Hidrogenasi Maltosa dalam Reaktor Membran Katalitik untuk Produksi Maltitol

Hidrogenasi Maltosa dalam Reaktor Membran Katalitik untuk Produksi Maltitol

Abstrak. Maltitol merupakan salah satu pemanis rendah kalori yang berperan besar dalam industri makanan. Karena karakteristik tingkat kemanisan yang sebanding dengan sukrosa, maltitol dapat menjadi pilihan yang cocok pengganti gula. Dalam karya ini, reaktor membran katalitik (CMR) diperiksa di maltitol produksi melalui hidrogenasi maltosa. Membran keramik komersial diresapi dengan Kalcat 8030 Nikel digunakan sebagai CMR. Reaksi dilakukan pada mode batch operasi, suhu 95 hingga 110oC, dan tekanan 5 hingga 8 bar. Dalam jangkauan kerja kondisi yang digunakan dalam penelitian ini, konversi hingga 47% tercapai. Konversi reaksinya adalah sangat dipengaruhi oleh suhu dan tekanan. Hasil studi pendahuluan ini menunjukkan bahwa CMR dapat digunakan untuk hidrogenasi maltosa dengan kinerja yang baik di bawah yang relatif rendah tekanan operasi.

1. Pendahuluan 

Penggunaan pemanis rendah kalori menunjukkan pengaruh yang signifikan meningkat baru-baru ini. Ini karena paradigma yang lebih baik untuk mencapai gaya hidup sehat. Maltitol adalah salah satunya pemanis kalori ini yang memiliki peran utama dalam makanan industri. Karena maltitol memiliki karakteristik yang sebanding dan tingkat kemanisan hingga sukrosa, itu membuat maltitol cocok sebagai pengganti gula. Selain itu, maltilol dapat digunakan sebagai produk antara untuk industri farmasi.

Umumnya, hidrogenasi maltosa dilakukan dalam a reaktor bubur batch. Studi tentang reaksi hidrogenasi maltosa dalam reaktor bubur batch konvensional dapat ditemukan dalam literatur. Kekurangannya ini reaktor konvensional adalah kontak yang buruk antara reaktan dan katalis. Oleh karena itu, tekanan operasi yang tinggi, mis. 20-30 bar, biasanya digunakan. Akibatnya, biasanya membutuhkan biaya investasi yang relatif tinggi karena sistem kompleksitas. Hal ini memerlukan peningkatan reaktor hidrogenasi untuk mengatasi gas-cair kendala antarmuka serta untuk menyederhanakan desain reaksi hidrogenasi.

Saat ini, teknologi membran digunakan di hampir semua proses industri dan mulai menggantikan yang bersaing teknologi konvensional karena fitur-fiturnya yang menarik. Membran menawarkan keunggulan relatif cetakan kaki lebih rendah, biaya lebih rendah, mudah ditingkatkan, dan banyak lagi energi intensif. Membran juga menyediakan kemungkinan untuk menggabungkan beberapa langkah atau proses menjadi proses hibrida sehingga proses yang diintensifkan dapat diperoleh. CMR adalah proses membran hibrida yang memfasilitasi reaksi katalitik dan kontak antara reaktan. CMR digunakan oleh beberapa penelitian untuk menggantikan reaktor hidrogenasi konvensional. Veldsink [30] menggunakan CMR untuk hidrogenasi minyak biji bunga matahari. NS reaksi hidrogenasi tidak terpengaruh oleh antarmuka hambatan transpor dan pembatasan difusi intrapartikel.

Bottino et al [31] melaporkan studi hidrogenasi isomerasi metilensikloheksana dalam CMR dan dibandingkan dengan reaktor konvensional. Mereka juga menemukan bahwa reaksi hidrogenasi dalam membran katalitik reaktor dikendalikan oleh rezim kinetik dan dengan demikian konversi reaksi dapat ditingkatkan sambil menghindari operasi tekanan tinggi. Dalam karya ini, kinerja CMR dalam hidrogenasi maltosa diselidiki. A membran keramik digunakan sebagai CMR dan komersial katalis nikel diresapi dalam pori-pori membran. Pengaruh suhu dan tekanan pada reaksi konversi dianalisis dan dibahas.

2 Bahan dan metode 

Maltosa yang digunakan dalam penelitian ini memiliki konsentrasi 60o Brix. Kalcat 8030 Nikel digunakan sebagai katalis. Teknis asam sitrat kelas dan air demineralisasi digunakan untuk menyiapkan suspensi katalis. Hidrogen dengan kemurnian tinggi (99,9%) digunakan dalam reaksi hidrogenasi. Berbentuk tabung membran keramik digunakan sebagai reaktor membran (Al2O3, 100 kDa MWCO, 19 saluran, dalam 4 mm diameter, dan panjang 0,3 m).

Pengaturan eksperimental untuk impregnasi katalis dan reaksi hidrogenasi ditunjukkan pada Gambar. 1 a dan b. Impregnasi katalis dilakukan dengan cara sirkulasi suspensi katalis yang mengandung 25 g katalis dalam 500 mL larutan asam sitrat (20%). Setelah sirkulasi, membran dikeringkan dalam oven pada suhu 80o C selama 6 jam dan kemudian dikalsinasi pada 200o C selama 3 jam Hidrogenasi telah  dilakukan selama 6 jam pada berbagai suhu operasi dan tekanan. Di antara setiap reaksi, modul membran disiram dengan air demineralisasi. Selanjutnya, membran dibilas dengan nitrogen. Setiap 45 menit. kadar gula tereduksi dianalisis dengan Eynon-Lane metode titrasi di Ref..

Gambar 1. Pengaturan eksperimental. (a) Skema CMR, (b) foto pengaturan eksperimental, (c) impregnasi katalis, dan (b) reaksi hidrogenasi dalam CMR.

3. Hasil dan Pembahasan

Pengaruh suhu dan tekanan pada hidrogenasi konversi reaksi dan profil ditunjukkan pada Gambar. 2 (a) untuk (B). Dapat diamati bahwa kedua parameter operasi memiliki efek signifikan pada reaksi hidrogenasi konversi. Suhu adalah salah satu parameter yang mempengaruhi kecepatan kinetik. Saat suhu meningkat, laju reaksi dinaikkan. Tekanan operasi memiliki efek yang sama pada konversi reaksi. Reaksinya konversi meningkat dengan meningkatnya tekanan. A peningkatan drastis konversi reaksi diamati dari 5 sampai 6 batang. Ini mungkin karena reaksi minimum kondisi tidak tercapai pada 5 bar. Selain itu, bisa juga mengamati bahwa reaksi yang dilakukan pada 6 bar memiliki reaksi konversi yang mendekati itu pada 8 bar. Mungkin tersirat bahwa kontak antara beberapa fase reaktan dalam reaktor membran katalitik baik cukup dan tidak lagi tergantung pada dispersi gas fase dalam campuran reaktan.

Skema reaksi, C/Co, konversi reaksi pada berbagai waktu reaksi pada 6 bar dan 110o C dapat diamati pada Gambar. 3. Menurut skema reaksi, orde ke-n persamaan laju reaksi dapat ditulis sebagai I = dC/dt = -kCn

.

Dengan mengasumsikan bahwa laju reaksi mengikuti orde pertama mekanisme (n = 1), integrasi laju reaksi akan menghasilkan korelasi linier antara ln (C/Co) dan t dengan kemiringan plot linier adalah nilai negatif dari konstanta laju, –k. Regresi linier dari eksperimen Plot ln(C/Co) vs t memberikan nilai R-square tinggi 95,13% dan konstanta laju reaksi hidrogenasi, k, dapat diperkirakan 3,3 x 10-5 s-1 . R-kuadrat tinggi nilai membuktikan bahwa asumsi orde pertama mekanisme terpenuhi.

Gambar 2. Konversi reaksi dan laju reaksi pada berbagai suhu (a; pada 8 bar) dan tekanan (b; pada 110oC).

Gambar 3. (a) Skema reaksi hidrogenasi maltosa, (b) C/Co vs t (pada 8 bar dan 110oC), dan (c) ln C/Co vs t (pada 6 bar dan 110oC).

Dalam reaktor konvensional, tekanan hidrogen yang tinggi adalah biasanya digunakan untuk mengatasi perpindahan massa atau difusi pembatasan dalam campuran tiga fase. Dalam penelitian ini, pada tekanan maksimum 8 bar, konversi reaksi 47% Bisa didapatkan. Bahkan pada tekanan yang lebih rendah, 6 bar, konversi hampir mirip. Tekanan operasi ini adalah jauh di bawah tekanan operasi yang biasanya digunakan dalam reaktor konvensional (lihat Tabel 1). Laju reaksi adalah juga lebih tinggi dibandingkan dengan reaktor konvensional.

Menurut Bottino et al [31], hidrogenasi dalam reaktor membran katalitik menawarkan kontrol yang lebih baik pada kondisi operasi daripada bubur konvensional reaktor mandi karena reaksi hanya rezim kinetik yang dikendalikan. Sedangkan untuk konvensional reaktor, rezim yang dikendalikan difusi juga diamati. Manfaat dari difusi dan kontak yang lebih baik antara gas hidrogen, maltosa cair, dan katalis padat, reaktor membran katalitik membutuhkan yang relatif rendah tekanan hidrogen untuk mencapai reaksi konversi yang tinggi.

Selain itu, laju reaksi dapat ditingkatkan lebih lanjut dengan meningkatkan suhu reaksi. Hal ini diharapkan mengurangi kompleksitas unit reaktor serta biaya investasi.

Tabel 1. Konversi hidrogenasi maltosa dari beberapa studi yang dilaporkan

Dalam reaktor membran katalitik, reaksi hanya terjadi ketika solusi kontak dengan katalis di dalam fase membran. Sedangkan pada saat sirkulasi (dalam reservoir dan dalam perpipaan), reaksi tidak terjadi. Ini adalah salah satu kelemahan CMR dibandingkan dengan batch reaktor bubur. Oleh karena itu, disarankan untuk menggunakan sistem membran kaskade untuk meminimalkan waktu reaksi tidak aktif.

4. Kesimpulan

Dalam karya ini, reaktor membran katalitik (CMR) adalah diperiksa dalam produksi maltitol melalui hidrogenasi dari maltosa. Membran keramik komersial diresapi dengan Kalcat 8030 Nikel digunakan sebagai CMR. NS reaksi dilakukan pada operasi mode batch, 95 to 110o C suhu, dan 5 sampai 8 bar tekanan. Dalam berbagai kondisi kerja yang digunakan dalam penelitian ini, hingga 47% konversi tercapai. Konversi reaksi sangat dipengaruhi oleh suhu dan tekanan.

Hasil studi pendahuluan ini menunjukkan bahwa CMR dapat digunakan untuk hidrogenasi maltosa dengan baik kinerja di bawah tekanan operasi yang relatif rendah.

LAYANAN ADY WATER

Ady Water jual membran RO merek: CSM, VONTRON, LUSO, FILMTEC. 

Ady Water jual membran RO ukuran 50 GPD, 75 GPD, 100 GPD, 200 GPD, 400 GPD, 500 GPD, 1000 GPD, 2000 GPD, 5000 GPD, 10000 GPD, dan ukuran yang lebih besar. 

Ady Water menerima PROJECT untuk instalasi mesin reverse osmosis dan membran reverse osmosis untuk industri. 

Aplikasi membran RO untuk industri AMDK, industri Food & Beverage, Depot Air Minum Isi Ulang, dll. Ada tiga jenis membran RO: SWRO (Sea Water Reverse Osmosis), TWRO (Tap Water Reverse Osmosis), BWRO (Brackish Water Reverse Osmosis)

Nomor WA Sales Yang Mudah Dihubungi

Senang dapat membantu Anda, Semoga kami dapat segera menyelesaikan masalah air yang sedang Anda hadapi. Terimakasih

1. Ghani 0821 2742 4060

2. Yanuar 0812 2165 4304

3. Rusmana 0821 2742 3050

4. Fajri 0821 4000 2080

5. Kartiko 0812 2445 1004

6. Andri 0812 1121 7411

Alamat kantor/gudang Ady Water yang bisa dikunjungi langsung. 

Silahkan Bapak/Ibu mengunjungi alamat kantor/gudang kami. Kami akan melayani Anda dengan senang hati dan semoga dapat membantu masalah air yang sedang Anda hadapi. 

1. Alamat Bandung:

Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194

2. Alamat Jakarta Timur

Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830

3. Alamat Jakarta Barat

Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480

Katalog Ady Water

http://bit.ly/KatalogAdyWater