BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Butadiene Butadiene atau yang biasanya juga dikenal sebagai 1,3-Butadiene merupakan salah satu diene konjugasi sederhana dengan formula C 4 H 6. Butadiene merupakan salah satu bahan kimia yang penting dalam industri kimia. Kebanyakan butadiene dipolimerisasi dalam pembuatan karet sintetik. Meskipun polybutadiene sendiri sangat lemah dan lunak, hampir semuanya terdiri dari cairan, copolymer dari campuran butadiene dengan styrene atau acrylonitrile seperti acrylonitrile butadiene styrene (ABS), acrylonitrile butadiene (NBR) and styrene-butadiene (SBR) sangat kuat dan elastis. Butadiene dalam jumlah kecil juga digunakan dalam pembuatan nylon intermediate, yaitu adiponitrile dengan cara menambahkan molekul hydrogen cyanide dalam setiap ikatan rangkapnya melalui proses yang disebut hydrocyanation. Selain itu, butadiene juga banyak digunakan dalam pembuatan material pembuatan karet seperti chloroprene dan pelarut sulfolane. Vinylcyclohexene adalah merupakan zat impuiritis yang sering dijumpai dalam butadiene dalam tangki penyimpanan. Perkembangan terbaru menyatakan bahwa butadiene dapat digunakan sebagai bahan baku pengganti buthanol dalam proses esterifikasi dalam proses pembuatan n- butyl asetat (Anonim, 2012b ). 2.2 Asam Asetat Asam asetat dengan rumus struktur CH 3 COOH biasa dikenal juga dengan asam ethanoat merupakan salah satu bahan kimia organik. Dalam keadaan murni asam asetat bebas dari air (asam asetat glasial) merupakan cairan berwarna bening yang menyerap air dari lingkungan (bersikap higroskopis) dan membeku di bawah suhu 16,7 o C (62 o F) menjadi sebuah Kristal padat tidak berwarna. Asam asetat merupakan salah satu asam karboksilat yang paling sederhana, merupakan regensia dan dalam industri kimia banyak digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan berbagai macam bahan kimia lainnya. Asam asetat merupakan salah satu bahan kimia yang penting di dunia. Asam asetat banyak digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan berbagai macam
bahan kimia, seperti vinil asetat monomer (VAM), asam tereptalik yang dimurnikan, asetat anhidrat, asam monokloro asetat (MCA) dan ester asetat (n-butyl asetat) (Anonim, 2012a). Penggunannya dalam pembuatan n-butyl asetat adalah dengan melakukan reaksi esterifikasi antara asam asetat dengan butadiene ataupun juga dengan alcohol seperti buthanol. 2.3 Esterifikasi Reaksi esterifikasi bersifat reversible, untuk memperoleh rendemen tinggi dari ester itu, kesetimbangan harus digeser ke arah ester. Satu teknik untuk mencapai ini adalah menggunakan salah satu zat pereaksi yang murah yang berlebihan. Teknik lain adalah membuang salah satu produk dari dalam campuran reaksi (Fessenden & Fessenden, 1999). Beberapa macam metode esterifikasi antara lain : a. Cara Fischer Jika asam karboksilat dan alkohol dan katalis asam (biasanya HCl atau H 2 SO 4 ) dipanaskan, terdapat kesetimbangan dengan ester dan air. b. Esterifikasi dengan asil halide Asil halida adalah turunan asam karboksilat yang paling reaktif. Asil klorida lebih murah dibandingkan dengan asil halida lain. Asil halide biasanya dibuat dari asam dengan tionil klorida atau fosfor pentaklorida. (Dinarno, 2009) c. Esterifikasi antara asam karboksilat dengan conjugated diene Esterifikasi dengan menggunakan asam karboksilat dan conjugated diene yang tidak disertai oksigen yang disertai katalis asam saat ini juga telah banyak
dikembangkan. Hal ini dikarenakan conjugated diene merupakan salah satu bahan yang mudah didapat dan harga yang relative yang lebih murah. Conjugated diene yang sering digunakan yaitu 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2-chloro-1,3- butadiene, 1,3-hexadiene, 2,4-cyclohexadiene dan lainnya. Produk hasil esterifikasi antara asam karboksilat dengan conjugated diene yang banyak dijumpai adalah n-butyl asetat, 2-methyl-2-butenyl butanoate, cyclohexene-3-ylbenzoate dan lainnya 2.4 n-butyl Asetat n-butyl asetat yang juga dikenal sebagai butyl etanoat atau butyl asetat merupakan salah satu bahan kimia organik yang banyak digunakan sebagai solven dalam produksi berbagai macam bahan kimia. Merupakan cairan tidak berwarna yang mudah terbakar. Butyl asetat bisa ditemukan dalam berbagai jenis buah-buahan yang memberikan rasa dan bau yang khas seperti pisang yang biasa juga digunakan sebagai perasa sintetik dalam permen, es krim dan bahan-bahan perasa dalam pembuatan kue. Ada empat macam butil asetat : butil asetat, iso-butil asetat, sec-butil asetat, dan tert-butil asetat. Pada umumnya hanya butil asetat dan isobutyl asetat yang diproduksi secara komersial. Ada beberapa macam proses dalam pembuatan n-butyl asetat. Pembuatan n-butyl asetat adalah dengan proses esterifikasi menggunakan bahan baku butanol dan asam asetat dengan katalisator asam sulfat. Untuk menyempurnakan reaksi, salah satu reaktan diberikan berlebih. Ada 2 macam proses pembuatan butil asetat ini, yaitu : 1). Proses Batch Asam asetat, butil alkohol, dan katalis dimasukkan dalam reaktor dengan jumlah tertentu, steam dipakai sebagai pemanas hinggga menghasilkan refluk. Uap yang terbentuk setelah dikondensasi akan masuk ke unit dekanter, hasil atas direfluk ke kolom distilasi sedang hasil bawah direcovery. Reaksi dilanjutkan dengan beroperasi kira-kira 87 C sampai tidak ada air yang terpisahkan. Alkohol dimasukkan ke dalam reaksi, temperatur kolom naik sampai 126 C, sehingga dapat diperoleh butil asetat.
2). Proses kontinyu Proses dijalankan dengan reactor CSTR (Continue Stirred Tank Reactor). Butil alkohol, asam asetat dan katalis dimasukkan ke dalam reaktor esterifikasi dan campuran tersebut menghasilkan refluk melalui kolom esterifikasi. Air dari reaksi dipindahkan pada proses dekanter, hasil atas dikembalikan ke reaktor esterifikasi dan airnya dibuang. Produk ester mentah menjadi lapisan atas pada proses dekanter. Sebagian dari produk mentah ini diumpankan ke bagian atas kolom esterifikasi sebagai refluk untuk kontrol temperatur, dan sisanya diumpankan ke kolom distilasi (low boiler) untuk purifikasi (proses pembersihan). Residu butil alkohol dan air dipindahkan dari atas kolom distilasi dan dikembalikan ke reaktor esterifikasi. Ester keluar kolom distilasi ke tangki uap dan dipisahkan dari impuritas dengan kolom penyaringan. Ester yang sudah murni dimasukan ke tangki analisis untuk analisis spesifikasi, dan setelah itu dipindahkan ke tangki penyimpanan (Mc Ketta, 1977). Pembuatan n-butyl asetat dimana proses dimulai dengan mereaksikan butadiene dengan asam asetat dengan menggunakan katalis ion exchanger Amberlyst 15 (C 10 H 10 ) m (C 8 H 8 O 3 S) n.secara sederhana proses esterifikasi antara butadiene dengan asam asetat dapat dilihat seperti berikut: + (butadiene) (asam asetat) (sec-butenyl asetat) (n-butenyl asetat) Hasil esterifikasi berupa sec-butenyl asetat dan n-butenyl asetat. n-butenyl asetat kemudian dipisahkan dari sec-butenyl asetat dan bahan baku berlebih serta produk samping yang terbentuk melalui proses destilasi. n-butenyl asetat yang telah +
dipisahkan kemudian dimasukkan ke dalam proses hidrogenasi untuk menghilangkan ikatan rangkapnya dan membentuk n-butyl asetat (Paul et al, 1977). 2.5 Sifat-sifat bahan baku dan produk 2.5.1 Sifat-sifat bahan baku 1. Butadiene o Rumus Kimia : C 4 H 6 o Berat Molekul : 54,0916 o Titik Didih Normal, K : 269 o Titik Lebur, K : 164,3 o Densitas, g/cm 3 : 0,64 o Viskositas, cp (0 o C) : 0,25 o Titik Nyala, C : -85 (Wikipedia,2012) 2. Asam Asetat o Rumus Kimia : CH 3 COOH o Berat Molekul : 60,05 o Titik Didih Normal, K : 391,04 o Titik Lebur, K : 289,93 o Temperatur Kritik, K : 594,45 o Tekanan Kritik, bar : 57,90 o Volume Kritik, cm 3 /mol : 171,0 o Densitas Cair, kg/m 3 ( o C) : 1049,2 (20) o Panas Penguapan, kj/mol : 23,7 (Wikipedia,2012) 3. Asam Klorida o Rumus Kimia : HCl o Berat Molekul : 36,5 o Titik Didih Normal, K : 3383
o Titik Lebur, K : -27,32 o Densitas Cair, kg/m 3 ( o C) : 1180 o Viskositas : 1,9 mpa.s (Wikipedia,2012) 4. Hidrogen o Rumus Kimia : H 2 o Berat Molekul : 2 o Titik Didih Normal, K : 20,28 o Titik Lebur, K : 14,01 o Temperatur Kritik, K : 32,97 o Densitas Cair, kg/m 3 ( o C) : 70 (TL) : 70,99 (TD) o Panas Penguapan, kj/mol : 0,904 (Wikipedia,2012) 5. Katalis Amberlyst o Rumus Kimia : (C 10 H 10 ) m (C 8 H 8 O 3 S) n o Berat Molekul : 314,4 o Titik Didih Normal, C : 516,7 o Flash point,c : 266,3 (Wikipedia,2012) 2.5.2 Sifat-sifat Produk 1. n-butyl asetat o Rumus Kimia : n-ch 3 COOC 4 H 9 o Berat Molekul, g/mol : 116,16 o Titik Didih, o C : 126 o Titik Leleh, o C : -73,5 o Temperatur Kritis, o C : 306 o Tekanan Kritis, MPa : 3,11 o Volume Kritis, m 3 /kmol : 0,389
o Densitas, gr/cm 3 (30 o C) : 0,88 (Wikipedia,2012) 2. sec-butyl asetat o Rumus Kimia :sec- CH 3 COOC 4 H 9 o Berat Molekul, g/mol : 116,16 o Densitas, kg/m 3 : 870 o Titik Didih, o C : 112 o Titik Leleh, o C : -99 (Wikipedia,2012) 2.6. Deskripsi Proses Proses pembuatan n-butyl asetat dilaksanakan dengan cara esterifikasi yaitu dengan mereaksikan asam asetat dengan butadiene yang kemudian diikuti dengan proses hidrogenasi produk hasil reaksi esterifikasi asam asetat dengan butadiene (nbutenyl asetat dan sec-butenyl asetat) menjadi n-butyl asetat dan sec-butyl asetat Proses dimulai dengan aktivasi katalis amberlyst 15, Larutan HCl 38% dari tangki penyimpanan (V-104) dipompakan menuju mixer (M-101) untuk kemudian diencerkan dengan air proses menjadi HCl 1N pada tekanan 1 atm dan suhu 30 o C. HCl dari mixer (M-101) kemudian dipompakan menuju mixer (M-102) dan dimasukkan katalis amberlyst 15 dari gudang penyimpanan (F-101) proses ini terjadi pada suhu 30 o C dan tekanan 1 atm. Hasil keluaran mixer (M-102) kemudian dipompakan ke unit filtrasi (P-101) untuk memisahkan antara katalis amberlyst 15 dan HCl. HCl yang keluar dari unit filtrasi (P-101) kemudian dialirkan kembali menuju mixer (M-102). Perlakuan dilanjutkan dengan pembersihan dengan menggunakan air dari air proses. Keluaran air proses dan HCl sisa kemudian dialirkan ke unit pengolahan limbah. Amberlyst 15 dan airkemudian dimasukkan ke unit rotary dryer (DD-101) pada suhu 100 C dan tekanan 1 atm. Katalis Amberlyst 15 kemudian dialirkan ke unit disc centrifuge (FF-101) untuk memastikan tidak ada zat lain yang terikut ke unit reaktor (R-101). Asam asetat dari tangki penyimpanan (TT-101) kemudian diumpankan terlebih dahulu ke unit heater (E-101) untuk menaikkan suhu asam asetat dari 30 o C
menjadi 60 o C sebelum diumpankan ke reaktor (R-101). Butadiene dari tangki penyimpanan (TT-102) pada tekanan yang tinggi, kemudian di umpankan ke unit expander (JC-101) untuk menurunkan tekanan butadiene menjadi 1 atm. Gas Butadiene dari expander (JC-101) kemudian diumpankan menuju unit heater (E-102) untuk menaikkan suhu dari 30 o C menjadi suhu umpan reaktor, yaitu 60 o C. Pada reaktor (R-101) yang beroperasi pada suhu 60 o C dan tekanan 1 atm berlangsunglah reaksi esterifikasi antara asam asetat dengan butadiene dengan reaksi seperti C 2 H 4 O 2 + C 4 H 6 n-c 6 H 10 O 2 + sec-c 6 H 10 O 2 Asam asetat Butadiene n-butenyl asetat sec-butenyl asetat Reaksi esterifikasi tersebut bereaksi dengan perbandingan asam asetat : butadiene : amberlyst 15 sebesar 3600 : 700 : 85 (Gracey, BP dan Norbat, WJK, 2002). Hasil reaksi berupa n-butenyl asetat, sec-butenyl asetat, asam asetat berlebih, butadiene berlebih dan katalis amberlyst 15. Hasil keluaran reaktor (R-101) kemudian diumpankan menuju unit cooler untuk menurunkan suhu umpan dari 60 o C menjadi 40 o C. Kemudian diumpankan ke unit knock out drum (FG-201) untuk memisahkan gas butadiene berlebih, kondisi operasi knock out drum yaitu suhu 40 o C dan tekanan 1 atm. Gas butadiene berlebih kemudian dengan blower diumpankan ke unit Mixpoint (MP-102). Hasil keluaran unit knock out drum (FG-201) kemudian diumpankan ke unit disc centrifuge (FF-201) yang beroperasi pada suhu 40 o C pada tekanan 1 atm untuk memisahkan katalis amberlyst 15. Amberlyst keluaran disc centrifuge (FF-201) kemudian direcycle kembali menuju unit mixer (M-102). Keluaran unit disc centrifuge lainnya kemudian diumpankan ke heater (E-202) untuk menaikkan suhu umpan dari 40 o C menjadi suhu umpan masuk destilsi (D-201) yaitu 119,732 o C. Pada unit destilasi (D-201) akan dipisahkan antara asam asetat dengan n- butenyl asetat dengan sec-butenyl asetat berdasarkan titik didih yang beroperasi pada tekanan 1 atm pada suhu 119,732 o C. Produk dari atas berupa asam asetat kemudian dipompakan menuju unit cooler (E-206) untuk menurunkan suhu menjadi 30 o C kemudian diumpankan ke mix point (MP-101). Produk bawah keluaran destilat (D- 201) kemudian dipompakan menuju cooler (E-205) untuk menurunkan suhu menjadi
suhu umpan masuk reaktor hidrogenasi (R-201) yaitu 100 o C. Reaktor Hidrogenasi (R-202) beroperasi pada suhu 150 o C dan tekanan 30 atm. Dalam reaktor ini terjadi reaksi antara hidrogen dengan n-butenyl asetat dan sec-butenyl asetat, dengan persamaan berikut : (i) n-c 6 H 10 O 2 + H 2 n-c 6 H 12 O 2 n-butenyl asetat hidrogen n-butyl asetat (ii) sec-c 6 H 10 O 2 + H 2 sec-c 6 H 12 O 2 sec-butenyl asetat hidrogen sec-butyl asetat Hidrogen yang masuk ke reaktor (R-201) berasal dari tangki penyimpanan (TT-103). Produk keluaran hidrogen berupa campuran n-butyl asetat dan sec-butyl asetat yang kemudian diumpankan ke unit cooler (E-206) untuk menurunkan suhu umpan sebelum masuk ke destilasi (D-202) dari 150 o C menjadi 118,315 o C. Pada unit destilasi (D-202) akan dipisahkan antara n-butyl asetat dengan secbutyl asetat berdasarkan titik didih nya. Produk keluaran atas berupa sec-butyl asetat diumpankan ke unit cooler (E-209) menjadi 30 o C sebelum disimpan dalam tangki penyimpanan (TT-201) dan produk keluaran bawah berupa n-butyl asetat diumpankan ke cooler (E-210) menjadi suhu 30 o C sebelum disimpan ke tangki penyimpanan (TT-202).