BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Isopropil Asetat dari Asam Asetat dan Propilen dengan Kapasitas 17.000 Ton/Tahun

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Isopropil Asetat

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

5 H

  10 O 2 . 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 C

  5 H

  10 O

  2 Wujud Cairan bewarna

  Titik Didih @ 760mmHg 88.6°C (191.5°F) Titik beku -73.4°C (-100.1°F)

  4°C (40°F)

  Flash Point – Closed Cup Specific Gravity @ 20/20°C 0.874 Vapor Pressure @ 20°C 47.5 mmHg Vapor Density (air = 1)

  3.5 II - 1

Tabel 2.1. Karakteristik Isopropil Asetat (IPAc) (Lanjutan)

  Viskositas @ 20°C 0.6 mPa.s Tegangan Permukaan @ 20°C 22.1 dynes/cm

  Heat of Vaporization 7703 cal/g.mol (Sumber : IPAc Technical 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 C

  2 H

  

4 O

2 . 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 CH COO .

3 Sifat-sifat Umum :

  Fase, 15 °C, 1 atm : Cair Rumus molekul : CH COOH

  

3

Berat molekul : 60 g/mol o

  3 Densitas pada 20 C : 1,049 g/cm

  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 : C

  

3 H

  

6

Berat molekul : 42,081 g/mol

  Densitas pada -50 °C : 0,612 g/cm

  3 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

  o

  C : 0.958 g/cm

2.3.4. Boron Triflourida

  C. Air merupakan suatu pelarut yang penting, yang

  o

  Air bersifat tidak bewarna, tidak berasa dan tidak berbau pada kondisi standar yaitu 1 atm dan 0

  (Sumber : Kirk-Othmer, 1999)

  C Temperatur kritis : -12,25 °C Tekanan kritis : 49,22 atm

  

o

  Titik lebur : -128,37

  3 Titik didih : -99,9 °C

  Densitas : 0,00276 g/cm

  Fase, 15 °C, 1 atm : Gas Rumus molekul : BF

  3 berada di fasa gas basa Lewis amonia, amina, eter, fosfin. Sebab sifat asam Lewisnya yang kuat.

  polimerisasi kationik. BF

  3 juga digunakan sebagai katalis untuk

  mengiritasi dan beracun. Boron triflourida digunakan sebagai katalis untuk reaksi untuk reaksi jenis Friedel-Crafts. BF

  3 ) adalah gas tidak bewarna yang memiliki bau

  Boron triflourida (BF

  (Sumber : Kirk-Othmer, 1999)

  C Tekanan kritis : 63,95 atm

  o

  C Temperatur kritis : 188

  o

  Titik lebur : -83,6

  3 Titik didih : 19,54 °C

3 Berat molekul : 67,8062 g/mol

2.3.5. Air

  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 : H

2 O

  Berat molekul : 18 g/mol

  o

  3 Densitas pada 25 C : 0,9979 g/cm o

  Titik Didih : 100 C

  o

  Titik Beku : C

  (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 : CH

  3 COOH (aq) + C

  3 H 6 (g)

  3 COOCH(CH 3 ) 2 (aq)

   CH

  o o

  2

  2

  kg/cm - 50 kg/cm (14,5 atm - 48,4 atm) dengan range ratio molar asam asetat dengan propilena antara 1.0 – 2.0, dan menggunakan katalis BF

  3 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 H SO , BF , HClO , AlCl dan sebagainya

  2

  4

  3

  4

  3

  (Groggins, 1935). Katalisator yang paling efektif dalam proses ini adalah BF

  3 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 BF

  3 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/BF

  3 adalah 3/1 (perbandingan mol) dan

  jumlah katalisator (HF + BF

  3 ) 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). sebagai berikut : CH

  3 COOH (aq) + CH

  3 CHOHCH 3(aq)

  3 COOCH(CH 3 ) 2(aq) + H

  2 O (l)

   CH

  o o

  Reaksi ini terjadi pada kondisi temperatur 80 C - 100

  C, dengan

  o

  konstanta keseimbangan reaksi 8,7 pada 90

  C, 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 Keunggulan Kelemahan

  C - 100

  Reaksi dalam mixer (MX-101) sebagai berikut :

  o C dan tekanan 2 atm.

  (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 30

  3 yang berasal dari tangki penyimpan (T-102) dan

  Katalisator HF dan BF

  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.

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

  3. Katalis dengan menggunakan asam kuat.

  2. Langkah-langkah proses lebih lama dan panjang.

  1. Isopropanol lebih banyak diimpor dari luar.

  2. Reaksi homogen.

  1. Prosesnya sudah lama diketahui dan secara komersil cukup banyak digunakan.

  2. Kemurnian 98,5%.

  o C.

  o

  Asam asetat dengan propilena:

  4. Konversi reaksi 70- 80 %.

  1. Temperatur 70

  o

  C - 120

  o C.

  2. Tekanan 14,5 atm - 48,4 atm.

  3. Kemurnian 99,5%.

  1. Bahan baku cukup banyak tersedia di indonesia.

  1. Temperatur 80

  2. Langkah-langkah Proses pembuatan lebih singkat.

  3. Katalis BF

  3 dengan promotor HF.

  1. Prosesnya baru sehingga belum banyak penggunaanya.

  2. Reaksi heterogen.

  Asam asetat dengan isopropanol:

2.5. Deskripsi Proses Pembuatan Isopropil Asetat

• HF (aq) + BF 3(g)

  4 (aq)

   HBF 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)

  o

  hingga mencapai suhu 100 C.

  Bahan baku gas propilen dari tangki penyimpan (T-104) dikompres dengan kompresor dan kemudian dipanaskan dengan heat exchanger (HE-103)

  o sehingga menjadi 100 C sebelum masuk ke reaktor (R-101).

  Reaktor (R-101), berupa reaktor gelembung yang beroperasi pada suhu

  o

  100 C dan tekanan 20 atm. Reaktor ini dilengkapi dengan koil pendingin dengan media pendingin air untuk menyerap panas reaksi yang timbul dan menjaga suhu

  o

  cairan reaksi tetap pada 100

  C. Dengan reaksi sebagai berikut: CH

  3 COOH (aq) + C

  3 H 6 (g)

  3 COOCH(CH 3 ) 2 (aq)

   CH Gas keluar dari reaktor (R-101) dialirkan ke ke umpan bersama dengan umpan masuk propilen. Produk cairan dari reaktor (R-101) mengalir menuju

  accumulator (AC-101) setelah melalui ekspansion valve sehingga tekanannya menjadi 1 atm.

  104) menuju menara distilasi (MD-01) dengan terlebih dahulu melewati heat

  o exchanger (HE-104) sehingga suhunya menjadi 97,58

  C. Hasil atas menara

  o

  destilasi (MD-101) keluar pada suhu 90,09 C 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

  o suhu 40 C tekanan 1 atm dengan kemurnian isopropil asetat sampai 99,95 %. o

  Hasil bawah menara distilasi (MD-101) yang keluar pada suhu 122,3 C dalam fase cair terdiri atas Air, Asam Asetat, HBF

  4 dalam bentuk senyawa kompleks.

  Campuran ini kemudian diumpankan ke menara distilasi (MD-102).

  o

  Hasil atas menara distilasi (MD-102) berupa cairan pada suhu 119,52 C 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 o

  kompleks HBF

  4 pada suhu 144,96

  C. Sebagian cairan ini dialirkan kembali ke reaktor melalui mixer (MX-101) setelah didinginkan terlebih dahulu di heat

  o exchanger (HE-105) sampai suhunya 30

  C, sedangkan sebagian yang lain dialirkan tempat penampungan sementara limbah B3 (bahan berbahaya dan beracun).

  KODE Keterangan _{T-101 Tangki Penyimpanan Asam Asetat Glasial T-102 Tangki Penyimpanan Hidrogen Fluorida T-103 Tangki Penyimpanan Boron Trifluorida T-104 Tangki Penyimpanan Propilen T-105 Tangki Penyimpanan Isopropil Asetat T-106 Tangki Penyimpanan Asam Asetat} K-101 Kompresor _{K=102 Kompresor K-103 Kompresor K-104 Kompresor V-101 Vaporizer MX-101 Mixer MX-102 Mixer} R-101 Reaktor _{EV-101 Ekspansion Valve EV-102 Ekspansion Valve EV-102 Ekspansion Valve AC-101 Accumulator MD-101 Menara Destilasi MD-102 Menara Destilasi CD-101 Kondensor} CD-102 Kondensor _{RB-101 Reboiler RB-102 Reboiler P-101 Pompa P-102 Pompa P-103 Pompa P-104 Pompa} P-105 Pompa _{P-106 Pompa P-107 Pompa P-108 Pompa HE-101 Heat Exchanger HE-102 Heat Exchanger HE-103 Heat Exchanger} HE-104 Heat Exchanger _{E-101 Cooler E-102 Cooler E-103 Cooler}

  1 ^{2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20} _{CH C 3 COOH 2114,2677 2114,2677 528,5669 528,5669 528,5669 528,5669 528,567 HF 8,8065 3 H 6 1111,1788 1851,9647 1851,96 1851,96 2963,1435 BF 3 29,8418 HBF 38,6483 77,2966 77,2966 77,2966 77,2966 77,2966 77,2966 38,6483 38,6483} ^{Laju alir (kg/jam) Komposisi (kg/jam) DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK} _{UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN DIAGRAM ALIR PRA-RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN ISOPROPIL ASETAT DARI ASAM ASETAT DAN PROPILEN KAPASITAS 17.000 TON/TAHUN Skala : Tanpa Skala Tanggal Tanda Tangan HBF 4 38,6483 77,2966 77,2966 77,2966 77,2966 77,2966 77,2966 38,6483 38,6483} CH ₃ ^COOCH(CH ₃ ⁾ _{2 2696,8796 2696,8796 2696,8796 2696,8796 2696,8796 H Total massa 12,0649 29,8418 41,9067 2114,2677 2194,8227 1111,1788 1851,9647 1851,96 1851,96 2963,1435 3306,0015 3306,0015 3306,0015 2699,5765 606,425 529,128 77,2966 38,6483 38,6483 2699,5765 2 O 3,2584 3,2584 3,2584 3,2584 3,2584 3,2584 2,6969 0,5615 0,5615 2,6969 Temperatur ( o C) 32,8900 30 30 30 30 100 57,430 59,75 100 100 100 81,700 94,990 94,990 101,980 30 121,540 30 30 35 Tekanan (atm) 2 2 2 1 5 20 19 20 20 20 20 1 1 1 1}

₁

_{5 5 5 1} ^{Skala : Tanpa Skala Tanggal Tanda Tangan Digambar Nama : Harrison Situmorang} _{NIM : 100425006 Diperiksa/ Disetujui 1.Nama : Ir. Renita Manurung, MT NIP : 19681214 199702 2 002 2.Nama : M. Hendra S. Ginting, ST. MT NIP : 19700919 199003 1 001}