BAB II
DESKRIPSI PROSES
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 2.1.1 Spesifikasi Bahan baku
1. Natrium Hidroksida (NaOH) Wujud : Padat Warna : Putih
Bau : Tidak berbau Kemurnian : 98% (minimal) Impuritas
Na2CO3 : 0,4% (maksimal)
NaCl : 300 ppm (maksimal) Na2SO4 : 400 ppm (maksimal)
Fe : 10 ppm (maksimal)
(www.asc.co.id) 2. Phenol (C6H5OH)
Wujud : Padat Warna : Putih Bau : Aromatik Kemurnian : 98%
Impuritas : C7H8O 2% (maksimal)
(www.metropolitanphenolpratama.co.id) 3. Karbon Dioksida (CO2)
Wujud : Gas
Warna : Tidak Berwarna Bau : Tidak Berbau Kemurnian : 99,8% (maksimal)
(www.krakatausteel.com)
4. Asam Sulfat (H2SO4) Wujud : Cairan
Warna : tidak berwarna sampai sedikit kuning Bau : Tidak berbau
Kemurnia : 98% (minimal) Impuritas
Fe : 100 ppm (maksimal) Mn : 1 ppm (maksimal) Pb : 10 ppm (maksimal)
2.1.2 Spesifikasi Produk 1. Asam Salisilat
Wujud : Padat berbentuk kristal Warna : Tidak berwarna
Bau : Berbau harum diawal kemudian menyengat Kemurnian : 99% (minimal)
Impuritas
Phenol : 0,2% (maksimal) Debu : 0,3% (maksimal)
(www.gaophemchem.com)
2.2 Konsep Proses
Proses pembuatan asam salisilat dari phenol dan natrium hidroksida menggunakan proses kolbe schmitt.
2.2.1 Dasar Reaksi
Pembuatan asam salisilat dari phenol dan natrium hidroksida terdiri dari tiga reaksi dan terjadi pada tiga jenis reaktor yang berbeda, dengan kondisi tekanan dan suhu yang berbeda pula. Reaksi pertama adalah proses pembuatan sodium phenolat pada suhu 90OC dan tekanan 1 atm.
90OC 1atm
C6H5OH + NaOH C6H5ONa + H2O
Reaksi tersebut dilanjutkan dengan proses karboksilasi yaitu mereaksikan sodium phonlat dengan gas karbon dioksida pada suhu 180OC dan tekanan 7 atm.
180OC 7atm
C6H5ONa + CO2 C7H5O3Na
Reaksi yang terakhir adalah mereaksikan sodium salisilat dengan asam organik yaitu asam sulfat membentuk asam salisilat pada kondisi 60OC dan
tekanan 1 atm.
60OC 1atm
C7H5O3Na + H2SO4 C7H6O3Na
Pembentukan asam salisilat dengan proses kolbe schmitt konversi reaksi yang terjadi sebesar 85-90%.
2.2.2 Sifat Reaksi
2.2.2.1 Tinajauan Termodinamika
dibuktikan dengan perhitungan menggunakan panas pembentukan standar (∆H) yang bernilai negatif.
Diketahui data kapasitas panas atau Cp sebagai berikut: 1. Kapasitas Panas Padatan
Cp = A + BT + CT2
C6H5OH 9,769 4,0832,E-01 -1,9001,E-05 1,2976,E+02
NaOH 51,234 1,3088,E-02 2,3369,E-05 5,7209,E+01 C7H6O3 36,78 3,1990,E-01 3,7930,E-04 1,6579,E+02
(Perry’s Chemical Engineering Book 8th Edition)
2. Kapasitas Panas Cairan Cp = A + BT + CT2 + DT3
02 -2,1103,E-04 5,3469,E-07 7,5557,E+01
H2SO4 26,004 7,0337,E-01
-1,3856,E-(Perry’s Chemical Engineering Book 8th Edition)
3. Kapasitas Panas Gas Cp = A + BT + CT2 + DT3
Dimana : Cp = kapasitas panas, J/mol oK
T = suhu (oK)
A, B, C, D, E = konstanta
Komponen A B C D E Cp
CO2 27,437 4,2315,E-02 -1,9555,E-05 3,9968,E-09 -2,9872,E-13 3,8414,E+01
(Perry’s Chemical Engineering Book 8th Edition) 4. Nilai Entalphi Pembentukan Standar T 298oK (ΔHof)
Komponen ΔHf
NaOH -426,6006
(Reaklaitis, 1983.,Perry’s 8th edition.,nist.com)
5. Perhitungan Panas Pembentukan Standar (ΔH) Reaksi I
ΔHoR =
∫
= -8434,4647 + -3718,6165= -12153,0812 j/mol = 9278,7500 + 4911,1735
= 14189,9235 j/mol = 14,1899 kj/mol
ΔHO298 = ΔHof Produk – ΔHOf Reaktan
= -615,0400 – (-522,9582) = -92,0818 kj/mol
Sehingga nilai
ΔH = ΔHOR + ΔHOP + ΔHO298
= -90,0450 kj/mol
ΔH yang diperoleh adalah negatif, sehingga dapat disimpulkan bahwa reaksi yang terjadi adalah reaksi eksotermis ( reaksi yang berlangsung dengan melepaskan panas ).
ΔHoR =
∫
382 298Cp C6H5ONa dT+
∫
382 298Cp CO2dT
= [129,761 x (298 – 382)] + [38,4185 x (298 – 382)] = -11991,0000 + -3226,7526
= -15217,7526 j/mol = -15,2178 kj/mol ΔHOP = [180,48 x (453 – 298)]
= 27974,4000 j/mol = 27,9744 kj/mol
ΔHo298 = ΔHOf Produk – ΔHOf Reaktan
= -812,8000 – (-722,7136) = -90,0864 kj/mol
Sehingga nilai
ΔH = ΔHOR + ΔHOP + ΔHo298
= -77,3298 kj/mol
ΔH yang diperoleh adalah negatif, sehingga dapat disimpulkan bahwa reaksi yang terjadi adalah reaksi eksotermis ( reaksi yang berlangsung dengan melepaskan panas ).
7. Perhitungan Panas Pembentukan Standar (ΔH) Reaksi III ΔHoR = [2 x 360,16 x (298 - 333)] + [139,9301 x (298 - 333)]
= -12633,6000 + -4897,5530 = -17531,1530 j/mol
= -17,5312 kj/mol
ΔHOP = [2 x 165,7936 (333 – 298)] + [230,7099 x (333 – 298)]
= 11605,5490 + 8074,8441 = 19680,3931 j/mol
= 19,6804 kj/mol
ΔHo298 = ΔHof Produk – ΔHof Reaktan
= -1968,1120 – (-1623,1990_ = -344,9130 kj/mol
ΔH = ΔHOR + ΔHOP + ΔHO298
= -342,7638 kj/mol
ΔH yang diperoleh adalah negatif, sehingga dapat disimpulkan bahwa reaksi yang terjadi adalah reaksi eksotermis ( reaksi yang berlangsung dengan melepaskan panas ).
2.2.2.2 Tinjauan Kinetika
Dengan data energi bebas Bibbs standar atau ΔGf0 pada temperatur 2980K
adalah sebagai berikut: CO2 = -394,4000
NaOH = -379,4940 H2O = -228,6418
C6H5OH = -32,8900
H2SO4 = -690,0030
Na2SO4 = -1270,2000
(Carl L. Yaws, Chemical Properties Handbook, 1999)
C7H6O3 = -1264,2027
C7H5O3Na = -846,0986
C6H5ONa = -1472,8035
(nist.com) Reaksi pembentukan asam salisilat ini dapat bersifat searah (irreversibel) atau dapat balik (reversibel) dapat ditentukan secara themodinamika, yaitu berdasarkan pesamaan:
Van’t Hoff: d(∆ G0/RT)
dT =
−∆ H0 R T2
∆Go = - RT ln K
(J.M. Smith and H.C. Van Ness, 1975) dimana : ∆Go
298 = Perubahan entalphy karena reaksi (KJ/mol)
R = Konstanta gas ideal (8,314 x 10-3 KJ/mol K)
T = Temperatur, K
1. Penentuan Harga K (Konstanta Kesetimbangan) Reaksi 1 ΔGo
298 = ΔGoP – ΔGoR
= [(ΔG C6H5ONa + Δg H2O)] - [(ΔG C6H5OH + ΔG NaOH)]
= [(-517,2300) + (-228,6418)] - [(-32,8900) + (-379,4940)] = (-1074,740382) – (-412,384)
= -662,3564 kj/mol
ΔGo
298 = -RT ln K298
-662,3564= -8,3140E-03 x 298 x ln K298
-662,3564= -2,4776 x ln K298
ln K298 = exp(267,3409)
K298 = 1,2726E+116
Maka harga K (konstanta kesetimbangan) pada suhu 363OK (T
2) adalah:
= (-11075,5162) x (-6,0088,E-04)
K363 = exp 6,6551 x K298
K363 = 7,7673E+02 x 1,2726E+116
K363 = 9,9884E+118
Harga K pada suhu (363OK) adalah 9,9884E+118 sehingga untuk reaksi I
pembuatan sodium phenolat bersifat searah (irreversibel).
2. Penentuan Harga K (Konstanta Kesetimbangan) Reaksi II ΔGo
298 = ΔGoP – ΔGoR
= [(ΔG C7H5O3Na)] - [(ΔG C6H5ONa) + (ΔG CO2)]
= -232,3050
ΔGo
298 = -RT ln K298
-232,3050= (-8,3140E-03) x 298 x ln K298
-232,3050= -2,4776 x ln K298
ln K298 = exp(9,3763E+01)
K298 = 5,258E+40
Maka harga K (konstanta kesetimbangan) pada suhu 453OK (T
2) adalah:
= 9301,1528 x -0,0011
K453 = exp -10,6796 x K298
K453 = 2,30101E-05 x 5,258E+40
K453 = 1,2099E+36
Harga K pada suhu (453OK) adalah 1,2099E+36 sehingga untuk reaksi I
pembuatan sodium phenolat bersifat searah (irreversibel).
3. Penentuan Hraga K (Konstanta Kesetmibangan) Reaksi III ΔGo
298 = ΔGoP – ΔGoR
= [(2 x ΔG C7H6O3) + (ΔG Na2SO4)] – [(2 x ΔG C7H5O3Na) + (ΔG
H2SO4)]
= (-3798,6054) – (-3635,6101) = -162,9953
ΔGo
298 = RT lnK298
-162,9953= (-8,3140E-03) x 298 x ln K298
-162,9953= -2,4776 x ln K298
K298 = 3,7283E+28
Maka harga K (konstanta kesetimbangan) pada suhu 333OK (T
2) adalah:
= (-41227,3033) x (-0,0004)
K333 = exp(14,5409) x K298
K333 = (2,0656E+06) x (3,7283E+28)
K333 = 7,7012E+34
Harga K pada suhu (333OK) adalah = 7,7012E+34 sehingga untuk reaksi III
pembuatan asam salisilat bersifat searah (irreversibel). 2.3 Diagram Alir Proses
2.3.1 Deskripsi Proses
Pra rancangan pabrik pembuatan asam salisilat menggunakan proses Kolbe Schmitt. Proses ini lebih dipilih karena reaksi karboksilasi dapat dilakukan pada temperatur sekitar 180oC, yaitu antara CO
2 dengan natrium phenolate
yang terlebih dahulu dibuat dengan mereaksikan natrium hidroksida dengan senyawa phenol. Kemajuan sintesis yang telah dikembangkan ini meningkatkan jumlah asam salisilat yang dihasilkan. Selain itu diperoleh konversi Phenol yang lebih tinggi serta proses pemurnian asam salisilat yang tidak begitu rumit. Selain penghematan energi karena temperatur yang digunakan lebih rendah, juga bahan baku yang digunakan seperti phenol cukup murah dan mudah didapat.
2.3.1.1 Proses Persiapan Sodium Phenolate
natrium phenolate dengan kadar air yang rendah. Natrium phenolate kemudian diumpankan ke dalam Reaktor II (R-02) untuk proses karboksilasi.
2.3.1.2 Proses Karboksilasi
Karbon dioksida berlebih pada tekanan 7 atm diumpankan ke dalam Reaktor II (R-201) untuk direaksikan dengan sodium phenolate. Karbon dioksida berlebih sangat diperlukan untuk memperoleh konversi yang tinggi dari asam
salisilat. Temperatur dijaga tetap pada suhu 1800C untuk menjaga agar reaksi karboksilasi dapat berlangsung sempurna. Produk yang keluar dari reaktor II (R-201) berupa campuran sodium salisilat.
2.3.1.2 Proses Pemurnian
Setelah proses karboksilasi berlangsung, maka natrium salisilat yang dihasilkan diumpankan kedalam Reaktor III (R-03). Penambahan asam kuat pada air yang berisi natrium salisilatdilakukan dengan penambahan asam sulfat dengan konsentrasi 60% pada suhu 60oC. Hasil didapat diumpankan kedalam Dekanter
2.4 Diagram Alir Neraca Massa 2.5