Membagi ilmu: Acrylonitrile

INDUSTRI ACRYLONITRILE

I.PENDAHULUAN

Acrylonitrile adalah senyawa kimia dengan rumus CH₂CHCN. Acrylonitrile merupakan cairan yang beracun,berwarna, berbau tajam, dapat larut dalam air, mudah terbakar dan cepat menguap. Acrylonitril menghasilkan nitril pada skala besar.Acrylonitrile digunakan untuk membuat bahan kimia lain seperti plastik, karet sintetis, dan serat akrilik. Acrylonitrile prinsipnya digunakan sebagai monomer dalam pembuatan sintetis dari Polimer, terutama polyacrylonitrile yang terdiri dari serat akrilik.Acrylic serat tersebut, antara lain menggunakan, pelopor untuk dikenal-serat karbon. Hal ini juga merupakan komponen dari karet sintetis. Acrylonitrile juga merupakan pelopor dalam industri manufaktur dari acrylamide dan asam akrilik.Didunia, produksi acrylonitril pada tahun 2001 adalah 4 juta ton dan pada tahun 2005 adalah 6 juta ton, dimana separuhnya berasal dari amerika serikat.

Efek dari Acrylonitril dapat dilihat dari sifat Acrylonitrile yang sangat mudah terbakar dan beracun.. Pembakaran bahan yang rilis uap dari hidrogen sianida dan oxides of nitrogen. International Agency for Research on Cancer (IARC) menyimpulkan bahwa ada bukti pada manusia tidak memadai untuk carcinogenicity dari acrylonitrile. Acrylonitile meningkatkan kanker dalam dosis tinggi dimana hal ini sudah diuji pada tikus jantan maupun betina.

II. SIFAT FISIK DAN KIMIA

A. Bahan Baku

1. Propylene (C₃H₆)

- Berat Molekul : 42,08 gr/mol

- Titik Leleh : -185,2 ^oC

- Titik didih : -47,6 ^oC

- Titik nyala : -108 ^oC

- Density : 0,61 gr/m³

- Viskositas : 8,34 µPa pada 16,7 ^oC

- Sifat : Mudah tebakar

B. Bahan tambahan

1. Amonia (NH₃)

- Berat molekul : 17,0306 gr/mol

- Titik Leleh : -77,73 ^oC

- Titik didih : -33,34 ^oC

- Density : 0,61 gr/m³

- Sifat : korosif

2. Oksigen (O₂)

- Berat molekul : 32 gr/mol

- Titik Leleh : -218,8 ^oC

- Titik didih : -183 ^oC

- Density : 1,14 gr/m³

- Struktur Kristal : Kubus

- Panas penguapan :6.82 kj/mol

- Spesifikasi kapasitas panas : 29.37 J/mol K

- Titik Kritis : 159.59 K

- Komponen utama pada proses pembakaran

3. Asam Oksalat (C₂H₂O₄)

- Berat Molekul : 90,03 gr/mol

- Titik didih : 101-102 ^oC

- Bentuk : Kristal Putih

- Kelarutan dalam air :9,5 gr/100ml(15^oc),14,3 gr/100ml (25^oC), 120 gr/100ml (100^oc)

- Density : 1.653 gr/cm³

- Titik Leleh : 101-102 ^oC

- Titik Nyala : 166 ^oC

- Solubility : 9.5 gr/100 ml (15 ^oC)

C. Produk Utama

Acrylonitrile (CH₂CHCN)

- Berat molekul : 53,06 gr/mol

- Titik Leleh : -82 ^oC

- Titik didih : 78,5 ^oC

- Density : 0,807 gr/ml pada 20 ^oC

- Titik nyala : 0 ^oC

- Batas ledakan : Rendah 3,1 % V di udara , tinggi 17 % di udara

- Suhu pembakaran : 480 ^oC

- Batas keracunan : 15 ppm

- Dapat bercamur dengan air dan pelarut organik

D. Produk samping

1. Acetonitril (CH₃CN)

- Berat molekul : 41,05 gr/mol

- Titik Leleh : -45 ^oC

- Titik didih : 82 ^oC

- Density : 0,786 gr/ml pada 20 ^oC

- Solubility : Dapat bercampur dengan air dan pelarut organik

- Sifat : Berbahaya,Beracun dan Mudah Terbakar

2. Hidrogen sianida (HCN)

- Berat molekul : 27,03 gr/mol

- Titik Leleh : -13,4^oC

- Titik didih : 26 ^oC

- Ttik nyala : -17,78 ^oC

- Density : 0,687 gr/ml pada 20 ^oC

- Sifat : Mudah terbakar dan beracun

3. Air (H₂O)

- Berat molekul : 18 gr/mol

- Titik didih : 100^oC

- Titik Beku : 0^oC

- Density : 0,998 gr/ml

- Ttik Leleh : 0 ^oC

- Viskositas :0.001 µPa pada 20 ^oC

- Bentuk Kristal : Hexagonal

- Digunakan sebagai pelarut dan Pendingin pada saat kondisi operasi tertentu

III METODE DAN KLASIFIKASI PRODUK

Klasifikasi Proses:

- Reaksi oksidasi propylene – ammonia – udara

- Reaksi Acetylen - - Hydrogensianida

- Reaksi pyrolisis ethylen sianohidrin

- Reaksi acetaldehid – hidrogen sianida

4 Proses Pembuatan Acrylonitrile :

1. Amoksidasi Propylene

Proses Amoksidasi Propylene adalah proses yang Proses yang Proses yang melibatkan reaktan propyle dan amonia dengan udara yang lebih dikenal dengan proses sohio ini merupakan proses yang cukup luas digunakan diberbagai unit pabrik acrylonitrle terpasang. Proses yang melibatkan reaktan propyle dan amonia dengan udara ini, memilki konversi reaksi yang cukup tinggi sekitar 63 % dan reaksi ini terjadi pada suhu berkisar antara 400- 500 C dengan tekanan sekitar 2 atm. Persamaan reaksi dari proses ini
adalah:
CH₂=CH-CH₃ + NH₃ + O₂ CH₂=CH-CN + 3H₂O

Proses ini menggunakan katalis phosphomolybdate. Pada proses ini menggunakan reaktor fluidized bed, produk samping yang dihasilkan dari proses ini antara lain acetonitrile, hidrogen cyanide, karbondioksida, karbonmonoksida, acrylic acid dan air.

2. Dari acetylene dan Hidrogencyanide

Proses ini cukup luas digunakan pada permulaan penemuannya sampai sekitar tahun 1960-an , proses ini proses yang melibatkan reaksi antara acetylene dan hidrogen cyanide. Persaman reaksinya:

C₂H₄ + HCN CH₂=CHCN
Proses ini memberikan jumlah hasil yang cukup baik terlihat dari yield yang dihasilkan namun dalam perkembangannya ternyata teknologi ini mulai di tinggalkan karena selain harga bahan baku yang cukup mahal apabila dibandingkan dengan produk, juga proses pengaktifan katalis relatif harus cepat karena mudah kehilangan aktifitasnya.

3. Dari Ethylene Cyanohydrin

Proses pembuatan Acrylonitrile dengan menggunakan bahan baku ethylenecyanohydrin .Produksi acrylonitrile secara komersial awalnya bahan baku ethylenecyanohydrin ini, tercatat dua perusahaan yang menggunakan proses ini antara lain American cyanamid dan Union carbide, namun seiriing ditemukan teknologi yang lebih canggih dan menguntungkan teknologi ini mulai ditinggalkan. Proses ini berlangsung pada suhu 200 ^oC dengan fase operasi adalah cair. Persamaan reaksinya :

HOCH₂CH₂CN CH₂=CHCN + H₂O

4. Dari acetaldehid – hidrogen sianida

Persamaan reaksinya

C₂H₂ + HCN CHCN + H₂

Proses pembuatan Acrylonitrile pada skala laboratorium dapat dibuat dari beberapa reaktan antara lain dari acetaldehyd dan asam sianida menggunakan phosphorus pentoxide. Kemudian proses yang bernilai komersial didasarkan kepada bahan baku apa yang digunakan dan perbandingannya dengan jumlah yang akan dihasilkan

IV. REAKSI KIMIA

Proses reaksi oksidasi propylen-amonia-udara

Reaksi utama

CH₂ = CHCH₃ + NH3 + 3/2O₂ CH₂ = CHCN + 3H₂O DH : -136.2 Kcal

Acrylonitril

Reaksi samping

C₃H₆ + 2NH₃ + 2O₂ CH₃CN + HCN + 4H₂O

Acetonitrile

O O

C₂H₄ + HCN HO - C - CN + H - C – OH

Carboniclic Asam formiat

CH₃CN + O₂ HO - C - CN + H₂

Cyanohidrin

V. DATA KUANTITATIF

a. Basis 1 ton produk Acrylonitril ( 99%) purity, 80% yield
            - Propylene                  0.996 ton
            - Ammonia                  0.45 ton
            - Air/Udara                  5.2 ton
Produk:
            - Acetonitrile (CH₃CN)           0.09 ton
            - Hydrogen Acid (HCN)        0.08 ton
            - Kapasitas Penggunaan pada instalasi pabrik 50-125 tons/hari

VI. FLOWSHEET ( Terlampir)

VII.URAIAN PROSES

Propylene diumpankan kedalam Fluid Bed Catalitic reactor, namun sebelumnya dilewatkan di Kompresor terlebih dahulu dengan bantuan Steam, Ammonia dan Udara.Dimana kondisi operasi dalam Fluid bed catalitic reactor ini yaitu 1.5 – 3 atm, temperaturnya 400-500 ^oC dan waktu kontaknya adalah beberapa detik. Pada reaktor ini menggunakan katalis yaitu phosphomolybdate.Pada reaktor ini juga menggunakan H₂O sebagai pendingin dari luar dikarenakan kondisi temperatur yang digunakan cukup tinngi yakni 400-500 ^oC.Kemudian produk dari reaktor tersebut dipisahkan dengan menggunakan water scrubber. Propane dan N₂ dikeluarkan pada bagian atas/top dan produk-produk lain seperti Acrylonitrile, acetonitrle, H₂O, dan HCN kemudian diumpankan pada produk Splitter. Pada product splitter ini terjadi pemisahan produk dengan menggunakan proses pemanasan dan akan menghasilkan Acetonitril, H₂O, dan Heavy ends keluar pada bagian battom dan acrylonitril, HCN, Light ends, heavy ends keluar pada bagian top

Pada bagian bawah Acetonitril, H₂O, dan Heavy ends mengalami proses pemisahan pada kolom azeotrop (proses pemisahan campuran yang memiliki titik didih yang saling berdekatan) dengan proses pemanasan. H₂O dikeluarkan pada bagian bawah sedangkan Acetonytrile dan Heavy Ends keluar pada bagian atas.Dimana Acetonytrile dan Heavy Ends didinginkan kemudian dipisahkan kembali di dalam kondensor, H₂O yang ikut terbawa kebagian atas dikembalikan ke kolom azeotrop sedangkan Acetonytrile dan Heavy Ends dimurnikan di Purifying Column dan Acetonitryle keluar pada bagian atas sedangkan heavy Ends keluar pada bagian bawah.

Sedangkan pada bagian atas dari poduct splitter tadi Acrylonitrile, HCN, Light Ends dan Heavy Ends mengalami proses pemisahan di Azeotrop Column dengan menggunakan proses pemanasan. Light Ends dan HCN keluar pada bagian atas.Sedangkan zat-zat yang ikut terbawa pada bagian atas dikembalikan ke Azeotrop Column dan Heavy Ends dan Acrylonitrle keluar pada bagian bawah kemudian dimurnikan dalam purifying column dengan bantuan penambahan Asam Oksalat sehingga Acrylonitrile keluar pada bagian atas dan Heavy ends pada bagian bawah.

VIII.KEGUNAAN ACRYLONITRIL

Kegunaan Acrylonitril

Acrylonitrile merupakan salah satu produk kimia yang cukup luas pemanfaatannya bagi kebutuhan umat manusia, penggunaan acrylonitrile yang paling utama adalah untuk acrylic fibers selain itu pemanfaatan produk ini juga untuk produksi plastik seperti acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) and styrene acrylonitrile (SAN). Pemanfaatan ABS adalah untuk pipa dan pelengkapnya, perlengkapan otomotif dan peralatannya. Sementara SAN banyak digunakan pada peralatan dan perlengkapan rumah semacam gantungan, wadah es, dan peralatan lainnya. Fungsi lain dari acrylonitrile adalah dalam produksi nitrile rubbers dan nitrile barrier resin, dimana nitrile rubbers digunakan pada bidang keteknikkan dan proses industri karena sifatnya yang memiliki daya tahan terhadap bahan kimia, minyak, pelarut, panas dan abrasi, sedangkan nitrile barrier resin banyak digunakan pada industri makanan, kosmetik, minuman serta pengemasan bahan kimia lainnya. Penggunaaan acrylonitrile yang lain adalah untuk bahan adiponitrile yang merupakan bahan antara industri nilon dan acrylamide.

Selain itu kegunaan Acrylonitril d america pada tahun 1971 adalah untuk:

- Pembuatan Acrylic Fibers 55%

- Stene co polimer 17%

- Karet Nitril 4%

- Export 10%

- Dan lain-lain 14%

IX. FUNGSI ALAT

a. Fluid Bed Catalytic Reaktor

Fluid Bed Catalytic Reaktor berfungsi sebagai alat tempat terjadinya reaksi (REAKTOR) dengan menggunakan teknik fluidisasi dan berkatalis yang biasanya terjadi pada tekanan 1,5- 3 atm pada suhu 400-500 ^oC.

b. Water Scrubber

Water Scrubber berfungsi sebagai tempat untuk memisahkan produk yang terdapat pada campuran cairan dengan cara penyerapan dengan bantuan air (H₂O)

c. Product Splitter

Alat yang digunakan untuk memisahkan produk yang akan dihasilkan yaitu acrylonitril dan acetonitril dengan cara destilasi yaitu dengan menggunakan perbedaan titik didih.

d. Azeotrope Column

Kolom atau tempat yang digunakan untuk memisahkan acrylonitril dan acetonitril setelah melewati product Splitter. Dimana Azeotrope Column untuk memecah titik azeotrop adalah dengan penambahan komponen lain untuk menghasilkan azeotrop heterogen yang dapat mendidih pada suhu lebih rendah. Hal ini terjadi karena konsentrasi yang lebih tinggi harus melewati terlebih dahulu titik azeotrop, dimana komposisi kesetimbangan cair-gas ethanol-air saling bersilangan. Beberapa metode yang populer digunakan adalah :

Pressure Swing Distillation,
Extractive Distillation

e. Purifying Column

Kolom tempat pemurnian produk acrylonitrile maupun produk sampingan yaitu acetonitrile

X. KESIMPULAN

· Acrylonitrile adalah senyawa kimia dengan rumus CH₂CHCN. Acrylonitrile merupakan cairan yang beracun,berwarna, berbau tajam, dapat larut dalam air mudah terbakar dan evaporates cepat.

· Acrylonitrile digunakan untuk membuat bahan kimia lain seperti plastik, karet sintetis, dan serat akrilik.

· Klasifikasi Proses:

- Reaksi oksidasi propylene – ammonia – udara

- Reaksi Acetylen - - Hydrogensianida

- Reaksi pyrolisis ethylen sianohidrin

- Reaksi acetaldehid – hidrogen sianida

· Peralatan yang digunakan

1. Fluid Bed Catalytic Reaktor

2. Water Scrubber

3. Product Splitter

4. Azeotrope Column

5. Purifying Column