© Manufacture of Butyl Acetat from Butanol and Acetic Acid

            Butil asetat dalam industri kimia terutama digunakan sebagai pelarut dalam pembuatan selulose nitrat, selulose asetobutirat, selulosd asetopropionat, etil selulose, polivinil asetat, dan polistiren. Dalam industri farmasi, butil asetat banyak digunakanuntuk ekstraksi dan pemurnian pada pembuatan penisilin dan obat-obat antibiotik lainnya. Dalam industri kosmetik, butil asetat digunakan sebagai bahan pembantu pembuatan parfum.

           

REAKSI KIMIA

            Butil asetat merupakan hasil esterifikasi dari butanol dan asam aseat dalam fase cair. Reaksi yang terjadi adalah reaksi bolak-balik ( reversible ) dapat dituliskan dengan persamaan reaksi sebagai berikut  :

                                                                       

 CH₃ COOH   +  C₄ H₉ OH       ===>       CH₃COOC₄H₉    +     H₂O

                                                        

Katalisator yang dipakai dalam reaksi esterifikasi pada umumnya adalah asam kuat inorganik seperti asam klorida dan asam sulfat, tetapi asam sulfat lebih banyak dipakai karena realatif kurang korosif dibandingkan asam klorida. 

URAIAN PROSES

            Butanol 98 % dari tangki dicampur dengan butanol recycle yang berasal dari hasil atas menara distilasi kemudian diumpankan ke dalam reaktor untuk dicampur dengan asam asetat 98 %. Pada saat yang sama asam sulfat dimasukkan ke reaktor sebagai katalisator. Hasil reaksi diumpankan ke dalam netralizer untuk menetralkan asam sulfat yang ada dan sisa asam asetat dengan menggunakan larutan sodium hidroksid  sehingga terbentuk senyawa garam sodium sulfat dan sodium asetat. Selanjutnya hasil reaksi di netralizer dialirkan ke dalam Decanter untuk memisahkan antara larutan organik yang terdiri atas butanol dan butil asetat dengan sedikit air sebagai hasil atas ( fase ringan ); dan senyawa garam sodium sebagai fase berat. Fase ringan diumpankan ke dal menara distilasi untuk memisahkan butil asetat dari butanol dan air. Hasil bawah MD berupa senyawa butil asetat 98 % sebagai produk utama yang ditampung di tangki produk, sedangkan hasil atas yang sebagian besar berupa butanol dikembalikan ke reaktor sebagai recycle.

© Manufacture of Cumene from Benzene and Propylene

            Cumene merupakan bahan perantara untuk beberapa senyawa organik seperti pembuatan senyawa phenol sekitar 65 % dari produksi cumene, 34 % cumene digunakan untuk pembuatan aceton, dan sebagian kecil cumene sebagai katalisator dalam pembuatan acrylic dan resin polyester serta untuk bahan baku pembuatan α-metil styrene.

REAKSI KIMIA

            Cumene dapat dihasilkan oleh reaksi alkilasi benzene dengan propilen menggunakan bantuan katalisator padat Phosphoric acid on keiselgour. Reaksi antara benzene dengan propilen adalah sebagai berikut :

                       

                    C₆H₆   +     CH₃CH=CH₂     ===>         C₆H₅CH(CH₃)₂                     (1)

                    C₆H₆   +  2 CH₃CH=CH₂     ===>         C₆H₄(CH(CH₃)₂)₂                 (2)

                

Reaksi benzene dengan propilen berlangsung pada fasa gas dengan kondisi operasi tekanan sekitar 15 atm dan suhu sekitar 250°C dengan konversi propilene mencapai 94 %. Selain terjadi reaksi utama (reaksi 1) terjadi juga reaksi samping pembentukan disopropilbenzene (reaksi 2) . Reaksi yang terjadi bersifat eksotermis. Reaktor yang digunakan adalah reaktor fixedbed adiabatis dengan tanpa pendingin karena panas yang timbul tidak terlalu besar. 

URAIAN PROSES

            Benzene dari tangki penyimpan dialirkan ke vaporizer 01 bersama dengan Benzene yang berasal dari arus recycle hasil atas menara distilasi 02. Uap Benzene kemudian diumpankan ke dalam reactor fixedbed bersama dengan uap propilen yang juga diuapkan di vaporizer 02 sehingga suhu umpan sekitar 180°C.

Di dalam reaktor terjadi reaksi alkilasi yang bersifat eksotermis (keluar panas) sehingga suhu keluar reaktor lebih tinggi dari suhu umpan. Hasil reaksi kemudian diumpankan ke dalam condensor sehingga seluruh senyawa mengembun sebelum diumpankan ke dalam menara distilasi 01.

Menara distilasi 01 digunakan untuk memisahkan propan yang merupakan impuritas dari umpan propilen, sehingga akan diperoleh sebagai hasil atas yang kemudian ditampung di tangki penyimpan sebagai produk samping. Hasil bawah yang berupa benzene, cumene dan diisopropil benzene kemudian diumpankan ke dalam menara distilasi 02 untuk memisahkan benzene dari komponen lainnya.

Hasil atas menara distilasi 02 berupa senyawa benzene kemudian direcycle ke dalam vaporizer 01 untuk diuapkan bersama benzene umpan segar. Hasil bawah yang berupa senyawa cumene dan diisopropil benzene kemudian diumpankan ke dalam menara distilasi 03 untuk memisahkan cumene dari diisopropil benzene.

Hasil atas menara distilasi 03 berupa cumene dengan kemurnian 99,5 % kemudian ditampung di tangki produk. Hasil bawah yang berupa diisopropil benzene dengan kemurnian 95 % kemudian ditampung di tangki penyimpan.

© Manufacture of Sulfuric Acid from Sulfur and Air, (Pembuatan Asam Sulfat)

Asam sulfat adalah bahan kimia dasar yang banyak dipakai dalam industri kimia.  Dalam produksi pupuk, merupakan bahan perantara antara biji fosfat agar menjadi asam fosfat dan produk akhir seperti ammonium sulfat, campuran pupuk cair dan sebagainya.

            Dalam bidang teknologi kimia yang lain, asam sulfat merupakan bahan perantara dalam pembuatan senyawa ester ( esterifikasi ) , sebagai katalisator asam baik yang ikut bereaksi maupun tidak dalam pembuatan senyawa kimia lain. Diantaranya dalam reaksi alkilasi anilin dan pembentukan senyawa acrylamide.  Oleh karena itu pendirian pabrik asam sulfat  merupakan hal yang penting untuk mencukupi kebutuhan bahan baku tersebut.

REAKSI KIMIA

            Reaksi kimia untuk pembentukan asam sulfat melalui 3 tahapan reaksi sebagai berikut  :

            S       +       O₂     ===>    SO₂

SO₂   +  ½  O₂    ===>    SO₃

SO₃   +    H₂O    ===>    H₂SO₄

Reaksi pertama terjadi di dalam furnace dengan membakar belerang cair dengaan udara. Reaksi kedua terjadi di dalam reaktor dengan bantuan katalisator padat V₂O₅ dan bersifat eksotermis. Reaksi ketiga adalah proses penyerapan SO₃ dengan menggunakan air atau larutan asam sulfat encer dan bersifat eksotermis.

URAIAN PROSES

            Belerang padat diumpankan ke dalam bak pelebur sehingga mencair pada suhu sekitar 145°C kemudian diumpankan ke dalam furnace untuk direaksikan dengan oksigen dari udara sehingga terbentuk SO_2. Gas panas dari furnace diturunkan suhunya dengan dilewatkan ke dalam waste heat boiler sebelum diumpankan ke dalam reaktor. Di dalam reaktor fixedbed, gas SO₂ direaksikan dengan udara sehingga terbentuk senyawa SO_3. Hasil reaksi kemudian diumpankan ke dalam menara absorber untuk diserap oleh larutan asam sulfat 98 % sehingga terbentuk oleum 20 % yang kemudian diencerkan dengan air di tangki pengencer sehingga menjadi larutan asam sulfat 98 %. Selanjutnya produk ditampung di dalam tangki penampung.

Udara yang dipakai sebagai udara pembakar di furnace maupun di reaktor sebelumnya dikeringkan di  menara pengering sehingga kandungan uap air yang terikut dalam udara umpan akan sekecil-kecilnya.

© Manufacture of Phosphoric Acid from Phosphate Rock and Sulfuric Acid, (Pembuatan Asam Fosfat dari Batuan Fosfat)

Asam fosfat adalah bahan kimia perantara yang penting yang digunakan terutama dalam industri pupuk. Selain itu juga dalam bidang teknologi kimia yang lain. Dalam produksi pupuk, merupakan perantara antara biji fosfat dan produk akhir seperti ammonium fosfat, tripel superfosfat, campuran pupuk cair, dan beberapa tipe nitrat fosfat.

       Dalam bidang teknologi kimia yang lain, asam fosfat merupakan bahan perantara dalam pembuatan detergent, bahan kimia pengolah air, dan pelengkap makanan binatang. Meskipun yang digunakan untuk tujuan ini jumlahnya jauh lebih sedikit dari pada untuk pupuk fosfat.

      Banyak negara dengan kecepatan pertumbuhan penduduknya melebihi kapasitas produksi pangan asli negara bersangkutan. Meskipun untuk mengatasi kelaparan, dilakukan dengan mengimpor hasil-hasil pertanian, tetapi kelangsungan hidupnya akan tak terelakkan lagi tergantung atas jumlah yang besar pada pertumbuhan domestik untuk mencukupi kebutuhan dasar pangan. Hal ini juga untuk menjamin ketahanan nasional negara tersebut.

   Tidak ada negara di dunia dengan keadaan tanahnya yang kaya, yang akan terus menerus menyediakan pangan yang memadai untuk pertumbuhan populasi tanpa pupuk untuk melengkapi persediaan nutrient alaminya. Untuk menyediakan kebutuhan ini, fosfat adalah kebutuhan penting, sama dengan nutrient utama yang lain.

REAKSI KIMIA

      Reaksi antara batuan fosfat (fluorapatite) dengan asam sulfat  sebagai berikut :

Ca₁₀(PO₄)₆.F₂ + 10 H₂SO₄ + 20 H₂O  ===>  2 HF + 6 H₃PO₄ + 10 CaSO₄.2H₂O

(batuan fosfat)                                                       (asam fosfat)          (gipsum)

Batuan fosfat adalah senyawa kompleks, kandungan mineral yang prinsip yaitu flourapatite, yang mengandung calsium, fosfat, flouride dan elemen atau grup yang lain dan terikat bersama-sama di dalam latice kristal.

Jika batuan direaksikan dengan asam mineral yang kuat, maka latice kristal dipecah dan kandungan fosfat akan terlarut sebagai asam fosfat. 

           

URAIAN PROSES

        Batuan fosfat dari gudang di haluskan di dalam ballmill sebelum direaksikan dengan larutan asam sulfat. Reaksi ini dijalankan di dalam reaktor alir tangki berpengaduk. Hasil reaksi yang berupa latutan asam fosfat dan  padatan gipsum dipisahkan di filter. Gipsum sebgai hasil samping disimpan di gudang, filtrat yang mengandung asam sulfat dipekatkan di evaporator sampai konsentrasi asam fosfat menjadi 75 %, dan cairan hasil pencucian cake di recycle ke reaktor. 

© Manufacture of Hexamine from Formaldehide and Amonia, (Hexamine dari Formaldehide dan amonia)

      Hexamine merupakan bahan baku untuk bahan peledak RDX komponen utama untuk blockbusters; pada akhir perang dunia kedua RDX digunakan secara luas sebagai pengganti TNT, sedangkan selama perang Korea digunakan dalam bazooka. Selain dapat dipakai sebagai bahan baku untuk pembuatan bahan peledak, dalam masa damai, Hexamine dipakai untuk bahan utama phenolic resin, sebagian kecil digunakan dalam pengobatan dan sebagainya.

       Reaksi kimia untuk pembentukan hexamine, yaitu antara formaldehid dan amonia terjadi pada suhu sekitar 45°C dalam suasana larutan dalam air tanpa bantuan katalisator.

Reaksi yang terjadi di reaktor sebagai berikut :                      

Reaksi yang terjadi eksotermis, maka diperlukan pendinginan untuk menjaga suhu reaksi sekitar  45°C. Sedangkan reaktor yang digunakan adalah reaktor alir tangki berpengaduk (RATB). Pendingin yang digunakan adalah refrigerant ammonia yang dilewatkan melalui coil di dalam reactor. Waktu tinggal di dalam reactor sekitar 2 jam tergantung konversi yang dicapai.

URAIAN PROSES

        Larutan formaldehid 37 % dialirkan ke dalam reaktor, pada saat yang sama larutan ammonia 20 % juga diumpankan ke dalam reaktor. Di dalam reaktor terbentuk produk Hexamine dengan konversi 97% pada suhu sekitar 45°C dan tekanan 1 atm. Hasil reaksi diumpankan ke dalam evaporator untuk menguapkan seluruh sisa formaldehid dan ammonia dan sebagian dari air. Larutan hexamine jenuh yang keluar dari evaporator kemudian diumpankan ke dalam crystallizer (evaporative crystallizer), untuk mengkristalkan hexamine dengan cara menguapkan air sebagai solvennya. Slurry yang terbentuk kemudian dipisahkan di dalam centrifuge. Filtrat yang keluar centrifuge yang merupakan mother liquor dikembalikan lagi ke crystallizer sedangkan cake/padatan dikeringkan di dalam rotary drier sehingga diperoleh kristal hexamine dengan kemurnian (kadar) 99 %.

© Manufacture of Formaldehyde from Methanol

Formaldehide merupakan bahan perantara untuk beberapa senyawa organik seperti aminio, phenolic resins dan slow release fertilizer. Sebagian besar hasil formaldehide digunakan untuk amino dan phenolic resins.

            Dalam bidang teknologi kimia yang lain, formaldehide merupakan bahan pembantu untuk textile finished, acetal resins, formaldehyde alcohol solution dan masih banyak lagi.

Reaksi antara metanol dengan udara dengan bantuan katalisator padat jenis Iron oxide-Molybdenum oxide ( Fe₂O₃-MoO₃ ) adalah sebagai berikut :

Reaksi utama :

                       

                    CH₃OH  +  ½  O₂      ===>         HCHO +   H₂O

Reaksi samping :

                       

                    CH₃OH  +  O₂            ===>        CO   + 2 H₂O

                        

                    CH₃OH  +  3/2  O₂     ===>        CO₂  + 2 H₂O

Reaksi oksidasi metanol dengan oksigen yang berasal dari udara berlangsung pada fasa gas dengan kondisi operasi tekanan atmosferis dan suhu sekitar 300-400°C. Dengan adanya katalisator padat Iron oxide-Molybdenum oxide_, maka akan diperoleh konversi (yield) yang lebih besar dari pada menggunakan katalis perak serta reaksi oksidasi yang mengarah pada pembentukan CO₂ akan dapat dikecilkan efeknya.

URAIAN PROSES

            Larutan methanol yang berasal dari tangki penyimpan dialirkan dan diuapkan  di vaporizer. Kemudian uap yang terbentuk dicampur dengan umpan udara dan dipanaskan di alat perpindahan panas dengan memanfaatkan gas panas hasil reaksi. Setelah kondisi suhu sesuai  dengan suhu reaksi maka campuran uap methanol dan udara diumpankan ke dalam reaktor. Reaksi kimia bersifat eksotermis (keluar panas) maka suhu keluar akan lebih tinggi, oleh karena itu dapat dipakai untuk memanaskan umpan reaktor. Hasil reaksi yang mengandung formaldehide kemudian didinginkan lebih lanjut di alat perpindahan panas kedua sebelum diumpankan ke dalam menara absorber untuk diserap dengan air sehingga diperoleh larutan formaldehide dengan konsentrasi sekitar 37 %. Metanol sisa reaksi akan terdapat di produk formaldehid dan berfungsi sebagai stabilizer, selanjutnya produk disimpan di tangki penyimpan produk.

Prarancangan Pabrik Formaldehide dari Methanol

DATA UNTUK REAKTOR

Jenis: Reaktor FixedBed Adiabatis

·      Kondisi operasi

                   Suhu                  :  235 - 373°C

                   Tekanan              :  ± 2.4 atm

                   Sifat reaksi          :  eksotermis

                   Kondisi proses    :  non adiabatis-non isotermal dengan pendingin Dowterm A

·      Katalisator

                   Jenis                     : Iron oxide-Molybdenum oxide

                   Bentuk                  : silinder

                   Ukuran                 : ¼  in x ¼  in                   

                   Bulk density,    ρB :  70  lb/ft3

                   Particle density,ρp : 126 lb/ft3

                   Void space              : 0.44

·      Kinetika reaksi

               

      Reaksi yang terjadi mengikuti persamaan reaksi sebagai berikut:

           CH₃OH    +  ½  O₂       ===>     HCHO  +   H₂O

            Kecepatan reaksi :

     

     r_A = k.C_A .C_B

 

       

dengan :

r_A       = kecepatan reaksi              , kmol/kgcat.j

k         = konstanta kec. reaksi        , m⁶/kmol.j.kgcat

T         = suhu                               , K

C_A      = konsentrasi methanol        , kmol/m³

C_B      = konsentrasi oksigen          , kmol/m³

Harga konstanta kecepatan reaksi dihitung dengan rumus pendekatan yang dijabarkan di dalam Chemical Engineering Kinetics J.M.,Smith 1981.

Data US Patent untuk proses pembuatan Formaldehide dari methanol sangat banyak salah satunya adalah United States Patent 7468341, 23 Desember 2008 dengan label Catalysts for oxidation of methanol to formaldehyde

Download UnitedStates Patent 7468341

© Manufacture of Anilin from Nitrobenzene and H2, (Pembuatan Anilin dari Nitrobenzen)

Anilin merupakan bahan utama untuk pembuatan isocyanat yang digunakan terutama untuk pembuatan busa polyurethane, busa semifleksible untuk pasar automotive. Anilin digunakan juga dalam industri karet, pewarnaan, hidroquinon, obat-obatan dan sebagainya.

            Anilin dapat dihasilkan oleh reaksi hidrogenasi nitrobenzene dengan hidrogen menggunakan bantuan katalisator padat Coopper oxide. Reaksi antara nitrobenzene dengan hidrogen adalah sebagai berikut :

                       

                    C₆H₅NO₂   +   3 H₂        ────>        C₆H₅NH₂    +   2 H₂O           

                

Reaksi hidrogenasi nitrobenzene dengan hidrogen berlangsung pada fasa gas dengan kondisi operasi tekanan atmosferis dan suhu sekitar 200°C dengan konversi nitrobenzene mencapai 97 %. Reaksi yang terjadi bersifat eksotermis sehingga untuk menjaga suhu reaksi diperlukan pendinginan. Reaktor yang digunakan adalah reaktor fixedbed multitubular dengan katalisator padat coopper oxide (CuO).

URAIAN PROSES                                                                               

            Nitrobenzene dari tangki penyimpan dialirkan ke vaporizer 01. Uap nitrobenzene kemudian diumpankan ke dalam reactor fixedbed multitubular bersama dengan gas hidrogen yang berasal dari umpan segar dan recycle dari separator sehingga suhu umpan sekitar 155°C.

Di dalam reaktor terjadi reaksi hidrogenasi yang bersifat eksotermis (keluar panas) sehingga suhu keluar reaktor lebih tinggi dari suhu umpan sekitar 240°C. Hasil reaksi kemudian didinginkan di dalam condenser parsial sehingga senyawa² yang mempunyaititik didih tinggi akan mengembun sedangkan gas hydrogen tidak mengembun. Gas H2 yang keluar dari separator condenser parsial direcycle ke reactor sedangkan embunan (cairan) diumpankan ke dalam decanter.

Di dalam decanter senyawa organic (hydrocarbon) akan terpisah dari air karena sifat yang tidak larut dan akan keluar dari bagian bawah decanter, untuk diumpankan ke dalam menara distilasi 01. Air yang mempunyai densitas lebih kecil keluar dari bagian atas dan dialirkan ke UPL.

Menara distilasi 01 digunakan untuk memisahkan air yang masih terikut dan akan diperoleh sebagai hasil atas yang kemudian dialirkan ke UPL. Hasil bawah yang berupa aniline dan nitrobenzene kemudian diumpankan ke dalam menara distilasi 02.

Hasil atas menara distilasi 02 berupa senyawa aniline yang merupakan produk kemudian ditampung di tangki produk. Hasil bawah yang berupa senyawa nitrobenzene yang diperkirakan sudah rusak (waste) dialirkan ke UPL.

DATA UNTUK REAKTOR

Jenis: Reaktor Fixedbed Multitubular 

·      Kondisi operasi

                   Suhu                  :  155-250°C

                   Tekanan             :  ± 1.4 atm

                   Sifat reaksi         :  eksotermis

                   Kondisi proses    :  non adiabatis-non isothermal,

                                              dengan pendingin Dowterm E 

·      Katalisator

                   Jenis                  :  Copper oxide

                   Bentuk               :  silinder

                   Bulk density,rB   :  90 lb/ft3

                   Particle den,rp   : 155 lb/ft3 

                   Ukuran             : ¼ x 1/8 in

·      Kinetika reaksi           

             

Dari J.M. Smith , Chemical Engineering Kinetics , 3th ed., 1981

 diperoleh kecepatan reaksi kimia sebagai berikut : 

      r_A = k.C_A^0.578

                  k  = 5.79 10⁴ e^-2958/T 

dengan :

r_A        = kecepatan reaksi             , mol/j.cm³

k         = konstanta kec. reaksi   

C_A      = konsentrasi Nitrobenzene, mol/cm³

Data US Patent untuk proses Anilin dari Nitrobenzene adalah US Patent No 4415754, 15 November 1983 dengan label Process for preparing aniline.

Download United States Patent4415754

Semoga bermanfaat..!