PERALATAN INDUSTRI KIMIA 2 INDUSTRI FORMALDEHID
OLEH :
NAMA : NELLY RAHMAYANTI KELAS : 4 KIB NIM
: 0609 3040 0999
DOSEN PEMBIMBING: Ir.ERLINAWATI, M.T.
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG TAHUN TAHUN AJARA AJARAN N 2011 2011
BAB I INDUSTRI KIMIA DARI SENYAWA C1
2. Industri Formaldehid 2.1. Pendahuluan
Formaldehida (juga disebut metanal), merupakan aldehida berbentuknya gas dengan rumus kimia H 2CO. Formaldehida awalnya disintesis oleh kimiawan Rusia Aleksandr Butlerov tahun 1859, tapi diidentifikasi oleh Hoffman tahun 1867. Formaldehida bisa dihasilkan dari pembakaran bahan yang mengandung karbon. Terkandung dalam asap pada kebakaran hutan, knalpot mobil, dan asap tembakau. Dalam atmosfer bumi, formaldehida dihasilkan dari aksi cahaya matahari dan oksigen terhadap metana dan hidrokarbon lain yang ada di atmosfer. Formaldehida dalam kadar kecil sekali juga dihasilkan sebagai metabolit kebanyakan organisme, termasuk manusia. Di dalam perindustrian, Formaldehid sering di gunakan sebagai salah satu bahan pencampur dalam proses pembuatan Urea, Fenol dan Melamin. Jika Formaldehid di reaksikan dengan ketiga senyawa itu, maka akan di hasilkan resin termiset yang keras.
2.2. Klasifikasi Proses
2.2.1. Oksidasi katalitik – dehidrogenasi dari metanol 2.2.2. Oksidasi metana (LPG) untuk menghasilkan co produk hidrokarbon oksigen dimana formaldehid dipisah walau agak sulit. Pada makalah ini , proses yang akan dibahas adalah pembuatan Formaldehid dengan cara oksidasi katalitik – dehidrogenasi dari metanol.
2.3. Data Kuantitatif
Untuk memproduksi Formaldehide, di perlukan bahan sebagai berikut : a. Basis : 1 ton Formaldehid (90 % yield) Metanol (99 % purity)
1,04 ton
Udara
1760 Nm3
b. Kapasitas pabrik : 10-300 ton/hari
2.4. Sifat Fisika dan kimia dari Bahan Baku dan Produk 2.4.1. Bahan Baku
a.
Methanol (CH3OH) Sifat Fisika
-
Berat Molekul
: 32,04 gr/ml
-
Titik Leleh
: - 97,80 C
-
Titik Didih
: 64.70 C
-
Density
: 0,788 pada 200 C
-
Kemurnian
: 99, 8 %
-
Bentuk
: Cair
-
Limit Beracun
: 200ppm
-
Limit Ledakan
: 6.0 vol% in air ( Lower ) 36.5 vol% in air (Upper )
Sifat Kimia -
metanol yang terbakar di udara dan membentuk karbon dioksida dan air adalah sebagai berikut: 2 CH3OH + 3 O2 → 2 CO2 + 4 H2O
b. Udara
Udara terdiri dari dua komponen, yaitu O 2 dan N2 Oksigen (O2)
-
Berat Molekul
: 32 gr/ml
-
Titik Leleh
: - 218,80 C
-
Titik Didih
: -1830 C
-
Grade
: High Purity : 99.5%O2, 0.5%Ar low Purity : 90-95% O2, 4-5% Ar
Nitrogen (N2)
-
Berat Molekul
: 28.02 gr/ml
-
Titik Leleh
: - 2100 C
-
Titik Didih
: -195.800 C
-
Grade
: High Purity : 99%N2
2.4.2. Produk Sifat Fisika Formaldehid
-
Nama sistematis : Metanal
-
Nama Lain
: formalin, Formol, Metal Adehid, Metilen oksida
-
Berat Molekul
: CH2O
-
Density
: 0,815 pada 200C
-
Titik Didih
: -19,300 C
-
Titik Leleh
: -1170 C
-
Penampilan Gas : Tidak bewarna
-
Bahaya Utama
-
Limit Ledakan
: Mudah terbakar (Toksik) : Terendah 7% dan tertinngi 73% volume di udara
-
Limit Beracun
: 10 ppm
-
Kelarutan
: Larut dalam air, alkohol dan pelarut – pelarut polar. Sedikit larut dalam Ester, Klorofom dan hidrokarbon.
Sifat Kimia -
formaldehida menampilkan sifat kimiawi seperti pada umumnya aldehida, senyawa ini lebih reaktif daripada aldehida lainnya. Formaldehida
merupakan elektrofil,
bisa
dipakai
dalam
reaksi substitusi aromatik elektrofilik dan sanyawa aromatik serta bisa mengalami reaksi adisi elektrofilik dan alkena. keberadaan katalis basa,
formaldehida
bisa
Dalam
mengalami reaksi
Cannizzaro, menghasilkan asam format dan metanol.
2.5. Reaksi yang Terjadi
Secara industri, formaldehida dibuat dari oksidasi katalitik metanol. Katalis yang paling sering dipakai adalah logam perak atau campuran oksida besi dan molibdenum serta vanadium. Dalam sistem oksida besi yang lebih sering dipakai (proses Formox), reaksi metanol dan oksigen terjadi pada 250 °C dan menghasilkan formaldehida, berdasarkan persamaan kimia
CH3OH + ½ O2
→
HCOH + H2O
Katalis yang menggunakan perak biasanya dijalankan dalam temperatur yang lebih tinggi, kira-kira 650 °C. dalam keadaan ini, akan ada dua reaksi kimia sekaligus yang menghasilkan formaldehida: satu seperti yang di atas, sedangkan satu lagi adalah reaksi dehidrogenasi CH3OH → H2CO + H2. Bila formaldehida ini dioksidasi kembali, akan menghasilkan asam format yang sering ada dalam larutan formaldehida dalam kadar ppm. Di dalam skala yang lebih kecil, formalin bisa juga dihasilkan dari konversi etanol, yang secara komersial tidak menguntungkan. Dalam proses pembuatan Formaldehid dengan cara Oksidasi Dehdrogenasi dari Metanol terjadi tiga reaksi, yaitu : o
Reaksi Oksidasi
CH3OH + ½ O2 o
HCOH + H2O
∆H
= -37 kcal
Reaksi Pyrolisis
CH3OH o
→
→
HCOH + H2
∆H = +19,8 Kcal
Reaksi samping dan Pembakaran Sempurna
CH3OH + ½ O2
→
2 H2O + CO2
∆H = -162 Kcal
2.6 Uraian Proses
Bahan baku yang terdiri dari Methanol dan udara di masukkan ke dalam tangki Methanol Evaporator. Perbandingan antara Methanol dan udara adalah 30% : 50 %. Methanol masuk dari bagian atas tangki sementara udara masuk dari bagian bawah tangki. Namun sebelum masuk ke dalam Methanol Evaporator, udara terlebih dahulu diatur tekanannya dengan menggunakan kompresor sehingga tekanannya sebesar 0.2 atm. Selanjutnya udara dipanaskan pada Heat Exchanger kemudian masuk ke dalam tangki Methanol Evaporator. Lalu gas yang keluar dari Methanol evaporator masuk ke dalam Heat Exchanger 2 untuk dipanaskan pada suhu 450-600 oC kemudian dialirkan ke dalam catalitic reactor. Didalam Catalitic reactor, terjadi ketiga tahap reaksi kimia di atas dan disini juga ditambahkan katalis berupa serbuk tembaga atau perak sehingga
dapat
mempercepat laju reaksi yang terjadi. Formaldehid dihasilkan dari reaksi oksidasi dan reaksi pyrolisis, sementara reaksi samping juga terjadi dengan menghasilkan CO 2 dan H2O. Kemudian, gas yang keluar dari Catalytic reactor didinginkan kembali dengan menggunakn Heat Exchanger dan dialirkan menuju Light ends stripper. Di dalam stripper terjadi proses pemisahan setiap zat, zat yang berupa gas dan memiliki titik didih rendah yaitu gas HCOH, H2 dan CO2 akan naik ke atas dan masuk ke Scrubber,sementara zat dengan titik didih tinggi akan turun dan masuk ke dalam Alcohol Scrubber, yaitu CH 3OH dan H2O. Kemudian gas-gas yang masuk ke dalam Scrubber itu dipisahkan lagi dengan cara diserap oleh water Scrubber. Dimana gas yang akan dibuang, yaitu gas H 2 dan CO2 dikeluarkan dari bagian atas scrubber dan gas yang akan digunakan, yaitu HCOH dikembalikan lagi ke dalam tangki Light ends stripper dari bagian bawah scrubber. Selanjutnya gas didinginkan dengan menggunkan sirkulasi eksternal sehingga nanti pada kolom fraksionasi di peroleh Methanol sebesar 15% yang akan di recycle. Sebagian dari gas yang keluar dari Light end Stripper,di alirkan ke dalam Alcohol stripper. Dimana di dalam tangki ini merupakan proses terakhir yang akan menghasilkan larutan Formaldehid 37 % yang dikeluarkan dari bagian bawah tangki, sementara methanol yang tidak bereaksi atau yang masih tersisa dikeluarkan dari bagian atas tangki untuk direcycle lagi ke Catalytic Reactor.
2.8. Kegunaan Produk
Di dalam industri, Formaldehid biasa digunakan untuk: -
Untuk Resin
-
Untuk bahan baku
-
Untuk bahan baku n-Poly Formaldehyd
-
Untuk pembuatan Resin Melamin : 8 %
-
lainnya adalah untuk bahan baku pembuatan phenol dan pembuatan urea.
Kegunaan Lain
: 55 % : 16 % : 10 %
Formaldehid juga dapat di manfaatkan untuk keperluan : -
Pengawet mayat
-
Pembasmi lalat dan serangga penganggu lainnya
-
Pencegah korosi untuk sumur minyak
-
Bahan untuk pembuatan produk parfum
-
Bahan pembuatan pupuk dalam bentuk urea
-
Bahan pengawet produk kosmetika dan pengeras kuku
-
Bahan pembuatan sutera sintetis, zat pewarna, cermin, kaca
-
Pengeras lapisan gelatin dan kertas dalm dunia fotografi.
1.9. Fungsi Alat
Dalam melakukan proses pembuatan Formaldehid, diperlukan alat – alat sebagai berikut : Methanol Evaporator
o
Alat ini digunakan untuk menguapkan Metanol dari fase cair menjadi fase gas. o
Kompresor
Alat ini digunakan untuk mengatur tekanan udara menjadi 0,2 atm. Catalytik reaktor
o
Alat ini dipergunakan sebagai tempat terjadinya ketiga reaksi pembuatan Formaldehid, yaitu: o
Reaksi Oksidasi
CH3OH + ½ O2 o
HCOH + H2O
∆H
= -37 kcal
Reaksi Pyrolisis
CH3OH o
→
→
HCOH + H2
∆H = +19,8 Kcal
Reaksi samping dan Pembakaran Sempurna
CH3OH + ½ O2
→
2 H2O + CO2
∆H = -162 Kcal
dengan penambahan katalis berupa serbuk tembaga atau perak untuk mempercepat reaksi.
Heat Exchanger
o
Alat yang digunakan untuk memanaskan gas.
Light Ends Stripper
o
Alat ini digunakan sebagai tempat untuk memisahkan antara gas yang akan di buang dan yang akan di gunakan yaitu methanol. Scrubber
o
Alat ini dipergunakan sebagai tempat pemurnian gas yang akan digunakan. o
Alcohol Stripper
Alat ini digunakan sebagai tempat untuk menghasilkan larutan Formaldehid 37%, sementara Metanol yang tidak bereaksi dikembalikan ke Catalytic reactor untuk di daur ulang.
2.10. Kesimpulan
Dari pembahasan di atas maka dapat di tarik kesimpulan bahwa formaldehid yang memiliki rumus molekul CH2O dapat di buat dengan cara Reaksi Oksidasi dehydrogenasi antara Methanol (CH3OH) dengan udara (O2) . Disamping bahan baku itu, diperlukan juga bahan tambahan berupa katalis (perak/tembaga). •
O2 diambil dari udara yang dipanaskan oleh HE dan ditekan olek kompresor pada tekanan 0,2 atm, methanol masuk melalui evaporator dengan perbandingan 30% : 50%.
•
Reaksi terjadi di dalam Catalytic Reactor dengan bantuan katalis perak atau tembaga untuk mempercepat reaksi.
•
Gas keluar dari Catalytic Reactorlalu dipanaskan dengan HE, lalu masuk ke stripper menuju scrubber untuk didinginkan.
•
Pemisahan larutan methanol yang tidak bereaksi dengan Formaldehid pada kolom fraksionasi dengan persen yield 85-90%.
Dalam melakukan proses pembuatan formaldehide ini, di gunakan tiga reaksi yaitu reaksi oksidasi, dehidrogenasi dan reaksi sampingan dan pembakaran sempurna.Dimana reaksi yang terjadi yaitu: o
Reaksi Oksidasi
CH3OH + ½ O2 o
HCOH + H2O
∆H
= -37 kcal
Reaksi Pyrolisis
CH3OH o
→
→
HCOH + H2
∆H = +19,8 Kcal
Reaksi samping dan Pembakaran Sempurna
CH3OH + ½ O2
→
2 H2O + CO2
∆H = -162 Kcal
Jika ditinjau dari klasifikasi berdasarkan gas alam, maka Formaldehid dapat di peroleh dari hasil pembakaran bahan yang mengandung karbon. Namun, jika di lihat dari klasifikasi berdasarkan Oksidasi dan Dehydrogenasi, maka Formaldehid
dapat
diperoleh dari hasil Oksidasi katalik Methanol.
Daftar Pustaka
Literatur Pelajaran Proses Industri kimia 2, Dryden/Syntetic Organic Chemical Industries/Formaldehyde. Dewi,Erwana dkk.. 2010. POLSRI: Palembang. www.Google.com www.Wikipedia.com
Modul Proses Industri Kimia 2 .
Teknik Kimia
Lampiran Pertanyaan
1. M. Okta Virandi
Pertanyaan : Dari akhir proses pembuatan Formaldehid ini Methanol itukan direcycle, masuk ke alat apa methanol yang akan direcycle itu dan apa produk samping dari proses pembuatan Formaldehid ini? Jawaban
: Karena proses in berlangsung kontinyu, maka Methanol yang tidak bereaksi pada proses ini berkisar 15% akan dikembalika ke dalam Catalytic Reactor untuk direcycle untuk diolah menghasilkan Formaldehid lagi.
Pada proses pembuatan terjadi reaksi samping, yaitu; Reaksi samping dan Pembakaran Sempurna
CH3OH + ½ O2
→
2 H2O + CO2
∆H = -162 Kcal
Dari reaksi itu didapat produk samping berupa gas CO2.
2. Ryan Pratama
Pertanyaan : Pada saat proses di dalam Stripper itu ada gas-gas yang masuk ke Scrubber. Gas apa itu dan apa fungsi dari penambahan air pada Scrubber? Jawaban
: Pada Stripper terjadi proses pemisahan zat dengan melihat perbedaan titik didih antara masing-masing zat. Zat yang mempunyai titik didih lebih tinggi (CH3OH dan H2O) akan keluar dari bagian bawah tangki sementara zat yang lebih rendah titik didihnya (gas H2, CO2 dan HCOH) akan ke atas masuk ke dalam Scrubber. Didalam Scrubber ini akan dipisahkan antara gas yang tidak digunakan (H 2 dan CO2) dengan yang yang masih akan digunakan (HCOH). Gas yang tidak digunakan tersebut di buang dari atas, sementara gas yang masih akan digunakan, yaitu HCOH tadi dimasukkan kembali ke dalam stripper untuk menjalani proses selanjutnya di dalam Alcohol Scrubber bersama CH3OH yang masih tersisa.
3. Hendro Agus Setyo
Pertanyaan :Bagaimana
proses
terjadinya
ketiga
tahapan
reaksi
pembuatan
Formaldehid ini di dalam reaktor? Jawaban
: Dalam reactor terjadi tiga reaksi, yaitu: o
Reaksi Oksidasi
CH3OH + ½ O2 o
HCOH + H2O
∆H
= -37 kcal
Reaksi Pyrolisis
CH3OH o
→
→
HCOH + H2
∆H = +19,8 Kcal
Reaksi samping dan Pembakaran Sempurna
CH3OH + ½ O2
→
2 H2O + CO2
∆H = -162 Kcal
Formaldehid dihasilkan dari reaksi Oksidasi dan Pyrolisis, sementara itu terjadi juga reaksi samping antara Methanol dengan udara yang menghasilkan produk samping berupa air dan gas CO2. Ketiga rekasi tersebut dapat berjalan dengan cepat karena di dalam reaktor ditambahkan katalis berupa serbuk tembaga atau perak.
