BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Benzena Benzena adalah produk minyak bumi, awalnya dibuat dari ter batubara yang digunakan sebagai komponen dalam berbagai produk konsumen dan industri. Benzena menjadi bahan yang sangat penting pada dunia industri di Amerika. Benzena ditemukan oleh Faraday kemudian rumus molekulnya ditetapkan oleh Mitscherlich sebagai C 6 H 6. Menurut Kekule (1866) rumus bangun benzena berupa segi enam datar dengan ikatan rangkap selang-seling, dimana jarak antar atom C sama besar yaitu 1,39 A o dan dengan sudut ikatan 120 o. Gambar 2.1 Struktur Molekul Benzena Produksi benzena secara komersial yang paling awal adalah proses polimerisasi asetilena. Kemudian proses berkembang menjadi beberapa cara yaitu: 1. Distilasi bertingkat batubara. Pada proses ini selain benzena diperoleh pula zat-zat lain yaitu toluena dan xilena. 2. Distilasi bertingkat residu crude oil. Pada proses ini selain benzena diperoleh pula zat-zat lain yaitu toluena dan xilena. 3. Hidrodealkilasi toluena. Pada proses ini reaksi yang terjadi adalah : C 7 H 8 + H 2 C 6 H 6 + CH 4 ( reaksi utama) 2 C 6 H 6 C 12 H 10 + H 2 ( reaksi samping) Proses ini sekarang banyak digunakan untuk pembuatan benzena karena efisiensi proses lebih baik dan diperoleh benzena yang lebih banyak dibanding dengan proses yang lain. Sifat-sifat Fisika Benzena Berat molekul ( BM ) : 78,11 Titik didih : 80,1 0 C Titik lebur : 5,5 0 C

2 Densitas : 0,905 gr /cm 3 ( C ) Kelarutan : 1-5 mg / ml air : 100 mg /ml aceton Flash point : C (12 0 F ) Autoignition temperatur : C Critical temperatur : 289,1 0 C Critical pressure : 48,9 atm Fase : cair ( 30 0 C, 1 atm ) Sifat-sifat Kimia Benzena (Wikipedia, 2010) a. Halogenasi Halogenasi ini dicirikan oleh brominasi benzena dengan katalis FeBr3. Peranan katalis ini adalah membelah ikatan Br Br. Perhatikan reaksi halogenasi pada benzena berikut. b. Nitrasi Reaksi nitrasi terjadi jika benzena diolah dengan HNO3 dengan katalis H2SO4. Reaksi yang terjadi adalah seperti berikut. c. Alkilasi Alkilasi sering disebut juga dengan Friedel Crafts. Reaksi ini menggunakan katalis AlCl3. Reaksi ini dikembangkan oleh ahli kimia Perancis Charles Friedel dan James Crafts. Perhatikan reaksi alkilasi 2 kloro propana dengan benzena dengan katalis AlCl3 (reaksi Friedel Crafts).

3 d. Sulfunasi Reaksi sulfunasi suatu benzena dengan asam sulfat berasap menghasilkan asam benzena sulfonat. Perhatikan reaksi sulfunasi berikut. (Anonim, 2011) 2.2 Propilena Propilena diproduksi dari produk sampingan pemurnian minyak bumi dan produksi etilen oleh uap retak feedstocks hidrokarbon. Turunan propilena yang paling penting adalah polimer propilena, akrilonitril, propilena oksida, isopropanol, dan cumene.propilena juga terbentuk dari proses vegetasi alami, dan juga merupakan hasil pembakaran bahan organik (asap kendaraan bermotor dan asap tembakau). Gambar 2.2 Struktur Molekul Propylene Sifat-sifat Fisika Propilena Berat molekul ( BM ) : 42,08 Titik didih : - 47,7 0 C Titik lebur : -185,2 0 C Densitas : 0,609 gr /cm 3 ( C ) Kelarutan : 44,6 ml / 100 ml air

4 : 500 ml /100 ml aceton Flash point : C ( F ) Autoignition temperatur : C Critical temperatur : 91,8 0 C Critical pressure : 45,6 atm Fase : gas ( 30 0 C, 1 atm ) (Wikipedia, 2010) Sifat-sifat kimia Propilen a. Alkilasi Reaksi alkilasi terhadap benzene oleh propilen dengan adanya katalis AlCl 3 akan menghasilkan suatu alkil benzene AlCl 3 C 6 H 6 + C 3 H 6 C 6 H 6 CH(CH 3 ) 2 b. Khlorinasi Alkil klorida dapat dibuat dengan cara khlorinasi dan non katalitik terhadap propilen fase gas pada suhu C dalam reaktor adiabatic. Prinsip reaksi ini terdiri dari substitusi sebuah atom khlorinasi terhadap atom hydrogen pada propilen. Cl 2 + CH 2 CHCH 3 CH 2 CHCH 2 Cl + HCl 2.3 Propana Propana adalah senyawa alkana tiga karbon (C3H8) yang berwujud gas dalam keadaan normal, tapi dapat dikompresi menjadi cairan yang mudah dipindahkan dalam kontainer yang tidak mahal. Senyawa ini diturunkan dari produk petroleum lain pada pemrosesan minyak bumi atau gas alam. Propana umumnya digunakan sebagai bahan bakar untuk mesin, barbeque (pemanggang), dan di rumahrumah. Dijual sebagai bahan bakar, propana dikenal juga sebagai LPG (liquified petroleum gas - gas petroleum cair) yang dapat berupa campuran dengan sejumlah kecil propena, butana, dan butena. Kadang ditambahkan juga etanetiol sebagai bahan pemberi bau agar dapat digunakan sebagai deteksi jika terjadi kebocoran.

5 Sifat-sifat Propana Berat molekul ( BM ) : 44,09 Titik didih : -42,2 0 C Densitas : 0,585 gr /cm 3 Critical temperatur : 96,8 0 C Critical pressure : 42,5 atm Fase : gas ( 30 0 C, 1 atm ) (Wikipedia, 2010) Sifat-sifat kimia Propana a. Reaksi monoklorinasi propana (pengantian satu atom H oleh satu atom Cl) C 3 H 8 + Cl 2 C 3 H 7 Cl + HCl b. Reaksi dibrominasi propana (penggantian dua atom H oleh dua atom Br) C 3 H 8 + 2Br 2 C 3 H 6 Br 2 + 2HBr (Anonim, 2011) 2.4 Isopropilbenzena (Cumene) Cumen adalah bahan kimia murni yang dibuat dari propilen dan benzena. Nama lain dari cumen adalah isopropylbenzena, cumol, isopropylbenzol dan 2- phenylpropane. Cumen adalah nama umum untuk isopropylbenzene, merupakan senyawa organik yang merupakan hidrokarbon aromatik. Ini adalah konstituen dari minyak mentah dan bahan bakar halus. Ini adalah cairan tak berwarna yang mudah terbakar yang memiliki titik didih 152 C. Hampir semua cumene yang dihasilkan sebagai senyawa murni pada skala industri dikonversi menjadi cumene hidroperoksida, yang merupakan intermediate dalam sintesis bahan kimia industri penting lainnya seperti fenol dan aseton. Sifat-sifat fisika Cumen Berat molekul ( BM ) : 120,19 Titik didih : 152,4 0 C Titik lebur : -96,0 0 C Densitas : 0,862 gr /cm 3

6 Kelarutan : insoluble in water Flash point : 39 0 C Critical temperatur : 358,1 0 C Critical pressure : 32,1 atm Fase : cair ( 30 0 C, 1 atm ) (Wikipedia, 2010) Sifat-sifat kimia Cumen Cumen dapat dioksidasi menjadi Cumen Hidroperoksida dengan udara atmosfer atau udara yang kaya oksigen dalam satu atau beberapa oksidasinya. Temperatur yang digunakan adalah antara 80 0 C C dengan tekanan 6 atm, serta dengan penambahan Na 2 CO 3. C 6 H 5 CH(CH 3 ) 2 C 6 H 5 (CH 3 ) 2 C 6 H 5 OH + C 3 H 6 O (Anonim, 2011) 2.5 Diisopropilbenzena (DIPB) Diisopropilbenzena adalah cairan yang mudah menguap sehingga sangat mungkin terhirup ataupun kontak dengan kulit manusia. diisopropilbenzena diproduksi sebagai produk samping dari sintesis cumene. Sifat-sifat fisika DIPB Berat molekul ( BM ) : 162 Titik didih : C Densitas : 0,859 gr /cm 3 Critical temperatur : C Critical pressure : 21,3 atm Fase : cair ( 30 0 C, 1 atm ) (Wikipedia, 2010) Sifat-sifat kimia DIPB Dalam pembuatan resorcinol dengan teknologi hidroperoksida adalah dengan mengoksidasi Diisopropilbenzen yang menghasilkan dihidroperoksida. Katalis NaOH

7 C 12 H 18 + O 2 C 18 H 34 O 5 (Anonim, 2011) 2.6 Proses Pembuatan Cumene Proses dasar pembuatan cumen adalah propylalkylation dari benzena pada fase cair dengan menggunakan katalis asam sulfat. Karena kompleksnya reaksi penetralan dan banyaknya langkah recycle, maka proses ini jarang digunakan. Selanjutnya seiring dengan perkembangan jaman, proses pembuatan cumen berkembang menjadi beberapa proses diantaranya : Proses Alumunium khloride Pada proses ini reaksi pembentukan cumen berlangsung pada fase cair dengan menggunakan katalis alumunium khloride. Proses ini sudah jarang digunakan karena memiliki biaya produksi yg relative tinggi dan memiliki masalah dalam pembuangan dan pengolahan limbah katalis AlCl 3. (Anonim, 2011, UOP LLC, a Honeywell Company) Proses Catskill Proses Catskill mengkombinasikan reaksi katalitik dan distilasi dengan menggunakan katalis zeolit. Dari segi pengadaan katalis dan biaya prosess relative rendah. Tapi pada proses ini sudah jarang digunakan, dikarenakan proses pada produksi yang rumit. (Anonim, 2011) Proses Mobil / Badger Proses ini merupakan reaksi katalitik fase cair dengan menggunakan katalis zeolit serta menghasilkan produk dengan kemurnian yang tinggi, yield tinggi dengan biaya operasi yang rendah. Dalam proses ini memiliki kendala dalam mendapatkan kataliis zeolit (MCM-22). (Anonim, 2011). Proses Phosporic Acid Catalitic Proses ini dikembangkan oleh Universal Oils Products ( UOP ), merupakan reaksi katalitik yang berlangsung pada fase gas dengan menggunakan katalis asam phospat kiselguhr. Untuk metode ini sangat effisien dikarenakan biaya proses yg relative murah dan katalis mudah didapat. Prosess ini juga berlangsung dalam fasa gas, sehingga gas buang dapat dipakai kembali menjadi bahan bakar (fuel gass).

8 (Setiawan, 2002) 2.7 Perbandingan dan Pemilihan Proses Dari beberapa proses pembuatan cumen diatas, proses Phosporic Acid Catalitic merupakan proses yang paling banyak digunakan dalam industry. (Setiawan, 2002) Reaksi pembentukan cumen dari benzena dan propilen dengan proses phosporic acid catalitic adalah sebagai berikut : C 3 H 6 (g) + C 6 H 6(g) C 9 H 12(g).( 1 ) ( Cumen ) C 9 H 12(g) + C 3 H 6(g) C 12 H 18(g).( 2 ) ( Diisopropilbenzena ) Supaya reaksi berlangsung dengan baik, maka ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu : 1. Temperatur. Reaksi pembentukan cumen berlangsung pada suhu > C. Suhu operasi yang dipilih adalah C, karena pada suhu ini diperoleh konversi propylene yang optimum yaitu %. Suhu reaksi dibatasi hanya sampai suhu C, karena pada suhu C katalis asam phosphat kieselguhr akan rusak (Mimin & Sutoyo, 2002). 2. Tekanan. Tekanan operasi berlangsung dari 13 atm 34 atm. Untuk skala komersial dipilih tekanan 18 atm, karena untuk selektivitas yang sama, jika dipilih tekanan yang lebih besar, akan didapatkan keuntungan yang sedikit. Dan selektivitas yang diperoleh tetap sama dengan tekanan operasi 18 atm. (Mimin & Sutoyo, 2002). 3. Perbandingan mol reaktan Besarnya perbandingan mol pereaksi akan berpengaruh pada konversi propilen dan pembentukan reaksi samping diisopropil benzena. Perbandingan mol pereaksi benzena dengan propilen ( 5 : 1 ) akan menghasilkan konversi hingga 92 %. Perbandingan mol pereaksi yang lebih rendah ( 4 : 1 ) hanya menghasilkan konversi sebesar 70 %, sedangkan perbandingan pereaksi diatas 5 : 1 tidak memberikan kenaikan terhadap konversi. (Kirk and Othmer, 1952)

9 Karena itu dalam proses ini digunakan perbandingan pereaksi benzena dengan propilen berkisar ( 5 : 1 ). Disamping itu, kecepatan pembentukan diisopropilbenzena ( C 12 H 18 ) sebagai hasil samping dibatasi + 7 % dari reaksi utama ( 1 ) agar reaksi lebih mudah berlangsung dan dikendalikan ( Y. Mita and Kametaka, 1968 ) 2.8 Deskripsi Proses Gas propylen dari tangki (TT-101) yang mengandung sedikit propane dipanaskan di HE (E-103) dari suhu 30 0 C menjadi 265,86 0 C. Setelah itu tekanan gas dinaikkan di kompresor (JC-101) dari 7,5 atm menjadi 18 atm (sesuai dengan tekanan operasi yg dibutuhkan). Bersamaan dengan kenaikan tekanan, suhu gas propylene juga naik menjadi 272,04 0 C. Benzena segar ( cair ) dari tangki ( TT-102 ) dialirkan untuk dicampur dengan benzena recycle yang mengandung sedikit cumene yang berasal dari hasil atas menara distilasi ( MD-101. Kemudian benzena cair yang mengandung sedikit cumene tersebut diuapkan sebagian didalam vaporizer (E-101). Benzena yang teruapkan ( fase gas ) dinaikkan suhunya di HE (E-102) dari suhu 92,314 0 C menjadi 269,473 0 C. Dari HE (E-102), campuran gas tersebut dinaikkan tekanannya didalam kompresor (JC-102) dari tekanan 1 atm menjadi 18 atm sekaligus menaikkan suhunya dari 269,473 0 C menjadi 278,77 0 C. Campuran gas benzene, cumene, propilen, propane yang kondisinya suhu 278,23 0 C dan tekanan 18 atm di umpankan kedalam reaktor. Reaktor yang digunakan adalah reakor fixed bed multitube yang bekerja secara non isothermal - non adiabatis. Reaksi terjadi secara eksothermis didalam pipa pipa yang berisi katalisator asam phospat kieselguhr. Untuk menjaga agar suhu operasi tetap berada pada kisaran 278,23 0 C, maka didalam shell dialirkan pendingin Dowterm A. Gas yang keluar reaktor berupa campuran gas hasil reaksi dan gas sisa reaktan mempunyai kondisi suhu 278,23 0 C dan tekanan 18 atm. Selanjutnya campuran gas tersebut diturunkan tekanannya di expansion valve ( EV-101 ) dari 18 atm menjadi 1 atm. Setelah diturunkan tekanannya, campuran gas tersebut diumpankan ke condenser subcooler (E-104) untuk diturunkan suhunya dari 274,83 0 C menjadi 60,265 0 C dan sekalian merubah fasa benzene, cumene dan diisipropylbenzene dari gas menjadi cair.

10 Setelah diembunkan, maka campuran gas dan cairan tersebut dipisahkan antara fase cair dan fase gasnya di dalam flash drum (F-101). Propilen dan propana dalam fase gas yang keluar dari flash drum kemudian dialirkan oleh kompresor (JC-103) ke udara, yang kemudian dibakar. Sedangkan fase cairnya dipompa ke heater (HE-105) untuk di naikkan suhunya hingga suhu operasi destilasi pada suhu menara distilasi (MD-101) pada suhu 113,58 0 C dan tekanan 1 atm dan kemudian dipompakan ke menara destilasi (MD-101) Didalam menara destilasi (MD-101) terjadi proses pemisahan menjadi hasil atas dan hasil bawah. Hasil atas yang telah didinginkan dan dikondensasikan di condenser subcooler (HE-107) pada suhu 81,87 0 C dan tekanan 1 atm yang berupa benzene yang mengandung sedikit cumene direcyle untuk diumpankan kembali kedalam reactor. Sedangkan hasil bawah pada suhu 159,28 0 C dan tekanan 1 atm yang sebagian besar terdiri dari cumen di umpankan kedalam menara distilasi (MD- 102). Didalam menara distilasi (MD-102) terjadi proses pemisahan. Hasil atas pada suhu 156,779 0 C dan tekanan 1 atm diambil sebagai produk,yang mengandung cumen dengan kemurnian 99,20 %. Sedangkan hasil bawah pada suhu 165,102 0 C dan tekanan 1 atm yang mengandung diisopropilbenzena diambil sebagai hasil samping. Hasil atas menara distilasi (MD-102) selanjutnya di umpankan ke HE (E-109) untuk diturunkan suhunya dari 156,77 0 C menjadi 30 0 C, kemudian dipompa untuk disimpan di tangki penyimpan ( TT-103 ). Sedangkan hasil bawahnya diturunkan suhunya di HE (E-111) dari 165,10 0 C menjadi 30 0 C, Selanjutnya hasil samping tersebut dipompa untuk disimpan didalam tangki penyimpan (TT-104). BAB III NERACA MASSA