PROSES NITRASI

PROSES INDUSTRI KIMIA

1

2

Nitrasi

Reaksi nitrasi adalah penggabungan satu atau lebih gugus nitro (- NO2) diikatkan pada karbon sebagai senyawa nitroaromatik atau nitroparafin, dan bisa juga pada oksigen sebagai senyawa nitrat ester maupun pada nitrogen sebagai senyawa nitramine

Di samping substitusi atom hidrogen, reaksi nitrasi juga bisa berlangsung dengan substitusi atom atau gugus yang lain misalnya halida, sulfonat, dan asetil

3

Nitrasi

Contoh : RCl + AgNO2 RNO2 + AgCl

RCl + AgNO3 RONO2 + AgCl Reaksi nitrasi adalah salah satu reaksi

yang sangat penting dalam industri sintesa bahan organik, antara lain : bahan pelarut (solvent), pewarna, pharmasi, peledak, maupun bahan antara (intermediate product) untuk diproduksi lebih lanjut

4

Pereaksi Nitrasi

Reagen yang dapat digunakan dalam reaksi nitrasi yaitu asam nitrat pekat, maupun campuran asam nitrat dengan asam sulfat, asetat anhidrid, asam asetat, asam phospat, atau kloroform. Bisa juga senyawa nitrogen pentoksida, maupun nitrogen tetroksida

5

Mekanisme Reaksi

Sebagai media reaksi nitrasi adalah ion nitril (NO2

+) yang biasanya terbentuk dari campuran asam nitrat dan asam sulfat pekat dengan faktor Van’t Hoff i = 4 (jumlah molekul atom ion yang dihasilkan dari satu molekul sumbernya)HNO3 + 2H2SO4 NO2

+ + H3O+ + 2HSO4-

Sedangkan bila berasal dari ethyl nitrat, nitrogen pentoksida, dan nitrogen tritoksida mempunyai faktor i lebih tinggi. Masing-masing dari larutan ini merupakan pereaksi nitratsi yang kuat.

6

Nitrasi

Dari gambar di samping bisa diamati hubungan % HNO3 yang terionisasi terhadap kepekatan atom % H2SO4

Pada % di atas 94% hampir semua HNO3 mengion menjadi ion nitril

Pengaruh air terhadap ionisasi asam nitrat dalam atom sulfat

7

Nitrasi Aromatis

Secara garis besar, nitrasi pada kelompok aromatis dapat dituliskan sebagai berikut :ArH + HNO3 ArNO2 + H2O

Namun posisi gugus nitro terhadap gugus yang lain bisa ortho, meta, maupun para

Bila gugus dibenzena (naphtalena), pada nitrasi lanjut akan terjadi 2 kemungkinan hasil

8

Nitrasi Aromatis

12

3

45

6

78

NO2

NO2 HNO

2

NO2

NO2

NO2

NO2

-1,8 dinitronaphtalen- 1,5 dinitronaphtalen

9

Nitrasi pada Hidrokarbon Parafin (reaksi fase gas)

Parafin jenuh lebih inert dibanding dengan aromatis, sehingga reaksi nitrasi pada hidrokarbon parafin berlangsung pada suhu tinggi (350 – 450oC)

Reaksi yang terjadi di samping substitusi juga dimungkinkan terjadinya pemutusan rantai karbon atau cracking

Dengan adanya oksigen (O2, NO2, dsb) dalam proses nitrasi pada hidrokarbon parafin akan meningkatkan konversi nitrasi, tetapi juga terjadi oksidasi hirokarbon, sehingga terbentuk hasil samping CO dan CO2, maupun terbentuknya senyawa olefin

10

Nitrasi pada Hidrokarbon Parafin (reaksi fase cair)

Nitrasi pada fase cair pada hidrokarbon jenuh biasanya jarang dilakukan karena konversinya sangat rendah dan terbentuknya reaksi samping yang tidak diinginkan

11

Nitrasi pada Olefin

Olefin (HC tak jenuh) dengan nitrogen dioksida menjadi dinitroparafin dan nitronitril yang tidak stabil

Nitronitril bila dioksidasi lebih lanjut membentuk nitronitrat yang lebih stabil, dan bila bereaksi dengan alkohol atau air akan terbentuk nitroalkohol

12

Proses Nitrasi

Proses nitrasi bisa dilakukan secara batch atau kontinyu, karena sangat eksotermis maka faktor yang penting dalam perencanaan reaktor adalah pengadukan dan suhu

Pengadukan agar homogen dan tidak mengalami akumulasi dan proses di satu tempat (local overheating)

Suhu, agar mendekati konstan maka dikendalikan dengan pendinginan yang memadai karena reaksi eksotermis

NITROGLISERIN

pertama kali ditemukan pada tahun 1846 oleh Sobrero

Tahun 1860-an nitrogliserin mulai digunakan sebagai bahan peledak

Nitrogliserin

juga dikenal sebagai trinitrogliserin dan glyceryl trinitrate, adalah sebuah senyawa kimia, cairan peledak yang berat, tak berwarna, beracun, berminyak, dan diperoleh dari menitratkan gliserol

Senyawa ini digunakan dalam pembuatan peledak, terutama dinamit, dan digunakan dalam industrik konstruksi dan penghancuran

juga digunakan dalam medis sebagai vasodilator untuk merawat kondisi jantung

pendahuluan

Nitrogliserin merupakan senyawa kimia yang dapat digunakan sebagai : obat

Bahan peledak

Selain bahan peledak, nitrogliserin juga digunakan sebagai

obat untuk meredakan rasa sakit mengurangi frekuensi serangan agiria

pektoris Tablet nitrogliserin bisa larut di bawah

lidah dalam 20 detik dan meredakan sakit dalam 3 menit

Proses Produksi

Nitrogliserin berdasarkan reaksi

kimia dihasilkan dengan mereksikan

gliserin (gliserol) dengan asam nitrat.

Namun ada beberapa macam proses

pembuatan nitrogliserin.

1. Schmid-Meissner continous

process

2. Nitro nobel injector proses

3. Biazzi continous process

Sifat-Sifat Nitrogliserin Dan Spesifikasi

Pada temperatur ruang nitrogliserin berupa cairan seperti minyak, tidak berwarna

titik leleh 13,15 °C. tidak larut dalam air dan karbon disulfida mudah larut dalam kebanyakan pelarut

organik, seperti metanol, etanol, aseton, dietil eter, kloroform, toluena dan lain-lain

Dalam larutan alkali terutama alkali etanoat, nitrogliserin dapat terhidrolisis menjadi gliserin dan garam nitrat

C3H5N3O9 + 3 KOH C3H8O3 + 3 KNO3

nitrogliserin gliserin

1. Schmid-Meissner continous process

Scmid-meissner adalah proses pertama dalam pembuatan nitrogliserin. Prosesnya meliputi nitrasi, pemisahan, dan pemurnian nitrogen secara netralisasi dan pencucian. Nitratornya berbentuk tangki berpengaduk, dilengkapi pipa-pipa pendingin vertikal. Sebagai medium pendingin dipakai brine yang masuk pada suhu -5oC. Asam campuran masuk dari bagian bawah nitrator dan gliserin masuk dari bagian atas sedangkan hasilnya keluar secara overflow ke separator (stainless steel). Suhu nitrator dijaga jangan lebih dari 18 oC dan tekanan atmosfer. Nitrogliserin yang telah terpisah dicampur dengan larutan pencampur yang panas, berupa soda dan ammonia dan kemudian diemulsi dengan udara.

Pemisahan nitrogliserin dan sisa asam berdasarkan pembentukan dua lapisan dan perbedaan densitas. Sisa asam yang densitasnya lebih kecil berada pada lapisan atas dan nitrogliserin pada lapisan bawah. Sisa asam yang keluar dari separator akan di-recovery, sedangkan nitrogliserin dicuci dalam menara atau kolom pencuci yang berisi baffle. Di dalam kolom pencuci, campuran dibuat emulsi dengan memakai air yang dingin dan menginjeksikan udara bertekanan. Emulsi mengalir dari atas kolom ke intermediate separator, kemudian dialirkan ke dasar kolom pencuci II. Emulsi mengalir dari puncak kolom pencuci II menuju separator II, kemudian cairan dialirkan lagi ke kolom pencuci III dan separator III sampai stability yang diinginkan telah tercapai (Vuono, 1984).

2. 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. Pencampuran kedua zat ini sangat cepat dan akan membentuk emulsi. Gliserin yang terisap ke injector pada suhu 48 oC segera bereaksi dengan asam. Reaksi berlangsung pada suhu 45-50 oC. Emulsi yang diperoleh segera didinginkan sampai suhu 15 oC lalu keluar secara gravitasi menuju centrifuge, di sini nitrogliserin akan dipisahkan dari asam bekas, kemudian asam bekas dapat di-recycle atau didenitrisi.

Campuran yang mengandung nitrogliserin diemulsikan dengan water jet untuk membentuk campuran non-explosive, lalu dinetralkan dengan Na2CO3, dan dicuci. Nitrogliserin yang telah stabil dilewatkan melalui injector untuk membentuk non-explosive water emulsion demi keamanan dalam penyimpanan.

3. 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. Prosesnya meliputi nitrasi, pemisahan, dan pemurnian nitroglisern dengan cara pencucian. Nitratornya berupa vessel berbentuk silinder kecil yang dilengkapi dengan stainless steel vessel dengan koil pendingin, dimana brine pada suhu (-2) – (-5)oC disirkulasikan selama nitrasi untuk menjaga reaksi pada suhu 15oC dan tekanan atmosfer (1 atm).

Kemudian hasil nitrator masuk ke separator I untuk memisahkan nitrogliserin dari asam sisa berdasarkan berat jenis dan kelarutan, kemudian sisa asam dinetralkan dengan larutan natrium karbonat 2%. Di dalam tangki pencuci nitrogliserin dibuat emulsi dengan air dan dicuci untuk melarutkan garamgaram hasil netralisasi, lalu dialirkan ke separator II untuk memisahkan garam-garam hasil netralisasi dengan nitrogliserin sampai tercapai standar stabilitas (faktor keamanan). Selanjutnya nitrogliserin yang dihasilkan disimpan dalam tangki penyimpan (Kirk dan Othmer, 1996)

Perbandingan Proses Pembuatan Nitrogliserin

No. PertimbanganSchmid-

Meissner

Nitro Nobel

Injektor

Biazzi

Continuous

1. Bahan bakuGliserol dan

asam nitrat

Gliserol dan

asam nitrat

Gliserol dan

asam nitrat

2. Konversi 93% 90 % - 93% 95 %

3. Kondisi proses 1 atm, 18 oC 1 atm, 45-50 oC 1 atm, 15oC

4. Katalis H2SO4 H2SO4 H2SO4

5.

NG yang

terakumulasi

dalam suatu system

(factor keamanan)

Banyak

terakumulasi

Banyak

terakumulasi

Sedikit

terakumulasi

Mekanisme Reaksi

Reaksi yang terjadi pada proses pembuatan nitroglycerin merupakan jenis reaksi nitrasi. Adapun reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :CH3(OH)3 + 3HNO3 H2SO4 C3H3(ONO2)3 + 3H2O

Diagram Proses Biazzi

32

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

Pembuatan nitrogliserin dari gliserin dan asam nitrat dilakukan dalam reactor alir tangki berpengaduk dengan suhu 15 oC dan tekanan 1 atm. Reaksi berlangsung secara eksotermis, sehingga membutuhkan pendingin. Konversi pembentukan nitrogliserin 95 %

Sifat-sifat nitrogliserin

Berat molekul : 227,09 Kandungan nitrogen : 18,51 % Massa jenis pada 15 °c : 1,60 Tekanan uap pada 22 °c : 0,00037 mm Hg Indeks bias : 1,47 Panas peledakan (pada volume konstan) : 1,455

Kkal/kg Tekanan spesifik : 12240 atm Kecepatan detonasi : 7450 m/detik Sensitifitas kejatuhan beban (2 kg ) : 15 cm

10,16,17