INDUSTRI ORGANIK (AKRILONITRIL)

@proyekA04, @E14-Devi

Oleh : Devi Yanti Naibaho

PENGERTIAN

Akrilonitril disebut juga vinil sianida atau propen nitril merupakan salah satu bahan kimia dalam industri sebagai bahan tambahan dalam industri resins, termoplastik, bahan tambahan dalam sintesa organik, akrilamida, dan ABS resins. Pada saat ini kebutuhan akrilonitril di Indonesia masih didatangkan dari import luar negeri, oleh sebab itu pendirian pabrik akrilonitril di Indonesia sangatlah penting guna mengurangi import akrilonitril dari luar negeri. Bahan baku pembuatan akrilonitril adalah amoniak, propilena dan udara dengan perbandingan mol reaktan propilen : amoniak : udara = 1 : 1,2 : 9,8 yang direaksikan dalam reaktor fixed bed multitube yang beroperasi secara non adiabatik non isothermal pada suhu 307–308,3⁰C dan tekanan 1,5 atm dengan katalis Bismuth phosphomolybdate. Alat utama pada proses pembuatan akrilonitril adalah reaktor, absorber, separator dan menara distilasi. Produk utama yang dihasilkan adalah akrilonitril sedangkan produk samping yang dihasilkan adalah asam sianida dan asetonitril.

Akrilonitril merupakan bahan kimia berbentuk cairan, tidak berwarna, dapat larut dalam hampir semua pelarut organik dan larut di dalam air. Akrilonitril disebut juga vinil sianida atau propen nitril mempunyai rumus molekul H₂C=CH-C≡N. Akrilonitril mempunyai banyak kegunaan diantaranya sebagai bahan tambahan dalam industri resin, termoplastik, bahan tambahan dalam sintesa organik, adiponitril, akrilamida dan acrylonitril-butadiene-styrene (ABS) resin.

KONSEP REAKSI

Akrilonitril dapat dibuat dengan mereaksikan propilena, amoniak dan udara dengan katalis bismuth phosphomolybdate. Reaksi dapat berjalan optimum pada tekanan 1,5 atm dan suhu 307-308,3oC.

Reaksi dilangsungkan pada reaktor fixed bedmultitube(Dutta and Gualy, 1999) :

Reaksi utama yang terjadi :

C₃6+ NH₃+ 3/2 O₂                     →           C₃H₃N + 3H₂O                                                     .....(1)

Sedangkan reaksi samping yang terjadi :

C₃H₆+ 3/2 NH₃+ 3/2 O₂     →                 3/2CH₃CN + 3H₂O                                             .....(2)

C₃H₆+ 3NH₃+ 3 O₂             →           3 HCN + 6H₂O                                                     .....(3)

C₃H₆+ 3 O₂                           →           3CO + 3H₂O                                                         .....(4)

C₃H₆+ 9/2 O₂                       →           3CO₂+ 3H₂O                                                        .....(5)

C₃H₆+ 3/2 O₂                       →           C₃H₄O₂+ H₂O                                                      .....(6)

Pada proses ini propilena terkonversi menjadi akrilonitril sebanyak 87,1% (Dutta and Gualy, 1999). Reaksi pembentukan akrilonitril adalah reaksi eksothermis, panas yang dihasilkan sangat besar.

DHR = -515650 KJ/Kmol (Coulson and Richardson, 1983). Untuk mempertahankan kondisi reaktor maka panas harus diserap oleh fluida pendingin berupa Dowtherm A (Perry and Green, 1999).

TINJAUAN KINETIKA

Persamaan laju reaksi dan konstanta kecepatan reaksi dituliskan sebagai berikut (Dutta and Gualy,1999) :

r₁= k₁* x C_PR^0,48C_O2^0,48C_NH3^0,19                       dimana:               k₁= 0,171 exp^-20000/RT

r₂= k₂* x C_PR^0,43C_O2^0,52C_NH3^0,47                                                       k₂= 0,112 exp^-20000/RT

r₃= k₃* x C_PR^0,43C_O2^0,52C_NH3^0,47                                                       k₃= 0,163 exp^-25000/RT

r₄= k₄* x C_PRC_O2^0,50                                                                           k₄= 0,0529 exp^-35000/RT

r₅= k₅* x C_PRC_O2^0,50                                                                           k₅= 0,110 exp^-35000/RT

r₆= k₆* x C_PRC_O2^0,50                                                                           k₆= 0,215 exp^-25000/RT

Ditinjau dari kinetika reaksinya, bahwa kecepatan reaksi ammoksidasi akan bertambah besar dengan naiknya temperatur. Hal inidapat ditunjukan oleh persamaan berikut ini :

k₁ = k₀₁*e^-E1*/RT

dimana :

r₁                                                                   = Persamaan reaksi

k₁*                                         = Persamaan kecepatan reaksi

k₀₁*                                        = Pre-exponensial faktor reaksi

E₁*                                         = Energi aktivasi

R                                             = Konstanta gas

T                                              = Temperatu

CPR, O2, CNH3                  = Konsentrasi mol propilena, oksigen dan amoniak

Namun karena merupakan reaksi amoksidasi katalitik, kecepatan reaksinya tidak hanya dipengaruhi oleh tingginya temperatur, tetapi besarnya energi aktivasi juga dapat diturunkan oleh aktivasi katalis.

DESKRIPSI PROSES

Dalam pembuatan akrilonitril dari amoniak, propilena dan udara dilakukan beberapa tahapan sebagai berikut :

a.Tahap Penyiapan Bahan Baku

b.Tahap Pembentukan Produk

c.Tahap Pemisahan Produk

Pembuatan akrilonitril dapat dilakukan melalui berbagai cara, yaitu :

1.       Proses Amoksidasi Propilen

 Amoksidasi merupakan metode paling terkenal di dunia industri dalam produksi/sintesis senyawa akrilonitril. Metode ini dikenal pula dengan nama SOHIO process. Bahan baku yang digunakan berupa propilen dan ammonia yang direaksikan dengan udara pada tekanan 50– 200 kPag dan suhu 400–510 °C dalam suatu fluidized bed reactor dengan katalis bismuth-molybdenum oxide.

Kelebihan dari proses ini adalah konversi yang direaksikan yaitu 63%, sedangkan kelemahan dari proses ini adalah banyaknya reaksi samping yang dihasilkan sehingga dibutuhkan unit pemisahan yang lebih banyak dan kompleks.

2.       Proses pembentukan akrilonitril dari reaksi asetilen dengan asam sianida

Reaksi ini dengan penambahan langsung asam sianida ke dalam reaktor yang telah ditambahkan asetilen dengan katalis CuCl. Suhu reaksi 90-110°C (Luscher et al, 1955), dan tekanan sistem 2-5 atm.

Pada reaksi di atas menghasilkan yield akrilonitril sebayak 75- 80 % terhadap asetilen yang dipakai dan 85-90% umpan hidrogen sianida. (Keller et al, 1951). Konversi yang didapat dalam pembentukan akrilonitril terhadap asam sianida adalah 85,2 % dan konversi pembentukan monovinilasetilen terhadap asam sianida adalah 1,6 % (Fischer, 1946).

Kelebihan dari proses ini adalah yield yang dihasilkan cukup tinggi, sedangkan kelemahan dari proses ini adalah proses pengaktifan katalis harus cepat, karena katalis mudah kehilangan aktifitasnya.

Kesimpulan

                Dari penjabaran kedua proses di atas, proses yang dipilih dalam pembuatan akrilonitril adalah reaksi asetilen dengan asam sianida, karena konversi yang dihasilkan pada proses ini tinggi yaitu sekitar 85,2 % dari umpan asam sianida, dan dari kondisi operasi dan bahan yang digunakan yang lebih safety.

Daftar Pustaka :

Aries, R.S, and Newton, R.D., 1995.  “Chemical engineering Cost Estimation”. Mc. Graw Hill Book Co Inc., New York.

Biro Pusat Statistik. 2012.  Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia. Jakarta.

Coulson, J.H., and Richardson, J.F. 1983.  “Chemical Engineering Design”, vol. 6.  Pergason Press. Oxford.

Dutta S., and Gualy R. 1999. “Hydrocarbon Processing Paper”.  GTC. Technology Corp. Houston. Texas.

Perry, R.H., and Green, D. 1999.  “Perry’s Chemical Engineer’s Hand Book”. 7th ed. Mc Graw Hill Book Company Inc. New York.

H. Tri Danang, Harfan Tri. 2016. Prarancangan Pabrik Akrilonitril dari Asetilen dan Asam Sianida dengan Kapasitas 40.000 Ton/Tahun. Jakarta.