BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Industri adalah hal yang tidak dapat dipisahkan darI kehidupan manusia. Kemajuan suatu negara dapat dilihat dari perkembangan industri. Industri adalah salah satu penyumbang pajak terbesar di Indonesia, penyedia tenaga kerja, penyedia kebutuhan hidup berupa produk, dan banyak lagi. Jika membicarakan industri, maka kita tidak bisa memisahkan dari proses produksi, proses produksi yang terjadi di dalam industri pastinya akan selalu melibatkan reaksi kimia. Beberapa reaksi kimia yang terdapat dalam industri adalah reaksi redoks, reaksi sulfonasi, reaksi nitrasi, reaksi halogenasi dan reaksi hidrogenasi. Pada Makalah ini akan dibahas salah satu reaksi yaitu reaksi nitrasi. Reaksi Nitrasi banyak digunakan dalam industri, seperti industri bahan peledak, pengolahan kelapa sawit, pengolahan plastik dan lain – lain 1.2 Tujuan Penulisan 1. Memahami reaksi nitrasi 2. Mengetahui contoh – contoh reaksi nitrasi dalam industri 3. Mengetahui kegunaan Nitrogliserin sebagai produk reaksi nitrasi 4. Mengetahui salah satu perusahaan di Indonesia yang menggunakan reaksi nitrasi
1
BAB II ISI 2.1 Definisi Nitrasi Nitrasi adalah pembentukan satu atau lebih gugusan –NO2 (nitro) kedalam suatu senyawa. Gugusan nitro masuk kedalam senyawa terikat oleh: 1. Atom C
: -C-NO2
Disebut senyawa nitro
2. Atom O
: -O-NO2
Disebut senyawa nitrat
3. Atom N
: -N-NO2
Disebut senyawa nitro amin atau nitramin
Terbentuknya ikatan dapat karena : 1) Reaksi peggantian gugus : -H
: Hidrogen
-Cl
: Khlor
-SO3H : Sulfonat Penggantian H paling banyak dialam nitrasi 2) Reaksi adisi pada ikatan rangkap 3) Reaksi pengusiran 2.2 Pemakaian nitrasi dalam industri Pemakaian nitrasi dalam industri antara lain dalam industri : 1. Zat pelarut, zat pewarna, bahan peledak senyawa nitro 2. Bahan peledak senyawa nitrat : gliseril nitrat , selulosa nitrat 3. Bahan peledak senyawa nitramin. Senyawa nitro digunakan sebagai bahan peledak karena dalam reaksi peruraiannya
memberikan perubahan volume yang sangat besar dalam waktu
sangat singkat/mendadak. Contoh : bahan peledak senyawa nitro
: nitro gliserin
bahan peledak senyawa nitramin
2
: tri-nitro-toluen
2.3 Zat zat yang di nitrasi Zat yang diolah dalam nitrasi dapat berupa: 1. Parafin: RH Nitrasi parafin menghasilkan senyawa nitro-parafin.pada umunya hasil yang diperoleh berupa campuran. Ada senyawa seyawa bukan nitro , misalnya alkohol, aldehid dan olefin. Campuran senyawa hasil nitrasi parafin ini biasanya digunakan sebagai pelarut. Reaksi nitrasi parafin pada umumnya dilaksanakan dalam fase gas. 2. Olefin :RCH=CH2 Nitrasi olefin mengikuti reaksi adisi. Reaksi nitrasi olefin umunya dilakukan dalam fase gas. Hasil nitrasi olefin akan berupa senyawa nitro alkohol. Apabila nitrasi dilanjutkan , akan diperoleh hasil nitrasi yang bermacam –macam, karena dalam senyawa nitro alkohol itu terdapat gugus fungsional –NO2 3. Aromatik dan turunannya Senyawa aromatik yang biasa di nitrasi antara lain: benzena dan turunannya, naftalen dan turunannya. Senyawa nitrasi aromatik umuya dilaksanakan dalam fase cair. Hasil yang terkenal dalam kelompok ini ; tri nitro toluen (TNT) 4. Alkohol : R-OH Termasuk dalam kelompok ini dapat berupa alkohol (terutama gliserol), mauu dapat berupa karbohidrat ( terutama selulosa). 5. Senyawa nitrogen Termasuk dalam kelompok ini adalah: Amid
: RCONH2
Imid
: RCONHR1
2.4 Zat-zat penitrasi Sebagai zat pengolah dalam nitrasi dapat berupa: 3
1) Asam nitrat ; NH3 Pemakaiannya dapat dalam bentuk cair berasap ( konsentrasi tinggi, ada NC2 bebas), cair pekat maupun larutan asam nktrat dalam air. Dapat pula dalam bentuk gas/uap. 2) Oksid nitrogen ; N2O5 (nitrogen pentoksia) atau N2O4 (nitrogen pentaoksida) Zat pengolah ini dipakai dalam nitrasi dalam fase gas 3) Campuran asam nitrat dengan zat penyerap air Zat pengolah ini dipakai apabilareaksi nitrasi dilakuka dalam fase cair. Zat penyerap air yang digunakan dapat berupa asam sulfat. Campuran antara asam sulfat dan asam nitrat disebut asam campuran. Untuk mendapatkan gugus (NO2+),
diperlukan suatu asam lain sebagai
donor proton (H+), sekaligus sebagai katalisator. Asam asam tersebut antara lain: H2SO4 H3COOH H3PO4 Mekanisme reaksi untuk mendapatkan gugus nitro HNO3 + 2H2SO4 → NO2+ + H3O+ + 2H2SO4 N2O5 + 3H2SO4 → NO2+ + H3O+ + 3HSO4 N2O4 + 3H2SO4 → NO2+ + 2NO- + H3O + 3HSO4Mekanisme reaksi nitrasi HNO3 + 2H2SO4 → NO2+ + H3O+ + 2H2SO4 RH + NO2+ → RHNO2+ RHNO2+ + HSO4- → RNO2 + H2SO4
2.5 Nitrasi dalam industri 1.
Nitrasi parafin
4
Hasil nitrasi parafin : campuran nitro parafin ( nitro metana , nitro etana , 2nitro propana, 2nitro butane), alkohol, aldehid dan olefin
Nitrasi dalam fase cair akan berjalan sampai hasil dinitro dan trinitro, mengikuti reaksi ion, sedang nitrasi dalam fase gas akan terjadi pemecahan rantai , mengikuti mekanisme reaksi radikal bebas. Pada nitrasi fase cair dengan asam campuran , adanya asam sulfat , anhidrid asam asetat dan lain lain zat pengikat air. Bertugas untuk membantu mempercepat pembentukan ion nitril (NO2+), yang menyerang senyawa yang mudah membentuk ion. Reaksi nitrasi sangat ekotermis sehingga digunakan reaktor yang dapat mengatasi transfer panas, reaktor yang digunakan adalah fixed bed reactor ( nitrator adiabatic) Suhu yang tinggi menjadikan NO2+ berubah menjadi radikal bebas yang sangat reaktif, sehingga proses nitrasi menghasilkan bermacam macam produk.
5
2.
Nitrasi propane Propana C3H8 merupakan parafin yang mempunyai rantai C pendek, seperti
halnya parafin lain apabila dinitrasi akan memberikan hasil yang bermacam macam. Umumnya nitrasi propana dilakukan pada fase gas, pada suhu yang agak timggi yaitu 410 oC, dibawah tekanan 115- 175 psi. Hasil nitrasi propana ini , disamping senyawa nitro, juga terdapat senyawa aldehid , keton, alkohol, asam karboksilat , olefin , nitro olefin dan kadang kadang polimer. Pada suhu tinggi (410oC) tersebut , asam nitrat akan pecah menjadi radikal bebas lebih mudah daripada pecahnya propana menjadi radikal bebas CH3 dan C2H5. Pada nitrasi propana ini akan banyak timbul panas , dan harus dihilangkan, agar suhu tidak terus menerus naik. Penghilangan panas dilakukan dengan jalan asam nitrat yang masuk reaktor masih dalam keadaan cair, sehingga panas diserap pada penguapan asam nitrat .
(*
Nitrometan, *Nitroetan,*1-nitropropana, *2-nitropropana,*Aldehide, *Keton,
*
Alkohol ,*Nitrolefin,*Propana sisa, *Nitrogen oksi, *Air)
Hasil nitrasi propana yang berupa campuran , kemudian dipisahkan dengan adsorben . Pelarut yang digunakan merupakan salah satu fraksi hasil nitrasi propan. Dengan penyerapan ini hanya sisa propan dan nitrogen oksid yang lolos. Gas sisa penyerapan itu dikirim kembali ke seksi bahan baku setelah nitrogen oksid dibentuk kembali menjadi asam nitrasi , dengan oksidasi dan hidrasi. 3.
Nitrasi olefin
6
Sebagai zat penetrasi adalah nitrogen dioksid. Pada nitrasi olefin, udara ditambahkan untuk mengoksidasi nitrogen monoksida yang ada. Hasil nitrasi olefin ini mula mula adalah dinitro parafin dan nitronitrit. Nitronitrit tersebut tidak stabil, sebagian akan teroksidasi oleh udara menjadi nitronitrat . apabbila nitronitrit diolah degan air atau alkohol akan terbentuk nitroalkohol. Reaksi nitrasi olefin dilaksanakan dengan jalan menambah olefin kedalam nitrogen dioksid pada suhu -10o sampai 25o C. Untuk mengurangi kemungkinan terjadinya oksidasi nitronitrit menjadi nitronitrat, dapat digunakan eter sebagai pelarut. Reaksi nitrasi olefin lebih lambat dari nitrasi olefin yang rantainya lebih panjang. Untuk memisahkan hasil reaksi yang diperoleh dalam nitrasi olefin ini dilakukan distilasi / fraksinasi. 4.
Nitrasi gliserol Gliserol merupakan senyawa yang mempunyai 3 gugus hidroksil . apabila
gliserol diinitrasi sempurna . Ketiga gugus fungsionil hidroksil akan tergantungkan menjadi gugus nitrat. H
H
H-C-OH H-C-OH
H2SO4 +
3 HONO2
H-C-ONO2 H-C-ONO2
H-C-OH
+ H2O
H-C-ONO2
H
H
gliserol
gliseroltrinitrat
Reaksi dijalankan dalam fase cair, mengikuti mekanisme reaksi ion. Sebagai zat pengolah dipakai asam campuran yaitu asam nitrat dan asam sulfat. Reaksi nitrasi gliserol tidak dilakukan pada suhu tinggi , karena senyawa hasil ( gliserol trinitrat) mudah terurai dan mudah meledak bila suhu tinggi, sehigga reaksi ini harus dilaksanakan pada suhu yang rendah . karena reaksi dijalankan pada suhu yang rendah ,, pereaksi yang dpakai harus kuat . asam campuran cocok untuk tugas ini. 7
Asam sulfat didalam asam campuran bertugas untuk mengikat air yang terbentuk , sehingga nilai DNA asam campuran harus besar . disamping itu asam nitrat yang dipakai harus cukup jumlah dan konsentrasinya dan nilai R juga haarus besar. Alat : reaktor tangki berpengaduk , dilengkapi jacket pendingin. Kondisi operasi : suhu rendah : 10- 15oC. NDA besar
: 4-7
R besar
: 2 – 4,7
5.
Nitrasi selulosa Proses nitrasi dilakukan dalam fase cairHasilnya berupa selulosa nitrat , yang
merupakan bahan peledak , reaksi dijalankan pada suhu rendah, karena hasil mudah meledak . hasil berupa serbuk . sebagai bahan penetrasi adalah asam campuran. Kondisi operasi : suhu rendah : 10 -30 oC NDA
: 4–7
R besar
: 2- 6
6.
Nitrasi senyawa aromatik a. Nitrasi benzene Zat penetrasi yaitu asam campuran . hasil yangdiperoleh adalah nitrobenzene, yang memiliki sifat mudah meledak, walaupun tidak sekuat gliseril tri nitrat. Alat ; reaktor tangki berpengaduk yang dilengkapi pendingin Kodisi operasi
: suhu rendah, 60 oC
NDA besar dan R besar Pemisahan hasil nitrasi nitrobenzene Setelah proses nitrasi, akan diperoleh hasil campuran . nitrobenzen dan asam campuran tidak saling melarutkan , sehingga dapat dipisahkan dengan settler. Hasil nitrobezene kemudian dicuci dengan air dan dinetralkan dari sisa asam campuran dengan menggunakan natrium karbonat. Dilajutkan dengan pemanasan untuk mengusir air pencuci yag masih terdapat dalam nitrobenzene. b. Nitrasi toluen 8
Nitrasi toluen dilakukan dalam fase cair , dengan zat penetrasi dapat berupa asam campuran . Proses nitrasi berlangsung 3 tahap, masing masing tahp memerlukan kodisi operasi yang berbeda. CH3
CH3 HHNCOCHNO
+
2
3
HNO3
+ H2O
I CH3
CH3
HHNCOCHNO
NO2
+
+ H2O
NO2
II
CH3
CH3 NO2
+
NO2 HHNCOCHNO 2 3
HNO3
+ H2O
NO2
III
NO2
c.
2
3
HNO3
TNT
Nitrasi klorobenzene Kereaktifan klorobenzene lebih rendah dari kereaktifan benzene , karena gugus
fungsionil yang sudah dipunyai mempunyai sifat induksi -1, mesomeri +M. sedang gugus yang akan masuk NO2 mempunyai sifat induksi -1 juga. Karena itu zat penetrasi untuk klorobenzen harus lebih kuat dari zat penetrasi benzene. Masuknya gugus NO2 ke klorobenzene akan mengambil tempat para, Cl
Cl
HHNCOCH3
+
+
HONO2 NO2
d. Nitrasi naftalen 9
H2O
Nitrasi naftalen memerlukan asam sulfat untuk mengikat air yang terjadi, maka sebagai zat penetrasi dipakai asam campuran . asam campuran yang dipakai dengan NDA :2 dan R ; 1,0 NO2
+
+
H2O
H2O
NO2
Hasil beta akan diperoleh lebih banyak dari alpa, bila suhu reaksi tinggi dan waktu lama. e.
Nitrasi asetanilida HNCOCH3
HNCOCH3
HHNCOCH3
+
+ H2O
HONO2 NO2
Kondisi operasi : suhu opersi lebih rendah dari 5oC, zat penetrasi dengan NDA besar dan R juga besar. Suhu rendah terutama dimaksudkan agar ssenyawa senyawa yang ada tidak mengalami hidrolisa. HNCOCH3
H2O
HNH
+ CH3COOH Disamping suhu harus rendah , NDA harus besar untuk mengikat air hasil nitrasi , agar tidak terjadi hidrolisa tersebut. 2.6 Produk Hasil Reaksi Nitrasi 10
Nitrogliserin Nitrogliserin pertama kali ditemukan pada tahun 1846 oleh Sobrero, akan tetapi baru tahun 1860-an nitrogliserin mulai digunakan sebagai bahan peledak ketika Immanuel dan Alfred Nobel berhasil mengembangkan metode mengenai penggunaan nitrogliserin sebagai bahan peledak dengan cukup aman. Alfred Nobel mengadopsi penemuan nitrogliserin dan lebih mengembangkannya sebagai bahan peledak . Setahun kemudian dia membangun Pabrik bahan peledak Alfred Nobel & Co. di Krümmel Geesthacht dekat Hamburg Jerman , yang fokus dalam ekspor campuran nitrogliserin cair dan mesiu atau disebut “Blasting Oil”. Tahun-tahun berikutnya Alfred Nobel berhasil
mengembangkan bahan peledak nitrogliserin
yang lebih maju, seperti dinamit pada tahun 1868. Penggunaan nitrogliserin secara luas Penggunaan secara luas sebagai peledak untuk tujuan militer ( dibuat propellant) dalam Perang Dunia I & II, untuk kegiatan teknik sipil ( pembangunan jalan raya pada landscape berbukit / berbatu ), untuk kegiatan pertambangan ( dibuat dinamit dengan detonator sumbu tali atau waktu ) yang dibentuk silinder memudahkan untuk dimasukan ke dalam lubang. Selain itu, dapat digunakan sebagai obat jantung ( mengobati angina) , setelah penemuan bahwa dengan nitrogliserin untuk mengurangi Angina Pectoris dan menurunkan tekanan darah. Amyl nitrit dapat meringankan nyeri dada. Dokter William Murrell melakukan uji coba Beliau mulai mengobati pasien dengan dosis rendah pada tahun 1878. Penggunaan nama “ Glyceryl Trinitrate ” atau “ Trinitrin ” digunakan di dunia medis untuk menghindari kekhawatiran pasien. Angina pectoris terjadi karena tidak memadainya aliran darah dan oksigen ke jantung yang dibutuhkan untuk produksi energi. Cara kerja nitrogliserin yaitu dengan menvasodilasi pelebaran pembuluh darah arteri. Nitrogliserin akan dikonversi menjadi nitrat oksida di dalam tubuh oleh mitokondria aldehida dehidrogenase dan oksida nitrat adalah vasodilator alami. Sifat Nitrogliserin 11
Sifat fisik : Rumus Molekul : C3H5(ONO2)3 Berat Molekul : 227 g/ gmol Bentuk : cair Titik didih : 218 oC Titik leleh : 13 oC Densitas (15 o C) : 1,6 g/cm 3 Suhu kritis : 407 oC Tekanan kritis : 29,61 atm ΔHf (25 oC) : -270,90 kJ/mol Sifat kimia : Reaksi gliserin dengan asam nitrat, katalis H2SO4 3 HNO3 + C3H5(OH)3
H SO 2 4
C3H5(ONO2 )3 + 3 H2O
Dalam reaksi tersebut, katalis H2SO4 berfungsi untuk pembentukan gugus nitro dari asam nitrat untuk menghasilkan nitro gliserin. Sebenarnya lebih tepat jika dinamakan gliserin trinitrat , merupakan bahan peledak . Reaksi peledakan : C3H5(ONO2)3
3/2 N2 + 3 CO2 + 5/2 H2O ( uap ) + 1/4 O 2 cair
gas Karena perubahan dari zat cair menjadi gas yang terjadi begitu cepat , maka timbul tekanan dan temperatur yang sangat tinggi sehingga menimbulkan peledakan. Proses Produksi Proses Produksi Nitrogliserin berdasarkan reaksi kimia dihasilkan dengan mereksikan gliserin ( gliserol ) dengan asam nitrat . Namun ada beberapa macam proses pembuatan nitrogliserin, yaitu : Schmid-Meissner continous process, Nitro nobel injector proses dan Biazzi continous process. 1.
Schmid-Meissner continous process Schmid-Meissner continous process Scmid-meissner adalah proses pertama
dalam pembuatan nitrogliserin. Prosesnya meliputi nitrasi, pemisahan dan pemurnian nitrogen secara netralisasi dan pencucian. ( Vuono , 1984).
12
2. Nitro nobel injector proses: Nitro nobel injector proses Alat dalam proses ini adalah sebuah injektor yang dipakai untuk mencampur gliserol dengan pre- cooled nitration acid (asam penitrasi yangtelah didinginkan). Aliran asam yang lewat injektor akan menimbulkan kevakuman , hingga gliserin akan tertarik masuk. 3. Biazzi continous proces: Biazzi continous proces Biazzi continous adalah proses terbaru dalam produksi nitrogliserin. Perlengkapannya terdiri atas nitrator, separator dan pencuci berpengaduk. Sebagian unit alatnya terbuat dari stainless steel, untuk mencegah penimbunan nitrogliserin. (Kirk dan Othmer, 1996) Pada proses pembuatan nitrogliserin keamanan merupakan hal yang paling utama. Hal ini mengingat sifat dasar nitrogliserin yang mudah meledak . Sehingga pada hal perancangan industry pembuatan nitrogliserin digunakan proses Biazzi . Hal ini dikarenakan proses berlangsung pada suhu rendah (15 oC ) baik reactor maupun proses pemisahan. 2.7 Industri di Indonesia yang Menggunakan Produk Reaksi Nitrasi PT Dahana (persero) PT Dahana (persero) adalah perusahaan milik negara yang berkecimpung dibidang industri bahan peledak. Perusahaan ini merupakan salah satu perusahaan yang merupakan industri strategis Indonesia. Sejak 2002, Dahana melakukan reposisi usaha dengan menitikberatkan pada tiga lini usaha yaitu Pemboran dan Peledakan, produksi bahan peledak serta layanan terkait lainnya. Lini usaha tersebut digolongkan sebagai berikut : Drilling dan Blasting Explosives Manufacturing Jasa Terkait Lainnya (Other related services) Dalam mendukung layanan operasinya, Dahana didukung dengan fasilitas produksi mutakhir. Pabrik-pabrik tersebut menjadi bagian penting kesuksesan layanan
13
operasi PT Dahana di lapangan terutama dalam menjamin kelangsungan suplay bahan peledak. . 1. Pabrik Emulsi Dahana memiliki pabrik bahan peledak jenis emulsi di Tasikmalaya. Pabrik yang memproduksi jenis bahan peledak cartridge emulsion ini memiliki kapasitas produksi 2.000/ton/shift. 2. Pabrik Detonator Pabrik electric detonator bekerjasama dengan PT Pindad. Dengan kapasitas 1.500.000 pcs/tahun, pabrik yang berlokasi di Turen, Malang didirikan untuk mengurangi ketergantungan terhadap luar negeri. Produk yang dihasilkan dari pabrik ini antara lain, plain detonator, instaneous detonator, dan delay detonator. saat ini sedang dikembangkan seismic detonator. 3. Pabrik DANFO Pabrik DANFO berlokasi di Subang Jawa Barat memiliki kapasitas produksi 5.000 ton/shift/tahun. 4. Gudang Berikat Dahana telah mendapatkan izin sebagai Penyelenggara Gudang Berikat (PGB) dan merangkap Pengusaha Pada Gudang Berikat (PPBG) berlokasi di Jl. Subang Cikamurang, Desa Sadawarna, Kecamatan Cibogo, Kabupaten Subang, Jawa Barat, dan memiliki luas 3.600 m2 yang terdiri atas 3 buah gudang berikat masing-masing untuk bahan peledak AN, detonator, dan accessories. 5. Pabrik Shapedcharges Shaped charges merupakan bahan peledak untuk perforasi di Sektor Minyak dan Gas. Pabrik ini memiliki kapasitas produksi 500.000 pcs/tahun.
14
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Nitrasi merupakan pembentukan satu atau lebih gugusan –NO2 (nitro) kedalam suatu senyawa. Salahsatu kegunaan senyawa nitro yaitu digunakan sebagai bahan peledak karena dalam reaksi peruraiannya memberikan perubahan volume yang sangat besar dalam waktu sangat singkat/mendadak. Proses nitrasi dapat diaplikasikan dalam industri bahan peledak, seperti nitrogliserin untuk tujuan militer ( dibuat propellant) dalam Perang Dunia I & II, untuk kegiatan teknik sipil ( pembangunan jalan raya pada landscape berbukit / berbatu ), untuk kegiatan pertambangan ( dibuat dinamit dengan detonator sumbu tali atau waktu ) yang dibentuk silinder memudahkan untuk dimasukan ke dalam lubang. Beberapa macam proses pembuatan nitrogliserin, yaitu : Schmid-Meissner continous process, Nitro nobel injector proses dan Biazzi continous process. Reaktor dijaga agar pada suhu tidak lebih dari 180C karena reaksi berlangsung eksoterm dan dikhawatirkan akan memicu ledakan. 3.2 Saran Demikianlah
makalah
yang
berjudul
“REAKSI
NITRASI
DALAM
INDUSTRI” ini kami buat. Apabila terdapat kekurangan dalam makalah ini kami sangat menerima saran dan kritik yang membangun demi perbaikan makalah ini.
15
Daftar Pustaka Fessenden dan Fessenden. 1990, Kimia Organik 3rd Edition. Jakarta : Penerbit Erlangga. Kirk-Othmer. 1981. Encylopedia of Chemichal Technology 3th ed. New York : John Willey and sons. Sumada, Yafet.2010. Pembuatan Nitrogliserin sebagai Bahan Peledak. Universitas Muhammadiyah Jogjakarta.
16
