© Manufacture of Urea Formaldehyde from Urea, Methanol and Air

Urea-formaldehida, juga dikenal sebagai urea-metanal, adalah resin thermosetting non-transparan atau plastik, terbuat dari urea dan formaldehida. Resin ini digunakan dalam perekat, MDF, dan dibentuk objek.

Pertama kali disintesis pada tahun 1884 oleh Holzer, yang bekerja sama dengan Bernhard Tollens. Pada tahun 1919, Hanns John (1891-1942) dari Praha, Cekoslowakia memperoleh paten pertama untuk resin urea-formaldehida.

Struktur kimia dari resin UF dapat digambarkan seperti polimetilena. Deskripsi ini dapat bervariasi secara linear dan bercabang. Ini dikelompokkan berdasarkan rata-rata massa molar dan isi dari group fungsional yang berbeda. Perubahan kondisi sintesis resin memberikan kemungkinan perancangan yang baik untuk struktur dan sifat resin.

Urea-Formaldehyde di mana-mana dan digunakan dalam berbagai proses manufaktur karena sifat manfaatnya. Contohnya termasuk laminasi dekoratif, tekstil, kertas, pengecoran cetakan pasir, kain tahan kerut, campuran katun, rayon, korduroi, dll Digunakan juga untuk lem kayu. Urea formaldehida umum digunakan memproduksi casing peralatan listrik (misalnya lampu meja).

Produk ini banyak dipilih sebagai perekat resin karena reaktivitas tinggi, kinerja yang baik, dan harga murah. Resin urea-formaldehida adalah kombinasi kimia dari urea dan formaldehida. Resin Amino dianggap kelas resin thermosetting yang mana resin urea-formaldehida adalah 80% diproduksi secara global. Contoh resin amino termasuk ban mobil dalam rangka meningkatkan ikatan karet untuk kain ban, kertas untuk meningkatkan kekuatan sobek, cetakan alat listrik, cetakan topi jar, dll...

Urea formaldehida juga digunakan dalam pertanian sebagai sumber control pelepasan pupuk nitrogen. Kecepatan dekomposisi urea formaldehida menjadi CO₂ dan NH₃ ditentukan oleh aksi mikroba yang ditemukan secara alami di sebagian besar tanah. Aktivitas mikroba tersebut, yang berarti juga kecepatan pelepasan nitrogen, bergantung pada temperatur. Suhu optimum untuk aktivitas mikroba adalah sekitar 70-90° F (sekitar 20-30°C).

( http://en.wikipedia.org/wiki/Urea-formaldehyde )

REAKSI KIMIA

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. Konversi bisa mencapai 99%.

Reaksi yang terjadi di absorber: 

HCHO  +  NH₂CONH₂      ===>    HOCH₂NHCONH₂

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. Campuran uap methanol dan udara diumpankan ke dalam reactor pada suhu 235°C dan tekanan 2,4 atm. Reaksi kimia bersifat eksotermis (keluar panas) maka suhu keluar akan lebih tinggi, oleh karena itu dapat dipakai untuk memanaskan umpan reaktor. Untuk menjaga suhu reaksi tidak melampaui range yang diijinkan diperlukan pendinginan menggunakan Dowterm A yang mengalir melaluii sisi luar tube (shell). Di dalam tube terdapat katalisator padat iron oxide-molybdenum oxide.  

Urea padat dilarutkan dengan air dalam tangki pencampur sehingga konsentrasi menjadi 45%. Larutan urea ini digunakan untuk menyerap gas formaldehyde yang dihasilkan di reactor.

Hasil reaksi yang mengandung formaldehide kemudian didinginkan lebih lanjut di alat perpindahan panas kedua sebelum diumpankan ke dalam menara absorber untuk diserap dengan larutan urea 45% sehingga diperoleh larutan urea-formaldehide dengan konsentrasi sekitar 50 %. Metanol sisa reaksi akan terdapat di produk urea-formaldehid dan berfungsi sebagai stabilizer, selanjutnya produk disimpan di tangki penyimpan produk.

DIAGRAM ALIR

DATA UNTUK REAKTOR

Jenis: Reaktor FixedBed Multitubular

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 United States Patent 7468341