BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Pra Rancangan Pabrik Isopropil Asetat (IPAc) Dengan Bahan Baku Asam Asetat Dan Propilen Kapasitas 15.000 Ton/Tahun

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.

Isopropil Asetat
Isopropil asetat (IPAc) merupakan senyawa organik dengan rumus molekul

C5H10O2. Isopropil Asetat terbentuk secara alami dalam jus anggur, apel dan nektarin.
Isopropil asetat adalah pelarut cepat menguap. Lebih dari tiga perempat digunakan dalam
tinta cetak gravure untuk film plastik seperti bungkus roti, karena besifat cepat menguap
sehingga tinta dapat cepat mengering. Tinta ini dapat juga digunakan untuk mencetak
majalah, katalog, label dan wallpaper. Sisanya banyak digunakan sebagai pelarut dalam
parfum dan industri kosmetik. Sebagai alternatif juga dapat digunakan sebagai surfaktan
untuk menjernihkan cairan, pelapis mobil dan juga perawatan kuku.
Dalam industri kimia metode yang paling banyak digunakan untuk memproduksi
isopropil asetat adalah esterifikasi isopropanol dan asam asetat dengan pemanasan
menggunakan asam kuat. Saat ini isopropil asetat masih diproduksi diluar negeri, berikut
nama-nama perusahaan penghasil isopropil asetat diantaranya: Sciencelab.com, Inc; The
Dow Chemical Company, USA; Sucrogen BioEthanol Pty Ltd; Johann Haltermann Ltd.
Karakteristik isopropil asetat dapat dilihat pada tabel 2.1..
Tabel 2.1. Karakteristik Isopropil Asetat (IPAc)

Berat Molekul

102.13 g/mol

Rumus Empiris

C5H10O2

Wujud

Cairan bewarna

Titik Didih @ 760mmHg

88.6°C (191.5°F)

Titik beku

-73.4°C (-100.1°F)

Flash Point – Closed Cup

4°C (40°F)

Specific Gravity @ 20/20°C

0.874

Vapor Pressure @ 20°C

47.5 mmHg

Vapor Density (air = 1)

3.5

Tabel 2.1. Karakteristik Isopropil Asetat (IPAc) (Lanjutan)
Viskositas @ 20°C

0.6 mPa.s

Tegangan Permukaan @ 20°C

22.1 dynes/cm

7703 cal/g.mol

Heat of Vaporization

(Sumber : IPAc Thecnical Data and Safety Bulletin, 2011)

2.2.

Dasar Pemilihan Bahan baku
Proses pembuatan isopropil asetat dengan cara esterifikasi langsung Propilen

dengan Asam asetat dipilih dengan pertimbangan bahan baku tersebut tersedia cukup
memadai di Indonesia. Dengan adanya pabrik - pabrik yang memproduksi asam asetat di
Indonesia saat ini diantaranya adalah PT. Indo Acidatama Chemical Industry dengan
kapasitas 36.000 ton/tahun; PT. Indo Acidatama Tbk. Sehingga diharapkan kebutuhan

akan bahan baku asam asetat dapat terpenuhi. Disamping itu penggunaan proses
esterifikasi langsung tersebut diharapkan dapat membuat langkah-langkah proses
menjadi lebih singkat dibanding dengan cara biasa, sehingga secara ekonomis akan lebih
menguntungkan.

2.3.

Bahan Baku Pembuatan Isopropil Asetat

2.3.1. Asam Asetat
Asam asetat, asam etanoat atau asam cuka adalah senyawa kimia asam organik
yang dikenal sebagai pemberi rasa asam dan aroma dalam makanan. Asam cuka
memiliki rumus empiris C2H4O2. Asam asetat merupakan salah satu asam karboksilat
paling sederhana, setelah asam format. Larutan asam asetat dalam air merupakan sebuah
asam lemah, artinya hanya terdisosiasi sebagian menjadi ion H+ dan CH3COO-.
Sifat-sifat Umum :
Fase, 15 °C, 1 atm

:

Cair

Rumus molekul

:

CH3COOH

Berat molekul

:

60 g/mol

Densitas pada 20 oC

:

1,049 g/cm3

Titik didih

:

117,87 °C

Titik beku

:

16,635 °C

Temperatur kritis

:

321,4 °C

Tekanan kritis

:

57,1 atm

Kemurnian

:

100 %

(Sumber : Kirk-Othmer, 1999)

2.3.2. Propilena

Propilena adalah gas yang tidak bewarna, mudah terbakar, gas cair dengan bau
agak manis. Propilena memiliki suhu lebih tinggi dari keseluruhan propana dan memiliki
suhu lebih rendah dari asetilena. Propilena adalah bahan untuk produksi polypropilene.
Propilena dipolimerisasi menggunakan Ziegler-Natta katalisis yang menghasilkan
polipropilena isotaktik.
Sifat-sifat Umum :

Fase, 15 °C, 1 atm

:

Gas

Rumus molekul

:

C3H6

Berat molekul

:

42,081 g/mol

Densitas pada -50 °C

:

0,612 g/cm3

Titik didih

:

-48 °C

Titik beku

:

-185,1 °C

Temperatur kritis

:

92 °C

Tekanan kritis

:

45,4 atm

Kemurnian

:

92 %

(Sumber : Kirk-Othmer, 1999)

2.3.3. Hidrogen Flourida
Hidrogen Flourida (HF) adalah gas tidak bewarna, berasap, bertitik didih rendah,
dan dengan bau yang mengiritasi. Gas ini biasa digunakan untuk mempreparasi senyawa
anorganik dan organik yang mengandung fluor. Karena permitivitasnya tinggi, senyawa

ini dapat digunakan sebagai pelarut non air yang khusus. Larutan dalam air gas ini
disebut asam fluorat dan disimpan dalam wadah polyetilen karena asam ini menyerang
gelas.

Sifat-sifat Umum :
Fase, 15 °C, 1 atm

:

Cair

Rumus molekul

:

HF

Berat molekul

:

20,006 g/mol

Densitas pada 25 oC

:

0.958 g/cm3

Titik didih

:

19,54 °C

Titik lebur

:

-83,6 oC

Temperatur kritis

:

188 oC

Tekanan kritis

:

63,95 atm

(Sumber : Kirk-Othmer, 1999)

2.3.4. Boron Triflourida
Boron triflourida (BF3) adalah gas tidak bewarna yang memiliki bau mengiritasi
dan beracun. Boron triflourida digunakan sebagai katalis untuk reaksi untuk reaksi jenis
Friedel-Crafts. BF3 juga digunakan sebagai katalis untuk polimerisasi kationik. BF3
berada di fasa gas basa Lewis amonia, amina, eter, fosfin. Sebab sifat asam Lewisnya
yang kuat.
Sifat-sifat umum :
Fase, 15 °C, 1 atm

:

Gas

Rumus molekul

:

BF3

Berat molekul

:

67,8062 g/mol

Densitas

:

0,00276 g/cm3

Titik didih

:

-99,9 °C

Titik lebur

:

-128,37 oC

Temperatur kritis

:

-12,25 °C

Tekanan kritis

:

49,22 atm

(Sumber : Kirk-Othmer, 1999)

2.3.5. Air
Air bersifat tidak bewarna, tidak berasa dan tidak berbau pada kondisi standar
yaitu 1 atm dan 0oC. Air merupakan suatu pelarut yang penting, yang memiliki
kemampuan untuk melarutkan banyak zat kimia lainnya, seperti garam-garam, gula,
asam, beberapa jenis gas dan banyak macam molekul organik.
Sifat-sifat Umum :
Fase

:

Cair

Rumus molekul

:

H2O

Berat molekul

:

18 g/mol

Densitas pada 25 oC

:

0,9979 g/cm3

Titik Didih

:

100 oC

Titik Beku

:

0 oC

(Sumber : Kirk-Othmer, 1999)

2.4.

Dasar Pemilihan Proses Pembuatan Isopropil Asetat
Isopropil asetat dapat dibuat dengan metode esterifikasi. Ada dua macam metode

esterifikasi dalam pembuatan isopropil asetat yaitu:
1. Esterifikasi antara asam asetat dengan propilena. Dengan reaksi sebagai
berikut :
CH3COOH (aq) + C3H6 (g)  CH3COOCH(CH3)2 (aq)
Reaksi ini terjadi pada kondisi temperatur 70 oC - 120 oC, tekanan 15 kg/cm2 50 kg/cm2 (14,5 atm - 48,4 atm) dengan range ratio molar asam asetat dengan
propilena antara 1.0 – 2.0, dan menggunakan katalis BF3 dengan promotor
HF. Dengan konversi reaksi anttara 70-80%. Dengan hasil akhir kemurnian
isopropil asetat 99.5% (Ohyama et al., 1995).
Pada dasarnya katalisator yang dapat dipakai dalam reaksi ini adalah
asam kuat, seperti H2SO4, BF3, HClO4, AlCl3 dan sebagainya (Groggins,
1935). Katalisator yang paling efektif dalam proses ini adalah BF3 dengan
promotor HF (Bearse, 1947). Permasalahan yang timbul dari pemakaian
katalisator tersebut adalah terjadinya polimerisasi propilen dan pembentukan
ester dengan berat molekul lebih tinggi. Untuk mengatasi hal tersebut, Bearse
merekomendasikan untuk mencampur terlebih dahulu BF3 dan HF dengan
asam asetat sebelum direaksikan dengan propilen, sehingga kemungkinan
terjadinya polimerisasi akan dapat dihindari.
Berdasar hasil penelitian yang dilakukan oleh Bearse (1947), maka
kondisi yang dianjurkan untuk reaksi esterifikasi propilen dengan asam asetat
adalah suhu 100 °C, tekanan 20 atm, dengan perbandingan katalisator HF/BF3
adalah 3/1 (perbandingan mol) dan jumlah katalisator (HF + BF3) sebanyak
5% dari asam asetat dalam campuran reaksi tersebut.
Katalisator yang ada pada campuran hasil reaksi dapat dipergunakan
kembali dengan memisahkannya dengan cara distilasi dan diumpankan
kembali ke reaktor. Dalam kondisi operasi yang dianjurkan tersebut, jumlah
propilen yang dipakai berlebihan dari kebutuhan teoritis, sehingga
kelebihannya akan di-recycle. Sedangkan konsentrasi asam asetat juga harus
dijaga cukup tinggi dibanding kandungan propilen dalam cairan reaksi dan
kelebihan asam asetat juga di-recycle kembali (Bearse, 1947).

2. Esterifikasi antara asam asetat dengan isopropanol. Dengan reaksi sebagai
berikut :
CH3COOH(aq) + CH3CHOHCH3(aq)  CH3COOCH(CH3)2(aq) + H2O(l)
Reaksi ini terjadi pada kondisi temperatur 80 oC - 100 oC, dengan konstanta
keseimbangan reaksi 8,7 pada 90 oC, dan menggunakan katalis asam kuat.
Dengan hasil akhir kemurnian isopropil asetat 98.5%.
(Sumber : Auburn University, 2012)

Dari uraian kedua proses diatas maka dapat diketahui keunggulan dan kelemahan
dari proses esterifikasi asam asetat dengan propilena dan proses esterifikasi asam asetat
dengan isopropanol. Keunggulan dan kelemahan dari kedua proses tersebut dapat dilihat
pada tabel 2.2 di bawah ini.

Tabel 2.2. Keunggulan dan Kelemahan antara Proses Esterifikasi Asam Asetat dan
Propilena dengan Esterifikasi Asam Asetat dan Isopropanol
Proses Esterifikasi
Asam asetat dengan
propilena:
o

1. Temperatur 70 C 120 oC.
2. Tekanan 14,5 atm 48,4 atm.
3. Kemurnian 99,5%.
4. Konversi reaksi 70-

Keunggulan
1. Bahan baku cukup

Kelemahan
1. Prosesnya baru sehingga

banyak tersedia di

belum banyak

indonesia.

penggunaanya.

2. Langkah-langkah

2. Reaksi heterogen.

Proses pembuatan
lebih singkat.
3. Katalis BF3 dengan
promotor HF.

80 %.
Asam asetat dengan

1. Prosesnya sudah

1. Isopropanol lebih

isopropanol:

lama diketahui dan

banyak diimpor dari

1. Temperatur 80 oC -

secara komersil

luar.

o

100 C.
2. Kemurnian 98,5%.

cukup banyak
digunakan.
2. Reaksi homogen.

2. Langkah-langkah proses
lebih lama dan panjang.
3. Katalis dengan
menggunakan asam
kuat.

(Sumber : Auburn University, 2012 dan Ohyama et al., 1995)

Berdasarkan tabel 2.2 di atas maka dipilih proses esterifikasi antara asam asetat
dan propilena karena lebih unggul dan diharapkan dapat membuat langkah-langkah
proses menjadi lebih singkat dibanding dengan proses esterifikasi antara asam asetat dan
isopropanol, sehingga secara ekonomis akan lebih menguntungkan.

2.5.

Deskripsi Proses Pembuatan Isopropil Asetat
Katalisator HF dan BF3 yang berasal dari tangki penyimpan (T-102) dan (T-103)

dilarutkan terlebih dahulu didalam mixer (MX-101) sebelum ke mixer (MX-102).
Kemudian hasil pelarutan dari mixer (MX-101) dan bahan baku cairan asam asetat dari
tangki penyimpan (T-101) dialirkan untuk dihomogenkan di dalam mixer (MX-102) yang
beroperasi pada suhu 30oC dan tekanan 2 atm. Reaksi dalam mixer (MX-101) sebagai
berikut :
HF(aq) + BF3(g)  HBF4-(aq)
Produk cairan dari mixer (MX-101) kemudian dinaikkan tekanannya dengan
menggunakan pompa (P-103) hingga 20 atm dan dialirkan masuk reaktor (R-101) dengan
terlebih dahulu dipanaskan dengan heat exchanger (HE-101) hingga mencapai suhu
100oC.
Bahan baku gas propilen dari tangki penyimpan (T-104) dikompres dengan
kompresor dan kemudian dipanaskan dengan heat exchanger (HE-103) sehingga menjadi
100oC sebelum masuk ke reaktor (R-101).
Reaktor (R-101), berupa reaktor gelembung yang beroperasi pada suhu 100 oC
dan tekanan 20 atm. Reaktor ini dilengkapi dengan koil pendingin dengan media
pendingin air untuk menyerap panas reaksi yang timbul dan menjaga suhu cairan reaksi
tetap pada 100oC. Dengan reaksi sebagai berikut:
CH3COOH (aq) + C3H6 (g)  CH3COOCH(CH3)2 (aq)
Gas keluar dari reaktor (R-101) dialirkan ke ke umpan bersama dengan umpan
masuk propilen. Produk cairan dari reaktor (R-101) mengalir menuju accumulator (AC101) setelah melalui ekspansion valve sehingga tekanannya menjadi 1 atm.
Cairan dari accumulator (AC-101) mengalir dengan bantuan pompa (P-104)
menuju menara distilasi (MD-01) dengan terlebih dahulu melewati heat exchanger (HE104) sehingga suhunya menjadi 97,58oC. Hasil atas menara destilasi (MD-101) keluar
pada suhu 90,09oC dalam fase gas yang berupa campuran isopropil asetat, air. Kemudian
terkondensai menjadi cairan melalui condensor. Produk cairan isopropil asetat dari
menara destilasi (MD-101) dialirkan dengan menggunakan pompa (P-106) ke tangki

penyimpan (T-105) pada suhu 40oC tekanan 1 atm dengan kemurnian isopropil asetat
sampai 99,95 %. Hasil bawah menara distilasi (MD-101) yang keluar pada suhu 122,3oC
dalam fase cair terdiri atas Air, Asam Asetat, HBF4 dalam bentuk senyawa kompleks.
Campuran ini kemudian diumpankan ke menara distilasi (MD-102).
Hasil atas menara distilasi (MD-102) berupa cairan pada suhu 119,52oC yang sebagian
besar terdiri dari produk asam asetat dan air. Kemudian dialirkan melalui pompa (P-107)
ketangki penyimpanan. Asam asetat yang dihasilkan adalah 99,35%. Hasil bawah menara
distilasi (MD-102) berupa senyawa kompleks HBF4 pada suhu 144,96oC. Sebagian cairan
ini dialirkan kembali ke reaktor melalui mixer (MX-101) setelah didinginkan terlebih
dahulu di heat exchanger (HE-105) sampai suhunya 30oC, sedangkan sebagian yang lain
dialirkan tempat penampungan sementara limbah B3 (bahan berbahaya dan beracun).