TINJAUAN PUSTAKAA. N-Propanol. Eeter dan dalam 2. proses diterapkan. 2.1 N-Propanol. Universitas Sumatera Utara

Transkripsi

1 BABB II TINJAUAN PUSTAKAA 2.1 N-Propanol N-Propanol (CH 3 CH 2 2CH 2 OH) merupakan senyawa intermediate yang digunakan sebagai bahan baku dalam indusri cat, kosmetik, tinta printer, pestisida, insektisida, Ester, Eeter dan N-Propylamine. Proses pembuatan N- Propanol dari Etilen dan Gas Sintesa dengan proses oxo berlangsung dalam 2 tahap reaksi. Tahap pertama adalah reaksi hydroformulasi Etilen menjadi N- Propanal yang berlangsung dalam reaktor fixed bed multitube dengann katalis Rhodium-Silica. Tahap kedua adalah reaksi hidrogenasi N-propanal menjadi N- Propanol yang terjadi dalam reaktor fixed bed adiabatis dengan katalis Nikel- proses Kieselgurh. Dari segi proses pabrik ini beresiko rendah karenaa pembuatannya telah banyak diterapkan pada sejumlah besar pabrik di dunia, selain itu pabrik juga dijalankan pada tekanan dan suhu medium. Rumus struktur n-propanol: Propanol rantai lurus (rumus struktur lengkap) Propanol bentuk struktural Rumus struktur propanol minimum 2.2 Sifat-sifat Bahan Baku dan Produk Sifat-sifat Bahan Baku a. Etilen Sifat-sifatt fisika :

2 1. Rumus molekul : C 2 H 4 2. Berat molekul : kg/kgmol 3. Wujud : gas (1 atm, 25 o C) 4. Titik beku ( o C) : - 169,15 o C 5. Titik didih ( o C) : - 103,71 o C 6. Spesifik gravity (-103,71 o C) : 0,57 gr/cm 3 (0 o C) : 0,34 gr/cm 3 7. Densitas gas : 7,635 mol/l 8. Densitas cairan : 20,27 mol/l 9. Tekanan uap (-103,71 o C) : 0,102 Mpa (0 o C) : 4,27 Mpa 10. Tekanan kritis : 5040,8 kpa 11. Suhu kritis : 9,194 o C 12. Viskositas cairan : 0,1611 cp 13. Panas laten penguapan : 13,548 kj/g 14. Panas reaksi pembentukan : 52,51 kg/j 15. Kemurnian : 99,0 %wt C 2 H 4 Sifat-sifat kimia : 1. Polimerisasi Etilen dapat dipolimerisasi dengan cara memutuskan ikatan rangkapnya dan bergabung dengan molekul etilen yang lain membentuk molekul yang lebih besar (polimer) pada tekanan dan temperatur tertentu dan dapat pula menggunakan katalis. Molekul yang terbentuk terdiri dari 1000 sampai 6 juta atau lebih molekul etilen. Untuk memproduksi polyetilen digunakan etilen dengan tingkat kemurnian tinggi. Reaksi : n (CH 2 = CH 2 ) (CH 2 CH 2 -) n 2. Oksidasi Etilen dapat dioksidasi menghasilkan senyawa senyawa etilen oksida atau etilen glikol yang banyak digunakan sebagai anti freeze.

3 Etilen fase uap dioksidasi dengan udara atau oksigen dengan katalisator perak oksida pada suhu o C dan tekanan 1-3 MPa. Reaksi yang terjadi : CH 2 = CH 2 + ½ O 2 CH 2 CH 2 O Etilen dapat juga dioksidasi menghasilkan vinil asetat dengan katalis palladium, alumina atau alumina silica pada temperature o C dan tekanan 0,4-1 MPa, dengan reaksi : H 2 C = CH 2 + CH 3 COOH + ½ O 2 CH 2 CH = OOCCH 3 + H 2 O 3. Hidrohalogenasi Etil klorida terbentuk dari reaksi antara etilen dengan HCL menggunakan katalis AlCl3 atau FeCl3 pada tekanan kpa dengan temperature o C untuk fase cair dan o C untuk fase gas. 4. Hidrogenasi Etilen dapat dihidrogenasi secara langsung dengan katalis nikel pada temperatur 300 o C. Reaksi yang terjadi : CH 2 = CH 2 + H 2 CH 3 CH 3 Atau dapat dihidrogenasi secara langsung dengan menggunakan katalis platina atau palladium pada suhu kamar. 5. Alkilasi Etilen dapat juga dialkilasi dengan menggunakan katalis tertentu. Contoh alkilasi Friedel-Craft, mereaksikan etilen dengan benzen untuk menghasilkan produk etil benzene dengan katalis AlCl 3 pada temperatur 400 o C. Reaksi yang terjadi : C 6 H 6 + C 2 H 4 C 6 H 5 C 2 H 5 Etilen dapat juga dialkilasi dengan hidrokarbon parafin, misalnya isobutana menghasilkan 2,2 dimetil butane. CH(CH 3 ) 3 + CH 2 = CH 2 (CH 3 ) 3 C CH 2 CH 3 6. Hidrasi

4 Etilen dapat direaksikan membentuk etanol dengan hidrasi katalitik langsung menggunakan katalis H 3 PO 4 -SiO 2 pada temperatur 300 o C dan tekanan 7MPa. Reaksi yang terjadi : CH 2 = CH 2 + H 2 O CH 3 CH 2 OH 7. Reaksi OXO (hidroformilasi) Etilen bereaksi dengan gas sintesa (CO + H 2 ) menggunakan katalis cobalt membentuk propionaldehid pada temperatur o C dan tekanan 4-35 MPa. Biasanya reaksi terjadi dalam medium cair dimana gas dilarutkan. Reaksi yang terjadi : CH 2 = CH 2 + CO + H 2 CH 3 - CH 2 CHO (Kirk & Othmer, vol. 9, 1994) b. Gas Sintesa, terdiri dari : Komposisi : 50 % H 2 50 % CO b.1 Karbon monoksida (CO) sifat fisika : - Berat molekul : 28,0101 g/mol - Titik didih : -192 oc (81 K) - Densitas : 1,145 g/l pada 25 oc, 1 atm - Kelarutan dalam air : 0,0026 g/100 ml (20 oc) - Panas reaksi pembentukan : -110,53 kj/g - Panas laten penguapan : 29,889 j/kg Sifat kimia : - Terdiri dari satu atom yang secara kovalen berikatan dengan satu atom oksigen. - Terbentuk apabila terdapat kekurangan oksigen dalam proses pembakaran - mudah terbakar dan menghasilkan lidah api berwarna biru - walaupun bersifat racun, CO memainkan peran yang penting dalam teknologi modern, yakni merupakan precursor banyak senyawa karbon.

5 ( b.2 Hidrogen a. Sifat-sifat fisika (Perry, 1997) : - Berat molekul : 2,01594 gr/mol - Titik didih : -252,87 o C - Panas laten (-252,619 o C) : 1334,6 J/mol - Kapasitas panas spesifik (tekanan konstan) : 10 kj/kg o C - Temperatur kritik : -239,809 o C - Tekanan kritik : 1315,23 kpa - Panas pembentukan standar : 0 kkal/gmol - Titik lebur : -259,04 o C (1 atm) - Volume kritik : 65 cm 3 /mol - Densitas (20,4 K) : 77,02 gr/ltr - Konstanta dielektrik (20,4 K) : 1,23 - Tegangan permukaan (20,4 K) : 2,2 dyne/cm - Konduktivitas panas (20,4 K) : 11,6 W/cm 2 - Panas penguapan : 461 kj/kg b. Sifat-sifat kimia (Othmer, 1967) : - Bereaksi dengan oksigen membentuk air. H 2 + O 2 H 2 O - Dapat meledak bila dicampur dengan O 2 dan udara. - Dapat bereaksi dengan bromida (Br) pada suhu tinggi membentuk asam bromida. H 2 + Br HBr - Bereaksi dengan nitrogen (N 2 ) membentuk ammonia H 2 + N 2 NH 3 c. Etana (C 2 H 6 ) sifat fisika : - berat molekul : 30,07 g/mol

6 - fase : gas - densitas gas : 1,212 kg/m 3 - titik didih : -88,6 o C - titik leleh : -182,76 o C - panas reaksi pembentukan : -83,82 kj/g - panas reaksi penguapan : 47,80 kj/g sifat kimia : - merupakan hidrokarbon alifatik - dalam temperatur dan tekanan standar, etana merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau - diisolasi dari gas alam, dan hasil sampingnya dari penyulingan minyak ( d. Propanal (C 3 H 6 O) sifat fisika : - berat molekul : 58,08 g/mol - fase : cairan tidak berwarna - densitas gas : 0,79 g/m 3 - titik didih : 56,53 o C - titik leleh : -94,9 o C - viscositas : 0,32 cp pada 20 o C - panas reaksi pembentukan : -215,7 kj.g - panas reaksi penguapan : 518 kj/kg sifat kimia : - diproduksi melalui propena yang dioksidasi langsung dengan menggunakan katalis Pd (II) / Cu(II) - dapat melarutkan berbagai macam pelastik - dalam laboratorium, propanal digunakan sebagai pelarut aportik polar dalam kebanyakan reaksi organik seperti S N 2 (

7 2.2.2 Sifat-sifat Produk a. N-Propanol Sifat sifat fisika: - Rumus molekul : C 3 H 8 O - Berat molekul : 60,096 - Titik didih normal : 97,2 o C - Densitas : 0,8034 g/cm 3 - viskositas : 1,938 cp - panas reaksi pembentukan : -255,2 kj/g - Panas reaksi penguapan : 896 kj/kg - Kemurnian : 99,9 % C 3 H 8 O Sifat sifat kimia: a. Propanol menunjukkan reaksi normal dari suatu alcohol primer b. Dapat dikonversi menjadi alkil halide, misalnya merah fosfor dan yodium menghasilkan propel iodide c. Cairan tidak berwarna dengan bau, manis menyenangkan, alcohol ringan d. Digunakan dalam pembuatan kosmetik, kulit dan preparat rambut, farmasi, parfum, formula lacquer, solusi pewarna, antifreezes,aseton dan bahan kimia lainnya e. Bau alkohol terdeteksi pada ppm 2.3 Pembuatan N-Propanol N-Propanol adalah suatu cairan yang tidak berwarna pada suhu kamar dan tekanan atmosferis, serta dapat larut dalam Alkohol dan Ester. N-Propanol dapat dibuat dengan beberapa proses, yaitu : Proses Reppe Proses Reppe adalah sintesis alkohol dari Olefin, Carbon Monoksida dan air. Teknologi pembuatan N-Propanol dengan metode ini dikembangkan oleh Badische Anilin and Soda Pabric A.G (BASF). Reaksi yang terjadi : C 2 H CO + 2 H 2 O C 3 H 7 OH + 2 CO 2

8 Reaksi dilakukan pada suhu C dan tekanan 15 atm dengan katalis Iron pentacarbonyl (Fe(CO) 5. Proses Reppe mempunyai kelebihan tekanan dan suhu reaksi yang lebih rendah dan selektivitasnya yang tinggi. Namun penggunaannya masih sedikit karena katalis yang digunakan bersifat sensitif oleh adanya air dan CO 2. Selain itu teknologi proses yang digunakan masih lebih mahal. (Unruh, 1997) Proses Oxo Proses Oxo atau hidroformulasi ditemukan oleh Otto Roelan pada tahun Roelan menyimpulkan bahwa reaksi tersebut berlaku secara umum untuk semua olefin, dan reaksi ini dinamakan Proses Oxo. Addisi CO dan H 2 terhadap alkana (hidroformi) dengan adanya katalis (CO(CO) 4 ) 2 sehingga terbentuk aldehida atau keton, yang kemudian diikuti dengan hidrogenasi. Aldehid terbentuk karena penambahan gugus formaldehid pada ikatan rangkap Olefin, sehingga proses ini dinamakan hidroformulasi. Secara umum persamaan reaksinya : R-CH=CH 2 + H 2 + CO R-CH 2 -CH 2 -CHO (olefin) ( gas sintesa) (aldehid) Jika aldehid direaksikan dengan hidrogen, maka terbentuk alkohol dengan reaksi : R-CH 2 -CH 2 -CHO + H 2 R-CH 2 -CH 2 -OH (aldehid) (hydrogen) (alkohol) Dengan : R = Gugus alkil Dengan Proses Oxo proses pembuatan N-Propanol adalah proses 2 tahap. Tahap pertama, Etilen direaksikan dengan Gas Sintesa dengan menggunakan logam dari gugus transisi yaitu, Co, Fe, Ni, Rh dan Ir. Katalisator yang digunakan secara komersial, adalah Co dan Rh tetapi Co lebih disenangi, karena dapat beroperasi pada suhu dan tekanan yang lebih rendah dan selektivitas yang lebih tinggi. Proses ini menghasilkan N-Propanal. Proses ini berlangsung pada :

9 Suhu : C Tekanan : 20 atm Rasio H 2 : CO : 1:1 Konversi Etilen menjadi N-propanal = 80%. Reaksi yang terjadi Utama C 2 H 4(g) + CO (g) + H 2(g) Co C 3 H 6 O (g) Samping C 2 H 4(g) + H 2(g) C 2 H 6(g) (Kirk and Othmer, 1978) Tahap kedua, N-Propanal direaksikan dengan Hidrogen menjadi N-Propanol dengan katalis Ni (Nikel). Kondisi operasi dapat berlangsung dalam fase cair ataupun gas. Hanya saja dalam fase cair untuk skala komersial tidak banyak dilakukan karena kurang ekonomis. Pada fase gas reaksi berlangsung Suhu : C Tekanan : 20 atm Konversi N-Propanal menjadi N-Propanol 98% Reaksi yang terjadi : Utama C 3 H 6 O (g) + H 2(g) (Unruh, 1997) C 3 H 8 O (g) Dari kedua proses diatas dipilih Proses Oxo dengan pertimbangan 1. Sebagian besar Pabrik Propanol di dunia mempergunakan proses ini dalam proses produksinya 2. Katalis yang digunakan lebih stabil terhadap fluida yang bereaksi. 3. Prosesnya lebih ekonomis dibandingkan Proses Reppe. 4. Ditinjau dari sisi keselamatan dari segi proses pabrik ini berisiko rendah, karena proses pembuatannya telah banyak diterapkan pada jumlah besar pabrik di dunia, selain itu pabrik dijalankan pada tekanan dan suhu medium. 5. Dari segi polusi, akan menyebabkan pencemaran udara tetapi masih polusinya masih rendah.

10 2.4 Uraian Proses Uraian proses pembuatan n-propanol dari etilen dan gas sintesa adalah sebagai berikut : Tahap Persiapan Bahan Baku Umpan etilen dengan komposisi dari tangki penyimpanan gas bahan baku (T- 101) yang berwujud gas pada suhu 30 o C dengan tekanan 1atm dikompres dengan kompressor JC-101 (Compressed natural gas, CNG) hingga tekanannya naik menjadi 20 atm lalu dipanaskan ke unit heat exchanger (E-101) hingga suhu mencapai 130 o C. Umpan gas sintesa (CO dan H 2 ) dengan komposisi dari tangki penyimpanan gas bahan baku (T-102) dikompres dengan kompressor JC-102 dengan tekanan 20 atm kemudian bersama etilen direaksikan ke dalam reaktor (R-101) Tahap Reaksi Komposisi etilen dan gas sintesa kemudian dimasukkan ke reaktor (R-101) Reaksi ini berlangsung eksotermis sehingga perlu adanya pendingin. Pendingin yang digunakan adalah air pada tekanan 1 atm. Reaksi berlangsung pada suhu 130 o C dengan tekanan 20 atm. Reaksi yang terjadi adalah : Reaksi utama : C 2 H 4(g) + CO (g) + H 2(g) C 3 H 6 O (g) Reaksi samping : C 2 H 4(g) + H 2(g) C 2 H 6(g) Campuran gas keluar reaktor pada suhu = C, tekanan = 20 atm. Gas produk yang keluar dari R-101 diembunkan di kondenser-101 (CD-101) sampai suhunya -8 o C dengan tekanan 6 atm lalu dipisahkan di Separator Drum-101 (SD-101), untuk memisahkan fasa cair gas sintesa, etilen, n-propanal dan etana dari campuran fasa gasnya, gas keluar dari SD-1010 disimpan di tangki penyimpanan (T-104) sedangkan cairannya dipanaskankan pada E-102, suhu C dengan tekanan 6 atm. Kemudian di campur dengan gas hidrogen dalam mixing point, seluruh umpan direaksikan di dalam reaktor (R-102) berlangsung pada suhu 190 o C dan tekanan 6 atm. Reaksi berlangsung endotermis dengan suhu keluaran 190 o C dan tekanan 6 atm. Reaksi yang berlangsung : C 3 H 6 O (g) + H 2(g) C 3 H 8 O (g) Tekanan gas produk yang keluar dari R-102 diturunkan dari 6 atm menjadi 3 atm dengan menggunakan ekspander (JC-105) lalu didinginkan dalam Heater-103 (E- 103) sampai suhunya mencapai 47 o C dengan tekanan 2 atm dan dipisahkan dalam

11 Separator Drum-102 (SD-102). Gas keluar dari SD-102 dikompres (JC-106) tekanan mengalami penurunan dari 2 atm menjadi 1 atm, dan di simpan dalam tangki penyimpanan gas (T-105), dan akan digunakan sewaktu - waktu bila dibutuhkan, penyimpanan selama 3 bln. Cairan keluar SD-102 diembunkan di E-104 dengan suhu 34 o C dan tekanan 1 atm lalu di pisahkan dalam kolom destilasi D-101. Cairan yang berada pada bagian paling atas dikondensasikan dan seluruh destilat yang ada dikumpulkan dalam akumulator, suhu berada pada 30 o C dengan tekanan 1 atm. Kemudian cairan di simpan dalam tangki untuk diolah dalam limbah pengolahan limbah cair (T-106). Cairan keluar D-101 yang berada di bagian bawah kemudian dipompa (P-101) dan diuapkan dalam reboiler R-101 dengan suhu 95 0 C dan tekanan 1 atm lalu diembunkan pada E-105 sampai suhu mencapai 30 o C dengan tekanan 1 atm untuk kemudian dimasukkan dalam Tangki Penyimpan-107 (T-107).

12 Komponen Alur (Kg/jam) Etilen karbon monoksida Hidrogen Etana Propanal N-Propanol Total Temperatur (oc) Tekanan (atm)