Prarancangan Pabrik Xylidine Dari Nitroxylene Dengan Proses Hidrogenasi Kapasitas 5.000 Ton/Tahun
BAB I PENGANTAR A. LATAR BELAKANG Sebagai negara berkembang diharapkan Indonesia dapat memproduksi banyak senyawa-senyawa
strategis
demi
kemandirian
dan
kesejahteraan
bangsa.
Pertumbuhan industri Indonesia yang tinggi mampu mengurangi pengangguran di Indonesia dan meningkatkan devisa negara. Salah satu senyawa menjanjikan yang belum diproduksi Indonesia adalah xylidine. Xylidine adalah nama trivial dari dimetilaniline (CH3)2C6H3NH2. Ada enam nama isomer struktural dari xylidine ini. Nama-nama dari enam senyawa ini tergantung dari posisi gugus metil terhadap senyawa amin pada cincin benzena (Meyer, 2010). Xylidine
dan
turunannya
banyak
dimanfaatkan
untuk
berbagai
macam
keperluan. Senyawa 2,6-xylidine dapat digunakan untuk bius lokal (local anesthetic) dengan menurunkannya menjadi lidocaine, bupivacaine, mepivacaine, dan etidocaine. Senyawa 2,3-xylidine digunakan sebagai bahan baku produksi asam mefenamat (mefenamic acid) yang merupakan zat anti- inflamasi (pain killer) atau dapat juga diturunkan menjadi 5-acetamido-2,4- dimetilanilin yang bermanfaat sebagai insektisida. Senyawa 2,4-dan 2,5- xylidine dapat diolah menjadi senyawa sebagai bahan pewarna diazo contohnya solvent red 26 (C.I. 26 120). Selain itu, 2,4-xylidine juga dapat diturunkan untuk obat hewan menjadi bahan aktif cymiazole (seperti tifatol dan besuntol). Senyawa 3,4-xylidine digunakan untuk membuat riboflavin (vitamin B2) juga sebagai prekursor dalam biosintesis vitamin B12 (Meyer, 2010) Xylidine adalah senyawa berbahaya, semua isomernya bersifat beracun. Tetapi jika diolah dengan benar senyawa ini bisa menjadi sangat berguna. Xylidine juga sangat berpotensi untuk dikembangkan karena kebutuhannya yang naik akhir- akhir ini (Meyer, 2010). Banyaknya kegunaan dari xylidine dan kebutuhan pasar di Indonesia yang cukup banyak, inilah yang mendorong dibangunnya pabrik xylidine. Selain itu, apabila Rendy Bayu Aji Rendy Widya Anugerah
(11/319020/TK/38158) (11/319066/TK/38200)
1
Prarancangan Pabrik Xylidine Dari Nitroxylene Dengan Proses Hidrogenasi Kapasitas 5.000 Ton/Tahun
pabrik xylidine dapat didirikan di Indonesia akan membuat konsumen membeli dari pabrik asli buatan Indonesia dibandingkan dengan mengimpor dari Cina. Dengan adanya pabrik ini diharapkan Indonesia dapat mengekspor xylidine ke beberapa negara di Asia Tenggara dan Asia Tengah, sehingga dapat menambah devisa negara. Kebutuhan xylidine dalam pembuatan produk-produk di atas dari tahun ke tahun terus meningkat yang seluruh kebutuhannya dipenuhi dari impor.
Tabel I.1. Data Impor Aniline dan Turunannya pada Tahun 2009-2013. (BPS,2014) Tahun 2013 2012 2011 2010 2009
Kebutuhan Import (kg) 2.293.768 2.072.850 1.472.622 724.198 627.106
Gambar I.1. Grafik Impor Aniline dan Turunanannya di Indonesia Kebutuhan aniline dan turunannya diprediksi akan terus naik pada tahun 2018 diprediksi kebutuhan aniline dan turunannya mencapai 4.800 ton/tahun. Untuk itu diperlukan pabrik xylidine yang dapat memenuhi kebutuhan pasar dalam negeri dan bersaing dengan produk impor. Berdasarkan uraian diatas, dengan melihat kebutuhan, peluang pasar, dan kesempatan yang ada, maka perlu dipikirkan pendirian pabrik xylidine dalam rangka Rendy Bayu Aji Rendy Widya Anugerah
(11/319020/TK/38158) (11/319066/TK/38200)
2
Prarancangan Pabrik Xylidine Dari Nitroxylene Dengan Proses Hidrogenasi Kapasitas 5.000 Ton/Tahun
substitusi impor (penghematan devisa) dan membuka peluang kerja bagi putra-putri dalam negeri. B. TINJAUAN PUSTAKA Dalam perkembangannya proses pembuatan xylidine dapat dibuat dengan 4 cara :
1. PROSES REDUKSI KATALITIK NITROXYLENE PADA FASE UAP Pada proses ini nitroxylene akan direduksi dengan katalisator. Jenis katalisator pada proses hidrogenasi ada berbagai macam, seperti Fe (besi), Ni (nikel), Co (kobalt), Mo (molibdenum), dan lainnya. Namun pada proses pembuatan xylidine dari nitroxylene lebih sering menggunakan katalis nikel atau dengan menggunakan copper chromite (tembaga kromit). Kelebihan katalis Ni adalah dapat diregenerasi kembali dengan menggunakan udara sehingga tidak perlu membeli katalis baru secara terus menerus. Campuran reaktan yang diperlukan diperoleh dengan menguapkan nitroxylene dan mecampurnya dengan gas hidrogen. Nitroxylene yang dipakai adalah nitroxylene komersial dengan pengotor 3-10%. Pengotor ini biasanya adalah polynitrated material, seperti dinitroxylenes, atau alkali terlarut, seperti nitrophenols dan residu tar (Teeters, 1950). Untuk
menguapkan
nitroxylene
digunakan
evaporator,
namun
sebelumnya nitroxylene cair harus dimurnikan terlebih dahulu. Pemurnian ini dilakukan pada menara distilasi vakum dengan tekanan 23-200 mmHg di puncak menara. Pada kondisi ini nitroxylene belum meledak dan dapat diproses dengan aman. Untuk meminimasi hazard, media pemanas yang digunakan adalah steam agar tidak terjadi dekomposisi yang berlebihan pada dinding media pemanas (Teeters, 1950). Sebelum masuk reaktor komposisi reaktan harus diatur terlebih dahulu agar tidak meracuni katalis. Jika komposisi nitroxylene di atas 5% dari total senyawa organik, poisoning terjadi dan ada keungkinan katalis tidak dapat diaktivasi kembali. komposisi uap air yang melebihi batas 1% akan Rendy Bayu Aji Rendy Widya Anugerah
(11/319020/TK/38158) (11/319066/TK/38200)
3
Prarancangan Pabrik Xylidine Dari Nitroxylene Dengan Proses Hidrogenasi Kapasitas 5.000 Ton/Tahun
menyebabkan reduksi nitrobenzene oleh hidrogen terhalangi. Oleh karena itu, komposisi uap air harus dibatasi (Teeters, 1950). Pada proses pembuatan nitroxylene menjadi xylidine, sudah seharusnya untuk mengontrol suhu pada zona reaksi untuk mencegah terjadi naiknya suhu secara cepat disertai dengan terdegradasinya produk hasil. Maka dari itu, produksi xylidine dengan proses hidrogenasi dari nitroxylene harus pada suhu serendah mungkin. Untuk mendapatkan hasil
yang diinginkan
dibutuhkan katalis aktif untuk mendapatkan yield yang terbaik dengan suhu yang rendah (Voorhies, et. al., 1948). Dengan menggunakan katalis ini, pada kondisi operasi tekanan antara 10-12 atm dengan suhu antara 245-360°C. Dimana reaksi yang terjadi adalah:
Gambar I.2. Reaksi Hidrogenasi Nitroxylene menjadi Xylidine dengan menggunakan Katalis (Voorhies, et. al., 1948). Reaksi
hidrogenasi
dengan
menggunakan
mendapatkan hasil konversi sebesar 98%
dan
nitroxylene akan hanya sekitar 1%
nitroxylene yang tidak terkonversi menjadi xylidine (Houghton, et. al., 1949).
2. PROSES REDUKSI KATALITIK NITROXYLENE PADA FASE LARUTAN Pada Proses ini Nitroxylene direduksi dengan menggunakan katalis terlarut M (L)n(Y)m dengan M adalah ruthenium, rhodium, nickel, atau palladium; L adalah water soluble ligand; Y adalah ligand lain atau ion alkali tanah; n adalah 1, 2, 3, atau 4; dan m adalah 0, 1, atau 2 dalam air. Reduksi ini tidak memerlukan hidrogen tetapi menggunakan gas CO yang Rendy Bayu Aji Rendy Widya Anugerah
(11/319020/TK/38158) (11/319066/TK/38200)
4
Prarancangan Pabrik Xylidine Dari Nitroxylene Dengan Proses Hidrogenasi Kapasitas 5.000 Ton/Tahun
dapat bereaksi dengan air. (Bahrmann, et. al., 2000). Proses ini baru dalam tahap penelitian dan belum pernah dicoba untuk di-scale up menjadi pabrik kimia sehingga masih diperlukan tahap- tahap lanjutan untuk mengembangkan proses.
3. PROSES REDUKSI KATALITIK NITROXYLENE PADA FASE CAIR MENGGUNAKAN KATALIS PALLADIUM/CHARCOAL Selain pada fase uap, hidrogenasi nitroxylene juga bisa dilakukan pada fase cair. Reaksi yang terjadi sama dengan proses nomor 1, hanya perbedaannya gas hidrogen dimasukkan ke dalam reaktor yang telah terisi cairan nitroxylene melalui sparger. Kinetika dari fase cair hidrogenasi dari nitroxylene ke xylidine dilakukan dengan katalis palladium on charcoal 5% dengan tekanan yang digunakan antara 6 – 100 bar dan suhu yang digunakan adalah 40 – 80°C. Kinetika reaksi dapat diskripsikan dengan LangmuirHinshelwood model dengan
adsorpsi
non-competitive
dari spesies
organic dan hidrogen di permukaan katalis. Pengaruh dari internal dan eksternal dari efek transfer massa diestimasi pada percobaan ini dan didapat tidak mempengaruhi kinetika keseluruhan reaksi (overall kinetics reaction). Kemurnian nitroxylene (dimetilnitrobenzen) yang dibutuhkan lebih dari 99,60% dan hidrogen 99,99% untuk menhasilkan konversi dari xylidine (dimetilnitroanilin) 99,99% (Oemer, et. al., 1984).
4. PROSES REDUKSI NITROXYLENE MENGGUNAKAN IRON FILLINGS Metode Bechamp merupakan metode yang sudah sangat lama, dimana metode ini digunakan untuk memproduksi iron oxide pigment dan menghasilkan aniline sebagai co- product dan metode ini dioperasikan Bayer, di West Virginia. Nitroxylene direduksi dengan reaksi oleh serbuk Rendy Bayu Aji Rendy Widya Anugerah
(11/319020/TK/38158) (11/319066/TK/38200)
5
Prarancangan Pabrik Xylidine Dari Nitroxylene Dengan Proses Hidrogenasi Kapasitas 5.000 Ton/Tahun
besi dan menggunkan asam klorida (HCl) sebagai katalis. Besi teroksidasi ke kondisi ferrous atau ferric dan campuran aniline-air terpisahkan dari iron-hydroxide sludge. Fraksi berat aniline dihilangkan dan didistilasi secara vakum untuk menghasilkan aniline murni. Hasil kemurniannya 90-95% secara teoritis. Reaksi yang terjadi adalah:
Gambar I.3.
Reaksi
Reduksi
Nitroxylene
menjadi
Xylidine
Menggunakan Iron Fillings (Voorhies, et. al., 1948). Pada awalnya proses ini bertujuan untuk memproduksi iron oxide pigments dan xylidine, karena pada saat perang dunia kedua, kedua produk ini sama-sama dibutuhkan. Namun seiring berjalannya waktu, kebutuhan iron oxide pigments semakin menurun sedangkan kebutuhan xylidine semakin meningkat. Sehingga proses ini ini dianggap tidak ekonomis lagi, karena xylidine yang dihasilkan sedikit dan banyak menghasilkan hasil samping yang tidak dibutuhkan oleh pasar (Voorhies, et. al., 1948). Dari keempat proses di atas proses yang dipilih untuk digunakan pada pabrik ini adalah proses hidrogenasi nitroxylene dengan menggunakan katalis palladium/charcoal pada fase cair. Proses ini dipilih berdasarkan
beberapa pertimbangan
karena
merupakan proses yang paling
efisien dari segi kebutuhan panas. Pada proses pertama, nitroxylene harus diuapkan terlebih dahulu, sedangkan titik didih nitroxylene sebar 244 ˚C. Untuk dapat menguapkan bahan baku ini dibutuhkan panas yang besar sedangkan jika menggunakan proses ke-3, cairan umpan nitroxylene tidak perlu diuapkan terlebih dahulu. Selain itu, proses pertama lebih sesuai jika kapasitas pabrik yang dibuat besar, sedangkan xylidine Rendy Bayu Aji Rendy Widya Anugerah
(11/319020/TK/38158) (11/319066/TK/38200)
6
Prarancangan Pabrik Xylidine Dari Nitroxylene Dengan Proses Hidrogenasi Kapasitas 5.000 Ton/Tahun
merupakan fine chemicals yang pada umumnya diproduksi pada skala kecil dan mempunyai harga jual yang tinggi. Jika kapasitas pabrik kecil dan menggunakan proses pertama, maka biaya yang dibutuhkan untuk menjalankan pabrik pasti akan lebih besar dibandingkan dengan profit yang didapatkan dari pabrik tersebut.
Rendy Bayu Aji Rendy Widya Anugerah
(11/319020/TK/38158) (11/319066/TK/38200)
7
