Prarancangan Pabrik Etilen Diamin dari Etilen Diklorid dan Amoniak dengan Kapasitas ton/tahun

(1)

1 Paras Dita 11/319070/TK/38204

Salicca Dewi Rahajeng 11/319036/TK/38173

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Ethylenediamine, atau pada umumnya dikenal sebagai etilen diamin

(EDA) adalah senyawa organik dengan rumus kimia C2H8N2. Cairan tak

berwarna dan berbau ammonia ini adalah basa kuat yang larut dalam air atau

alkohol.

Dalam industri kimia, sebanyak 18% penggunaan EDA di dunia digunakan untuk pembuatan fungisida. Selain itu, sebanyak 26% EDA

digunakan sebagai chelating agent, 6% sebagai zat aditif pada oil and fuels,

7% sebagai polyamides/epoxy curing agent, 2% dalam petroleum

production, dan 15% sebagai bleach activator. Dalam industri tekstil, EDA

digunakan sebagai defoamers, dyes finishing agent, emulsifier, dan

intermediate dalam pembuatan ethylenediamine tetraacetic acid (EDTA) (Kirk-Othmer, 2004).

Sebagai negara agraris dengan potensi sumber daya alam yang sangat besar dan didukung letak geografis serta iklim tropis, Indonesia telah sepantasnya menjadi negara yang maju dalam bidang pertanian. Dalam mewujudkan cita-cita Indonesia akan kemandirian pangan dan kesejahteraan petani, Indonesia seringkali dihadapkan dengan tantangan yang membutuhkan kerjasama dari berbagai pihak agar produktivitas optimal tanaman dapat diraih. Tantangan seperti cuaca, keterbatasan dan konversi lahan, infrastruktur, serta gejolak harga, sudah menjadi permasalahan klasik yang dihadapi oleh hampir 35 juta petani Indonesia.

Sudah menjadi kebiasaan petani untuk menggunakan pestisida dalam sebuah aplikasi penyemprotan untuk mengendalikan hama-penyakit tanaman. Fungisida adalah salah satu jenis pestisida yang difungsikan untuk membasmi dan melindungi tanaman dari gangguan jamur.

EDA masih sulit untuk didapatkan di Indonesia karena sangat

(2)

Prarancangan Pabrik Etilen Diamin dari Etilen Diklorid dan

Amoniak dengan Kapasitas 15.000 ton/tahun

2 Paras Dita 11/319070/TK/38204

Indonesia sebagian besar dipenuhi dari impor, sementara harganya juga

tidak murah, yakni berkisar di antara 3300-6600 USD/ton. Hal ini

menyebabkan keberadaan pestisida (dalam hal ini fungisida) menjadi langka, padahal pestisida sangat diperlukan untuk menjaga tanaman. Langkanya pestisida ini menyebabkan harga bibit, pupuk, dan pestisida menjadi mahal, padahal di sisi lain hasil panen para petani dihargai murah.

Melihat permasalahan ini, keberadaan pabrik EDA di Indonesia akan membantu mencukupi kebutuhan Indonesia akan EDA dan mengurangi jumlah impor sehingga diharapkan dapat menurunkan biaya produksi fungisida sehingga kelangkaan dan tingginya harga fungisida dapat ditekan. Selain itu, pendirian pabrik EDA di dalam negeri akan membuka lapangan kerja baru, menambah devisa, dan mendorong berdirinya pabrik-pabrik berbahan baku EDA.

B. Tinjauan Pustaka

Pembuatan EDAuntuk skala komersial dapat dilakukan dengan dua

cara:

a. Reaksi antara ethylene dichloride (EDC) dengan ammonia

Reaksi ini merupakan metode yang lebih tua dan yang mewakili sebagian besar pabrik komersial yang menghasilkan seluruh senyawa

keluarga ethyleneamine, yaitu ethylenediamine (EDA),

diethylenediamine (DEDA), diethylenetriamine (DETA), triethylenetetramine (TETA), dan tetraethylenepentamine (TEPA). Reaksi ini dianggap tidak ramah lingkungan karena menghasilkan banyak hasil samping yang dapat berbahaya bagi lingkungan jika tidak diolah dengan benar. Reaksi yang terjadi adalah:

C2H4Cl2 + 2NH3 → C2H8N2 + 2HCl (1)

C2H8N2 + C2H4Cl2 + NH3 → C4H13N3 + 2HCl (2)

C2H8N2 + 2C2H4Cl2 + 2NH3 → C6H18N4 + 4HCl (3)

C2H8N2 + 3C2H4Cl2 + 3NH3 → C8H23N5 + 6HCl (4)

(3)

3 Paras Dita 11/319070/TK/38204

NH3:EDC 1:5 sampai 1:15 di dalam reaktor. Supaya reaksi dapat

berjalan cepat dan sempurna maka reaktor yang digunakan adalah

reaktor tubular. Lalu campuran dijaga suhunya pada suhu 90-100⁰C dan

tekanan 700 psig (47,63 atm). Waktu reaksi dibuat tidak lebih dari 20 detik (Lichtenwalter, 1969).

Produk campuran hasil reaksi lalu dikeluarkan dari reaktor dan

didinginkan, lalu diumpankan ke receiving vessel dengan tekanan yang

lebih rendah. Campuran lalu dinetralkan dengan alkali, yakni dengan menambahkan larutan KOH atau NaOH 20% atau lebih dengan perbandingan 2,2 mol atau lebih per mol umpan EDC.

Setelah itu NH3 dan ethylene polyamines dipisahkan dari

campuran. Ammonia berlebih dan DETA kemudian di-recycle untuk

meningkatkan persentase dari higher polyethylene polyamine pada

campuran produk. EDA yang didapat dari proses ini adalah sebesar 52%.

b. Reaksi aminasi katalitik monoethanolamine (MEA)

C2H7NO + NH3 → C2H8N2 (6)

Reaksi ini lebih selektif daripada reaksi pertama, dengan hasil

utama berupa EDA meskipun DEDA, DETA, AEP, dan amine lain tetap

terbentuk dalam jumlah kecil. Pada reaksi ini, MEA, NH3, dan H2

(opsional) dilewatkan ke fixed-bed catalyst pada suhu mendekati

250-350⁰C dan tekanan 0,17-6,89 MPa (1,68-68 atm) untuk proses kontinyu,

dan 1,38-34,47 MPa (13,62-340,19 atm) untuk proses batch. Waktu

reaksi berkisar antara 1-6 jam untuk proses batch, dan 3 menit sampai 5

jam untuk proses kontinyu.

Kunci untuk mendapatkan konversi tinggi dengan selektivitas yang tinggi pula adalah katalis yang digunakan dalam proses. Katalis

yang digunakan dapat berupa zeolite dengan hasil konversi sekitar 80%.

Reaksi ini dianggap lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan reaksi yang pertama karena hasil samping hanya dihasilkan dalam jumlah sedikit.

(4)

Prarancangan Pabrik Etilen Diamin dari Etilen Diklorid dan

Amoniak dengan Kapasitas 15.000 ton/tahun

4 Paras Dita 11/319070/TK/38204

c. Reaksi aminasi katalitik ethylene glycol

EDA diproduksi dengan yield tinggi dengan mereaksikan

ethylene glycol dan NH3 pada fase cair pada suhu dan tekanan tinggi.

Suhu yang digunakan 20-270⁰C dengan tekanan 20,68-41,37 MPa

(204,1-408,3 atm). Waktu reaksi yang dipakai berkisar antara 3-10 menit.

Reaksi ini memerlukan adanya H2 (sebanyak 0,2% berat ethylene

glycol), katalis hidrogenasi yang terdiri dari nikel dan tembaga serta air

dalam jumlah 30-300% berat ethylene glycol. EDA yang terbentuk

kemudian dipisahkan dari campuran hasil reaksi dengan proses distilasi fraksional. Pada umumnya semua katalis yang mengandung nikel dan tembaga bisa digunakan, namun untuk hasil yang maksimal katalis yang

digunakan adalah Monel alloy yang terdiri dari 70% nikel, dan 30%

tembaga. Hasil yang didapat dari proses ini adalah EDA sebesar 45%. Berdasarkan paparan ketiga proses di atas, maka dapat dibuat perbandingan untuk menentukan proses mana yang akan dipilih. Perbandingan dalam berbagai aspek dapat dijabarkan dalam tabel 1.1 berikut.

(5)

5 Paras Dita 11/319070/TK/38204

Aspek Reaksi EDC dengan NH3

aqueous

Reaksi aminasi katalitik MEA Reaksi aminasi katalik ethylen glycol

Keselamatan Menggunakan suhu tinggi dan

tekanan tinggi. Karena itu, potensi kebocoran tangki pun tinggi.

Menggunakan suhu paling tinggi di antara dua reaksi lainnya. Untuk proses kontinyu, tekanan yang digunakan tidak

terlalu tinggi, namun pada proses batch

tekanan yang digunakan cukup tinggi.

Suhu yang digunakan relatif lebih rendah dari dua reaksi lainnya, namun tekanan yang digunakan paling tinggi di antara yang lain. Potensi kebocoran tangkinya paling tinggi di antara yang lain.

Produk EDA yang dihasilkan sebesar

52% dengan hasil samping

berupa turunan ethyleneamine

dalam jumlah besar.

Hasil samping yang dihasilkan tidak begitu banyak, dan EDA yang dihasilkan memiliki selektivitas yang tinggi.

EDA yang dihasilkan sebesar 45%, dengan hasil samping dan piperazine dalam jumlah kecil.

Heat Duty Temperatur yang digunakan

cukup tinggi sehingga heat

duty-nya pun tinggi.

Temperatur yang digunakan paling

tinggi dari dua reaksi lain sehingga heat

duty-nyapaling tinggi.

Temperatur yang digunakan paling rendah dari dua reaksi lain sehingga heat duty-nya paling rendah.

Penggunaan di Industri

Proses yang paling tua

sehingga kebanyakan industri komersial EDA menggunakan proses ini.

Umum digunakan dalam industri

komersial EDA.

Tidak umum digunakan dalam industri komersial.

Dengan perbandingan yang telah dibuat, selanjutnya dibuat matrix pemilihan konsep proses dari ketiga proses yang

(6)

Prarancangan Pabrik Etilen Diamin dari Etilen Diklorid dan

Amoniak dengan Kapasitas 15.000 ton/tahun

6 Paras Dita 11/319070/TK/38204

Tabel 1.2. Data Matrix Pemilihan Konsep Proses untuk Pembuatan EDA Kriteria Seleksi Weighing Factor Reaksi EDC dengan NH3 aqueous Reaksi aminasi katalitik MEA Reaksi aminasi katalitik ethylen glycol Keselamatan 0,4 5 5 4 Produk 0,3 5 7 4 Heat Duty 0,2 5 2 5 Penggunaan di Industri 0,1 5 4 2 Total 1,0 5 4,9 4

Matrix dibuat dengan memberi weighting factor untuk

masing-masing kriteria seleksi. Weighting factor adalah faktor yang

menunjukkan nilai suatu kriteria berdasarkan kepentingan kriteria tersebut terhadap objek pemilihan. Nilai faktor berkisar antara 0-1 dengan pertimbangan prioritas dan kepentingan masing-masing kriteria pada proses yang akan digunakan. Kriteria keselamatan memiliki weighting factor paling besar karena faktor keselamatan adalah faktor terpenting dalam pendirian pabrik.

Reaksi EDC dipilih menjadi benchmark dan diberi nilai acuan

sebesar 5 pada masing-masing kriteria karena proses ini merupakan proses yang paling banyak digunakan dalam industri EDA. Selanjutnya, untuk dua proses yang lain diberikan angka penilaian yang mengacu

pada nilai benchmark.

Nilai yang lebih tinggi dari nilai benchmark pada sebuah kriteria

menandakan bahwa proses tersebut memiliki keunggulan lebih pada kriteria tersebut dibandingkan proses reaksi EDC. Hal ini juga berlaku sebaliknya.

(7)

7 Paras Dita 11/319070/TK/38204

Dari matrix yang telah dibuat, didapatkan data yang menyatakan

bahwa reaksi EDC memiliki keunggulan yang lebih tinggi dibandingkan dua proses lainnya. Hal ini dinyatakan dengan nilai reaksi EDC yang lebih tinggi dari proses lainnya. Hal ini yang kemudian menjadi dasar pertimbangan dipilihnya reaksi EDC sebagai proses yang akan digunakan.