 mol sodium x 23 = 378
Efisiensi massa = 122/378 = 0,32
Kurangi Langkah Intermediate untuk memperkecil terbentuknya limbah
Pendekatan Gugus Fungsional untuk Green Chemistry 1. Hubungan Aktifitas Struktur
Contoh: Methyl substitute mempunyai tosisitas tinggi. Penggantian methil dengan ethil mungkin mengurangi toksisitas
2. Eliminasi Gugus Fungsional Toksis
Suatu klas bahan kimia sering didefinisikan dengan segi struktur tertentu. Sebagai contoh: aldehid, keton, nitril, isosianat, karbosilat dll.
Jika informasi tidak cukup kita sering menganggap sutau bahan kimia tertentu mempunyai sifat seperti fungsionalitasnya
Suatu gugus fungsional tertentu sangat beracun. Bagaimanapun sifat yang diperlukan datang dari kelompok. Apakah yang sebaiknya dilakukan?
= Maka FUngsi itu menunjukkan dominasi untuk hal tertentu
Ganti gugus Metil jadi Etil Metanol dan Etanol lebih toksik Metanol. Gugus bisa beracun yang bisa diperlukan untuk Vynil Sulfones dan berat selulosa dan komponen pewarna dan degradasi bahan kimia tak berguna, tapi reaktif bahan organic, maka dia bereaksi dengan bahan organic berubah ssifat secara fungsi terganggu.
Vinyl sulfones adalah sangat hidrophilk dan dapat dengan mudah bereaksi dengan serat selulosa. Oleh karena itu bahan ini baik sebagai komponen pewarna. Tetapi senyawa ini dikenal sangat toksis. Eliminasi bahan ini akan menyebabkan bahan kimia pewarna tidak berguna
3. Kurangi Bioavailabilitas (Reduce Bioavailability), kemampuan suatu senyawa untuk melewati membran biologik seperti kulit, paru, atau jalur gastrointestinal
=Kadang kadang memang tidak diinginkan, kembangkan suatu bahan gantikan produk dan bioavailibitas bauk, bukan diiinginkan jadi bahan berbahaya
4. Rancang untuk perjalanan (nasib) yang tidak bahaya (Design for Innocuous Fate), perancangan bahan kimia yg lebih aman tidak terbatas hanya bahaya terkait dengan pembuatan dan penggunaan bahan kimia tsb, tetapi juga bahaya saat pembuangan dan daur hidup akhirnya.
=bahan berbahaya yang tapi pembuangan yang berbahaya DENGAN NASIB BAHAN KIMIA DILINGKUNGAN, seperti bahan PLASTIK, maka daur hidupnya akhirnya.
SUDAH SELESAI KULIAH DENGAN PROF SARTO Unit Aliran dan Industri.
Bahan Proses reaksi karena mikrobia. Limbah organik di sungai, resume artikel PPBL banyak penelitian terkait, regulasi itu indicator yang diukur keberhasilan, kaitannya dengan kriteria berkelanjutan yang ada. Tugas kumpulkan 12 Oktober
