Proses Produksi Acrylamide
Akrilamida adalah monomer penting dalam industri kimia modern terutama sebagai bahan baku pembuatan polyacrylamide (produksi acrylamide). Pengental, gel elektroforesis, serta penambahan nilai pada kertas. Di bawah ini saya uraikan secara naratif. Tahapan utama proses produksi acrylamide, mulai dari pemilihan bahan baku hingga pengendalian mutu akhir. Setiap paragraf membahas satu klaster langkah agar alur tetap runtut.
Tahapan penting di proses produksi acrylamide dari persiapan naham baku hingga pencampuran, menjelaskan langkah-langkah utama untuk menghasilkan produk berkualitas tinggi & murni.
pemilihan rute reaksi
Secara historis, proses produksi acrylamide melalui dua rute hidrasi kimia katalitik terhadap akrilonitril. Rute kimia menemukan akhir 1950-an menggunakan asam sulfat encer sebagai katalis. Meski sederhana, metode ini menghasilkan campuran garam amonium sulfat harus memisahkan, menimbulkan biaya pemurnian. Rute enzimatik, mengembangkan pada 1980-an di Jepang, memanfaatkan bakteri Rhodococcus atau Pseudomonas mengekspresikan nitril-hidratase.
Akrilonitril hasil oksidasi propilena melalui proses menampung dalam tangki baja karbon berlapis epoksi untuk mencegah polimerisasi acrylamide spontan. Inhibitor seperti hidroksilamina sulfat sering menambahkan <50 ppm. Air proses harus bebas ion logam berat sehingga melewatkan unit deionisasi atau reverse osmosis.
Pada versi kimia, proses produksi air diasamkan hingga pH 1-2 memakai asam sulfat. pada versi enzimatik, pH netral (6,5-7,5) produksi mempertahankan untuk aktivitas optimal nitril-hidratase. Rasio stoikiometri teoretis adalah satu mol air per mol akrilonitril, tetapi praktiknya berguna kelebihan air (5-10 %) untuk menggeser kesetimbangan ke arah amida.
Reaktor & kondisi operasi
Pada produksi kimia, reaksi acrylamide melakukan dalam reaktor alir tangki berpengaduk (CSTR) dari baja tahan karat, suhu 95-105 °C. Pengadukan intensif (200-300 rpm) memastikan dispersi gas HCN minor & mencegah penumpukan akrilonitril tak bereaksi. Untuk rute enzimatik, berguna bioreaktor (batch atau CSTR) jacketed dengan suhu jauh lebih rendah, 30-45 °C, demi menjaga stabilitas protein.
Agar aktivitas acrylamide enzim tetap tinggi, konsentrasi akrilonitril menjaga <20 % massa karena substrat tinggi bersifat toksik bagi mikroorganisme. Laju alir akrilonitril cair diinjeksikan perlahan ke aliran air-buffer, sedangkan slurry sel immobilisasi atau enzim bebas tersuspensi dalam media. Sensornya meliputi pH-meter inline, termokopel.
Kinetika & mekanisme hidrasi
Acrylamide secara mekanistik, nitril mengalami serangan nukleofilik oleh H₂O—atau, dalam katalisis enzim, oleh residu aktif kobalt dalam nitril-hidratase membentuk intermediat imidat kemudian tautomerisasi cepat ke amida. Pada rute kimia, protonasi awal nitril oleh asam menurunkan energi aktivasi, tetapi juga membuka jalur reaksi samping. Terutama hidrolisis lanjut acrylamide menjadi asam akrilat.
Acrylamide sebabnya residu cationic inhibitor sering disirkulasikan. Pada biokatalisis, selektivitas hampir absolut karena pusat aktif enzim mengikat nitril melalui interaksi π-π dan koordinasi logam, menolak molekul produksi acrylamide sudah terbentuk sehingga reaksi berhenti satu langkah. Waktu tinggal rata-rata batch kimia 40-60 menit, sementara enzimatik bisa mencapai 6-8 jam bergantung konsentrasi sel/enzim.
Sistem pendingin dan pengendalian panas
Acrylamide setiap mol akrilonitril menghasilkan panas signifikan, jacket reaktor mengaliri air cold atau larutan glikol. Pada instalasi besar, panas mengambil oleh loop minyak termal selanjutnya mengumpankan ke turbin uap kecil mengonversi limbah panas menjadi energi utilitas. Alarm suhu tinggi mengatur 5 °C di atas set-poin. Apabila tercapai, aliran akrilonitril otomatis memputus, dan injeksi air cold plus inhibitor polimerisasi menjalankan. Desain instrumentasi keselamatan mengikuti standar IEC 61511 dengan Safety Integrity Level 2.
Prosos Pemurnian
Proses produksi pada campuran reaksi kimia mengandung acrylamide, garam amonium sulfat, air, sisa akrilonitril, produk samping. Langkah pertama proses produksi ialah netralisasi parsial lalu pendinginan hingga 30 °C untuk mengkristalkan garam. Acrylamide memisah melalui sentrifugasi dekantasi. Filtrat masuk menara stripper vakum 70–80 mbar guna mengeluarkan akrilonitril residu. Larutan 40-50 % produksi acrylamide selanjutnya mengalami distilasi fraksional pada 85–90 °C/50 mbar untuk proses produksi tersebut mencapai kemurnian 98 %.
Pada rute enzimatik, biomassa sel menghilangkan lebih dulu memakai filtrasi cross-flow membran 0,2 µm. Filtrat biasanya telah mengandung acrylamide 30–45 %, sehingga proses produksi hanya butuh satu distilasi ringan. Sel-sel masih aktif dapat diresirkulasi 5–10 siklus sebelum aktivitas turun <70 %.
Stabilisasi & pengemasan
Produksi acrylamide cair pekat rentan polimerisasi spontan terutama di atas 30 °C. Oleh karena itu, produk terdoping inhibitor seperti tert-butylcatechol 10–15 ppm. Untuk konsumen gel elektroforesis, hasil dari produksi acrylamide sering menjual dalam larutan 40 % telah terstandarkan rasio dengan bis-acrylamide menguji kebersihan ionik karena kehadiran kation memengaruhi kecepatan polimerisasi radikal bebas. Pengemasan akhir menggunakan drum HDPE 25 kg, melengkapi label bahaya GHS-06, GHS-8. Dokumen MSDS menyatakan batas paparan 0,1 mg m⁻³ selama 8 jam TWA.
Proses Pengolahan limbah juga keselamatan
Limbah acrylamide terlarut terutama pada air buangan dari pencucian peralatan mengandung <500 ppm akrilonitril juga acrylamide. Ia mengalirkan ke unit biological treatment aerobik. Bakteri Pseudomonas mampu mendegradasi acrylamide menjadi CO₂, NH₃, juga biomassa dengan waktu tinggal 24 jam. Uap akrilonitril hasil stripping mengkondensasikan & membakar dalam thermal oxidizer 850 °C agar HCN teroksidasi menjadi N₂ dan H₂O. Area proses mengategorikan zona eksplosif ATEX 2 karena akrilonitril memiliki titik nyala 2 °C. Semua motor memakai flame-proof enclosure & sistem deteksi gas HCN/AcrN terhubung sirene. Operator mengenakan respirator ABEK1, sarung tangan butyl-rubber, kacamata pelindung.
Kendali mutu dan analisis laboratorium
Setiap batch menganalisis memakai kromatografi gas untuk akrilonitril <50 ppm, HPLC untuk produksi acrylamide utama, serta titrasi Karl Fischer untuk kadar air. Produk kelas elektronik (gel elektroforesis) mengharuskan logam berat <0,1 ppm menguji ICP-MS. Aktivitas residu nitril-hidratase (jika ada) mengverifikasi <0,01 U mL⁻¹ supaya tidak memicu dehidrasi lanjut selama penyimpanan. Statistik process capability ≥1,33 menjaga untuk parameter kemurnian. Nilai di bawah ini memicu investigasi CAPA.
Tren teknologi dan keberlanjutan
Kecenderungan terkini menitikberatkan pada proses enzim rekayasa-genetik tahan suhu hingga 60 °C serta bebas kobalt untuk mengurangi isu logam berat. Beberapa riset memakai whole-cell biocatalysis dalam imobilisat alginat, memungkinkan konsentrasi akrilonitril 40 % sehingga volume reaktor lebih kecil & energi mengistilasi turun 20 %. Di sisi hilir, penggantian mengstilasi dengan kristalisasi anti-solvent (mis. isopropanol) mengeksplorasi guna menekan jejak karbon.
Proses analisis daur hidup menunjukkan proses enzimatik mengurangi Global Warming Potential hampir 35 % dari pada kimia utamanya via eliminasi asam sulfat, garam amonium. Dengan demikian, Proses produksi acrylamide modern merupakan contoh transisi industri kimia dari proses asam-anorganik menuju biokatalisis ramah lingkungan, sambil tetap menjaga skala komersial besar juag standar keselamatan ketat.
pertama kali di produksi
Produksi komersial acrylamide pertama kali berlangsung di Amerika Serikat pada pertengahan dekade 1950-an, tepatnya di pabrik Standard Oil of Ohio. Proses sohio ketika itu baru saja mematenkan proses oksidasi propilena menjadi akrilonitrik sendiri kenal kemudian sebagai Sohio acrylonitrile process, menyadari bahwa proses turunan amida‐nya memiliki potensi besar sebagai monomer untuk gel penjernih air juga penguat serat kertas.
Pada 1954 mereka mengadaptasi proses jalur kimia hidrasi asam, pada produksi akrilonitril cair mencampur air, sedikit asam sulfat di reaktor baja tahan karat bersuhu sekitar 100 °C. Reaksi eksotermis ini menghasilkan larutan pada produksi acrylamide bersama garam amonium sulfat kemudian memisahkan lewat kristalisasi serta mengstilasi vakum.
Meskipun acrylamide selektivitasnya masih di bawah 90 %, peralatan rentan korosi, pendekatan tersebut cukup sederhana bagi skala produksi industri juga segera mengadopsi perusahaan kimia lain di Amerika, Eropa Barat, serta Jepang. Pemilihan Cleveland tidak lepas dari infrastruktur Sohio. kilang mereka sudah memproduksi propilena sebagai hasil samping “cracking” minyak, tersedia sarana pelarut juga utilitas uap, serta akses sungai Cuyahoga untuk pendingin proses.
Selain itu ohio pada masanya merupakan salah satu klaster kimia terbesar AS mendekatkan produsen proses produksi pada konsumen kertas, tekstil. Perusahaan pengolahan air di midwest keberhasilan batch-batch awal di Cleveland membuktikan bahwa proses produksi acrylamide dapat menghasilkan dalam tonase puluhan ribu per tahun. Memicu perlombaan paten untuk meningkatkan kemurnian, meminimalkan polimerisasi tak terkendali, juga menekan limbah garam.
Seiring meningkatnya permintaan acrylamide, namun keterbatasan proses asam tingginya biaya netralisasi juga pengolahan garam. Mendorong riset acrylamide intensif menuju katalisis enzimatik baru benar-benar terwujud tiga dekade kemudian di Jepang. Walau kini hampir semua produsen proses produksi dunia memakai rute nitril-hidratase lebih ramah lingkungan. Tonggak sejarah produksi perdana di Cleveland tetap memandang sebagai langkah kunci menempatkan produksi acrylamide di peta monomer strategis industri kimia modern.
Dapatkan produk terbaik hasil dari proses produksi acrylamide yang berkualitas tinggi, solusi tepat untuk kebutuhan penggunaan Anda pada industri dll!
