Pembuatan Alkohol Dalam Skala Produksi

Halaman ini menjelaskan tentang pembuatan alkohol dalam skala produksi dengan metode hidrasi langsung alkana, dengan sebagian besar berfokus pada hidrasi etena untuk membuat etanol. Selanjutnya, metode ini dibandingkan dengan pembuatan etanol melalui proses fermentasi.
Memproduksi alkohol dari alkena
Pembuatan etanol dari etena dalam skala produksi
Etanol dibuat dalam skala produksi dengan mereaksikan etena dengan uap. Katalis yang digunakan adalah silikon dioksida padat yang dilapisi dengan asam fosfat(V). Reaksi yang terjadi dapat balik (reversibel).

Hanya 5% dari etena yang diubah menjadi etanol pada setiap kali pemasukan ke dalam reaktor. Dengan mengeluarkan etanol dari campuran kesetimbangan dan mendaur-ulang etena, maka pengubahan etena menjadi etanol secara keseluruhan dapat mencapai 95%.
Diagram alir untuk reaksi yang terjadi dapat digambarkan sebagai berikut:

Pembuatan alkohol-alkohol lain dari alkena dalam skala produksi
Beberapa alkohol lain (meski tidak semua) bisa dibuat dengan reaksi-reaksi yang serupa. Katalis yang digunakan dan kondisi-kondisi reaksi akan berbeda-beda dari alkohol yang satu ke alkohol yang lain. Pada pembahasan tingkat dasar ini, kondisi-kondisi yang perlu diketahui adalah kondisi-kondisi yang diberikan untuk pembuatan etanol di atas.
Alasan mengapa ada sebuah masalah yang ditemukan pada beberapa alkohol dapat ditunjukkan dalam pembuatan alkohol dari propena,CH₃CH=CH₂.
Pada dasarnya, ada dua alkohol berbeda yang bisa terbentuk:

Hasil yang diperoleh bisa berupa propan-1-ol atau propan-2-ol tergantung pada bagaimana molekul air diadisi ke ikatan rangkap. Akan tetapi, pada kenyataannya, hasil yang diperoleh adalah propan-2-ol.
Jika sebuah molekul H-X diadisi ke sebuah ikatan rangkap C=C, maka atom H hampir selalu terikat pada atom karbon yang memiliki paling banyak atom hidrogen terikat padanya – untuk contoh di atas atom H terikat pada CH₂ bukan pada CH.
Pengaruh yang ditimbulkan oleh kecenderungan ini yakni ada beberapa alkohol yang tidak mungkin dibuat dengan cara mereaksikan alkena dengan uap karena adisi akan terjadi dengan arah yang berlawanan dari yang diperkirakan.
Membuat etanol melalui fermentasi
Metode ini hanya berlaku bagi etanol. Alkohol selain etanol tidak bisa dibuat dengan cara ini.
Proses
Bahan baku untuk proses ini sangat bervariasi, tapi biasanya adalah beberapa bentuk material tanaman yang mengandung pati (starch) seperti jagung, gandum, beras atau kentang.
Pati (Starch) merupakan sebuah karbohidrat kompleks, dan karbohidrat yang lain juga bisa digunakan – misalnya, sukrosa (gula) biasanya digunakan untuk membuat etanol. Dalam skala industri, sukrosa tidak mungkin bisa digunakan sebagai bahan baku. Penghalusan glukosa memerlukan waktu yang lama jika hanya untuk digunakan dalam fermentasi. Meski demikian tidak ada salahnya untuk menjadikan gula tebu asli sebagai bahan baku dalam proses fermentasi.
Tahap pertama dalam proses fermentasi adalah penguraian karbohidrat kompleks menjadi karbohidrat yang lebih sederhana.
Sebagai contoh, jika bahan baku yang digunakanan adalah pati dalam biji-bijian seperti gandum atau beras, maka bahan baku ini dipanaskan dengan air panas untuk mengekstrak pati dan selanjutnya dipanaskan dengan malat. Malat adalah beras berkecambah yang mengandung enzim yang dapat menguraikan pati menjadi karbohidrat yang lebih sederhana, yang disebut sebagai maltosa, C₁₂H₂₂O₁₁.
Maltosa memiliki rumus molekul yang sama seperti sukrosa tetapi mengandung dua unit glukosa yang saling mengikat, sedangkan sukrosa mengandung satu unit glukosa dan satu unit fruktosa.
Ragi kemudian dimasukkan dan campuran dibiarkan hangat (sekitar 35°C) selama beberapa hari sampai fermentasi berlangsung sempurna. Udara tidak dibiarkan masuk ke dalam campuran untuk mencegah terjadinya oksidasi etanol yang dihasilkan menjadi asam etanoat (asam cuka).
Enzim-enzim dalam ragi pertama-tama mengubah karbohidrat seperti maltosa atau sukrosa menjadi karbohidrat yang lebih sederhana seperti glukosa dan fruktosa, keduanya C₆H₁₂O₆, dan kemudian mengubah karbohidrat sederhana tersebut menjadi etanol dan karbon dioksida.
Perubahan ini bisa ditunjukkan sebagai persamaan-persamaan reaksi kimia sederhana, meski aspek biokimia dari reaksi-reaksi ini jauh lebih rumit.


Ragi dimatikan oleh etanol dengan konsentrasi berlebih sekiar 15%, dan ini membatasi kemurnian etanol yang bisa dihasilkan. Etanol dipisahkan dari campuran dengan metode distilasi fraksional untuk menghasilkan 96% etanol murni.
Secara teori, 4% air yang terakhir tersisa tidak bisa dihilangkan dengan metode distilasi fraksional.
Perbandingan metode fermentasi dengan hidrasi langsung etena

	Fermentasi	Hidrasi etena
Jenis proses	Proses berkelompok. Semua bahan dimasukkan ke dalam sebuah wadah dan kemudian dibiarkan sampai fermentasi selesai. Kumpulan bahan ini kemudian dikeluarkan dan sebuah reaksi baru dilangsungkan. Proses ini tidak efisien.	Proses aliran kontinyu. Aliran pereaksi dilewatkan secara terus menerus diatas sebuah katalis. Cara ini lebih efisien.
Laju reaksi	Sangat lambat.	Sangat cepat.
Kualitas produk	Menghasilkan etanol yang sangat tidak murni dan memerlukan pengolahan lebih lanjut	Menghasilkan etanol yang jauh lebih murni.
Kondisi-kondisi reaksi	Menggunakan suhu dan tekanan udara yang sedang.	Menggunakan suhu dan tekanan tinggi, sehingga memerlukan banyak input energi.
Penggunaan bahan baku	Menggunakan bahan baku yang terbaharukan dari material tanaman.	Menggunakan bahan baku terbatas dari minyak mentah.