BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Aldehid
Aldehid adalah suatu senyawa yang mengandung gugus karbonil (C=O) yang terikat pada sebuah atau dua buah unsur hidrogen. Aldehid berasal dari “alkohol dehidrogenatum“ (cara campurannya).
Struktur Aldehid : R – CHO
Gambar 2.1 Struktur aldehid Ciri-ciri aldehid :
Merupakan senyawa polar, TD aldehid > senyawa non polar(Ratna dkk,2010) Senyawa-senyawa aldehid dengan ju mlah atom C rendah(1 s/d 5
atom C) sangat mudah larut dalam air. Sedangkan senyawa aldehid dengan jumlah atom C lebih dari 5 sukar larut dalam air.
Aldehid dapat dioksidasi menjadi asam karboksilatnya.
Aldehid dapat direduksi dengan gas H2 membentuk alkohol primernya. (Efrilianti, 2010)
2.2 Butiraldehid
Aldehid yang banyak digunakan dalam dunia industri adalah formaldehid (metanal), asetaldehid (etanal), isobutiraldehid (2-metilpropanal), dan butiraldehid (n-butanal) (Othmer, 1998).
Gambar 2.2 Struktur Butiraldehid
N-butiraldehid sebagai bahan baku pembuatan n-butanol ini merupakan cairan jernih yang tidak berwarna dan mempunyai bau yang khas. Sifat fisika n-butiraldehid antara lain dapat larut dalam air, etil alkohol, etil asetat, aseton, dan toluena, dan merupakan zat yang mudah terbakar (Surijarifre, 2009).
Butiraldehid dihasilkan dari reaksi hidroformilasi antara propena dan gas campuran antara hidrogen-karbon monoksida. Pada reaksi hidroformilasi gugus ganda pada propena bereaksi berikatan dengan gas campuran hidrogen-karbon monoksida membentuk n-butiraldehid dan i-butiraldehid seperti yang ditunjukkan di bawah.
Reaksi Hidroformilasi:
2RCH2 = CH2 + 2CO + 2H2 RCH2CH2CHO + RCH(CH3)CH Propena n-butiraldehid i-butiraldehid Propena dan gas campuran hidrogen-karbon monoksida merupakan reaktan yang digunakan dalam proses hidroformilasi ini. Sedangkan katalis yang digunakan adalah rhodium yang berikatan dengan ligannya PPh3 (tripenilpospin). Katalis ini disuspensikan dengan air agar mempermudah proses. Pada proses ini juga dibantu dengan silika untuk memperbesar konversi reaksi. (Othmer, 1998).
2.3 Kegunaan Butiraldehid
dan untuk selanjutnya hidrogenasi 2-etil heksanal akan menghasilkan 2-etil heksanol yang banyak digunakan sebagai plasticiser.
Produk n-butanol dihasilkan dari proses hidrogenasi n-butiraldehid, sedangkan penambahan polivinil alkohol pada n-butiraldehid menghasilkan polivinil butiral. I-butiraldehid yang merupakan produk antara dalam pembuatan n- butiraldehid pada proses hidroformilasi ini juga memiliki banyak kegunaan. Hidrogenasi dari i-butiraldehid akan menghasilkan isobutanol yang berguna sebagai bahan plasticiser dan pelarut. Sedangkan oksidasi i-butiraldehid menghasilkan asam isobutiral (Anonim, 2003b). Untuk kegunaan lebih lengkapnya dapat dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.4 Turunan Senyawa n-Butiraldehid dan i-Butiraldehid (Agar, 2003)
Produk butiraldehid adalah n-butiraldehid dan iso-butiraldehid yang banyak sekali manfaatnya baik sebagai produk jadi maupun sebagai produk intermedietnya.
1. Kegunaan n-butiraldehid
- Sebagai plasticiser digunakan untuk menambah flexibilitas dan memudahkan dalam proses pengolahan plastik.
- Bahan baku polivinil butiral
- Kondensasi butiraldehid dengan phenol fan HCl atau NaOH serta formaldehid membentuk resin yang digunakan sebagai molding powder. - Bahan baku but ilamina yang digunakan sebagai zat warna, bahan
insekt isida dan zatfloatasi
- Bahan baku 2-et il-1-heksano l yang merupakan solvent defoaming, dispersing, dan wetting agent.
- Surface coating agent, digunakan untuk pelarut tinta printing 2. Kegunaan iso-butiraldehid
- Bahan baku asam panthothenic untuk bahan baku suplemen makanan - Bahan baku valen untuk bahan baku suplement makanan
2.4 Sifat Reaktan, Produk, dan Bahan Baku
10. Merupakan senyawa yang tidak berwarna yang memiliki bau tajam (Othmer, 1998)
B. Sifat – Sifat Kimia
1. Propena diproduksi melalui proses steam cracking hidrokarbon pada pemurnian minyak bumi yang juga menghasilan etilen, metana dan hidrogen.
Reaksi : 2CH3CH2CH3 CH3CH = CH2 + CH2 = CH2 = CH4 + H2
2. Reaksi propena dengan salah satu asam karboksilat menghasilan propena oksida yang banyak digunakan dalam industri plastik poliuretan dan foam.
4. Cumene dibuat dari reaksi antara propenat dan benzena. Cumene merupakan produk inetmediet dalam industri fenol dan aseton.
Reaksi :
(Speight, 1995)
2.4.2 Karbon Monoksida (CO) A.Sifat – Sifat Fisika
1. Berat molekul : 28,01 gr/mol 2. Titik didih : 68,09K 3. Titik lebur : 81,65 K 4. Densitas pada 273 K : 1,2501 kg/ cm3 5. Temperatur kritis : 132,9 K 6. Tidak berwarna
7. Tidak berbau 8. Tidak berasa 9. Bersifat racun
(Othmer, 1998) B. Sifat – Sifat Kimia
1. Reaksi eksotermik antara uap air dan karbon akan menghasilkan gas sintetis yang digunakan sebagai bahan baku dalam proses hidroformilasi.
Reaksi : H2O + C → H2 + CO
2. Karbon monoksida merupakan hasil samping dari reduksi biji logam oksida dengan karbon.
Reaksi : MO + C → M + CO
Reaksi : CO + HC = CH + C2H5OH → CH2 = CHCOOC2H5
8. Merupakan gas diatomik yang sangat mudah terbakar. 9. Unsur teringan
10. Senyawa hidrogen relatif langka dan jarang dijumpai secara alami di bumi.
(Othmer, 1998) B. Sifat – Sifat Kimia
1. Hidrogen biasanya dihasilkan secara industri dari berbagai senyawa hidrokarbon seperti metana.
Reaksi : CH4 + H2O → CO + 3H2
2. Elektrolisis air menghasilkan hidrogen atau disebut juga dengan dekomposisi air.
Reaksi : 2H2O → 2H2 + O2
3. Keseluruhan dari reaksi steam hidrokarbon ini dalam industri akan menghasilkan efisiensi dalam operasi dan memberikan panas pada boiler.
4. Reaksi antara hidrogen dan karbon monoksida merupakan reaksi yang sangat penting dalam produksi metanol.
Reaksi : CO + 2H2→ CH3OH
5. Campuran gas digunakan untuk memproduksi substitusi gas alam (SNG), metana dan hidrokarbon tinggi.
Reaksi : CO + 3H2→ CH4 + H2O
9 Merupakan logam transisi yang berwarna putih keperakan dan sering digunakan sebagai katalis.
(Anonim, 2012e) B. Sifat – sifat Kimia :
1. Rhodium sebagian tahan terhadap serangan atmosfer. Pada pemanasan dengan oksigen pada suhu 600 °C, rhodium logam memberikan rodium (III) oksida, Rh2O3.
Reaksi: 4Rh(s) + 3O2(g) → 2Rh2O3(s)
2. Rodium sebagai Metal bereaksi langsung dengan gas fluor untuk membentuk rodium sangat korosif (VI) fluoride (RhF6).
Reaksi: Rh(s) + 3F2(g) → RhF6(s)
Reaksi: 2Rh(s) + 3F2(g) → 2RhF3(s) [merah] 2Rh(s) + 3Cl2(g) → 2RhCl3(s) [merah] 2Rh(s) + 3Br2(g) → 2RhBr3(s) [merah – abu] (Winter, 2012)
2.4.5 Trifenilfosfin (C18H15P)
A.Sifat – Sifat Fisik :
1. Berat molekul : 262,29 gr/mol
2. Titik didih : 337 °C
3. Titik lebur : 79 °C - 81°C 4. Spesifik graviti : 1,08
5. Tidak larut dalam air
6. Merupakan pengoksidasi kuat yang sering digunakan sebagai ligan katalis dalam dunia industri
7. Berbentu serbuk putih. B. Sifat – sifat Kimia :
1. Trifenilfosfin mengalami oksidasi lambat dengan udara untuk menjadi oksida trifenilfosfin, Ph3PO:
Reaksi : 2 PPh3 + O2→ 2 OPPh3
2. oksigenasi pada PPh3 dimanfaatkan untuk mengisap oksigen dari peroksida organik, yang umumnya terjadi dengan retensi konfigurasi:
Reaksi : PPh3 + RO2H → OPPh3 + ROH (R = alkyl)
3. PPh3 teroksidasi lagi menjadi OPPh3 dalam aplikasi ini, yang mengubah alkohol untuk alkil halida menggunakan CX4 (X = Cl, Br):
2.4.6 Silika ( SiO2) 5. Bentuk Transparent cristals
B. Sifat – sifat Kimia :
1. Metode alternatif yang digunakan untuk deposit lapisan SiO2 meliputi :
- Suhu rendah oksidasi (400-450 °C) dari silan SiH4 + 2 O2→ SiO2 + 2 H2O
- Dekomposisi Tetraethyl ortosilikat (TEOS) pada 680-730 °C Si(OC2H5)4→ SiO2 + 2 H2O + 4 C2H4
- Plasma ditingkatkan deposisi uap kimia menggunakan TEOS pada sekitar 400 °C
Si(OC2H5)4 + 12 O2→ SiO2 + 10 H2O + 8 CO2
2. Silika pyrogenic (kadang disebut silika diasapi atau silika fume), yang merupakan bentuk partikulat yang sangat halus silikon dioksida, disusun dengan membakar SiCl4 dalam api hidrokarbon yang kaya oksigen untuk menghasilkan sebuah "asap" SiO2:
6. Spesifik gravity (baku) : 0,195 7. Kalor jenisnnya : 1 kal/gr°C
8. Viskositas : 0,8909 mPa.s (25°C) 9. Membiaskan cahaya datang.
10. pH antara 6,8-7,2.
11. Merupakan larutan elektrolit.
12. Larutan bersifat polar karena memiliki sepasang elektron. 13. Bentuk molekulnya tetrahedral (menyudut).
14. Merupakan senyawa kovalen. (Perry, 1999)
B. Sifat – sifat Kimia :
1. Cairan polar yang sedikit terdisosiasi secara tidak proporsional ke dalam ion hidronium.
Reaksi : 2 H2O (l) H3O+ (aq) + OH− (aq)
2. Dalam reaksi dengan amonia, NH3 menyumbangkan air ion H +, dan dengan demikian bertindak sebagai asam:
Reaksi : NH3 (base) + H2O (acid) b NH+4 + OH−
3. Karena atom oksigen dalam air memiliki dua pasangan mandiri, air sering bertindak sebagai basa Lewis atau donor pasangan elektron dalam reaksi dengan asam Lewis.
Reaksi :
3. Titik didih 74,8 °C 64,1 °C 4. Titik lebur -96,4 °C -60,0 °C 5. Temperatur kritis 263,95 °C 233,85 °C 6. Tekanan kritis 4000 kPa 4100 kPa 7. Densitas cairan 801,6 kg/m3 798,1 kg/m3 8. Viskositas 0,343 cP 0,504 cP (Othmer, 1998)
B. Sifat – Sifat Kimia
1. Dihasilkan melalui reaksi antara propena dan gas campuran.
Reaksi:CH3CH=CH2 + CO + H2 →C H3CH2CH2CHO + (CH3)2CHCHO 2. Hidrogenasi n-butiraldehid menghasilkan n-butanol.
Reaksi : C3H7CHO + H2→ C4H9OH
3. Proses aldolisasi dari n-butiraldehid menghasilkan 2-etil heksanal dan untuk selanjutnya hidrogenasi 2-etil heksanal akan menghasilkan 2-etil heksanol yang banyak digunakan sebagai plasticiser.
4. Penambahan polivinil alkohol pada n-butiraldehid menghasilkan polivinil butiral.
5. Hidrogenasi dari i-butiraldehid akan menghasilkan isobutanol yang berguna sebagai bahan plasticiser dan pelarut.
6. Oksidasi i-butiraldehid menghasilkan asam isobutiral. (Othmer, 1998)
2.5 Pembuatan Aldehid
Cara pembuatan aldehid adalah dengan cara reaksi hidroformilasi.
dengan konversi olefin sebesar 85 – 90 %. Reaksi hidroformilasi ini merupakan proses yang paling banyak digunakan dalam produksi bahan kimia dengan logam transisi kompleks, yaitu sekitar 3,5 x 109 kg/tahun. Reaksi ini dapat mengkonversi olefin menjadi rantai lurus dan cabang dengan perbandingan 3 : 1 (freepatens, 2008).
Hasil dari reaksi ini selanjutnya dapat dihidrolisa menjadi oxo alcohol yang dapat digunakan sebagai pelarut dan pembuatan plasticizer. Khusus alkohol rantai lurus C12 – C15 dapat disulfonasi dalam skala besar menjadi detergen.
Pembuatan butiraldehid dari propena di dunia sangat banyak dilakukan melalui proses oxo. Produksi dan konsumsi dunia akan oxo reaction pada tahun 2005 mencapai 2,9 juta meter ton.
Gambar 2.5 Konsumsi Dunia Terhadap Oxo Chemichal
(Anonim, 2012 b) 2.6 Pemilihan Proses
Berikut beberapa pertimbangan yang dilakukan dalam pemilihan proses, bahan dan reaktor dalam pembuatan butiraldehid :
Perbandingan kereaktifan logam-logam katalis adalah sebagai berikut: Rh >> Co >> Ir > Ru > Os> Pt > Pd > Fe > Ni
Adapun perbedaan dari penggunaan katalis coblat dan rodium ditunjukan pada tabel berikut :
Tabel 2.2 Perbedaan dari Penggunaan Katalis Coblat dan Rodium
Katalis Cobalt Rhodium
Jenis Ligan Tanpa Temperatur (°C) 150-180 160-200 100-140 60-120
Tekanan (bar) 200-300 50-150 200-300 10-50
Katalis untuk
olefin 0,1-1 0.6 0,0001-0,001 0,001-0,1
Produk Aldehid Alkohol Aldehid Aldehid
Produk samping Tinggi Tinggi Rendah Rendah
n/b rasio 80/20 88/12 50/50 92/8
Selektivitas
racun tidak tidak tidak ya
(Zafar, dkk. 2009)
2. Reaktor yang digunakan yaitu Fixed Bed. Reaktor ini berbentuk kolom yang dilengkapi dengan katalis berbentuk padatan(SiO2) dan katalis padat yang disuspensikan (Rhodium). Gas Propena dan gas campuran dialirkan dari bawah reaktor setelah katalis dimasukkan terlebih dahulu ke dalam reaktor. Ketika proses reaksi terjadi terjadi gelembung-gelembung akibat masuknya gas dari bawah. Produk yang dihasilkan(n-butiraldehid dan i-butiraldehid) akan berbentuk gas dan mengalir keluar dari atas reaktor.
3. Pemurnian produk menggunakan destilasi karena adanya perbedaan titik didih antara n-butiraldehid dan i-butiraldehid. Dimana titik didih n-C4H8O yaitu 74,8 oC dan i-C4H8O yaitu 64,1 oC.
2.7 Deskripsi Proses
Proses pembuatan butiraldehid dari propena dan gas campuran dengan ini meliputi :
2.7.1 Persiapan Bahan Baku
Pada tangki gas campuran (TT-102) yang terdiri dari gas CO dan H2 dengan perbandingan 49 : 51 dengan suhu awal 30°C dan tekanan awal 13 atm sebelum dimasukkan ke dalam reaktor. Campuran gas ini terlebih dulu dinaikkan suhunya mencapai 120 oC dengan menggunakan Heater I
(E-101) dan tekanannya diturunkan dengan dimasukan ke dalam Expander I (JC-102) sehingga gas yang dihasilkan memiliki tekanan 2 atm.
Reaktan yang berada dalam tangki penyimpanan (TT-101) terdiri dari propana dan propena dimana propana 3,5 % dan propena 96,5% yang berwujud cair dengan suhu awal -49,85 °C dan tekanan 6 atm dipompakan ke vaporizer (FE-101) untuk diuapkan dan menaikkan suhu reaktan menjadi suhu 120 oC dan tekanannya diturunkan hingga 2 atm dengan
expander II (JC-101) sebelum dipompakan ke reaktor R-101 .
Setelah semua persiapan bahan baku selesai di proses, reaktan dan gas campuran dimasukkan ke dalam reaktor R-101 maka tahap reaksi akan dimulai.
2.7.2 Tahap Reaksi
Propena dan gas campuran (CO dan H2) yang digunakan sebagai reaktan memiliki perbandingan 1 : 1 : 1.
Reaksi :
Reaksi:
Gambar 2.6 Reaksi Pembentukan Butiraldehid
Katalis yang digunakan adalah katalis Rhodium yang berikatan dengan ligannya yaitu PPh3 (Triphenilphospin) dan dimodifikasi dengan SiO2 (Silika) yang telah di-packing ke dalam reaktor packed bed (R-101). Dengan menggunakan katalis ini dan kondisi operasi bertemperatur 120 oC dan tekanan 2 atm, dapat diperoleh konversi reaktan sebesar 100%.
Campuran gas yang keluar dari reaktor selanjutnya didinginkan pada
cooler E-201 untuk menurunkan keluaran produk menjadi 60 oC, hal ini dilakukan untuk mencairkan produk (n- dan i-butiraldehid) sehingga produk (n- dan i-butiraldehid) dan reaktan yang berupa gas (hidrogen) dapat terpisahkan berdasarkan fasanya. Setelah didinginkan produk dialirkan ke compressor (JC-201) untuk menaikkan tekanan produk dan reaktan sisa yang berupa gas (hidrogen) menjadi 6 atm sehingga produk (n- dan i-butiraldehid) dapat mengembun sempurna untuk selanjutnya dipisahkan dengan Vertical Knockout Drum (KO-201) yang dilengkapin
wire mesh deentrainer untuk mencegah cairan ikut terikut bersama gas reaktan sisa sehingga produk dan reaktan dapat terpisah sempurna. Gas hidrogen yang terpisah akan dialirkan ke tangki hidrogen sisa TT-202.
i-butiraldehid dipanaskan pada heater E-301 untuk mencapai suhu operasi 73,947 oC pada kolom destilasi.
2.7.3 Tahap Pemurnian Produk
