BAB I PENDAHULUAN
A. Sejarah Etil Benzena
Etil benzena merupakan senyawa kimia organik yang merupakan hidrokarbon aromatik. Penggunaan utama adalah dalam industri petrokimia sebagai senyawa intermediate untuk produksi stirena, yang pada gilirannya digunakan untuk membuat polistiren, bahan plastik yang umum digunakan. Meskipun sering hadir dalam jumlah kecil dalam minyak mentah, etil benzena diproduksi dalam jumlah massal dengan menggabungkan benzena petrokimia dan ethylene dalam asam katalis reaksi kimia. Hidrogenasi katalitik dari etil benzena kemudian diberi gas hidrogen dan stirena, yang menghasilkan vinil benzena. Etil benzena juga merupakan bahan dalam cat. Etil Benzena pertama kali diproduksi secara skala komersial pada tahun 1930 oleh Dow Chemical di US dan oleh BASF di Republik Federal Jerman. Hingga tahun 1980, hampir semua etil benzena diproduksi dengan katalis – Crafts. Beberapa etil Alumunium Klorida menggunakan mekanisme reaksi Fridal – Crafts. benzena diproduksi dengan katalis Boron Trifluorida. Sedikitnya etil benzena diproduksi dari campuran xylene dengan menggunakan proses distilasi sangat intensif. Pada tahun 1980, fasilitas pertama menggunakan proses berbasis zeolit o
yang didasarkan pada reaktor fasa uap pada suhu lebih dari 400 C, pada suhu ini reaksi seperti isomerisasi dan transfer hydrogen mencemari produk etil benzena. Upaya mengurangi pencemaran produk dengan mengubah kondisi operasi pada o
temperature lebih rendah dari 270 C didapat etil benzena kemurnian tinggi. Zeolit kemurnian tinggi pertama berbasis teknologi dikembangkan oleh UOP dan ABB Lummus Global dimulai pada tahun 1990. Hingga saat ini di Indonesia baru terdapat satu industry yang memproduksi etil benzena yaitu PT. Styrindo Mono Indonesia (PT. SMI) yang sudah mulai berproduksi secara komersial sejak awal tahun 1996 dengan kapasitas produksi 110.000 ton per tahun. Pertumbuhan industry hilir yang menggunakan etil benzena sebagai bahan baku menunjukkan permintaan akan etil benzena semakin meningkat
dari tahun ke tahun sehingga pendirian pabrik etil benzene ini perlu didukung dan dipercepat agar kapasitas produksi dan kapasitas konsumsi dapat berjalan secara bahkan kalau perlu dapat melakukan ekspor. Etil benzene sering disebut peniletana atau etil benzoate dengan rumus molekul C6H5C2H5 adalah salah satu senyawa kimia berupa cairan tidak berwarna, o
berbau khas dan mudah mengiritasi kulit dengan titik didih 13 C yang mempunyai peranan penting dalam industry kimia seperti dalam stiren monomer, etil antraquinon, asam benzoate, dan industry pembuatan cat. Adapun ketiga jenis produk tersebut masing – masing styrene monomer untuk
bahan
baku
pembuatan
polystyrene,
styrene
butadiene
rubber
(SBR),unsaturated polyester resin (UPR), dan styrene acrilonitril polimer (SAP) . Sedangkan etil antraquinon digunakan untuk bahan baku pemutih dan pelumas. Kemudian benzoate digunakan untuk bahan baku pembuatan parfum, phenol dan barang – barang – barang barang dari plastic. Konsumsi etil benzene yang potensial adalah untuk bahan baku industry styrene monomer. Sedikitnya 90% produk etil benzene digunakan untuk industry tersebut. Sehingga kebutuhan etil benzene berkaitan langsung dengan kebutuhan styrene monomer. Bahan baku pembuat etil benzene adalah benzene yang mengalami proses alkilasi dengan menggunakan etilen, AlCl 3 , atau BF3 dipakai sebagai katalisator, sedangkan sedangkan senyawa dari klorida, biasanyadari HCl atau HF H F dapat digunakan sebagai promoter reaksi.
B. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk
Ethylbenzene diproduksi dalam jumlah massal dengan menggabungkan benzena dan etilen. 1. Spesifikasi Bahan Baku a. Benzena
Sifat fisis Benzena
Rumus molekul
: C6H6
Massa molar
: 78,1121 g/mol
Densitas dan fase
: 0,8786 g/mL, zat cair
Titik lebur
: 5,5 °C (278,6 K)
Titik didih
: 80,1 °C (353,2 K)
Penampilan
: Cairan tak berwarna aromatik dan mudah menguap
Kelarutan dalam air : 0,8 g/L (25 °C) Tidak larut dalam pelarut polar seperti air air, tetapi larut dalam pelarut yang kurang polar atau nonpolar, seperti eter dan tetraklorometana Viskositas
: 0,652 cP pada 20 °C
Sifat kimia Benzena
1) Bersifat kasinogenik (racun) 2) Merupakan senyawa nonpolar 3) Tidak begitu reaktif, tapi mudah terbakar dengan menghasilkan banyak jelaga 4) Lebih mudah mengalami reaksi substitusi dari pada adisi.
b. Etilen (Etena)
Sifat fisis Etilena
Rumus molekul
:C2H4
Massa molar
: 28.05 g/mol 28,05 g / mol
Penampilan
: gas berwarna
Densitas
: 1.178 kg / m pada 15 ° C, gas
Titik leleh
: −169.2 °C (104.0 K, -272.6 °F
Titik didih
: −103.7 °C (169.5 K, -154.7 °F)
3
Kelarutan dalam air : 3,5 mg/100 ml (17 ° C) Keasaman (pK a)
: 44
Sifat kimia Etilena
1) Polimerisasi Etilen dapat bergabung dengan etilen yang lain untuk membentuk molekul yang lebih besar (polimer) dengan cara memutus ikatan rangkap dua dan kemudian membentuk molekul yang lebih besar. 2) Hidrogenasi Etilen dapat berubah menjadi etana melalui proses hidrogenasi o
langsung pada katalis Ni dengan kondisi suhu 300 C. 3) Oksidasi Zat pengoksidasi kuat dapat mengoksidasi sempurna etilen menjadi karbondioksida dan air. Etilen dalam larutan basa atau berair bereaksi dengan oksidator lemah menjadi glikol. Reaksi ini dikenal dengan tes bayer yang digunakan untuk membuktikan adnya ikatan rangkap
dengan menggunakan KMnO4. 4) Adisi Penambahan brom pada senyawa berikatan rangkap menghasilkan dibromida sehingga senyawa baru menjadi jenuh. Reaksi ini juga digunakan untuk mengidentifikasi adanya ikatan rangkap yang ditunjukkan dengan hilangnya hilangnya warna coklat dari larutan brom.
2. Spesifikasi Produk
Sifat fisis Etil Benzena
Rumus molekul
: C 8 H 10
Massa molar
: 106.17 g mol
Penampilan
: Cairan tidak berwarna aromatik
Densitas Densit as
: 0.8665 g/mL
Titik lebur
: -95 °C, 178 K, -139 °F
Titik didih
: 136 °C, 409 K, 277 °F
Kelarutan
: dalam air 0.015 g/100 mL (20 °C)
Viskositas
: 0,669 cP pada 20 ° C
−1
Sifat kimia Etil Benzena
Oksidasi
etil
benzena
dengan
agen
pengoksidasi
yang
berbeda
akan
menghasilakn produk yang berbeda-beda pula, misalnya hidroperoksida, asetofenon, dan sejumlah kecil etil alkohol, atau bahkan b ahkan asam benzoat.
C. Penggunaan Etil Benzena
Etil benzena merupakan senyawa kimia yang mempunyai peranan penting dalam industri monomer stirena, dimana selanjutnya stirena monomer digunakan sebagai bahan baku pembuatan plastik (polistirena). Selain itu, etil benzena juga dimanfaatkan untuk pembuatan bahan pewarna dan deterjen. Etil benzena juga banyak digunakan sebagai pelarut (solvent) dalam berbagai industri.
BAB II RANCANGAN PROSES
A. Macam – macam proses pembuatan Etil Benzene
Ada beberapa macam proses utama yang paling komersial digunakan dalam proses pembuatan Etil Benzene. Berikut ini akan dijabarkan masing – masing – masing proses pembuatan Etil Benzena dengan bahan baku Etilena dan Benzena. 1. Proses AlCl3 Proses ini dikembangkan oleh Dow Chemical, Mobil Badger dan Mosanto. Reaksi alkilasi dan transalkilasi dilakukan dalam dua reactor yang terpisah o
dengan kondisi 300 – 500 C dan tekanan 70 – 50 psi. Yield yang diperoleh cukup besar. Komposisi aliran dalam reactor berupa aromatic cair gas Etilena dan fase cair dari katalis kompleks yang mengandung factor korosi tinggi, sehingga diperlukan pemilihan konstruksi alat yang betul – betul – betul tepat. 2. Proses Alkar Proses ini dikenalkan oleh UOP dengan katalis BF 3. Proses ini sangat peka terhadap adanya air, karena akan menyebabkan adanya reaksi dengan Bf 3 sehingga mengurangi mengurangi aktivitas katalis. Proses alkar berlangsung pada suhu 200 – o
300 C dengan tekanan yang cukup tinggi, yaitu 500 psi dan yield yang diperoleh cukup besar 99%. 3. Proses Mobil Badger Proses ini dikembangakan oleh UOP / Mobil Badger/ Mosanto. Proses ini tidak memerlukan system recoveri katalis dan sangat aman untuk lingkungan. Juga bias berlangsung dengan menggunakan bahan baku Etilena berkadar rendah. Proses alkilasi dan transalkilasi berlangsung pada reactor fixed bed dengan
o
kondisi reactor 400 – 450 C pada tekanan 23 – 30 bar. Produk dari proses ini mempunyai kemurnian yang tinggi ( 99.9%). Sehingga merupakan bahan baku yang sangat baik untuk pabrik styrene. Yield over all yang dihasilkan 99%. 4. Proses Lumnus/UOP/Unical Lumnus/UOP/Unical Proses
ini
merupakan
proses
baru
yang
dikembangkan
oleh
Lumnus/Unical/UOP dan merupakan modifikasi dari proses AlCl 3. Proses ini tidak memerlukan system recoveri katalis yang sangat aman bagi lingkungan. o
– 200 C dan tekanan 35 atm. Umur Proses alkilasi berlangsung pada reactor 100 – 200 katalis yang digunakan dapat mencapai 12 – 24 bulan. Produk yang dihasilkan mempunyai kemurnian yang cukup tinggi yaitu 99,2% dan merupakan bahan baku yang sangat baik untuk produksi styrene. 5. Proses CD – CD – Tech Tech Proses ini adalah yang paling baru, CD – Tech dikembangkan oleh Chemical Research and Licensing Company. Proses Alkilasi dan transalkilasi berlangsung o
– 30 C dan tekanan 0,5 – 50 – 50 pada reactor fixed bed dengan kondisi reactor 50 – 30 atm. Produk dari proses ini mempunyai kemurnian yang tinggi (99.9)%, merupakan bahan baku yang sangat baik untuk pabrik Styrene. Yield yang didapatkan 99,5 %.
B. Reaksi/mekanisme reaksi
Reaksi yang terjadi pada proses fase cair menurut Kirk Othmer ( 1981) sebagai berikut : C6H6 + C2H4 C6H5CH2CH3 Pada proses Monsanto yang telah dikembangkan menggunakan dua reaktor. Pada reaktor pertama terjadi reaksi alkilasi antara benzen dengan etilen pada tekanan lebih rendah dibandingkan pada proses fase gas, yaitu 70-150 psig dan temperature 0
300-350 F. Perbandingan mol benzen dan etilen dalam reactor adalah 3:1 sampai 5:1. (Kirk Othmer). Perbandingan AlCl 3 dan C2H4 adalah 0,001-0,0025. Pada reaktor transalkilasi terjadi reaksi antara benzen sisa dan polietilbenzen yang direcycle. Produk keluar reaktor transalkilasi selanjutnya dikirim ke Neutralizer untuk menghilangkan HCl dan katalis yang terdapat didalam produk reaktor.Setelah produk yang keluar bebas dari impurities produk dipisahkan dengan tiga menara
distilasi, Kolom pertama, benzene di recycle untuk dikembalikan ke reactor alkilasi. Pada kolom kedua menghasilkan produk etilbenzen. Produk atas dari kolom ketiga adalah polyetilbenzen dan tars, yang dapat digunakan sebagai bahan bakar. Karena kebutuhan katalis sangat sedikit, maka tidak dibutuhkan regenerasi katalis. Jadi garam-garam yang dihasilkan dari Neutralizer sistem bisa langsung dibuang dan dikirim ke sistem pengolahan limbah. Produk keluar kolom distilasi kemurniannya minimum 99,7 % berat. (Faith Keyes) Reaksi yang yang terjadi pada proses proses Alkar menurut Kirk Othmer ( 1981) sebagai berikut : C6H6 + C2H4 C6H5C2H5 ½ C6H6 + C2H4 ½ C6H4 ( C2H5)2 Reaksi yang terjadi pada proses Mobil Badger adalah sebagai s ebagai berikut : C6H6 + C2H4 C6H5CH2CH3 C6H5CH2CH3 + C2H4 C6H4(C2H5)2 C6H4(C2H5)2 + C6H6 2C6H5CH2CH3 0
Proses reaksi berjalan pada tekanan 20-30 bar, temperatur 300-500 C dan rasio antara benzen dan etilen sebesar 8:1.Konversinya bisa mencapai 85-90%.
C. Tinjauan Termodinamika
Reaksi antara etilen dengan benzene merupakan reaksi sangat eksotermis. 1. Reaksi Alkilasi C2H4 (l) + C 6H6 → C8H10(l) Pada 298 K,
∆H C2H4
= 12, 496 Kkal/gmol
∆H C6H6
= 19,820 Kkal/gmol
∆H C8H10 = 7, 120 Kkal/gmol ∆H ° 298 = C 8H10 - (C6H6 + C2H4) = 7,12 – 7,12 – (12,496 (12,496 + 19,820 ) = -25,196 Kkal/gmol 2. Reaksi Transalkilasi C10H14(l) + C6H6 (l) → 2C 8H10(L) ∆H C10H14 = 4,31 Kkal/gmol ∆H° 298 – 7,21 298 = (2 X 4,31)- 19,82 19,82 – 7,21
= -13,32 Kkal/gmol
Sedangkan Sedangkan reaksi ini i ni bersifat irreversible dengan harga kontanta kesetimbangan >> 1 1. Reaksi Alkilasi Pada 298 °K, ∆Gf C 2H4 = 16,282 Kal/gmol ∆Gf C6H6 = 30,939 ∆Gf C8H10 = 31,208
∆G°298 = ∆Gf C8H10 – (∆Gf – (∆Gf C6H6 + ∆Gf C2H4) = 31,208 – 31,208 – (30,939 (30,939 + 16,282) = - 16,063 kal/gmol ∆G = -RT ln K -
K= e ∆G/RT =e
(16,063/ 1,087X 208) – (16,063/
= 595
D. Tinjauan Kinetika
Karena reaksi ini bersifat eksotermis irreversible, maka kenaikan suhu tidak mempengaruhi konversi. Reaksi pembuatan etil benzene ini mempunyai harga konstanta kecepatan reaksi sebagai berikut : k1 : 599 exp (-2699/T) ltr/gr kat dtk 2
k2 : 3371 exp ( -3228 /T )ltr / gr kat dtk Faktor – Faktor – faktor faktor yang berpengarh terhadap kecepatan reaksi :
Suhu, apabila suhu dinaikkan maka harga konstanta kecepatan reaksi akan besar yang akhirnya menaikkan kecepatan reaksinya.
Katalisator, dapat menaikkan kecepatan reaksi dengan menurunkan energy aktivasi (E) maka harga konstantan kecepatan kecepatan reaksi akan naik. sehingga laju reaksi bertambah cepat dan untuk mengarahkan reaksi kearah terbentuknya produk etil benzene.
E. Diagram Alir
Diagram Proses pembuatan n-Etil Asetat
F. Kondisi Operasi
Operasi reactor alkilasi komersial adalah pada temperature 93-149 °C dan tekanan 35 atm. Dengan pertimbangan bahwa semakin tinggi tempertaur makan konversi akan semakin besar, namun pada temperature lebih dari 149° C akan meningkatkan reaksi samping sehingga akan menurunkan selektifitas produk etilbenzene. Dengan demikian temperature 93 - 149° C adalah temperature paling optimal untuk reaksi alkilasi. Operasi reactor transalkilasi komersial adalah pada temperature 177-232°C dan tekanan 29 atm. Dengan pertimbangan bahwa semakin tinggi t emperature maka konversi akan semakin besar, namun ketahanan katalisator terbatas pada temperature 235° C sehingga temperature reactor transalkilasi paling optimal pada 177-232°C.
BAB III PENUTUP
A. Kesimpulan
Ada beberapa macam proses utama yang paling komersial digunakan dalam proses pembuatan Etil Benzene dengan bahan baku Etilena dan Benzena yaitu Proses CD – Tech, Proses Lumnus/UOP/Unical, Proses Mobil Badger, Proses Alkar, Proses AlCl 3. Etil benzena merupakan senyawa kimia yang mempunyai peranan penting dalam industri monomer stirena, dimana selanjutnya stirena monomer digunakan sebagai bahan baku pembuatan plastik (polistirena). Selain itu, etil benzena juga dimanfaatkan untuk pembuatan bahan pewarna dan deterjen. Etil benzena juga banyak digunakan sebagai pelarut (solvent) dalam berbagai industri.
