INDUSTRI KIMIA DARI SENYAWA AROMATIK

3. INDUSTRI STYRENE

3.1 Pendahuluan

Styrene (C6H5C2H5) adalah salah satu senyawa kimia yang mempunyai

kegunaan yang sangat besar terutama dalam industri plastik, sebagai zat antara

untuk pembuatan senyawa kimia lainnya, dan sebagai monomer yang digunakan

untuk membuat karet sintesis. Styren diproduksi dengan cara dehydrogenasi

ethylbenzene.

Dari tahun ketahun kebutuhan styrene di Indonesia makin meningkat, hal

ini terlihat dengan meningkatnya impor styrene di Indonesia. Diperkirakan

kebutuhan tersebut akan meningkat pada tahun-tahun mendatang dengan makin

berkembangnya industri pengolahan styrene.

3.2 Klasifikasi Proses

Proses pembuatan styren dapat diklasifikasikan menjadi :

3.1.2 Dehidrogenasi etilbenzene

3.1.3 Hidrogenasi – dehidrasi asetofenon

Yang akan dibahas dalam makalah ini adalah proses Dehidrogenasi

etilbenzene.

3.3 Data Kuantitatif

Basis : 1 ton produk styrene (86 % yield)

Benzene : 0.87 ton

Ethylbenzene : 0.32 ton

AlCl3 : 10-11 kg

Kapasitas yang digunakan : 30-400 ton/hari

3.4 Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku dan Produk

3.4.1 Bahan Baku

a. Ethylene (C2H4)

Berat molekul : 28.05 g/mol

Density : 1.178 kg/m³ at 15 °C, gas

Titik leleh : -169.2 oC (104 K, -272,6 OF)

Titik didih : -103,7 OC ( 169,5 k, -154,7 OF)

Kelarutan dalam air : 3,5 mg/100 ml (17OC)

Flash point : -136 OC

Molecular shape : D2h

Dipole moment : zero

Appearance colorless : gas

Acidity (pKa) : 44

MSDS External : MSDS

EU classification : Extremely flammable (F+)

b. Benzene (C6H6)

Massa molar : 78,1121 g/mol-1

Titik leleh : 5,5 °C (278,6 K), 42OF

Titik didih : 80,1OC, 353k, 176 OF

Densitas : 0,8786 g/mL, zat cair

Kelarutan dalam air : 1,8 gr/L (15OC)

Viskositas : 0,652 cP at 20 OC

Flash Point : -11OC

MSDS External : MSDS

S-phrases : S53, S45

c. Etil Klorida (C2H5Cl)

Massa molar : 64.51 g/mol

Penampilan : Colourless gas

Titik leleh : −139 °C (134 K)

Titik didih : 12,3 oC (285,4 K)

Density : 0.92 g/cm3, liquid

Kelarutan dalam air : 0,6 g/100ml

Dipole moment : 2.06 D

Main Hazards : Flammable

Flash Point : -50 oC

d. Alumunium Klorida (AlCl3)

Massa molar : 133.34 g/mol (anhidrat)

241,43 g/mol (hexahydrate)

Titik leleh : 192,4 oC (anhidrat)

0 OC (hexahydrate)

Titik didih : 120 °C (hexahydrate)

Densitas : 2.48 g/cm3 (anhydrous)

Kelarutan dalam air : 43,9 g/100ml (0OC)

Kelarutan : Larut dalam Hidrogen Klorida,

Ethanol, klroform, carbon

tetrachloride slightly soluble in

benzene.

MSDS : External MSDS

EU classification : Corrosive (C)

3.4.2 Produk

a. Styrene (C 8 H 8)

Massa molar : 104,15 g / mol

Penampilan : cairan berminyak tidak berwarna

Kepadatan : 0,909 g / cm ³

Titik lebur : -30 ° C, 243 K, -22 ° F

Titik didih : 145 ° C, 418 K, 293 ° F

Kelarutan dalam air : <1%

Indeks bias ( n D ) : 1.5469

Kelekatan : 0,762 c P pada 20 ° C

Main hazards : Flammable, toxic

Flash point : 31 oC

Dipole moment : 0.13 D

b. Etil Benzene (C 8 H 10)

Rumus molekul : C 8 H 10

Massa molar : 106,17 g mol -1

Penampilan : Jelas, tidak berwarna cair

Kepadatan : 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)

Kelekatan : 0,669 cP pada 20 ° C

R-phrases : R11 R20

Main hazards : Flammable

c. Toluene (C7H8 atau C6H5CH3)

Molecular formula : C7H8 atau C6H5CH3

Molar mass : 92.14 g/mol

Appearance : colorless liquid

Density : 0.8669 g/mL (20 °C)

Melting point : −93 °C

Boiling point : 110.6 °C

Solubility in water : 0.47 g/l (20–25°C)

Refractive index (nD) : 1.497 (20 °C)

Viscosity : 0.590 cP at 20°C

Dipole moment : 0.36 D

MSDS : External MSDS

Main hazards : Highly flammable

d. Methane (CH4)

Molecular formula : CH4

Molar mass : 16.042 g/mol

Appearance : Colorless gas

Density : 0.717 kg/m3 (gas, 0 °C)

416 kg/m3 (liquid)

Melting point : -182.5 °C, 91 K, -297 °F

Boiling point : -161.6 °C, 112 K, -259 °F

Solubility in water : 35 mg/L (17 °C)

MSDS : External MSDS

Main hazards : High;y flammable (F+)

Explosive limits : 5-15%

e. Hidrogen (H2)

Warna : tanpa warna

Tahap : gas

Kepadatan : (0 ° C, 101,325 kPa)

0,08988 g / L

Cair kepadatan di mp : 0,07 (0,0763 padat) [ 2 ] g · cm -3

Cair kepadatan di bp : 0,07099 g · cm -3

Titik lebur : 14,01 K , -259,14° C , -434,45° F

Titik didih : 20,28 K , -252,87° C , -423,17° F

Triple point : 13,8033 K (-259° C), 7,042 kPa

Titik kritis : 32,97 K , 1,293 MPa

Panas fusi : (H 2 ) 0,117 kJ · mol -1

Panas penguapan : (H 2 ) 0,904 kJ · mol -1

Kapasitas panas spesifik : (25°C) (H 2) 28,836 Jmol· -1oK -1

f. Di-etil Benzene (C6H4 . C2H5)

Rumus Molekul : C6H4 . C2H5

Densitas : 4.62 g/L

Titik leleh : - 42 °C

Titik didih : 183,75 °C

3.5 Reaksi yang Terjadi

Reaksi Utama

- Alkilasi benzene

C6H6 + CH2 = CH2 C6H5C2H5

Benzene Etilen Etil benzene

Dehidrogenasi Etil Benzene

C6H5C2H5 + C6H5C2H3 + H2 ∆H = + 28.1 Kcal

Reaksi Samping

- Reaksi samping dari alkilasi benzene (asumsi polietil benzene yang

dihasilkan adalah dietil benzene)

C6H6 + 2CH2 = CH2 C6H4[CH2CH3]2

Di-etil benzene (poli-etil benzene)

- Reaksi samping Dehidrogenasi Etil Benzene

C6H5C2H5 + H2 C6H5CH3 + CH4

Etilbenzene Toluene Metane

C6H5C2H5 C6H6 + CH2 = CH2

(C6H5C2H5)n (C6H5C2H3)n + nH2

Polimerisasi

3.6 Uraian Proses

Pada proses pembuatan styrene, terjadi dua tahap proses yaitu proses

alkilasi dan proses dehidrogenasi dimana pada proses alkilasi bertujuan

AlC3

CH2CH3Cl

SnO.FeO

untuk menghasilkan ethyl benzene sedangkan pada proses dehidrogenasi

bertujuan untuk menghasilkan styren.

Feed berupa benzene basah dialirkan ke pengering azeotropic untuk

dikeringkan. Benzene yang telah kering ini kemudian masuk ke alkilator

bersama dengan aluminium klorida. Pada alkilator ditambahkan pula reaktan

berupa etilen yang ditambahkan etil klorida, etil klorida disini berfungsi

sebagai sumber hidrogen dan klorin sebagai radikal bebas untuk katalis.

Produk dari proses alkilasi ini adalah etil benzene dan polialkil benzene yang

didominasi oleh di-etil benzene.

Produk alkilasi beserta reaktan yang tidak bereaksi masuk ke separator

sedangkan etil klorida akan keluar melalui bagian atas tangki kemudian

keluar sebagai gas melalui vent. Di dalam separator terjadi pemisahan untuk

aluminium klorida. Aluminium klorida yang keluar dari separator

dikembalikan lagi ke reaktor alkilator sedangkan produk dan reaktan yang

tersisa dialirkan kembali ke dealkilator. Di dalam kolom ini terjadi

pemisahan dengan temperatur tinggi untuk memisahakan di-etil benzene.

Ethyl benzene mentah, benzene, dan etilen yang keluar sebagai produk atas

kolom dealkilator dipompakan menuju settling tank untuk menetralkan etil

benzene dan memisahkan benzen basah dari ethyl benzene dengan cara

mencucinya dengan 50% NaOH serta utntuk menghilangkan poliethyl

benzene yang masih tersisa.

Hasil pencucian dari settling tank dialirkan ke stripper guna

menghilangkan polyethyl benzene. Polietil benzene yang keluar dari stripper

dialirkan ke polyalkil still untuk dimurnikan. Kemudian Ethyl benzene dan

benzene yang merupakan produk atas striper didistilasi di benzene column.

Polietil benzene yang telah dimurnikan di polyalkil still dikembalikan ke

kolom dealkilator. Benzene basah yang keluar sebagai top produk benzene

column dikembalikan sebagai feed di azeotropic dryer sedangkan etil

benzene mentah dialirkan ke etilbenzene column. Ethylbenzene lalu di cuci

dengan kaustik soda 20%, kemudian di lakukan pengeringan dalam sebuah

caustic bed dengan bantuan flake NaOH.

Tahap selanjutnya yaitu dehidrogenasi ethyl benzen. Dehydrogenasi

ethylbenzen adalah tahap untuk memproduksi styrene. Steam dari

superheater digunakan untuk memanaskan etilbenzene kering yang akan

masuk ke bagian catalic dehydrator. Hal ini dilakukan agar dapat mencapai

kondisi operasi reaktor yaitu 800 oC. Katalis pada proses Dehydrogenasi

berupa SnO atau FeO.

Dalam proses,etilbenzene yang telah dipisahkan dalam kolom destilasi

akan dikembalikan lagi ke catalytic dehydrator, maka kemungkinan gas H2

akan berekasi dengan etilbenzene dan menghasilkan toluene dan metane.

Proses ini juga memungkinkan terjadi penguraian etil benzene sehingga

terdapat benzene dan etilen sebagai produk catalytic dehydrator. Kemudian

produk – produk tersebut mengalami pemansan awal dalam quench tower

dengan bantuan steam. Gas H2 serta etilen dan metane yang merupakan fase

ringan dikeluarkan dari vent quench tower. Sulfur stabilizer di tambahkan

pada keadaan ini dan campuran hidrokarbon dilewatkan ke sejumlah

destilasi vacuum untuk memisahkan impuritisnya pada temperatur rendah

untuk mencegah terjadinya polymerisasi styrene. Benzene dan toluene

dipisahkan pada tekanan 160 mm dan temperature 90 oC dalam benzene

column. Kolom kedua yaitu etil benzene column dioperasikan pada tekanan

35 mm dan temperature 90oC untuk memisahkan styrene dari ethyl benzene.

Etil benzene tersebut kemudian dikambalikan ke catalytic dehydrator.

Destilasi vakum terakhir pada finishing column untuk menghilangkan tar

dan sulfur. Hasil akhir didapatkan styrene pada top produk finishing column

dan didinginkan pada temperature 10 oC sedangkan tar disimpan dalam

storage atau dimurnikan kembali dalam batch tar stil dan dikeluarkan

sebagai bottom produk.

3.7 Flowsheet

DIAGRAM ALIR PROSES PEMBUATAN STYREN

3.8 Kegunaan

Stirena memiliki beberapa kegunaan, yaitu :

a. Sebagai bahan polimerik resin.

b. Senyawa kimia yang mempunyai kegunaaan yang sangat besar dalam

pembutan berbagai macam plastic yang sangat di gunakan oleh manusia

dalam kehidupan sehari-hari

c. Sebagai bahan pembentuk karet sintetis.

3.9 Fungsi Alat

Azeotropic Dryer

Untuk mengurangi kadar air yang ada di dalam benzene atau untuk

mengeringkan benzene yang bercampur dengan air

Settling tank

Tempat pencucian produk dari alkilator dengan soda kaustik.

Stripper

Menghilangkan polyethyl benzene dan memisahkan benzene basah dari

ethylbenzene.

Benzene column

Untuk memisahkan benzene dari etilbenzene.

Alkylator

Sebagai tempat terjadinya proses alkylasi antara benzene kering dengan

etilena dan dibantu oleh etil klorida serta aluminium klorida.

Etyl benzene Coloum

Sebagai tempat pemisahan etil benzene dari polietil benzene.

Polyalkyl still

Memurnikan produk polialkil yaitu dietil benzene.

Dryer

Tempat mengeringkan etilbenzene.

Catalytic Dehydrogenasi

Sebagai tempat berlangsungnya reaksi dehidrogenasi etil benzene

dengan bantuan katalis SnO atau FeO.

Quench Tower

Tempat pemanasan awal produk catalytic dehydrator dengan bantuan

steam.

Finishing Coloum

Sebagai tempat pemisahan terakhir antara stirena dan produk

hidrokarbon lainnya.

Batch tar Still

Tempat pemurnian tar.

3.10 Kesimpulan

Styrene (C6H5C2H5) adalah salah satu senyawa kimia yang mempunyai

kegunaan yang sangat besar terutama dalam industri plastik.

Klasifikasi atau metode prosesnya ada 2 macam, yaitu :

Dehydrogenasi Ethylbenzene

Hydrogenasi –dehydat acetophenone

Bahan-bahan yang di gunakan pada pembuatan styrene adalah benzene

dan ethylene sebagai bahan baku. Tiap prosesnya ada beberapa senyawa

tambahan lainnya seperti etil klorida, aluminium klorida, NaOH, dan SnO.

DAFTAR PUSTAKA

Gopalo, Rao. Dkk. Outline Chemical of Technology. 1968. Princeton : New

Jersey, USA

http://www.wikipedia.org/

http://etd.eprints.ums.ac.id/1604/

http://www.cbi.com/lummus/process-technology/pdfs/Cumene.pdf

http://www.google.com/cumene

LAMPIRAN (SUMBER DARI INTERNET)

Ethylene

Molecular formula

C2H4

IUPAC Name Ethene

SMILES C=C

Molar mass 28.05 g/mol

Appearance colorless gas

CAS number [74-85-1]

Properties

Density and phase 1.178 kg/m³ at 15 °C, gas [1]

Solubility in water 3.5 mg/100 ml (17 °C)

Melting point −169.2 °C (104.0 K, -272.6 °F)

Boiling point −103.7 °C (169.5 K, -154.7 °F)

Aluminium chloride

PropertiesMolecular formula

AlCl3

Molar mass133.34 g/mol (anhydrous)241.43 g/mol (hexahydrate)

Appearancewhite or pale yellow solid,hygroscopic

Density2.48 g/cm3 (anhydrous)1.3 g/cm3 (hexahydrate)

Melting point 192.4 °C *(anhydrous)0 °C (hexahydrate)

Boiling point120 °C (hexahydrate)

Solubility in water

43.9 g/100 ml (0 °C)44.9 g/100 ml (10 °C)45.8 g/100 ml (20 °C)46.6 g/100 ml (30 °C)47.3 g/100 ml (40 °C)48.1 g/100 ml (60 °C)48.6 g/100 ml (80 °C)49 g/100 ml (100 °C)

Solubilitysoluble in hydrogen chloride, ethanol, chloroform, carbon tetrachloride

Chloroethane

IUPAC name [hide] [hide] Chloroethane

other names[hide] [hide] Ethyl chloride

MonochloroethaneChlorene

Muriatic etherEtCl

UN 1037

PropertiesMolecular formula

C2H5Cl

Molar mass 64.51 g/molAppearance colourless gasDensity 0.92 g/cm3, liquid

Melting point−139 °C (134 K)

Boiling point12.3 °C (285.4 K)

Solubility in water 0.6 g/100 ml (?°C)

Ethylbenzene

IUPAC name [hide] [hide] Ethylbenzene

other names[hide] [hide] Ethylbenzol, EB,

phenylethane

PropertiesMolecular formula C8H10

Molar mass 106.167 g/molAppearance Colourless liquidDensity 0.8665 g/mL, liquid

Melting point-95 °C, 178 K, -139 °F

Boiling point136 °C, 409 K, 277 °F

Solubility in water 0.015 g/100 mL (20 °C)Viscosity 0.669 cP at 20 °C

Benzene

Nama Sistematis Benzena (atau 1,3,5-sikloheksatriena)

Nama lain Benzol

Identifikasi

Nomor CAS [71-43-2]Nomor RTECS CY1400000

SMILESc1ccccc1C1=CC=CC=C1

Sifat

Rumus molekul C6H6

Massa molar 78,1121 g/molPenampilan Cairan tak berwarnaDensitas 0,8786 g/mL, zat cair

Titik leleh5,5 °C (278,6 K)

Titik didih80,1 °C (353,2 K)

Kelarutan dalam air 0,8 g/L (25 °C)Viskositas 0,652 cP pada 20 °CMomen dipol 0 D

IdentityOECD Name: 1,4-DiethylbenzeneSynonym: NoneCAS Number: 105-05-5Empirical Formula: C10H14Structural Formula:

Degree of Purity: 97 %Major Impurities: 1,3-Diethylbenzene

Essential Additives: NonePhysical-chemical Properties:Melting Point: -42.85 °CBoiling Point: 183.75 °CDensity: 4.62Vapor pressure: 1.054 Torr at 25 °CWater solubility: 17 mg/L at 25 °CLog Pow: 4.06 at 25 °C

Stirena

IUPAC name Nama IUPAC [hide] [hide] Styrene Stirena

other names nama lain [hide] [hide] Vinyl benzene; cinnamene; styrol; phenethylene;

phenylethene; diarex HF 77; styrolene; styropol Vinil benzene; cinnamene; Styrol; phenethylene; phenylethene;

diarex HF 77; styrolene; styropol Identifiers Pengidentifikasi

CAS number Nomor CAS 100-42-5 100-42-5 PubChem PubChem 7501 7.501 RTECS number Angka RTECS

WL3675000 WL3675000

SMILES SMILES   [show] [show] Properties Properti

Molecular formula Molecular formula

C 8 H 8 C 8 H 8

Molar mass Massa molar 104.15 g/mol 104,15 g / mol

Appearance Penampilan colorless oily liquid cairan berminyak tidak berwarna

Density Densitas 0.909 g/cm³ 0,909 g / cm ³

Melting point Titik lebur -30 °C (243.15 K) -30 ° C (243,15 K)

Boiling point Titik didih 145 °C (418.15 K) 145 ° C (418,15 K)

Solubility in water Kelarutan dalam air

< 1% <1%

Refractive index ( n D ) Indeks bias (n D)

1.5469 1,5469

Viscosity Kelekatan 0.762 c P at 20 °C 0,762 c P pada 20 ° C

MAKALAH

PROSES INDUSTRI KIMIA

INDUSTRI KIMIA DARI SENYAWA

AROMATIK

STYRENE

Oleh :

WILDA SARI

(0609 3040 0359)

4 KB

Dosen Pembimbing : Ir. Erlinawati, M.Si

TEKINIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

Pertanyaan

1. Katrina Putri

Mengapa pada proses dehydrogenasi harus menggunakan destilasi vakum ?

Jawaban :

Karena pada proses dehydrogenasi ini, masing-masing komponen yang akan

dipisahkan memiliki titik didih yang berdekatan sehingga harus didistilasi dengan

metode vakum agar komponen tidak terdekomposisi sebelum mendekati titik

didihnya, sehingga destilasi disini dilakukan pada suhu yang sangat rendah. Hal

ini bertujuan untuk mencegah polimerisasi styren yang dapat menyebabkan

terbentuknya tar.

2. Muhammad Farhan F.

Apa tujuan penambahan sulfur stabilizer ?

Jawaban :

Sulfur stabilizer ditambahkan pada styren yang belum murni sebelum dilakukan

destilasi bertujuan untuk menstabilkan pemisahan yang akan terjadi karena

destilasi pada proses ini menggunakan destilasi jenis vakum dimana destilasi jenis

ini digunakan jika senyawa yang ingin didistilasi cenderung tidak stabil dengan

pengertian dapat terdekomposisi sebelum atau mendekati titik didih diatas 150 oC.

3. Galih Rakasiwi

Mengapa pada saat etylbenzene akan masuk ke tangki catalic dehydrator harus

dipanaskan dan kemudian dicampurkan superheated steam dengan temperatur

yang tinggi ?

Jawaban :

Hal ini bertujuan untuk mencapai kondisi opersai dari catalic dehydrator dimana

beroperasi oada suhu tinggi yaitu 800 oC. Disini, steam bersifat inert di dalam

reaksi, dimana sebagai penggerak kesetimbangan kearah kanan pada reaksi.

Karena pembentukan styrene sangatlah endotermis, superheated steam juga

berfungsi ntuk menyediakan energi untuk menggerakkan reaksi.