BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Propilen Oksida
Nama lain dari propilen oksida adalah metiloksirana, mempunyai stuktur CH 3 (CHCH 2 )O. Propilen oksida adalah zat yang sangat reaktif untuk enangkap cincin oksirane bersuku 3. Ikatan C–C dan C-O memiliki panjang yang pertama ditemui sekitar 144 – 147 pikometer (Kirk Orthmer, 1949). Propilen oksida adalah hasil kimia organik yang umum digunakan untuk reaksi intermediate dalam menghasilkan polieter poliol, propilen glikol, alkanolamin, glikol eter dan turunan – turunan lainnya.
2.2
Kegunaan Produk Kegunaan utama dari propilen oksida ini meliputi untuk pembuatan flexile
foams (48%) dan propilen glikol (25%) dan sisanya digunakan untuk pembuatan polipropilen glikol, pemurnian campuaran komponen silikon organik, desinfektan minyak mentah dan produk petroleum, sterilisasi alat-alat kedokteran dan disinfektan makanan dan untuk menstabilkan organik halogen.
2.3
Proses Pembuatan Propilen Oksida
Sebenarnya metode pembuatan propilen oksida sangat banyak. Namun yang telah diterapkan secara komersial pada industri adalah sebagai berikut: 1. Proses Asam Parasetik. Proses ini dikembangkan oleh Japanese Daicel Ltd. Asetaldehid, etilasetat, katalis logam dan udara dicampur dalam gas sparged reactor menghasilkan asam parasetat. Hasil dipekatkan menjadi sekitar 30% dan diumpankan ke reaktor eopoksidasi: O CH 2 = CHCH 3 Propilen
+ CH 3 COOH Etilasetat
O
O
CH 3 CH – CH 2 + CH 3 COH Propilen Oksida
As. Asetat
Propilen oksida dan asam oksida terbentuk dalam gas sparger tray-tower reaktor, propilen, asam asetat dan etil asetat dipisahkan dengan destilasi.
Universitas Sumatera Utara
2. Proses Hidrogen Peroksida Reaksi oksidasi propilen menjadi propilen oksida dengan hidrogen peroksida adalah sebagai berikut: O CH 2 =CHCH 3 + H 2 O 2
CH 3 CH – CH 2 + H 2 O
Propilen
Propilen Oksida
Bayer dan Degusa mengembangkan proses propilen oksida dengan bahan baku pembantu hidroperoksida dan propionik. Reaksi pembentukan paracid ( peroxypropionic) diikuti epoksidasi propilen: O CH 3 CH 2 COH + H 2 O 2 Propionik
+
H Solven
CH 3 CH 2 COOH + H 2 O
O
O
CH 3 CH 2 COOH +H 2 O+ CH 3 CH=CH 2
O CH 3 CH–CH 2 +
CH 3 CH 3 CH 2 COH Peroksipropionik
Propilen
Propilen oksida
As.Propionat
Oksidasi asam propionat dilaukan dalam solvent inert dengan katalis asam diikuti dengan pemekatan paracid dari epoksidasi propilen dalam reaktor. Propilen oksidasi dan hasil samping dengan destilasi, asam diumpankan ke tahap pertama. Oksida yang dihasilkan dari proses ini sekitar 80% (Kirk Orthmer, 1949).
3. Proses Klorohidrin (Dow Chemical) Proses ini merupakan suatu proses pembuatan propilen oksida dimana tahap – tahap prosesnya adalah klorohidrasi propilen dengan klorohidrin dengan Ca(OH) 2 reaksinya adalah: O CH 2 =CHCH 3 + Cl 2 + H 2 O Propilen
CH 3 CHCH 2 Cl + HCl Propilen Klorihidrin
Universitas Sumatera Utara
O
O
CH 3 CHCH 2 Cl + ½ Ca(OH) 2
CH 3 CH 2 – CH 2 + ½ CaCl 2 +
H2O Propilen Oksida
Propilen, klorin dan air dialirkan ke klorohidrinasi tower dasar dengan jumlah air yang berlebihan. Keluaran menara merupakan larutan propilen klorohidrin. Temperatur reaksi klorohidrin sekitar 40–90
o
C. Tekanan
atmosferik atau sedikit diatasnya. Hasil yang diperoleh dari propilen klorohidrin dalah 87–90%. Selain itu juga terbentuk propilen diklorida. Larutan propilen diepoksidasi dalam reaktor lime milk menjadi propilen oksida.
Keluar
dari
reaktor,
propilen
oksida
dimurnikan
dengan
menggunakan dua menara destilasi.
4. Proses Hydroperoksida (Hydroperoxide Process). Proses ini dikembangkan oleh Halcon Internaional dan Atlantic Richfield Coorporation. Prosesnya adalah sebagai berikut RH + O 2
ROOH O
ROOH + CH 3 -CH=CH 2
CH 3 CH – CH 2 + ROH
Dewasa ini etilbenzen dan isobutana telah digunakan pada industri sebagai bahan pembantu. Isobutana teroksidasi menjadi butilhidroperoksida tersier. (CH 3 ) 3 CH + O 2
(CH 3 ) 3 COOH
Sedikit butillkohol tersier juga terbentuk. Tahap berikut adalah epoksidasi propilen dengan adanya katalis logam. O (CH 3 ) 3 COOH +
CH 3 CH=CH 2
(CH hidroperoksida Butil 3 )COH
Propilen
CH 3 CH-CH 2 + Propilen oksida
Tertbutil Alkhol
Reaksi berlangsung pada fase cair dengan tekanan 25 – 45 atm dan suhu 95 – 110 0C waktu tinggal sekitar 2 jam serta konversi terhadap tert butil hidroperoksida (TBHP) mencapai 100 % (Kirk Orthmer, 1949 ).
Universitas Sumatera Utara
Dari bermacam – macam proses pembuatan propilen oksida yang telah diuraikan di atas, maka dalam perancangan ini dipilih proses hidroperoksida dengan pertimbangan sebagai berikut : 1. Konversi lebih tinggi dan menghasilkan hasil samping yang mempunyai nilai tinggi. 2. Reaksi yang terjadi dan prosesnya relatif sederhana sehingga memudahkan dalam penerapan teknologi dan perancangannya. 3. Bahan baku yang relatif mudah diperoleh.
2.4
Sifat-sifat bahan baku dan produk
2.4.1 Bahan Baku 1. Isobutana a. Sifat fisika : Rumus Kimia
: iC 4 H 10
Berat molekul (kg/kgmol)
: 58,123
Titik didih (1 atm), 0C
: -11,57 0C
Titik beku (1 atm), 0C
: -159,46 0C
Temperatur kritis (1 atm),0C
: 135,14 0C
Tekanan kritis, atm
: 36 atm
Kenampakan
: gas
Kemurnian
: 99,5%
Impurities nC 4 H 10
: 0,3 %
C3H8
(yaws,1999)
: 0,2 %
2. Propilen Adapun sifat-sifat propilen adalah sebagai berikut : Rumus molekul
: C3H6
Berat molekul
: 42 g/gmol
Kenampakan
: Gas tidak berwarna (pada suhu kamar)
Kemurnian
: 99 %
Titik didih
: -47,5 °C (murni, 1 atm)
Suhu kritis
: 92 °C
Universitas Sumatera Utara
Tekanan kritis
: 45,5 atm
Densitas Cairan
: 612 kg/m3 (pada normal boiling point) (Perry, 1984; Kirk dan Othmer, 1996)
3. Udara a. Sifat Fisika : Komposisi
O2
: 21 %
N2
: 79 %
Berat Molekul (kg/kgmol)
: 28,12
Titik didih (1 atm)
: -182,83 0C
Titik beku (1 atm)
: -218,7 0C
Temperatur Kritis (1atm)
: 118,5 0C
Tekanan kritis (atm)
: 49,74 atm
Kenampakan (suhu kamar)
: gas
(Hysys,2006)
4. Tert-butyl hydroperoxide (TBHP) Adapun sifat-sifat TBHP adalah sebagai berikut : Rumus kimia
: C 4 H 10 O 2
Berat molekul (kg/kgmol)
: 90
Titik didih (1 atm), oC
: 89
o
Titik beku (1 atm), C
: 4,45
Temperatur kritis (1 atm), oC
: 303
Titikkritis, atm
: 42,83
Kenampakan (suhu kamar)
:cairan tidak berwarna (Yaws,1999)
2.4.2 Produk 1. Propilen Oksida Propylene oxide (methyloxirane, 1,2-epoypropane) adalah cairan tidak berwarna yang mempunyai titik didih rendah (34,2 0C). Merupakan senyawa kimia organik yang sangat penting dan terutama digunakan sebagai intermediate untuk pembuatan polyether polyols, propylene glycol, alkanolamines dan glycol ether. Rumus kimia
: C3H6O
Universitas Sumatera Utara
Berat molekul
: 58 kg/kmol
Titik didih
: 34,23oC
Titik beku
: -111,93oC
Temperatur kritis
: 209,1oC
Tekanan kritis
: 4920 kPa
Densitas
: 829, kg/m3
2. Tert-Butyl Alcohol (TBA)
2.5
Rumus kimia
: C 4 H 10 O
Berat Molekul ( kg/kgmol)
: 74,12
Titik didih
: 53 0C
Temperatur kritis
: 233,05 0C
Densitas (250C) kg/m3
: 0,785
Kemurnian
: 99,899 %
(Hysys,2006)
Deskripsi Proses Secara umum, proses pembuatan propilen oksida terdiri dari tiga tahapan
proses, yaitu: 1. Tahap Persiapan Bahan Baku 2. Tahap Reaksi 3. Tahap Pemurnian Produk
2.5.1
Tahap Persiapan Bahan Baku
a. Unit Penyiapan Isobutana Cairan isobutana dari tangki penyimpanan (T-01) pada tekanan 24 bar dan temperatur 300C dipompa ke mixer (M-01) untuk dicampur dengan arus recycle dari flash drum 2 (FD-02) dan udara yang dialirkan dari blower (B-01). Isobutana yang keluar tangki dinaikkan tekananya menggunakan pompa (P-01) sampai 25,33 bar, lalu dipanaskan dengan heater (H-01) sampai suhu 95 0C untuk selanjutnya diumpankan ke reaktor peroksidasi (CRV-01).
Universitas Sumatera Utara
b. Unit Penyiapan Udara Udara pada tekanan 1,013 bar dan suhu 300C dialirkan dari blower ke mixer 1 (M-01) untuk dicampur dengan isobutana. Udara yang dialirkan blower dinaikkan tekanannya menggunakan kompresor (G-01) menjadi 25,33 bar lalu didinginkan dengan cooler (C-01) sampai suhu 95 0C untuk selanjutnya diumpankan ke reaktor peroksidasi (CRV-01). c. Unit Penyiapan Propilen Dari tangki penyimpan propilen (T-02) pada tekanan 10,20 bar dan suhu 300C. Propilen cair dinaikkan tekanannya dengan pompa (P-02) sampai tekanan sampai 15,20 bar dan kemudian dialirkan ke dalam mixer (M-03) untuk dicampur dengan arus recycle dan TBHP hasil reaksi isobutana dan oksigen dari reaksi di reaktor peroksidasi (CRV-01).
2.5.2 Tahapan Reaksi a. Unit Pembentukan TBHP (Tert-Butyl Hydroperoxide) Reaksi pembentukan TBHP berlangsung dalam reaktor peroksidasi (CRV01). TBHP terbentuk dari reaksi Isobutana dan Oksigen. Cairan dan gas dari unit-unit penyiapan bahan baku dengan perbandingan mol 1 : 2,54 untuk isobutana dan oksigen, dialirkan ke dalam reaktor (CRV-01). Reaktor yang digunakan berupa reaktor plug flow. Reaksi berjalan pada fase campuran dengan tekanan 25,33 bar dan suhu 95 0C. Reaksi berjalan secara eksotermis dan untuk menjaga agar suhu reaktor tetap konstan maka dilengkapi dengan koil pendingin dengan air sebagai media pendingin. Selain terbentuk tert-butyl hydroperoxide (TBHP) di dalam reaktor juga terjadi reaksi pembentukan tert-butyl alcohol (TBA) sebagai hasil samping. b. Unit Pembentukan Propilen Oksida. Reaksi pembentukan propilen oksida berlangsung dalam 1 reaktor. Propilen oksida terbentuk dari reaksi TBHP dan propilen. Aliran dari mixer (M-03) menjadi aliran umpan kedalam reaktor epoksidasi (CRV-02). Reaktor berupa reaktor plug flow. Reaksi terjadi pada fase gas dengan tekanan 14,19 bar dan suhu 1300C. Reaksi berjalan secara eksotermis dan untuk menjaga agar suhu reaktor tetap konstan maka dilengkapi dengan jaket pendingin dengan air sebagai media pendingin. Selain
Universitas Sumatera Utara
terbentuk propilen oksida, di dalam reaktor juga tejadi reaksi pembentukan tert-butyl alcohol (TBA) sebagai hasil samping.
2.5.3 Tahapan Pemurnian Produk Hasil reaksi dari reaktor epoksidasi (CRV-02) berupa fase campuran. Proses pemurnian produk dimulai dengan pemisahan berdasarkan fase cair dan gas di flash drum (FD-03) dengan tekanan 14,19 bar dan suhu 80 0C. Bagian atas berupa fase gas yang sebagian besar terdiri propilen akan dialirkan kembali menjadi aliran recycle sedangkan bagian bawah berupa fase cair isobutana, TBHP, TBA dan Propilen oksida.
Selanjutnya di alirkan ke menara destilasi (MD-02) untuk
memisahkan TBA dengan propilen oksida. Pada menara destilasi (MD-02) dioperasikan dengan tekanan 2,016 bar dan suhu 800C, bagian atas terdiri propilen oksida, isobutana, dan propilen yang selanjutnya dialirkan ke menara destilasi 3 (MD-03). Sedangkan bagian bawah menara destilasi 2 (MD-02) terdiri 98% TBA yang merupakan hasil samping dalam proses pembuatan propilen oksida dan dialirkan ke tangki penyimpanan TBA (T-03). Bagian atas menara destilasi 2 (MD02) dialirkan ke menara destilasi 3 (MD-03) untuk memurnikan propilen oksida sebagai produk utama. Menara destilasi 3 (MD-03) dioperasikan dengan tekanan 1 bar dan suhu 82 0C. Bagian bawah menara destilasi 3 (MD-03) terdiri produk utama yaitu propilen oksida 99 % kemudian dialirkan ke tangki penyimpanan propilen oksida (T-04). Bagian atas yang sebagian besar propilen dan TBHP dialirkan ke mixer 4 (M-04) untuk dicampur dengan hasil atas flash drum 3 (FD-03) sebagai recycle. Sebelum dialirkan kembali ke reaktor epoksidasi (CRV-02) aliran recycle dinaikkan tekanannya dengan kompresor 4 (G-04) sampai 14,19 bar dan suhu 137 0
C.
Universitas Sumatera Utara
