HC CH +HCN CH2=CH-CN (1)

BAB I PENGANTAR 1.1. Latar Belakang Kebutuhan global akan bahan-bahan kimia semakin meningkat dari tahun ke tahun, salah satunya adalah akrilonitril. Akriloniril merupakan senyawa organik dengan formula CH 2CHCN. Senyawa ini berbentuk cair pada suhu ruang, tidak berwarna, berbau seperti bawang bombay, bersifat volatil dan beracun. Akrilonitril memiliki massa molar 63,064 g/mol, suhu didih sebesar 77 o C, flash point 32 o F (open cup) dan 30 o C (closed cup), dan densitas 0,81 g/cm 3. Akrilonitril larut dalam isopropil alkohol, air, etanol, aseton, benzen, dan ether. Gambar 1 menunjukkan struktur 2D dari akrilonitril (National Center for Biotechnology Information, 2016). Gambar 1. 1. Strutur Akrilonitril Akrilonitril memiliki berbagai kegunaan di industri kimia, terutama industri polimer. Kegunaan utama dari akrilonitril adalah sebagai bahan baku untuk produksi serat akrilik dan modakrilik. Selain itu senyawa ini juga digunakan untuk membuat plastic ((acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) and styrene-acrylonitrile (SAN)), nitrile rubbers, nitrile barrier resins, adiponitrile dan acrylamide (National Center for Biotechnology Information, 2016). Penggunaan akrilonitril akan terus meningkat seiring dengan meningkatnya kebutuhan akrilonitril dalam skala global. Akan tetapi sampai saat ini, di Indonesia kebutuhan akrilonitril untuk dunia industri kimia masih di penuhi dari luar negeri, maka pendirian pabrik akrilonitril di Indonesia merupakan peluang bisnis yang 1

sangat baik dan dapat menghemat devisa negara. Terlebih dengan adanya pembangunan pabrik baru di Indonesia maka dapat membuka lapangan pekerjaan untuk mengurangi pengangguran yang ada di Indonesia yang pada tahun 2015 jumlahnya mencapai 7,02 juta orang (Badan Pusat Statistik, 2016). Lokasi pendirian pabrik akrilonitril direncanakan berada di kota Cilegon. Hal ini mempertimbangkan pada kemudahan memperoleh bahan baku, sarana transportasi, tenaga kerja, pemasaran, dan keadaan geografis di wilayah kota Cilegon. Lokasinya yang berdekatan dengan pelabuhan dan pusat kota Jakarta membuat sistem pemasaran produk dan perolehan bahan baku mudah untuk dilakukan. Kebutuhan tenaga kerja sangat mudah diperoleh karena Cilegon merupakan kawasan industri dimana masyarakatnya cenderung siap untuk menjadi masyarakat industri. Dengan demikian, pembangunan pabrik akrilonitril ini pun diharapkan dapat berperan dalam pembangunan ekonomi Indonesia. 1.2. Tinjauan Pustaka Akrilonitril dapat dibuat dengan berbagai cara dengan berbagai bahan. Berikut ini merupakan beberapa proses yang dapat digunakan untuk memproduksi akrilonitril. 1.2.1. Adisi hidrogen sianida ke asetilen Akrilonitril dapat diproduksi melalui reaksi hidrogen sianida dan asetilen dengan persamaan sebagai berikut: HC CH +HCN CH2=CH-CN (1) Dalam aplikasinya, 10 mol asetilen dibutuhkan setiap 1 mol hidrogen sianida yang digunakan. Asetilen harus dimurnikan sebelum direaksikan dengan hidrogen sianida untuk mengurangi reaksi samping. Reaksi dijalankan pada fase gas dengan temperatur 500-600 o C, tekanan sedikit diatas 0,1 10 6 Pa dan katalis berupa NaOH dan sianida dalam karbon. Semua hidrogen sianida bereaksi sedangkan hanya sekitar 10% dari asetilen yang bereaksi. Reaksi ini juga menghasilkan produk samping yaitu asetaldehid, vinil klorida, metil vinil keton, kloropena, dan polimer. Reaktor yang digunakan adalah rubbed lined reactor. 2

Gas keluar reaktor mengandung akrilonitril, air, produk samping, asetilen dan hidrogen sianida. Gas tersebut kemudian dikontakkan dengan air untuk mengambil akrilonitril dan hidrogen sianida yang belum bereaksi. Larutan yang terbentuk kemudian dikirim ke water stripper sehingga akrilonitril dapat dipisahkan. Produk atas yang terdiri dari akrilonitril dan sedikit air kemudian diembunkan sehingga terbentuk fase cair. Larutan akrilonitril kemudian diumpankan ke distilasi azeotrop untuk memperoleh kemurnian yang lebih tinggi. 1.2.2. Ammoxidation dengan Ugine Process Akrilonitril diproduksi dari propilen, amonia dan oksigen menggunakan mekanisme proses ammoxidation. Proses ini terdiri dari dua tahapan reaksi. Propilen terlebih dahulu dioksidasi menjadi akrolein dalam fixed bed reactor dengan katalis Se/CuO. Pada tahap kedua, akrolein yang terbentuk dikonversi menjadi akrilonitril menggunakan amonia dan oksigen. Tahapan kedua ini dijalankan pada reaktor fixed bed dengan katalis MoO3. Reaksi dijalankan pada suhu 750-790 o F dan tekanan 5-30 psig. Persamaan reaksi tahap satu dan dua adalah: CH2=CH-CH3 + O2 CH2=CH-CHO + H2O (2) CH2=CH-CHO + NH3 + O2 CH2=CH-CN + 2H2O (3) Proses ini memberikan selektivitas akrilonitril yang cukup tanggi yaitu sekitar 70%. Proses ini juga menghasilkan produk samping yang didominasi oleh CO2, HCN, dan asetonitril. Arus gas panas keluar reaktor kemudian diturunkan suhunya secara drastis (quenching) dengan air yang dialirkan secara lawan arah dalam absorber. Amonia yang belum bereaksi dinetralkan dengan asam sulfat menjadi ammonium sulfat yang selanjutnya dapat dimanfaatkan sebagai pupuk. Off-gas dari absorber yang mengandung N2, CO, CO2, dan sisa propilen dapat dibuang langsung ke lingkungan atau terlebih dahulu dilewatkan dalam incinerator untuk membakar sisa propilen dan CO. Larutan yang mengandung akrilonitril dari absorber kemudian dilewatkan kolom recovery yang menghasilkan crude-acrylonitrile yang masih mengandung HCN. Hasil bawah dilewatkan pada kolom recovery kedua untuk menghasilkan 3

crude acetonitrile dan air. Crude-acetonitrile dapat di bakar atau diolah lebih lanjut untuk mendapatkan produk asetonitril yang lebih murni. Akrilonitril dengan kemurnian 99,2% didapatkan dari dua tahapan distilasi fraksinasi campuran crude acrylonitrile untuk menghilangkan HCN, air, dan pengotor berat (Kroschwitz dan Seidel, 2004). 1.2.3. Ammoxidation dengan SOHIO Process (Standard Oil of Ohio) Proses ini merupakan proses yang paling banyak digunakan dalam memproduksi akrilonitril di dunia. Proses ini merupakan proses single step ammoxidation yang dijalankan dalam fluidized bed reactor. Reaksi dijalankan pada suhu 450 o C dan tekanan 1,5-3 bar. Reaktor fluidized-bed dilengkapi dengan pendingin untuk mengambil panas reaksi. Katalis yang digunakan dalam proses ini adalah bismuth phosphomolybdate (BiPMo12O40). Reaksi ini menghasilkan hasil samping berupa asetonitril, dan HCN. Setiap 1000 kg akrilonitril yang diproduksi maka akan menghasilkan 30-40 kg asetonitril dan 140-180kg HCN. Selektivitas akrilonitril terhadap propylene yang digunakan dapat mencapai 70% dengan konversi hampir 100%. Reaksi yang antara propilen, udara, dan amonia sehingga menghasilkan akrilonitril adalah sebagai berikut: CH2=CH-CH3+NH3+ O2 CH2=CH-CN+3H2O (4) Arus gas panas keluar reaktor kemudian diturunkan suhunya secara drastic (quenching) dengan air yang dialirkan secara lawan arah dalam absorber. Amonia yang belum bereaksi dinetralkan dengan asam sulfat menjadi ammonium sulfat yang selanjutnya dapat dimanfaatkan sebagai pupuk. Off-gas dari absorber yang mengandung N2, CO, CO2, dan sisa propilen dapat dibuang langsung ke lingkungan atau terlebih dahulu dilewatkan dalam incinerator untuk membakar propilen dan CO. Larutan yang mengandung akrilonitril dari absorber kemudian dilewatkan kolom recovery yang menghasilkan crude-acrylonitrile yang masih mengandung HCN. Hasil bawah dilewatkan pada kolom recovery kedua untuk menghasilkan crude-acetonitrile dan air. Crude-acetonitrile dapat dibakar atau diolah lebih lanjut untuk mendapatkan produk asetonitril yang lebih murni. Akrilonitril dengan kemurnian 99,2% didapatkan dari destilasi fraksionasi campuran crude 4

acrylonitrile untuk menghilangkan HCN, air, dan pengotor berat (Kroschwitz & Seidel, 2004). Perbedaan dari ketiga proses pembuatan akrilonitril dapat dilihat di Tabel 1.1. Tabel 1. 1. Perbedaan Proses Pembuatan Akrilonitril Parameter Adisi hidrogen sianida ke asetilen Ammoxidation dengan Ugine Process Ammoxidation dengan SOHIO Process (Standard Oil of Ohio) Reaktor Rubbed Line Reactor Fixed Bed Reactor Fluidized Bed Reactor Tekanan Reaksi 0,1 10 6 Pa (1 bar) 5-30 psig (0.3-2 bar) 1,5-3 bar Temperatur Reaksi 500-600 o C 750-790 o F (400-420 o C) 450 o C Tahapan Reaksi Satu tahap Dua tahap Satu tahap Katalis NaOH dan sianida dalam Tahap pertama: Se/CuO BiPMo12O40 karbon Tahap kedua: MoO3 Tabel 1.2. Kelebihan dan kekurangan proses pembuatan akrilonitril ditampilkan dalam 5

Tabel 1. 2. Kelebihan dan Kekurangan Proses Pembuatan Akrilonitril Proses Kelebihan Kekurangan Adisi hidrogen sianida ke asetilen 1. Reaksi satu tahap 2. Tekanan operasi rendah 1. Dibutuhkan jumlah reaktan yang besar (10:1) 2. Suhu reaksi tinggi 3. Produk samping lebih beragam, pemisahan menjadi kompleks 4. Konversi rendah Ammoxidation dengan Ugine Process 1. Reaksi samping lebih sedikit 2. Konversi tinggi 1. Suhu reaksi tinggi 2. Reaksi dua tahap dengan katalis yang berbeda 3. Yield dan selektivitas akrilonitril tinggi Ammoxidation dengan SOHIO Process (Standard Oil of Ohio) 1. Reaksi samping lebih sedikit 2. Konversi tinggi 3. Yield dan selektivitas akrilonitril tinggi 4. Reaksi satu tahap 5. Diterapkan di berbagai pabrik yang ada 1. Suhu reaksi tinggi Berdasarkan perbedaan, kelebihan dan kekurangan ketiga proses, maka proses yang digunakan dalam praperancangan pabrik akrilonitril dari propilen dan amonia adalah Ammoxidation dengan SOHIO Process (Standard Oil of Ohio). Proses ini dipilih karena prosesnya yang efisien, menghasilkan yield akrilonitril yang cukup tinggi, dan sudah diterapkan oleh perusahaan akrilonitril di dunia. 6