MAKALAH PROSES INDUSTRI KIMIA ASETON (Pembuatan Aseton dari Isopropil Alkohol)
Disusun oleh : Alien Abi Bianasari
(21030113130129)
Muhammad Nastabiq
(21030113140154)
Mustafa Setiawan
(21030113130132)
Raden Nugroho Hutomo
(21030113130134)
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO 2014
BAB I PENDAHULUAN 1.1.Sejarah Aseton, CH3COCH3, merupakan salah satu senyawa alifatik keton yang sangat penting. Pada umumnya aseton digunakan sebagai solven untuk beberapa polimer. Penggunaan yang bersifat komersial adalah penggunaan sebagai senyawa intermediet dalam pembuatan methyl methacrylate, bisphenol A, diaseton alcohol dan produk – produk lain (Johanna Lianna dan Lusiana Silalahi, 2012). Aseton banyak dipakai pada industri selulosa asetat, cat, serat, plastik, karet, kosmetik, perekat, pernis, penyamakan kulit, pembuatan minyak pelumas, dan proses ekstraksi juga sebagai bahan baku pembuaan methyl isobutyl ketone. Aseton pertama kali dihasilkan dengan cara distilasi kering dari kalsium asetat. Kemudian setelah perang dunia ke-1 proses pembuatan aseton digantikan dengan fermentasi karbohidrat menjadi aseton, buthyl dan etil-alkohol. Kemudian pada tahun 1920 proses dehydrogenasi 2-propanol mulai digunakan untuk memproduksi aseton. Pada pertengahan tahun 1960 proses oksidasi propene digunakan sebagai bahan baku pembuatan aseton. Dan pada tahun 1976 oksidasi cumene menjadi phenol dan aseton mulai digunakan (Ullmann, 2007). Kebutuhan aseton di indonesia semakin lama semakin meningkat tapi sampai saat ini masih belum ada perusahaan di indonesia yang masih memproduksinya. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, indonesia masih mendatangkan aseton dari negara lain seperti : Amerika Serikat, Belanda, Cina, Korea, Jepang, dan Singapura. 1.2. Bahan Baku Aseton dapat dibuat dengan menggunakan proses Cumene Hydroperoxide (dengan bahan baku cumene), proses dehidrogenasi Isopropil Alkohol (dengan bahan baku isopropyl alcohol isopropil alcohol dengan katalis kombinasi ZnO dan ZrO), dan proses Oksidasi Isopropil Alkohol (dengan bahan baku propilen). Berikut proses singkatnya : 1.2.1. Proses Cumene Hydroperoxide Pada proses cumene hydroperoxide, mula-mula cumene dioksidasi menjadi cumene hydroperoxide dengan udara atmosfer atau udara kaya oksigen dalam satu atau beberapa oksidiser. Temperatur yang digunakan adalah antara 80–130 oC dengan tekanan 620 kPa, serta dengan penambahan Na2CO3. Sanjutnya produk reaktor dievaporasikan. Kemudian dengan
penambahan asam akan terjadi reaksi pembelahan cumene hydroperoxide menjadi suatu campuran yang terdiri dari phenol, aseton dan berbagai produk lain seperti cumylphenols, acetophenols, dimethylphenylcarbinol,αmethylstyrene dan hidroxyaseton. Campuran ini kemudian dinetralkan dengan menambahkan larutan natrium phenoxide atau basa yang lain atau dengan resin penukaran ion (ion exchanger resin). Setelah itu, campuran dipisahkan dan crude aseton diperoleh dengan cara distilasi (Kirk-Othmer, 182, 1994). 1.2.2.
Proses Dehidrogenasi Isopropil Alkohol
Reaksi dehidrogenasi Isopropil Alkohol bersifat endotermik. Sehingga untuk mendapatkan konversi yang cukup tinggi, dibutuhkan suhu yang cukup tinggi pula. Pada pembuatan aseton dengan proses dehidrogenasi katalitik isopropanol (isopropil alkohol) digunakan katalis kombinasi ZnO dan ZrO dalam prosesnya. Proses dehidrogenasi ini berjalan pada pada fasa gas suhu 350oC dan tekanan ± 2 atm. Isopropil benzene sebelum masuk ke dalam reaktor diubah kedalam fasa gas di dalam vaporizer. Produk yang dihasilkan oleh reaktor adalah Aseton sebagai produk utama serta produk samping lainnya berupa gas hydrogen, sisa Isopropil Alkohol yang tidak bereaksi, Propylene, dan Air (Kirk-Othmer,1994). 1.2.3.
Proses Oksidasi Isopropil Alkohol
Pada proses ini Isopropil alkohol didapat dari mereaksikan Propilen dengan H2O. Selain direaksikan dengan H2O, Propilen juga direaksikan dengan O2 dan menghasilkan Acrolein. Kemudian Isopropil Alkohol direaksikan dengan Acrolein dan menghasilkan Aseton serta Alil Alkohol. Selain itu, Isopropil Alkohol juga ada yang direaksikan dengan Oksigen akan menghasilkan Hidrogen Peroksida dan Aseton. Setelah itu, kedua hasil tersebut direaksikan dan menghasilkan produk akhir Gliserol (KirkOthmer,1994). 1.3. Spesifikasi 1.3.1. Spesifikasi Bahan Baku Isopropil Alkohol dengan nama lain isopropanol, 2-propanol, dimetilkarbinol mempunayi sifat-sifat: a. Sifat Fisis - Rumus molekul
: C3H7OH
- Rumus bangun
:
- Berat molekul, g/gmol
:
- Kenampakan
: cairan tak berwarna
60,10
- Titik didih, °C
: 82,3
- Titik beku, °C
: -88,5
- Refractive index (20°C)
: 1,3772
- Viskositas (20 °C),cP
: 2,4
- Densitas (20 °C), g/cm3 : 0,7854 - Specific Gravity (20 °C)
: 0,7864
- Temperatur kritis, °C
: 235,2
- Tekanan kritis (20 °C), kPa
: 4.764
- Sangat larut dalam air (Kirk & Othmer, 1983).
b. Sifat Kimia 1. Isopropil Alkohol didehidrogenasi membentuk Aseton dengan katalis bermacam-macam seperti logam, oksida dan campuran logam dengan oksidanya. 2. Isopropil Alkohol dapat juga dioksidasi secara parsial membentuk Aseton dengan katalis yang sama dengan proses dehidrogenasi. 3. Dengan asam halogen dihasilkan Isopropil Halida. 4. Bereaksi dengan logam-logam aktif seperti sodium dan potasium membentuk Metal Isopropoksida dan hidrogen. Alumina Isopropoksida dapat dihasilkan dari reflux Isopropil Alkohol 99%, aluminium dengan katalis Merkuri Oksida. 5. Dengan Asam Asetat dan katalis Asam Sulfat dapat membentuk Isopropil Asetat. Dengan Etilen Oksida atau Propilen Oksida dengan katalis basa seperti NaOH akan membentuk Eter Alkohol dari Isopropil Alkohol. 6. Isopropil Alkohol dapat mengalami dehidrasi menghasilkan Diisopropil Eter ataupun Propilen.
1.3.2. Spesifikasi Produk
Produk Utama (Acetone) Aseton dengan nama lain 2-propanon, Dimetil Ketone mempunyaisifat-sifat sebagai berikut: a. Sifat Fisis -
Rumus molekul
: C3H6O
-
Rumus bangun
:
-
Berat molekul, g/gmol
: 58,08
-
Kenampakan
: cairan tak berwarna
-
Titik didih, °C
: 56,29
-
Titik beku, °C
: -94,6
-
Refractive index (20 °C)
: 1,3588
-
Viskositas (20 °C),cP
: 0,32
-
Specific Gravity (20 °C)
: 0,783
-
Temperatur kritis, °C
: 235,05
- Tekanan kritis (20 °C), kPa
: 4.701
- Sangat larut dalam air (Kirk & Othmer, 1983).
b. Sifat Kimia 1. Dengan proses pirolisa akan membentuk Ketena 2. Aseton dapat dikondensasi dengan asetilen membentuk 2 metil 3 butynediol, suatu intermediate untuk Isoprene. 3. Dengan Hidrogen Sianida dalam kondisi basa akan menghasilkan Aseton Sianohidrin.
Produk samping dari pengolahan isopropyl alcohol menjadi aseton adalah Hydrogen (H2) dengan spesifikasi sebagai berikut: - Rumus molekul
: H2
- Kenampakan
: gas tak berwarna
- Titik didih, °C
: -252,87
- Titik lebur, °C
: -252,76
- Tidak larut dalam air (Kirk & Othmer, 1983).
1.4. Penggunaan Produk Aseton merupakan bahan baku sintetis organik yang penting untuk produksi epoxy resin, polikarbonat, kaca, farmasi, pestisida dan sebagainya. Juga merupakan pelarut yang baik untuk pelapis, perekat, silinder asetilena. Juga digunakan sebagai pengencer, bahan pembersih, agen ekstraksi. Atau manufaktur anhidrida asetat, diaseton alkohol, kloroform, iodoform, resin epoksi, poliisoprena karet, metil metakrilat, dan bahan penting lainnya. Dalam bubuk tanpa asap, seluloid, selulosa asetat, cat dan industri lainnya sebagai pelarut. Dalam minyak dan industri lainnya sebagai agen ekstraksi (Anonim, 2014).
BAB II RANCANGAN PROSES 2.1. Mekanisme Reaksi Ada beberapa macam proses pembuatan Aseton,antara lain: 1. Proses Cumene Hidroperoksida Mula-mula Cumene Dioksidasi menjadi Cumene Hidroperoksida dengan udara atmosfir atau udara yang kaya oksigen dalam satu atau beberapa oksidasinya. Temperatur yang digunakan adalah antara 80 °C – 130 °C dengan 6 atm, sertadengan penambahan Na2CO3. pada umumnya proses oksidasi ini dijalankan dalam 3 atau 4 reaktor yang dipasang seri. Reaksi : C6H5CH(CH3)2 C6H5CH(CH3)2 C6H5OH + C3H6O Hasil dari oksidasi pada reaktor pertama mengandung 9-12% Cumene Hidroperoksida, 15-20% pada reaktor kedua, 24-29% pada reaktor ketiga, dan 3239% pada reaktor selanjutnya. Kemudian produk reaktor keempat dievaporasikan sampai konsentrasi Cumene Hidroperoksida menjadi 75-85%. Kemudian dengan penambahan asam akan terjadi reaksi pembelahan Cumene Hidroperoksida menjadi suatu campuranyang terdiri dari Fenol, Aseton dan berbagai produk lain seperti chumylphenols, acetophenone, dimethyl phenylcarbinol, a-methylstyrene, dan hydroxyacetone. Campuran ini kemudian dinetralkan dengan penambahan sodium phenoxide atau basa lain atau dengan ion exchanger yang lain. Kemudian campuran dipisahkan dan crude acetone diperoleh dengan cara distilasi. Untuk mendapatkan kemurnian yang diinginkan perlu dilakukan penambahan satu atau kolom distilasi. Jika digunakan dua kolom, kolom pertama untuk memisahkan impuritas seperti Asetaldehid atau Propionaldehid. Sedangkan kolom kedua berfungsi untuk memisahkan fraksi- fraksi berat yang sebagian besar terdiri dari air. Aseton diperoleh sebagai hasil atas menara kedua (Kirk & Othmer, 1991). 2. Proses Oksidasi Propilen Proses oksidasi Propilen menjadi Aseton dapat berlangsung pada suhu 145 °C dan tekanan 10 atm dengan bantuan katalis bismuth phaspomolibdat pada
alumina. Pada proses ini hasil reaksi terdiri dari Aseton dan Propanoldehid (Kirk & Othmer, 1983). Reaksi: CH2 = CHCH3 + O2 C3H6O + C3H6O 3. Proses Oksidasi Isopropil Alkohol Pada pembuatan Aseton dengan proses ini, Isopropil Alkohol dicampur dengan udara dan digunakan sebagai umpan reaktor yang beroperasi pada suhu 200 °C – 800 °C. Reaksi dapat berjalan dengan baik menggunakan katalis seperti yang digunakan pada proses dehidrogenasi Isopropil Alkohol. Reaksi: CH3CHOHCH3 +
O2 H2O + C3H6O
Reaksi ini sangat eksotermis (43 kkal/mol) pada 25 °C dan untuk itu diperlukan pengontrolan suhu yang sangat cermat untuk mencegah turunnya yield yang dihasilkan. Untuk mendapatkan konversi yang baik reaktor dirancang agar hasil dapat langsung diinginkan. Proses jarang digunakan bila dibanding dengan proses dehidrogenasi (Kirk & Othmer, 1983). 4. Proses Dehidrogenasi Isopropil Alkohol Proses lain yang sangat penting untuk memproduksi Aseton adalah dehidrogenasi katalitik dimana reaksinya adalah endotermis. Reaksi: C3H8O + 66,5 kJmol (pada 372oC)
C3H6O
+
H2
+
H-H
Pada proses ini Isopropil Alkohol diuapkan dengan vaporizer dan dipanaskan dalam HE dengan menggunakan steam kemudian dimasukkan ke dalam multi turbular fixed bed reactor. Ada sejumlah katalis yang dapat digunakan dalam proses
ini
yaitu
kombinasi
zinc
oxide-
zirconium
oxide,
kombinasi
copperchromium oxide, copper, silicon dioxide. Kondisi operasi reaktor ini adalah 1.5-3 atm dan suhu 400 °C-600 °C.
Dengan proses ini konversi dapat mencapai 75-98% dan yield dapat mencapai 85-90%.Gas panas keluar dari reaktor yang terdiri dari Isopropil Alkohol, Aseton, dan Hidrogen dilewatkan scrubber, untuk dipisahkan antara gas insoluble (H2) dengan Aseton, Isopropil Alkohol, dan air. Hasil dari scrubber ini didistilasi, Aseton diambil sebagai hasil atas sedangkan campuran Isopropil Alkohol dan air sebagai hasil bawah. Hasil bawah ini didistilasi lagi untuk recovery Isopropil Alkohol yang diambil sebagai hasil atas yang kemudian di recycle ke reactor (Kirk & Othmer, 1983). Proses dehidrogenasi Isopropil Alkohol dipilih karena memiliki alasan sebagai berikut: a. Proses dehidrogenasi Isopropil Alkohol tidak memerlukan unit pemisahan O2 dari udara sebelum diumpankan ke dalam reaktor. b. Dengan jumlah Isopropil Alkohol yang sama, konversi pada proses dehidrogenasi lebih besar sehingga hasil Aseton yang diperoleh lebih banyak. c. Pada proses oksidasi timbul masalah terjadinya korosi sehingga dapat mengganggu jalannya proses, sedangkan pada proses dehidrogenasi, hal tersebut dapat dikurangi.
2.2. Diagram Alir Berikut diagram alir proses pembuatan aseton dari isopropil alkohol (Joseph A. Shaeiwitz dan Richard Turton, 1999) :
Gambar 2.2. Proses diagram alir untuk pembuatan aseton dari isopropil alkohol Tabel 2.2. Spesifikasi alat
2.3. Kondisi Operasi System Pressure Drop Rincian pernyataan masalah memperjelas perubahan scale up situasi untuk input ke bejana pemisahan V-402, berada di suhu dan komposisi yang sama seperti pada desain asli hanya pada kecepatan aliran yang lebih tinggi. Hal ini akan memperbaiki tekanan memasuki bejana. Hal ini menyatakan bahwa penurunan tekanan dalam pipa diabaikan, oleh karena itu, pada laju alir yang meningkat (dengan asumsi aliran mampat) penurunan tekanan melalui potongan peralatan tertentu meningkat dengan faktor 1,33. Untuk aliran gas, pengaruh tekanan pada densitas dan efeknya terhadap penurunan tekanan dapat juga disertakan, tapi uji coba dalam pemecahan juga dibutuhkan. Dalam ditetapkannya scale up, penurunan tekanan dalam reaktor bed yang difluidisasi adalah konstan. Hasilnya adalah bahwa bagian ujung depan dari proses ini bertekanan relatif ke rancangan aslinya. Setiap bagian dari peralatan memiliki tekanan kerja yang maksimum yang diperbolehkan yang perlu diperiksa pada scale up desain. Feed Up Sebuah kurva pompa menunjukkan positif bersih yang dibutuhkan oleh kurva pompa yang disediakan untuk P-401 A / B. Sistem kurva harus diplot dengan kurva pompa untuk menentukan apakah laju aliran maksimum yang diperbolehkan telah terlampaui. Jika demikian, pemulihan seperti menjalankan kedua pompa secara paralel (dan memesan cadang lain) atau mencoba untuk bertukar pompa ini untuk yang menghasilkan lebih banyak pusat yang mungkin. Jika sebelumnya pemecahan yang dipilih, harus ditentukan jika ada sufficent NPSH tersedia untuk aliran sisi penghisapan baru. Heat Exchange E-401 Air buangan dari pertukaran panas ini jenuh uap. Karena suhu di steam, tekanan uap harus ditingkatkan untuk mengakomodasi meningkatnya aliran. Karena tekanan meningkat, outlet suhu keluar juga meningkat. Reactor Reaksi ini endotermik. Dalam reaktor, energi disuplai oleh garam cair yang dipanaskan di dalam pemanas. Pemanas ini hanya memiliki kapasitas tambahan 10%. Solusi yang lebih elegan adalah dengan menggunakan buangan reaktor pada suhu 3500C untuk memanaskan umpan reaktor, yang dapat menurunkan tugas panas pada pemanas. The fluidized bed memiliki sekitar 50% inert filter sehingga fraksi katalis aktif dapat ditingkatkan untuk menangani peningkatan throughput. Tetapi jumlah katalis aktif tambahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit
dibandingkan 33% sejak kecepatan ruang menurun pada tekanan reaktor meningkat. Molten Salt Loop Kinerja loop garam cair harus dianalisa dengan benar untuk menentukan lelehan memasuki suhu garam dan meninggalkan reaktor pada kondisi scale up. Kedua keseimbangan energi dan persamaan desain untuk penukar panas reaktor harus diselesaikan secara simultan. Dua suhu yang ditambah laju aliran garam cair yang tidak diketahui. Satu mungkin diatur untuk memecahkan dua lainnya. Dalam prakteknya, laju aliran akan dikontrol dan suhu akan menanggapi perubahan laju aliran. Heat exchangers E-402, E-403 and E-408 Pada kondisi inlet baru harus ditentukan dengan tiga alat penukar panas ini. Ada pembatasan bahwa air pendingin dan laju aliran air didinginkan hanya dapat meningkat sebesar 20% karena pertimbangan kecepatan. Tower T-403 and Peripheral Equipment Menara ini akan menggenangi di 33% scale up. Ada tiga solusi yang memungkinkan. Karena menara ini memiliki diameter kecil, baki telah dirancang sebagai modul untuk jatuh ke shell kapal, sehingga jumlah nampan dapat dengan mudah ditingkatkan jika jarak baki menurun. Hal ini memungkinkan rasio refluks yang akan menurun dan untuk menghindari flooding, hal itu merupakan sebuah contoh dari trade off yang akan ada jumlah tahap dan rasio refluks. Tapi efek dari baki spacingon sendiri yaitu efisiensi tray menurun sehingga harus dipertimbangkan. Dari Tekanan kolom sendiri dapat ditingkatkan jika pompa ditambahkan setelah T-402. Beberapa kombinasi peningkatan tekanan dan penurunan rasio refluks yaitu dengan meningkatkan tekanan dan meningkatkan kepadatan uap, penurunan kecepatan uap dan menghindari flooding. Barangkali Solusi terbaik adalah hanya untuk menurunkan rasio refluks. Dimana distilat adalah campuran azeotropik dekat IPA dan air. Dari desain aslinya seperti digambarkan dalam diagram McCabe-Thiele, memiliki lebih baki dari yang diperlukan dalam upaya untuk mendapatkan lebih dekat yang diperlukan untuk azeotrop tersebut. Penurunan rasio refluks untuk menghindari banjir hanya mengurangi atas IPA fraksi mol 0,65-0,64! Sekali lagi rasio refluks ditentukan. Kinerja reboiler dan kondensor harus dianalisa untuk menentukan kondisi outlet baru. Dan juga, pompa refluks harus dianalisa. Untuk kasus yang melibatkan peningkatan aliran cairan overhead mungkin ada NPSH cukup untuk pompa P405 A / B, tapi desain asli nya menggunakan diameter yang sangat kecil (0,6 in) .Peningkatan diameter garis-garis ini menjadi 0,75 atau 1 inci dengan mudah menurunkan gesekan sejak penurunan tekanan berbanding terbalik.
2.4. Tinjauan Termodinamika Tinjauan Thermodinamika proses dehidrogenasi isopropyl alcohol adalah sebagai berikut : Tinjauan thermodinamika hanya berlaku untuk untuk reaksi kesetimbangan sehingga, perlu diperiksa terlebih dahulu reaksi pembentukan aceton termasuk reaksi reversible atau irreversible. C3H8O C3H6O +H2 ∆Go
= ∆Go produk - ∆Go reaktan = -153,15 + 173,5 = 20,35 kJ/mol
∆Go
= -RT ln K ln K
= -∆Go / RT = -20,35 kJ/kmol / (8,314 kJ/kmol K x 298 K) = -8,21 x 10-3 = 0,00821
K
∆Hof
= 0,991 reversible
= ∆Hof produk - ∆Hof reaktan = -217,71 + 272,6 = 54,89 kJ/ mol
Harga ∆Hof menunjukkan positif maka reaksi pembentukan aceton merupakan rekasi endotermis. Reaksi: C3H8O + 66,5 kJmol (pada 372oC) C3H6O +H2 Pada proses ini Isopropil Alkohol diuapkan dengan vaporizer dan dipanaskan dalam HE dengan menggunakan steam kemudian dimasukkan ke dalam multi turbular fixed bed reactor. Ada sejumlah katalis yang dapat digunakan dalam proses ini yaitu kombinasi zinc oxide- zirconium oxide, kombinasi copperchromium oxide, copper, silicon dioxide. Kondisi operasi reaktor ini adalah 1.5-3 atm dan suhu 400 °C-600 °C (Fitria Said, 2013).
2.5. Tinjauan Kinetika C3H8O
C3H6O
+
H2
+ H-H
Reaksi pembentukan aseton dari isopropyl alcohol merupakan reaksi endotermis dengan panas pembentukan standar 62,9 kJ/mol. Reaksi diatur menggunakan katalis pada fase vapor. Reaksi kinetic berlangsung dengan orde satu dan dapat dinyatakan sebagai berikut (:
Sehingga kinetika reaksi pembentukan aseton dari isopropyl alcohol tergantung pada katalis yang digunakan.
BAB III PENUTUP 3.1. Kesimpulan 1. Aseton, CH3COCH3, merupakan salah satu senyawa alifatik keton yang mempunyai banyak manfaat dan dapat buat melalui beberapa macam proses. 2. Ada beberapa macam proses pembuatan Aseton,antaranya yaitu : Proses Cumene Hidroperoksida, Proses Oksidasi Propilen, Proses Oksidasi Isopropil Alkohol dan Proses Dehidrogenasi Isopropil Alkohol. 3. Proses lain yang sangat penting untuk memproduksi Aseton adalah dehidrogenasi katalitik dimana reaksinya adalah endotermis dan bolak-balik.
DAFTAR PUSTAKA Anonim.2014. Aseton.id.swewe.net/word_show.htm/?37325_1&Aseton. Diakses 12 Oktober 2014, pukul19.00 WIB. Dwifirman, Widya. 2014. Aseton. http://www.academia.edu/5872597/Aseton. Diakses pada tanggal 22 Oktober 2014, pukul 20.00 WIB. Elsevier BV.2013. Spesifikasi Senyawa Kimia. Amerika : Reed Elsevier Group. Joseph A. Shaeiwitz dan Richard Turton.1999. Acetone Production From Isopropyl Alcohol. Morgan : West Virginia University. Kirk and Othmer.1983. Encyclopedia of Chemical Technology. New York: Wiley. _____________.1991. Encyclopedia of Chemical Technology. New York: Wiley. _____________.1994. Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd ed. New York: Wiley. Said, Fiitria.2013. Aseton.fitriasaid393.blogspot.com. Diakses 12 Oktober 2014, pukul 20.00 WIB
