MAKALAH P.I. OLEOKIMIA DAN PETROKIMIA PEMBUATAN ASETALDEHID
DISUSUN OLEH Kelompok 4
Aris Aprianto Cahyono Boy jansen Roberto Manik Chinthia Ramadhanti Putri Jenni Siska Ria Purba
1507112015 1507113686 1507114946 1507123003
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA S1 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU 2017
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang atas berkat rahmat-Nya penyusun mampu menyelesaikan menyelesaikan tugas makalah ini guna memenuhi tugas kuliah dengan mata kuliah P.I. Oleo dan Petrokimia. Makalah yang berjudul ”Proses ” Proses Pabrik Pembuatan Asetaldehid” Asetaldehid ” ini disusun oleh penyusun dengan berbagai rintangan. Baik itu yang datang dari dalam maupun yang datang dari luar. Penyusun sadar bahwa makalah ini masih banyak kekurangan dan jauh dari sempurna. Untuk itu penyusun mengharapkan kritik dan saran dari pembaca demi perbaikan makalah dimasa dimasa yang yang akan datang. Harapan penyusun makalah ini dapat memberikan wawasan yang lebih luas dan menjadi sumbangan pemikiran kepada pembaca khususnya mahasiswa Universitas Riau.
Pekanbaru, Desember 2017
Penyusun
2
DAFTAR ISI
Cover KATA PENGANTAR .................................................................................... 2 DAFTAR ISI ................................................................................................... 3 BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 4 1.1.
Latar Belakang .................................................................................... 4
1.2.
Tujuan................................................................................................... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA.................................................................... 6 2.1.
Sifat Fisik dan Sifat Kimia.................................................................. 6
2.1.1. Sifat Fisik dan Sifat Kimia Bahan Baku ........................................... 6 2.1.2. Sifat Fisik dan Sifat Kimia Produk .................................................... 8 2.2.
Kegunaan dan Keunggulan Produk .................................................. 9
BAB III URAIAN PROSES .......................................................................... 11 3.1.
Klasifikasi Proses ................................................................................. 12
3.2.
Proses Sintesis Asetaldehid ................................................................. 12
3.2.1. Dehidrogenasi atau Oksidasi Parsial dari Etanol pada Fasa Uap .. 12 3.2.2. Hidrasi Fasa Liquid dari Asetilen ...................................................... 14 3.2.3. Oksidasi dari Hidrokarbon Jenuh ..................................................... 15 3.2.4. Oksidasi Fasa Liquid dari Etilen ( Wacker – Hoechst Processes) .. 15 3.3.
Perbedaan dari Setiap Teknologi Proses .......................................... 17
3.4.
Fungsi Alat ........................................................................................... 18
BAB IV KESIMPULAN PEMILIHAN PROSES ....................................... 19 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 20
3
BAB I PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Pada era globalisasi ini, pertumbuhan industri kimia di Indonesia semakin meningkat. Kecenderungan pertumbuhan produksi bahan kimia di Indonesia meningkat sangat signifikan, baik dari segi kuantitas maupun segi kualitas. Seiring dengan pertumbuhan tersebut, maka kebutuhan bahan baku industri terhadap bahan kimia juga semakin meningkat. Asetaldehid dalam istilah IUPAC disebut ethanal atau biasa disebut dengan acetic aldehyde. Asetaldehid merupakan suatu senyawa aldehid dengan rumus kimia C atau dikenal dengan Methyl-CHO (MeCHO) adalah suatu zat perantara (intermediate) dalam pembuatan senyawa kimia organik yang lain, misalnya: asam asetat, asetat anhydride, ethyl asetat, n-butyl alcohol dan sebagainya. Kegunaan lain dari produk ini dapat dijumpai pada pabrik pembuatan resin, karet, pelarut bahkan pabrik pengawet makanan dan minuman. Secara fisika asetaldehid mempunyai sifat cairan yang tidak berwarna (bening), mudah terbakar dan mudah larut dalam air. Asetaldehid pertama kali dibuat oleh Scheele pada tahun 1774 melalui dehidrogenasi ethyl alcohol dan dikenal sebagai suatu persenyawaan baru pada tahun 1800 oleh Foureroy dan Vauquelin. Pada tahun 1835, Liebig menetapkan persenyawaan baru tersebut dengan nama aldehyde yang berasal dari bahasa latin al (alcohol) dehyd (rogenated). Kutscherow pada tahun 1881 menyelidiki pembentukan asetaldehid melalui adisi oleh air menjadi acetylene. Susunan struktur molekul asetaldehid dapat dilihat pada Gambar 1.1.
Gambar 1.1. Struktur Molekul Asetaldehid
4
Secara umum, proses produksi asetaldehid meliputi: oksidasi atau dehidrogenasi etanol, hydrasi acetylene dan oksidasi hydrocarbon jenuh atau acetylene. Produksi asetaldehid mencapai puncaknya pada tahun 1969 dengan jumlah 1,65 milyar pound. Produksi tersebut 42% dibuat dari oksidasi ethylene secara langsung. Tetapi dengan untuk lebih menghemat biaya proses dan memaksimalkan produk yang didapat, maka digunakan proses dehidrogenasi etanol dengan menggunakan katalis Cu.Cr (Chrommium-copper aktif).
1.2.
Tujuan
Tujuan penulisan makalah ini adalah: 1.
Untuk menambah wawasan tentang Asetaldehid
2.
Untuk mengetahui proses pembuatan Asetaldehid
3.
Untuk
mengetahui
manfaat
dan
Asetaldehid
5
keuntungan
dari
memproduksi
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Pembuatan Asetaldehid atau menurut nama sistematisnya etanal adalah sebuah senyawa organik dari kelompok aldehida dengan rumus kimia CH 3CHO atau MeCHO. Senyawa ini merupakan cairan mudah terbakar, larut dalam air, dan baunya sangat menyengat. Asetaldehyda terdapat dalam buah-buahan, kopi yang sudah matang, dan roti segar. Senyawa ini dihasilkan oleh tumbuhan dalam metabolisme normalnya. Proses yang terjadi pada industri ini hanya memiliki satu proses, dimana prosesnya dapat dilihat dari diagram alir pembuatan asetaldehyda dari proses hydrasi C2H4. Asetaldehyda juga merupakan intermediet dalam produksi asam asetat, beberapa ester, dan zat-zat kimia lainnya.
2.1.
Sifat Fisik dan Sifat Kimia
2.1.1. Sifat Fisik dan Sifat Kimia Bahan Baku
1. Etilen
Sifat Fisika
Rumus kimia
: C2H4
Berat molekul
: 28,0536 kg/kgmol
Titik didih (1 atm)
: -103,71oC
Titik beku (1 atm)
: -169,15oC
Wujud (25oC, 1 atm) : gas
Densitas gas
: 7,635 mol/L
Densitas cairan
: 20,27 mol/L
Viskositas cairan
: 0,1611 cP
Sifat Kimia
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.
6
Reaksi : n ( CH 2 = CH2 )
→
( CH2 - CH2 - )
Hidrohalogenasi Etil klorida terbentuk dari reaksi antara etilen dangan HCl menggunakan katalis AlCl3 atau FeCl3 pada tekanan 300-500 kPa dengan temperatur 3090oC untuk fase cair dan 130-250 oC untuk fase gas.
Hidrogenasi Etilen dapat dihidrogenasi secara langsung dengan katalis nikel pada temperatur 300oC. Reaksi yang terjadi : CH2 = CH2 + H2 →
CH3 - CH3
Alkilasi Etilen dapat juga dialkilasi dengan menggunakan katalis tertentu. Contoh alkilasi
Friedel-Craft, mereaksikan
etilen dengan
benzen untuk
menghasilkan produk etil benzen dengan katalis AlCl3 pada temperatur 400oC. Reaksi yang terjadi : C 6H6 + C2H4 →
C6H5C2H5
Hidrasi Etilen
dapat direaksikan membentuk
etanol dengan hidrasi katalitik
langsung menggunakan katalis H 3PO4-SiO2 pada temperatur 300 oC dan tekanan 7 MPa. Reaksinya adalah : CH 2 = CH2 + H2O → CH3 - CH2OH
2. Cuprum (II) Klorida
Sifat Fisika
Rumus kimia
: CuCl2
Berat molekul
: 134.45 g/mol
Density
: 3.386 g/cm3 (solid)
Titik didih
: 993 °C
Titik lebur
: 620 °C
Sifat Kimia Bereaksi dengan HCl atau klorida sumber untuk membentuk ion kompleks ( CuCl merah 3 -, dan CuCl kuning 4 2 - )
7
3. Air
Sifat Fisika
Rumus kimia
: H2O
Berat molekul
: 18 g/mol
Density
: 0,998 g/ml (cairan pada 20oc) 0,92 g/ml ( padatan )
Titik didih
: 100°C
Titik lebur
: 0°
Kalor jenis
: 4182 j/kg. k
Sifat Kimia
Air akan bersifat basa jika bereaksi dengan asam lemah CH3COOH + H2O → CH3COO- + H3O+
Air akan bersifat asam jika bereaksi dengan basa lemah NH3 + H2O → NH4+ + H3O
2.1.2. Sifat Fisik dan Sifat Kimia Produk
1. Asetaldehida
Sifat Fisika
Rumus kimia
: CH3CHO
Berat molekul
: 44,05 g/mol
Titik leleh
: -123,5 °C
Titik didih
: 20.2 °C
Density
: 0,788 g/ml
Bau
: Sangat menyengat
Sifat Kimia Mengkatalisis oksidasi etilen menjadi asetaldehida. Katalis adalah sistem dua komponen yang terdiri dari klorida paladium, PdCl 2, dan klorida tembaga, CuCl 2.
8
2. Asam Klorida
Sifat Fisika
Rumus kimia
: HCl
Berat molekul
: 36.46 g/mol
Density
: 1.18g/cm3
Bahaya
: sangat korosif
Titik didih
: 110 °C (383 K), 20.2% solution
Titik lebur
: −27.32 °C (247 K), 38% solution
Sifat Kimia
Hidrogen klorida (HCI) adalah asam monoprotik, yang berarti bahwa ia dapat berdisosoasi melepaskan satu H+ hanya sekali. HCI + H2O → H30+ + CI-
Ion lain yang terbentuk adalah ion klorida ( CI -). Asam klorida oleh karenanya dapat digunakan untuk membuat garam klorida.
Asam monoprotik memiliki satu tetapan disosiasi asam (Ka), yang mengidentifikasikan tingkat disosiasi zat tersebut dalam air.
2.2.
Kegunaan dan Keunggulan Produk
Asetaldehid sangat penting terutama sebagai zat perantara pada industri kimia organik yang lain. Sebagian besar asetaldehid diubah menjadi beberapa jenis produk seperti asam asetat, n-butanol, 2-etylhexanol, peracetid acid, aldol, pentaerytrithol, pyridine, chroral, 1,3-buthylene glycol dan trimethylpropane. Asam asetat dan asetat anhydride diproduksi secara komersial melalui oksidasi asetaldehid dengan katalis mangan asetat, sedangkan campuran asam asetat menggunakan katalis kobalt asetat. Di Canada, ethyl asetat diproduksi dari
9
asetaldehid melalui reaksi Tischenko. Jumlah yang equimolar dari asetaldehid dan ethyl alcohol dapat digunakan sebagai pengganti ethyl alcohol murni. Asetaldehid juga digunakan sebagai katalis pada produksi butadiene. Polyvinil alkohol ditambah asetaldehid akan membentuk polyvinyl asetat yaitu suatu resin yang digunakan dalam industri pembuatan pernis. Urea dan asetaldehid atau campuran urea, formaldehyde dan asetaldehid akan membentuk resin yang sesuai untuk pernis. Asetaldehid juga digunakan dalam industri chloral (sebagai bahan baku DDT). Asetaldehid mereduksi ammonium perak nitrat menjadi logam perak. Asetaldehid juga digunakan sebagai dematuran untuk et hyl alcohol.
10
BAB III URAIAN PROSES
Bahan baku etilen (C2H4) dalam bentuk gas mula-mula dikompresikan (ditekan) oleh kompressor masuk kedalam reaktor yang berisi katalis CuCl 2 larutan, dimana kondisi operasinya dijaga pada temperatur 50 – 100 °C selama 6 – 40 menit. Pada reaktor ini terjadi reaksi hydrasi yaitu : C2H4 + 2CuCl2 + H2O
→
CH3CHO + 2CuCl + 2HCl
Hasil dari reaktor masuk ke cyclone separator. Pada cyclone separator ini terjadi pemisahan produk Asetaldehyda dan etilen berlebih, produk asetaldehid keluar pada bagian top (atas) lalu masuk ke separator. Sedangkan pada bagian bottom (bawah) berupa CuCl, HCl, dan Asetaldehyda yang masih bercampur dengan etilen yang tidak bereaksi diumpankan masuk ke stripper. Pada stripper terjadi pemisahan dengan bantuan pemanasan steam. Bagian atas stripper berupa keluaran asetaldehyda yang masih bercampur dengan etilen yang tidak bereaksi diumpankan masuk ke separator untuk dipisahkan dari etilen yang tidak bereaksi sehingga menghasilkan produk reaksi. Sedangkan etilen sisa digunakan kembali untuk umpan awal (recycle) ditambah olefin (alkena/C 2H4). Persen yield asetaldehyda ini cukup tinggi yakni sekitar 96 %. Pada bagian bottom (bawah) berupa CuCl dan HCl dipompakan masuk ke regenerator dan direaksikan dengan O 2 menjadi katalis CuCl2. Pada regenerator ini terjadi reaksi regenerasi katalis. Reaksinya yaitu : 2CuCl + 2HCl + 1/2O 2
→
2CuCl2 + H2O
Hasil dari regenerator masuk kedalam cyclone separator dimana terjadi pemisahan antara CuCl2 dan H2O dengan O2 yang tidak bereaksi. Pada bagian top merupakan keluaran O2 yang direcycle kembali ke regenerator. Pada bagian bottom berupa CuCl2 dan H2O yang terbentuk dapat di recycle kembali masuk ke reaktor melalui pompa. Proses ini berlangsung secara kontinyu, dimana kemungkinan bahan terbuang akan sangat kecil sekali.
11
3.1.
Klasifikasi Proses
Pembuatan asetaldehida memiliki klasifikasi produksi yaitu dengan proses: 1.
Reaksi Hydrasi C2H4 + 2CuCl 2 + H2O
2.
→
Reaksi regenerasi katalis 2CuCl + 2HCl + 1/2O 2
3.2.
CH3CHO + 2CuCl + 2HCl
→
2CuCl2 + H2O
Proses Sintesis Asetaldehid
Ada empat proses utama dalam pembentukan asetaldehid pada skala industri, yaitu : 1.
Dehidrogenasi atau oksidasi parsial dari etanol pada fasa uap.
2.
Hidrasi fasa liquid dari asetilen.
3.
Oksidasi dari hidrokarbon jenuh.
4.
Oksidasi fasa liquid dari etilen.
3.2.1. Dehidrogenasi atau Oksidasi Parsial dari Etanol pada Fasa Uap
Asetaldehid diperoleh dari etanol baik melalui oksidasi katalitik atau dengan dehidrogenasi. 1. Oksidasi dari Etanol Reaksi overallnya adalah sebagai berikut : CH3-CH2OH + 1/2O2
CH3-CHO + H2O
o
H
298 = -173kJ/mol
Etanol dioksidasi dengan uap alkohol dan udara dengan menggunakan katalis silver dengan rentang suhu dari
375 – 5500C. Selain itu juga
digunakan katalis copper. Konversinya adalah 45 – 50% dengan yield 94 – 96% mol. Etanol dan asetaldehid hasil yang tidak bereaksi diekstrak dari gas yang keluar reaktor dengan cara membersihkannya dengan air yang dingin atau etanol. Asetaldehid dan etil alkohol dipisahkan dengan cara distilasi, cairan etanol di konsentraiskan atau direcycle. Produk samping utamanya adalah asam asetat, asam format, etil asetat, metan dan karbon.
12
2. Dehidrogenasi Etanol Reaksinya adalah : Cr-Cu aktif CH3-CH2OH
CH3-CHO + H2 260-290oC o
H
298 = 68 kJ/mol
Etil alkohol diuapkan dan dimasukkan dalam reaktor yang menggunakan katalis chromium dan copper aktiv, pada tekanan atmosferik dan suhu antara 260 – 290oC. Konversinya adalah 30 – 50%, tergantung dari kecepatan uap etanol dan suhu reaksi. Yieldnya 85 – 90 % mol. Produk samping utamanya adalah asam asetat, etil asetat dan 1-butanol. Setelah pendinginan dan kondensasi parsial pada keluaran reaktor, fraksi gas sisa dibersihkan dengan air untuk mengekstrak alkohol dan asam asetat yang masih tercampur. Etanol yang tidak bereaksi direcycle.
13
3.2.2. Hidrasi Fasa Liquid dari Asetilen
Proses ini berlangsung pada tekanan rendah (0.2 x 106 Pa absolut) pada reaktor vertikal dan menggunakan katalis. Pada proses ini digunakan katalis mercuric complex. Suhu operasi adalah 70 – 90oC. Reaksinya adalah : Hg2++ CHCH + H2O
CH3-CHO H2SO4(70-90oC) o
H
298 = -155kJ/mol
Excess asetilen ikut dalam pembentukan asetaldehid, yang selanjutnya diuapkan dengan pendinginan dan dibersihkan dengan air. Aldehid dimurnikan dengan distilasi, sedangkan asetilen yang tidak bereaksi direcycle. Konversi yang dicapai adalah 50 – 60% dengan yield mencapai 95% mol. Proses Chisso berlangsung pada suhu 70 oC dan tekanan 0.25 x 106 Pa absolut di reaktor vertikal. Pada umumnya aldehid yang dihasilkan dipisahkan dengan cara flash. Dengan pendinginan dan kondensasi parsial, konsentrasi asetaldehid yang tinggal dalam fasa gas mencapai 85% berat. Fraksi ini kemudian dikompres pada tekanan 0.2 x 106 Pa absolut dan didistilasi. Hasilnya adalah 40% produk yang tercampur dengan dengan cairan katalis dan tidak terpisah pada saat flash. Yield totalnya adalah 96% mol.
14
3.2.3. Oksidasi dari Hidrokarbon Jenuh
Pada proses ini, umpan hidrokarbon dicampur dengan udara yang dikompresi dan gas recycle yang mengandung parafin yang tidak bereaksi. Gas recycle tersebut mengandung CO, CO 2 dan N2 dengan rasio volumetrik 1 : 2 : 7. Campuran dipanaskan pada suhu 370 0C dan tekanan 0.7 x 106 Pa absolut dan dioksidasi pada suhu 450 0C. Setelah dekomposisi dari pembentukan peroksida dalam kolom yang mengandung packing keramik, gas panas keluar dari reaktor oksidasi di quenching dengan cairan formaldehid dingin dengan 12 – 14% berat, dan kemudian dibersihkan dengan air. Hidrokarbon yang tidak bereaksi dipisahkan dan direcycle.
3.2.4. Oksidasi Fasa Liquid dari Etilen ( Wacker – Hoechst Processes)
Ada dua variasi yang ditawarkan pada proses ini, yaitu : 1. Wacker – Hoechst single step process Tahap tunggal dengan penggunaan oksigen, dengan recycle dari reaktan yang tidak terkonversi. Pada proses ini, etilen dengan kemurnian yang tinggi (98% volum) dan oksigen (99,5% volum), dicampur dengan steam, berlangsung pada reaktor titanium dengan ketinggian lebih dari 20 m. Konversi berlangsung pada tekanan 0.3 – 0.5 x 106 Pa absolut dan suhu sekitar 120 – 130oC. Steam keluar dari top reaktor melalui sepator yang terkondesasi secara terpisah. Fasa liquid yang direcover di recycle. Gas yang tersisa diteruskan ke menara quenching dengan suhu yang kurang dari 125 sampai 500 oC, kemudian masuk ke kolom air pembersih untuk merecover asetaldehid yang ikut dalam gas buangan. Gas ini kaya akan etilen yang tidak terkonversi, lalu dikompresi dan dikembalikan ke zona reaksi. Pada bagian top diperoleh asetaldehid dengan kemurnian 99.7 – 99.9% berat. Pada proses ini konversi yang diperoleh yaitu 25 – 30% dan total yield sekitar 94% mol umpan dan 90% mol oksigen.
15
2. Wacker – Hoechst two – step process Proses dua tahap dengan penggunaan udara, tanpa recycle. Proses ini memiliki keuntungan dengan
mampu dioperasikan dengan kemurnian
etilen yang lebih rendah (95% volum) dan udara sebagai oksidan. Etilen dan katalis dimasukkan bersamaan ke dalam reaktor titanium dengan kondisi operasi 1100C dan tekanan 0.8 – 0.9 x 106 Pa absolut. Effluen yang dihasilkan di flash pada tekanan atmosferik. Setelah pemisahan limbah gas (biasanya nitrogen) dengan cara flashing, bulk dari regenerasi katalis dikembalikan ke tahap awal. Campuran gas asetaldehid dan steam yang dihasilkan dari flashing dikonsentrasikan hingga 60 – 90% berat pada kolom distilasi pertama. Komponen ringan dan berat (air, asam asetat, dll) dikeluarkan pada rangkaian dua kolom distilasi. Pada jenis two – step, konversi etilen berkisar 97 – 98 % dengan yield antara 94 – 95 % mol.
16
3.3.
Perbedaan dari Setiap Teknologi Proses
No
Tekanan
Tekanan
Tekanan
Tekanan
Proses 1
Proses 2
Proses 3
Proses 4
Vertikal
Reaktor
Katalis
Pemisahan
Silver, copper,
Asam Sulfurat,
Cobalt, Chrom
mercury complex
Distilasi
Distilasi
17
Titanium
Quenching
Flashing, distilasi
3.4.
Fungsi Alat
Fungsi dari alat yang digunakan dalam industri Asetaldehyda : 1.
Kompressor : digunakan untuk menurunkan tekanan dari suatu operasi proses untuk mengubah kondisi operasi
2.
Reaktor : tempat terjadinya reaksi hydrasi (pembentukan asetaldehid) C2H4 + 2CuCl2 + H2O
→
CH3CHO + 2CuCl + 2HCl
3.
Separator : tempat pemisahan asetaldehid dari etilen dengan bantuan olefin
4.
Pompa : mempercepat energi mekanik fluida cair
5.
Stipper : tempat pemisahan asetaldehid yang bercampur dengan etilen dari CuCI dan HCI dengan bantuan pemanasan steam
6.
Regenerator
:
tempat
pembentukan
kembali
katalis
CuCI 2
dari
CuCI+HCI+O2 7.
Cyclon Separator : Kolom tempat terjadinya pemisahan asetaldehid dari CuCI,
HCI serta asetaldehid yang masih bercampur dengan etilen
18
BAB IV KESIMPULAN PEMILIHAN PROSES
Dari beberapa proses yang diuraikan maka dipilih proses Dehidrogenasi atau Oksidasi Parsial dari Etanol pada Fasa Uap. Pemilihan proses ini didasarkan pada: a. Menghindari bahaya yang disebabkan pemakaian merkuri dan asetilen. b. Bahan baku terdapat di Indonesia sehingga kontinyuitasnya dapat terjaga. c. Proses sederhana dengan tekanan operasi rendah meskipun suhu agak tinggi. d. Umur katalis panjang. e. System recovery energi rendah. f. Asetaldehid yang dihasilkan memiliki kemurnian tinggi. g. Tidak mempunyai resiko korosifitas yang tinggi sehingga perawatan alat tidak sulit
19
DAFTAR PUSTAKA
Modul. “Proses Industri Kimia 2”. POLSRI. 2012 Charlers. E. Dryden, 1990. Chemical Process, second edition, New York http://www.britannica.com/EBchecked/topic/3196/acetaldehyde-CH3CHO http://id.wikipedia.org/wiki/Asam_klorida http://id.wikipedia.org/wiki/Air http://www.pom.go.id/katker/doc/Asetaldehid.htm https://www.scribd.com/doc/135306910/Makalah-Industri-Asetaldehida https://www.scribd.com/doc/96676181/asetaldehid
20
