Chapter II 27

7/25/2019 Chapter II 27

1/17

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Acrylonitrile

Acrylonitrile juga dinamai sebagai senyawa Propene Nitrile atau Vinyl

Cyanide dan juga dinamai dengan Acrylic Acid Nitrile, Propylene Nitrile, danPropenoic Acid Nitrile (Yarns and Fiber Exchange, 2007; Kirk & Othmer, 1949).

Acrylonitrileadalah molekul tak-jenuh yang memiliki ikatan rangkap karbon-karbon

yang berkonjugasi dengan golongan nitril (Kirk & Othmer, 1949). Senyawa ini

memiliki rumus molekul C3H3N (H2C = CHCN) (Wikipedia, 2009).

Acrylonitrilemerupakan senyawa kimia berwujud cair yang tidak berwarnadan berbau tajam (Yarns and Fiber Exchange, 2007). Senyawa ini sangat mudah

terbakar dengan titik didih 77,3 77,4 C dan titik lebur 84 C, bersifat sangat

polar karena adanya heteroatom nitrogen, dan dapat larut pada kebanyakan pelarut

organik (Yarns and Fiber Exchange, 2007; Wikipedia Encyclopedia, 2009; Kirk &

Othmer 1949) Acrylonitrile dapat diproduksi dari berbagai bahan baku dengan

7/25/2019 Chapter II 27

2/17

ICIS, 2009). Acrylonitrile adalah unsur pokok penting dari resin dengan kuat tekan

tinggi, seperti ABS dan SAN (Nexant. Inc, 2006). ABS mengandung 25%

Acrylonitrile dan SAN mengandung 30% Acrylonitrile (Nexant. Inc, 2006). ABS

digunakan dalam peralatan rumah tangga, mesin-mesin bisnis, telepon, peralatan

rekreasi dan transportasi, bagasi, dan konstruksi (Nexant. Inc, 2006). SAN juga

digunakan pada peralatan rumah tangga, plastik pembungkus, perabotan rumah

tangga, dan otomotif (Nexant. Inc, 2006).

SeratNitrileterbuat dari co-polimerisasiAcrylonitriledenganButadieneyang

memiliki daya tahan yang baik terhadap goresan, panas, minyak pelumas, dan bensin

(Nexant. Inc, 2006). Serat ini terutama sekali digunakan dalam aplikasi otomotif

(Nexant. Inc, 2006). Hidrolisis katalisisAcrylonitrilemenghasilkanAcrylamideyang

membentuk beranekaragam homopolimer dan co-polimer (Nexant. Inc, 2006).

Polimer ini digunakan sebagai flokulan di dalam pengolahan air dan limbah, sebagai

agent pengontrol perolehan kembali minyak mentah, sebagai zat penstabil saat

penyimpanan produk pada pembuatan kertas, dan dalam proses flotasi busa (Nexant.

Inc, 2006).

P li l it il (PAN) d l h l d l b t t k b

7/25/2019 Chapter II 27

3/17

2.2 Asam Sianida (HCN)

Asam sianida sering disingkat dengan HCN dan juga dikenal dengan nama

Hydrocyanic Acid, Prussic Acid, dan Formonitrile (Kirk & Othmer, 1949). HCN

merupakan produk yang dihasilkan dari reaksi samping antara propena, ammonia,

dan oksigen dalam pembuatanAcrylonitrile.

Reaksi :

CH2 = CHCH3 + 3NH3 + 3O2 HCN + 6H2O

Propena Ammonia Oksigen Asam Sianida Air

HCN merupakan cairan dengan viskositas rendah, bersifat racun, tidak

berwarna, dan memiliki bau khas yang menyengat (Kirk & Othmer, 1949). Senyawa

ini dikenal dan digunakan sebagai racun selama beberapa dekade (Kirk & Othmer,

1949). Di beberapa negara Amerika, HCN digunakan untuk pengasapan penyakit

pada tanaman hingga tahun 1960 (Kirk & Othmer, 1949). Selanjutnya, pemakaian

HCN berkembang menjadi bahan baku berbagai senyawa kimia penting (Kirk &

Othmer, 1949).

HCN d l h ki i d t lib t d l b b k i t k

7/25/2019 Chapter II 27

4/17

Tabel 2.2 Sifat-sifat Bahan

Propena

Rumus molekul C3H6

Berat molekul 42 g/mol

Titik lebur 185,2 C

Titik didih 47,6 C

Panas laten 18.372,6 J/mol

Panas standard reaksi pembentukan 4,88 kkal/mol

Konstanta persamaan Antoine A = 13,8782

B = 1.875,25

C = 22,9101

Konstanta untuk menghitung densitas cairan

(kmol/m3)

A = 1,5245

B = 0,27517

C = 364,76

D = 0,302

Konstanta untuk menghitung viskositas uap

(Pa.s)

A = 8,79E-006

B = 0,232

7/25/2019 Chapter II 27

5/17


(kmol/m3)

A = 3,543

B = 0,25471

C = 405,65

D = 0,2887


(Pa.s)

A = 4,1855E-008

B = 0,9806C = 30,8

Konstanta untuk menghitung viskositas

cairan (Pa.s)

A = 6,743

B = 598,3

C = 0,7341

D = 3,69E-027

E = 10

Udara

Rumus molekul

Oksigen

Berat molekul

Titik l b

O2

32 g/mol

182 98 C

Tabel 2.2 Sifat-sifat Bahan (Lanjutan)

7/25/2019 Chapter II 27

6/17


(Pa.s)

B = 780,26

C = 4,1758

A = 7,632E-007

B = 0,58823

C = 67,75

Air

Rumus molekul H2O


Titik lebur 0 C

Titik didih 100 C



Konstanta Antoine A = 16,5362

B = 3985,44

C = 38,9974

Asam Sulfat

R l k l H SO


7/25/2019 Chapter II 27

7/17

C = 24,611

Acrylonitrile

Rumus molekul C3H3N


Titik lebur 84oC

Titik didih 77oC



Konstanta Antoine A = 14,2095

B = 3033,10

C = 34,9326

D = 0,28939


(kmol/m3)

A = 1,0816

B = 0,2293

C = 535


(Pa.s)

A = 4,302E-008

B = 0,9114

C 54 3


7/25/2019 Chapter II 27

8/17

D = 0,28206


(Pa.s)

A = 1,278E-008

B = 1,0631

C = 340

Konstanta untuk menghitung viskositas

cairan (Pa.s)

A = 21,927

B = 1.266,5

C = 1,5927Ammonium Sulfat

Rumus molekul (NH4)2SO4


Titik lebur 495 oC

Titik didih -

Panas laten -


Konstanta untuk menghitung densitas

padatan (kmol/m3)

A = 13,85

B = 0,0014657

Dowtherm J

P ifik d h 80 C 1 584 kJ/k K


7/25/2019 Chapter II 27

9/17

2.4.1 ProsesAcetylene

Proses ini berlangsung kontinu dalam fasa uap dengan mereaksikanAcetylene

dan HCN (15 : 1) menggunakan larutan katalis Cuprous Chloridepada temperatur

70 100 C.

Reaksinya adalah :

HC CH + HCN H2C = CH CN

Acetylene Asam Sianida Acrylonitrile

Kelemahan dari process ini adalah katalis Cuprous Chlorideakan dikonversi

menjadi Cuprous Cyanide dengan adanya HCN, sehingga katalis tersebut menjadi

tidak aktif. Untuk menghindari hal ini dibutuhkan senyawa tambahan, yaitu dengan

menambahkan asam klorida (HCl) kedalam larutan katalis untuk mengimbangi efek

yang dihasilkan oleh HCN yang tidak bereaksi di dalam reaktor (Kremer &

Rowbottom, 1962).

Kondisi reaksi pada proses produksi Acrylonitrile ini juga mendukung

terbentuknya beberapa produk samping yang mudah menguap, seperti reaksi antara

A l d i HCN d HCl k b k A ld h d L i il

7/25/2019 Chapter II 27

10/17

air, sehingga diperoleh larutan Acrylonitrile-air yang selanjutnya dimurnikan pada

kolom distilasi (Kremer & Rowbottom, 1962).

Proses ini memiliki banyak kekurangan, di mana proses pemisahan

Acrylonitriledari produk sampingnya sangat sulit untuk dilakukan, sehingga produk

Acrylonitrileyang dihasilkan sangat sulit untuk dimurnikan, dan selama proses reaksi

banyak produk samping yang tidak diinginkan terbentuk dan menjadi senyawa

impurities yang akan mengganggu proses berikutnya dalam pemakaian produk

Acrylonitrile yang dihasilkan dari proses ini (Kremer & Rowbottom, 1962). Dalam

kasus ini, produk samping yang dihasilkan menjadi masalah utama, karena

membutuhkan proses tambahan yang rumit dan biaya produksi yang tinggi, selain itu

konversi yang dihasilkan rendah, yaitu sekitar 64% (Goerg, 1954; Koons, 1956).

2.4.2 ProsesPropene (Propylene)Ammoxidation

Proses ini dikomersialkan oleh Sohio Company (BP Chemical) dan disebut

dengan proses Propene Ammoxidation. Bahan baku berupa propena pada temperatur

50 C dan tekanan 0,5 bar dan ammonia pada temperatur 40 C dan tekanan 0,5

b di k hi i i i 25 C b l

7/25/2019 Chapter II 27

11/17

lebih besar, yaitu sekitar 99,8% (Dimian & Bildea, 2008; Kirk dan Othmer, 1949;

Wu, Wang, & Chen, 2002).

2.5 Kriteria Pemilihan Proses

Dari kedua proses pembuatan Acrylonitrile yang ada, maka perbandingan

antara prosesAcetylenedan proses Propene (Propylene)Ammoxidationdapat dilihat

sebagai berikut :

Tabel 2.3 Perbedaan ProsesAcetylenedan proses Propene (Propylene)Ammoxidation

ProsesAcetyleneProsesPropene (Propylene)

Ammoxidation

1)

Katalis Larutan Cuprous Chloride

(CuCl) berfasa cair. Katalis ini

membutuhkan tambahan larutan

HCl untuk mencegah terjadinya

reaksi samping yang cukup

banyak.

Bismuth-Molybdenum Oxide

(Bi2O3.MoO3) berfasa padat.

Tidak membutuhkan perlakuan

tambahan terhadap katalis,

karena reaksi samping tidak

begitu banyak.

7/25/2019 Chapter II 27

12/17

umpan yang akan di-recycledan

produk yang dihasilkan.

produk dan impurities cukup

besar, sehingga lebih mudah

dipisahkan dan persentase

impuritiestidak begitu besar.

(Sumber : Dimian & Bildea, 2008; Goerg, 1954; Koons, 1956; Kirk dan Othmer, 1949;

Kremer & Rowbottom, 1962; Nexant, Inc, 1998; Wu, Wang, & Chen, 2002)

Berdasarkan tabel 2.3 di atas, maka proses pembuatan Acrylonitrile yang

dipilih adalah proses Propene (Propylene) Ammoxidation, karena secara keseluruhan

proses ini lebih sederhana dibandingkan dengan prosesAcetylene.

2.6

Deskripsi Proses

Pembuatan Acrylonitrile dari propena dengan proses Ammoxidation

dilakukan dalam beberapa tahap, tahapan tersebut adalah:

1. Tahap Persiapan Bahan baku

Bahan baku yang digunakan dalam proses produksi Acrylonitrileadalah

Tabel 2.3 Perbedaan ProsesAcetylenedan proses Propene (Propylene)Ammoxidation

7/25/2019 Chapter II 27

13/17

Udara (21% oksigen) pada kondisi temperatur 25 C dan tekanan 1 bar

dialirkan melewati kompresor (JC-103) dan dipanaskan dengan Heater (E-213)

hingga udara mencapai tekanan 3,5 bar dan temperatur 250 C.

2. Tahap Reaksi

Acrylonitriledihasilkan melalui reaksi oksidasi langsung antara propena,

ammonia, dan udara (oksigen) dengan katalis Bismuth-Molybdenum Oxide

(Bi2O3.MoO3). Reaksi berlangsung secara eksotermik pada fasa gas di dalam

reaktor Fluidized Bedpada temeperatur 450 dan tekanan 3,5 bar C.

Dalam reaktor (R-201), umpan propena dan ammonia yang berfasa gas,

masing-masing pada temperatur 25 C dan tekanan 3,5 bar dikontakkan dengan

udara pada temperatur 250 C dan tekanan 3,5 bar. Reaksi yang terjadi dalam

reaktor dapat dituliskan sebagai berikut :

Reaksi Utama :

C3H6 ( )g + NH3 ( )g + 23 O2 ( )g C3H3N ( )g + 3H2O ( )g

l l

7/25/2019 Chapter II 27

14/17

3. Tahap Pemisahan dan Pemurnian Produk

A.

Kolom Absorbsi (T-301)

Campuran cairan dan gas hasil reaksi dari ekspander (JE-201)

selanjutnya dialirkan ke bagian bawah kolom absorbsi (T-301) dan air akan

dialirkan dari bagian atas kolom absorbsi sebagai absorben. Pada kolom

absorbsi (T-301), diinginkan pemisahan sebagian besar propena dan nitrogen

dari Crude Acrylonitrile. Sebagian besar gas Acrylonitrile, ammonia, dan

HCN akan terlarut dan diserap oleh air, sedangkan gas-gas yang tidak

terserap oleh air, yaitu nitrogen dan propena akan keluar pada bagian atas

kolom absorbsi (T-301) dan dialirkan menggunakan Blower (G-301) sebagai

off-gaspada temperatur 28 C.

Selanjutnya, produk bottom kolom absorbsi (T-301) dialirkan

menggunakan pompa (J-301) kedalam reaktor Mixed Flow (R-301) untuk

mencampurkan produk bottom dari kolom absorbsi (T-301) dengan larutan

asam sulfat (H2SO4) 40% yang dipompakan dengan pompa (J-302) dari

tangki penyimpanan H2SO4 40% (TT- 103) pada temperatur 25 C agar

7/25/2019 Chapter II 27

15/17

ditampung padaReflux Drum(D-301). Selanjutnya, distilat dariReflux Drum

(D-301) dialirkan ke Splitter(SP-301) untuk membagi aliran produk distilat.

Sebagian produk distilat akan dialirkan ke kolom distilasi (T-312)

menggunakan pompa (J-305) dan sebagian lagi di-reflux ke kolom distilasi

(T-311) menggunakan pompa (J-304) dengan reflux ratio1,5. Produk bottom

dialirkan menggunakan pompa (J-306) ke Reboiler parsial (E-215) untuk

dididihkan. Sebagian produk bottom akan diumpankan kembali ke kolom

distilasi (T-311) dan sebagian lagi dialirkan ke Cooler(E-104) menggunakan

air pendingin 28 C untuk menurunkan temperaturnya menjadi 30 C

sebelum dialirkan dengan pompa (J-307) ke pengolahan limbah cair.

C.

Kolom Distilasi (T-312)

Distilat dari kolom distilasi (T-311) dialirkan ke kolom distilasi (T-

312) untuk memurnikan produk samping, yaitu HCN dari Crude Acrylonitrile

dengan tekanan operasi sebesar 1,1 bar. Gas yang keluar dari bagian atas

kolom distilasi akan didinginkan dengan kondensor (E-105) menggunakan air

7/25/2019 Chapter II 27

16/17

D. Kolom Distilasi (T-313)

Produk bottom dari kolom distilasi (T-312), berupa Crude

Acrylonitrile akan dimurnikan di kolom distilasi (T-313) untuk memisahkan

Acrylonitriledari heavy impurities-nya dengan tekanan operasi 1,1 bar. Gas

yang keluar dari bagian atas kolom distilasi akan didinginkan dengan

kondensor (E-106) menggunakan air pada temperatur 28 C dan ditampung

padaReflux Drum (D-303). Selanjutnya, distilat dariReflux Drum(D-303)

dialirkan ke Splitter(SP-303) untuk membagi aliran distilat. Sebagian produk

distilat, yaitu Acrylonitrile, propena, HCN, dan air dialirkan ke tangki

penyimpanan produk Acrylonitrile (TT-301) menggunakan pompa (J-313).

Sebagian lagi di-reflux ke kolom distilasi (T-312) menggunakan pompa (J-

312) dengan reflux ratio1,5. Produk bottomdialirkan keReboilerparsial (E-

217) menggunakan pompa (J-314) untuk dididihkan dan diumpankan

kembali ke kolom distilasi (T-313). Sebagian lagi aliran lagi, dialirkan ke

Cooler(E-108) menggunakan air 28 C untuk didinginkan hingga temperatur

25 C sebelum dialirkan ke pengolahan limbah cair dengan pompa (J-315).

7/25/2019 Chapter II 27

17/17

Chapter II 27

Documents

Transcript of Chapter II 27