1 BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Toluenediamine (TDA) adalah senyawa organik dengan rumus molekul C6H3(NH2)2(CH3) dan memiliki banyak isomer, yaitu 2,4-Diaminotoluene,
2,5-Diaminotoluene, dan 2,6-Diaminotoluene. Dari isomer TDA tersebut, yang paling banyak digunakan adalah 2,4-Diaminotoluene dengan sedikit campuran 2,6-Diaminotoluene. Senyawa 2,4-Diaminotoluene digunakan secara luas sebagai bahan baku pembuatan Toluene Diisocyanate (TDI), bahan perantara pada pembuatan cat dan senyawa heterosiklis, serta bahan peningkatan stabilitas thermal dalam senyawa poliamida (Hecht, 1978).
Pada industri pembuatan senyawa isosianat, TDI merupakan salah satu produk yang sangat penting karena diguanakannya sebagai bahan baku pembuatan polyurethane. Polyurethane diproduksi dalam bentuk busa flexible ataupun elastomers secara luas yang digunakan pada furniture rumah tangga, automotif, bahkan pesawat terbang. Selain itu, digunakan sebagai bahan pelapis finishing automotif, pengerjaan kayu, dan pelapis untuk menghindari korosi pada logam. Produksi dan permintaan polyurethane diperkirakan terus meningkat dari tahun ke tahun (American Chemical Society, 1987).
Kebutuhan polyurethane di Indoensia diperkirakan meningkat sebesar 15,39% setiap tahunnya (BPS, 2014). Selain itu, menurut Rencana Pembangunan Jangka Menengah (RPJM) Indonesia tahun 2004-2009 Industri TDA merupakan salah satu industri aromatik yang masih sangat bisa dikembangkan dan memiliki potensi yang cukup besar di Indonesia. Oleh karena itu, diputuskan untuk mendirikan pabrik TDA di Indonesia dengan kapasitas 65.000 ton/tahun dengan tujuan dapat dapat menumbuhkan perindustrian di Indonesia serta mengurangi jumlah impor polyurethane dengan memproduksi produk tersebut secara mandiri.
2 B. Tinjauan Pustaka
1. Toluenediamine (TDA)
Toluenediamine (TDA) merupakan senyawa aromatik dengan rumus molekul C6H3(NH2)2(CH3) dan berperan secara luas sebagai senyawa
intermediate dari Dinitrotoluene (DNT) di dalam produksi polyurethane. TDA dapat diproduksi dari reaksi hidrogenasi senyawa DNT dengan menggunakan katalis Nickel. TDA memiliki banyak isomer yaitu ortho-TDA (2,5-TDA dan 3,4-TDA) serta meta-TDA (2,4-TDA dam 2,6-TDA) yang banyak digunakan dibandingkan ortho-TDA karena memiliki yield yang lebih tinggi dalam produksi Toluene Diisocyanate (TDI). Struktur molekul 2,4-TDA ditunjukan dalam gambar di bawah ini (R Masel, 2013):
Gambar I.1. Struktur Molekul 2,4-Toluenediamine
Secara fisik, TDA berwarna kuning terang dan cenderung meredup apabila terekspos dengan udara. Aroma yang dimiliki TDA hampir menyerupai aroma senyawa ammonia. Berikut sifat karakteristik kimia dan fisika dari senyawa toluen diamin:
2. Dinitrotoluene (DNT)
Dinitrotoluene (DNT) merupakan senyawa organik dengan rumus molekul CH3C6H3(NO2)2. DNT diperoleh dari reaksi nitrasi senyawa
3 pembuatan TNT dan sebagai bahan baku produksi TDI yaitu sebagai bahan baku pembuatan flexible polyurethan foams.
Tabel I.1. Karakteristik Kimia dan Fisis Toluenediamine No. Karakteristik Keterangan
1. Rumus Molekul C7H10N2 2. Sinonim 3-Amino-p-toluidine; 1, 3-diamino-4-methyl-benzene; 4-methyl-phenylenediamine; 2,4-diamino-toluene
3. Berat Molekul 122,2 g/mol
4. Flash Point 149 oC
5. Fase Padat
6. Spesific Gravity dari Liquid
1,045 pada 100oC
7. Titik leleh 99 oC
8. Titik didih 292 oC
9. Tekanan uap 1.0 mmHg pada 107 oC 10. Larut dalam:
Air Larut
Alkohol Larut
Etil Eter Larut
Benzen Larut
(International Agency for Research on Cancer, 1978)
DNT di hidrogenasi untuk membentuk 2,4-toluenediamine, yang di phosgenasi untuk menjadi TDI. Kegunaan DNT lainnya adalah pada industri bahan peledak yang biasanya di produksi atau dikonversi menjadi TNT. DNT bersifat karsinogenik dan toksik, cenderung dihindari untuk digunakan dan
4 pengaplikasian senyawa ini biasanya digunakan bersamaan dengan dibutylpthalate.
DNT berwarna putih berbentuk kristal padat pada suhu ruangan dan berada pada dua atau lebih isomer, yaitu: 2,3-DNT, 2,4-DNT, 2,5-DNT, 2,6-DNT, 3,4-2,6-DNT, dam 3,5-DNT. Apabila dipanaskan, DNT berubah menjadi cairan seperti minyak dan berubah warna menjadi kuning apabila terkena sinar matahari. Berikut adalah struktur molekul dari 2,4-Dinitrotoluene (Hartley et al., 1994):
Gambar I.2. Struktur Molekul Dinitrotoluene
Isomer dari DNT yaitu 2,4-DNT dan 2,6-DNT bersifat mudah terbakar dan merupakan senyawa nitroaromatic yang larut dalam air. Sifat kimia dari DNT tidak lebih banyak diketahui dibandingkan MNT dan trinitrotoluene (TNT) karena DNT merupakan senyawa intermediate dari MNT dalam produksi TNT. Berikut adalah sifat kimia dan fisika dari 2,4-DNT (G. Carlton S, 1918):
3. Hidrogen
Gas hidrogen (H2) digunakan dalam jumlah yang besar dalam banyak industri, seperti industri petrokimia dan kimia. Penggunaan gas hidrogen yang terbesar adalah untuk memproses bahan bakar fosil dan juga sebagai bahan baku pembuatan ammonia. Hidrogen banyak digunakan sebagai bahan proses hidrogenasi, terutama dalam peningkatan kejenuhan dalam lemak tak jenuh dan minyak nabati. Proses hidrogenasi juga digunakan dalam pembentukkan senyawa toluen diamin dari dinitro toluen.
5 Tabel I.2. Karakteristik Kimia dan Fisis Dinitrotoluene
No. Karakteristik Keterangan
1. Rumus Molekul C7H6N2O4
2. Sinonim
1-methyl-2,4-dinitrobenzene, 2,4-dinitrotoluol
2,4-DNT
2. Berat Molekul 182,14 g/mol
3. Fase Padat 4. Warna Kuning 5. Rapat Massa 1.3208 g/cm3 6. Titik leleh 71oC 7. Titik Didih 300 oC 8. Larut di dalam: Air (22oC) 300 mg/L
Solven lainnya Aseton, Alkohol, Benzene, Ethanol, Dietil Eter, Pyridine, CS2.
(ASTDR, 1998; HSDB, 2004; Hartley et al., 1994)
TDA diproses dari reaksi hidrogenasi (dengan menggunakan hidrogen) dari senyawa DNT dengan menggunakan katalis nickel. DNT dengan 4 isomernya berserta sedikit MNT direaksikan dengan hidrogen untuk membentuk isomer-isomer TDA dan ortho-toluidine (oTOL) dengan reaksi sebagai berikut:
2,4-C7H6N2O4 + 6H2 → 2,4-C7H10N2 + 4H2O (1)
2,6-C7H6N2O4 + 6H2 → 2,6-C7H10N2 + 4H2O (2)
2,5-C7H6N2O4+ 6H2 → 2,5-C7H10N2 + 4H2O (3)
6 2-C7H7NO2 + 3H2 → C7H9N + 2H2O (5)
DNT direaksikan pada fasa cair, maka DNT dilarutkan dalam metanol dimana fasa DNT pada suhu ruangan adalah berbentuk kristal padat. Fungsi dilarutkannya DNT pada metanol adalah untuk menjaga konsentrasi DNT agar tetap rendah dan menghasilkan TDA pada fase cair. Hidrogen diperlukan untuk reaksi hidrogenasi DNT dengan tekanan yang tinggi. Hal itu berfungsi untuk memastikan konsentrasi hidrogen untuk tetap tinggi di dalam fasa cair ketika terjadinya proses penggelembungan hidrogen di dalam reaktor (R Masel, 2013).
I. Seleksi Proses Awal
Pembuatan TDA dari DNT dan hidrogen belum terdapat di Indonesia. Meskipun demikian, sudah ada beberapa pabrik di dunia yang sudah memproduksi TDA. TDA dapat direaksikan dengan phosgene untuk memproduksi toluene diisocyanate yang digunakan untuk memproduksi poliuretan. Secara umum, proses yang dilakukan adalah proses hidrogenasi. Reaksi pembentukan TDA dari DNT adalah merupakan reaksi hidrogenasi. Beberapa cara pembentukan TDA, yaitu:
1.1 Proses Du Pont Co
Reaksi hidrogenasi DNT menjadi TDA pada proses ini dilakukan dengan menggunakan katalis Pd/C. Palladium (Pd) merupakan logam dengan harga paling rendah diantara jenis logam platinum lainnya, namun merupakan katalis yang tidak cukup baik untuk reaksi hidrogenasi. Reduksi senyawa nitro menggunakan katalis Pd seringkali menyebabkan reaksi samping berupa deaktivasi pada katalis, sehingga katalis harus segera di recovery setelah terjadinya reaksi. Hal ini yang menyebabkan biaya yang cukup tinggi apabila digunakannya katalis Pd. Keuntungan dari proses ini adalah kondisi operasi yang tidak ekstrem yaitu tekanan umpan hidrogen yang berkisar antara 100 – 800 kPa dan pada suhu reaksi diantara 70 – 80 oC serta tingkat kemurnian hasil yang tinggi (99%) (Janssen et al, 1990).
7 1.2 Proses Tolochieme Patent (Rhone Polenc Group)
Katalis Raney Nickel (RaNi) digunakan dalam jumlah yang besar pada proses hidrogenasi senyawa organik dan senyawa aromatik nitro pada berbagai industri. RaNi digunakan sebagai katalis pada proses hidrogenasi senyawa aromatik nitro seperti nitrobenzene, nitrotoluene, dinitrotoluene, dan senyawa nitro-aromatik lainnya.
Senyawa aromatik nitro biasanya dihidrogenasi pada bentuk bulk sehingga tidak perlu digunakannya tambahan pelarut kembali, direaksikan pada temperature 140 – 200 oC pada tekanan 10 – 30 bar dan dengan adanya katalis, yang tersuspensi di dalam reaktan. Kemudian reaktan terdekomposisi menjadi produk dimana air terbentuk didalam fasa gas.
Penggunakan solvent seperti alkohol, methanol atau 2 propanol secara optional dapat digunakan untuk melarutkan reaktan yaitu DNT yang berupa kristal padat. Hidrogenasi dari beberapa senyawa aromatik nitro memang diharuskan untuk dilarutkan terlebih dahulu pada solven seperti methanol atau 2-propanol, dengan kondisi operasi tekanan sebesar 5 – 200 bar (Wegener et al, 2002).
Dalam proses hidrogenasi ini juga dibutuhkan katalis berupa nikel. Raney nickel merupakan katalis solid yang terdiri dari butiran-butiran aloy nikel-aluminium. Katalis ini banyak digunakan dalam proses industri kimia dan sintesis organik yang berlangsung reaksi hidrogenasi. Harga katalis cukup mahal, namun stabilitas dan aktifitas katalitiknya tinggi pada suhu kamar. Reaksi pembentukan TDA adalah sebagai berikut:
8 Rangkuman kedua proses terdapat dalam uraian tabel berikut:
Tabel I.4. Perbandingan Proses Pembuatan Toluene Diamine
Pembanding Proses 1 Proses 2
Bahan baku DNT, sedikit TDA, gas hidrogen
DNT, metanol, gas hidrogen
Katalis Pd/C Raney nikel
Kondisi operasi Tekanan 80-100 psi Suhu 70-80⁰C Tekanan 150-300 psi Suhu minimum 100⁰C Kelebihan - Kondisi operasi yang
tidak ekstrim - Tingkat kemurnian
hasil yang tinggi (99%)
- Biaya produksi rendah - Tidak perlu recover
katalis setiap saat - Kondisi operasi yang
tidak ekstrem Kekurangan - Biaya produksi yang
tinggi
- Katalis yang digunakan harus semuanya di-recover
- Harga katalis ini cukup mahal
Mempertimbangkan kesederhanaan aspek proses, ketersediaan bahan baku dan kondisi operasi maka dipilih proses Tolochieme Patent (Rhone Polenc Group) sebagai main process dalam pabrik ini.
