BAB II NJAUAN PUSTAKA 2.1 Asetat Anhidrat Asetat anhidrat merupakan anhidrat dari asam asetat yang struktur antar molekulnya simetris. Asetat anhidrat memiliki berbagai macam kegunaan antara lain sebagai fungisida dan bakterisida, pelarut senyawa organik, berperan dalam proses asetilasi, pembuatan aspirin, dan dapat digunakan untuk membuat acetylmorphine. Asam asetat anhidrat paling banyak digunakan dalam industri selulosa asetat untuk menghasilkan serat asetat, plastik, serat kain dan lapisan kain (Celanase, 2010). Asetat anhidrat (( O) merupakan larutan aktif, tidak berwarna, serta memiliki bau yang tajam. Kapasitas produksi Amerika untuk produk asetat anhidrat ini cukup besar, yaitu lebih dari 900.000 ton per tahun (Kirk othmer, 1981). Asetat anhidrat merupakan suatu senyawa yang memiliki kegunaan yang sangat bervariasi. Asetat anhidrat digunakan dalam pembuatan cellulose asetate, serat asetat, obatobatan, aspirin, dan berperan sebagai pelarut dalam penyiapan senyawa organik (Kurniawan, 2004). Asetat anhidrat memiliki rumus struktur seperti Gambar 2.1 dibawah ini: Gambar 2.1 struktur asetat anhidrat (Celanase, 2010) Beberapa reaksi yang dapat terjadi pada asetat anhidrat adalah (Celanase, 2010): 1. Acetilasi C 6 H 4 NH 2 + ( O C 6 H 4 NHCO + COOH 2. Hidrolisis menjadi asam asetat ( O + H2O 2 COOH 3. Amonolisis manjadi acetamida ( O + 2NH 3 CONH 2 + COONH 4
4. Alkoholisis menjadi ester ( O + OH COO + COOH 5. pembentukan ketone melalui Friedel-Crafts acylation ( O + ArH CH 2 COAr + COOH 6. reaksi kondensasi (Perkin) C 6 H 5 CHO + ( O C 6 H 5 CH=CHCOO + COOH 2.2 Sifat-Sifat Bahan Baku Dan Produk 2.2.1 Sifat-Sifat Produk 1. Asetat Anhidrat (Perry s, 2008) Sifat-sifat asetat anhidrat adalah (Perry s, 2008): Rumus molekul : ( O Titik didih pada 760 mmhg Panas pembakaran Tekanan kritis Densitas pada 20 C Viskositas pada 25 C : 102,09 gram/mol : 139,06 0 C : -73 0 C : 431,9 kkal/mol : 46.81 atm : 296 0 C : 1.08 g/ml : 0.843 mpa.s 2. Metana(Perry s, 2008) Rumus molekul : CH 4 Titik didih pada 760 mmhg Tekanan kritis Densitas pada suhu didih Viskositas pada 25 C : 16,04 gram/mol : -161.4 C : -182.5 C : 46.00 atm : -82.6 C : 0,4245 g/ml : 0.843 mpa.s
2.2.2 Sifat-sifat bahan baku 1. Aseton(Perry s, 2008) Rumus molekul : C 3 H 6 O : 58,08 gram/mol Titik didih pada 760 mmhg : 56,05 0 C : -94,6 0 C Panas pembakaran : 431,9 kkal/mol Tekanan uap pada 20 0 C : 24 kpa : 235 C Densitas pada 192.40 K : 1,37 g/ml Viskositas pada 25 C : 0.843 mpa.s 2. Asam Asetat (Perry s, 2008) Rumus molekul : C 2 H 4 O 2 : 60.05 gram/mol Titik didih pada 760 mmhg : 118.1 0 C : 16.6 C Panas pembakaran : 431,9 kkal/mol Tekanan uap pada 20 0 C : 1.5 kpa : 21.67 C 3. Ketena(Perry s, 2008) Rumus molekul Titik didih pada 760 mmhg Panas pembentukan Tekanan uap pada 20 0 C : H 2 C:CO : 42.04gram/mol : -56 0 C : -151 C : -47,7 kjoule/mol : 2.0 MPa : 106,85 C Densitas pada -60 0 C : 2.07
2.3 Proses Pembuatan Asetat Anhidrat Asetat anhidrat dapat dibuat menggunakan empat macam proses (Kurniawan, 2004), yaitu : 1. Oksidasi asetaldehid Asetat anhidrat dapat disiapkan dengan oksidasi langsung dari asetaldehid dengan menggunakan pelarut asam asetat. Pada proses ini digunakan katalis yang mengandung tembaga. Asetaldehid teroksidasi membentuk peroxyacetic acid. Peroxyacetic acid ini akan bereaksi lagi membentuk acetaldehyde monoperoxyasetate. Zat ini kemudian akan membentuk asam asetat, anhidrida, dan air. Oksidasi mencapai penyelesaian 96% untuk memberikan asetat anhidrat banding asam asetat dengan rasio 56:44. Reaksi yang terjadi pada proses ini adalah sebagai berikut: CHO + O 2 COOOH COOOH + CHCHO COOOCH(OH) CHCOOOCH(OH) ( O + H 2 O COOOCH(OH) COOH + COOH 2. Proses karbonilasi metil asetat Asetat anhidrat dapat dibuat dengan karbonilasi metil asetat dengan cara yang sama dengan karbonilasi metanol menjadi asam asetat. Langkah pertama yang dilakukan pada proses ini adalah asetilasi metanol untuk mendapatkan metil asetat, kemudian dilanjutkan dengan karbonilasi metil asetat untuk membentuk acetate anhidrat. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: COOH + OH COO + H 2 O COO + CO ( O Katalis yang digunakan dalam proses ini adalah rhodium chloride trihydrate, metil yodida, bubuk logam kromium, dan sebuah alumina pendukung atau sebuah kompleks nickel carbonyl dengan triphenylphospine, metil yodida, dan chromium hexacarbonyl.
3. Proses ketena dari dekomposisi asam asetat Salah satu proses pembuatan asetat anhidrat adalah dengan proses ketena. Asam asetat diuapkan dengan tekanan dibawah 150 mmhg, dicampur dengan katalis trietil fosfat dan dilewatkan pada pipa pirolisis yang dipanaskan sampai temperatur 550-660 C dimana asam asetat akan terdekomposisi menjadi ketena dan air. Amonia dimasukkan ke dalam aliran gas untuk menetralisasi katalis, dan campuran gas didinginkan dalam pendingin yang dijaga pada temperatur -20 C untuk membekukan air, katalis, dan agar tidak mengubah asam asetat. Gas ketena dilewatkan pada absorber yang dikombinasikan dengan asam asetat untuk memperoleh asetat anhidrat. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: COOH CH 2 =C=O + H 2 O CH 2 =C=O + COOH ( O 4. Proses ketena dari dekomposisi aseton Selain dari asam asetat, ketena dapat dibuat dengan alternatif lain dari dekomposisi aseton berdasarkan reaksi berikut: COCH CH 2 =C=O + CH 4 CH 2 =C=O + COOH ( O Pada proses ini dihasilkan produk samping berupa gas metana. Metana termasuk gas inert dan mempunyai berat molekul yang lebih kecil daripada air. Perancangan ini memilih proses ini, karena tahap ini lebih menguntungkan secara kimia dan ekonomi. Keuntungan dari proses ini adalah produk samping metana yang bersifat inert dan mudah dipisahkan. Proses ini juga tidak memerlukan katalis seperti pada proses pembuatan ketena yang berasal dari asam asetat. 2.4 Pemilihan Proses Proses yang dipilih dalam proses ini adalah pembuatan asetat anhidrat dengan proses ketena dari dekomposisi aseton. Alasan pemilihan proses ini karena akan menghasilkan asetat anhidrat yang lebih murni, hasil samping yang dihasilkan dapat dijual secara komesil yaitu metana dan juga proses tidak menggunakan katalis.
2.5 Deskripsi Proses Deskripsi proses dalam pembuatan asetat anhidrat dimulai dari proses dekomposisi aseton menjadi ketena dan metana. Aseton dipompakan dan dinaikkan tekanannya menjadi 8 atm. Kemudian aseton cair tersebut diuapkan dalam vaporizer pada suhu 80 0 C sehingga semua menguap, kemudian dialirkan ke dalam tungku pembakaran (F-101) sehingga terdekompisisi membentuk ketena dan gas inert metana pada suhu 700 o C dan tekanan 8 atm. Reaksi dekomposisi aseton yang terjadi adalah sebagai berikut (Kurniawan, 2004): CO CH 2 :C:O + CH 4 Aseton ketena metana Uap ketena dan metana yang terbentuk dalam tungku pembakaran di alirkan kedalam reaktor (R-201). Dalam reaktor, uap ketena dan metana dikontakkan dengan asam asetat cair. Dalam reaktor ini metana bersifat inert sehingga tidak terjadi reaksi metana. Ketena bereaksi dengan asam asetat cair membentuk asetat anhidrat. Kondisi reaksi pada reaktor ini adalah 80 0 C dan tekanan 1 atm. Perbandingan mol ketena dan asam asetat memasuki reaktor adalah 1:6 sehingga konversi reaksi ketena mencapai 100%. Reaksi pembentukan asetat anhidrat adalah sebagai berikut: H 2 C=C=O + COOH -CO-O-CO- Ketena asam asetat asetat anhidrat Campuran cairan dan gas dari reaktor dialirkan ke kolom knock out drum (KO- 201) asetat anhidrat dan asam asetat yang bersifat cair akan terpisah dari gas aseton dan metana. Asetat anhidrat dan asam asetat yang tersisa dari reaktor akan memasuki kolom destilasi (D-301) dan akan diperoleh asetat anhidrat dengan kemurnian 99,9%. Asetat anhidrat yang dihasilkan ini akan dipompakan kedalam tangki penyimpanan TK-303. Cairan asam asetat akan dikembalikan memasuki reaktor. Sedangkan gas metana dan asetone akan didinginkan pada kondensor hingga suhu 30 0 C sehingga aseton akan berubah menjadi fasa cair pada suhu 30 0 dan tekanan 1 atm. Campuran fasa cair aseton dan fasa gas metana akan dipisahkan pada knock out drum (KO-202). Gas metana akan dikompres memasuki tangki penyimpanan TK-204, dan aseton akan dikembalikan ke furnace.(kurniawan, 2004).
Air pendingin 30 0 C Saturated steam 4,8 atm, 150 0 C LI LI TK-102 7 P-102 28 2 3 TK-101 1 M-101 E-101 P-101 E-102 4 F-101 8 C-101 5 E-103 6 9 R-201 M-201 10 12 11 25 E-202 B-301 22 23 KO-202 24 KO-201 Vd(16) Ld(19) 13 14 P-302 E-201 P-201 Vb(17) D-301 Lb(15) C-204 E-301 V-303 E-302 P-209 20 E-303 P-304 TK-204 Keterangan gambar : 1. TK-101 : Tangki penyimpanan aseton 2. TK-102 : Tangki penyimpanan asm asetat 3. TK-204 : Tangki penyimpanan metana 4. TK-303 : Tangki penyimpanan asetat anhidrat 5. D-301 : Kolom destilasi 6. C-101 : Expander 7. C-204 : Compressor 8. R-101 : Reaktor 9. F-101 : Furnace 10. V-303 : akumulator 11. KO-201 : Knock out drum I 12. KO-202 : knock out drum II 13. E-101 : Heater aseton 14. E-102 : Heater asam asetat 15. E-103 : Waste heat boiler 16. E-201 : Heater umpan destilasi 17. E-202 : Cooler aseton dan metana 18. E-301 : Condensor 19. E-302 : Reboiler 20. E-303 : Cooler asam aseta 21. E-304 : Cooler produk 22. P-101 : Pompa aseton 23. P-102 : Pompa asam asetat 24. P-201 : Pompa umpan destilasi 25. P-301 : Pompa reboiler 26. P-302 : Pompa kondensor 27. P-303 : Pompa produk 28. P-304 : Pompa asam asetat recycle 27. B-301 : Blower PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN FLOWSHEET PENGOLAHAN PABRIK PEMBUATAN ASETAT ANHIDRAT P-301 18 P-303 21 19 E-304 TK-303 LI Air pendingin bekas Kondensat 150 0 C PRA-RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN ASETAT ANHIDRAT DENGAN PROSES KETEN DARI DEKOMPOSISI ASETON DENGAN KAPASITAS 8.500 TON /TAHUN Skala : Tanpa Skala Digambar Diper iksa/ Disetujui Nama : Nimrod Sitorus NIM : 060405057 1. Nama : Dr. Maulida, S.T, M.Sc NIP : 19700611 199702 2 001 2. Nama : Dr. Zuhrina M, S.T, M.Sc NIP : 19710905 199512 2 001 Tanggal Tanda Tangan