BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Butadiene
Butadiene atau yang biasanya juga dikenal sebagai 1,3-Butadiene merupakan salah satu diene konjugasi sederhana dengan formula C4H6. Butadiene merupakan salah satu bahan kimia yang penting dalam industri kimia. Kebanyakan butadiene
dipolimerisasi dalam pembuatan karet sintetik. Meskipun polybutadiene sendiri
sangat lemah dan lunak, hampir semuanya terdiri dari cairan, copolymer dari campuran butadiene dengan styrene atau acrylonitrile seperti acrylonitrile butadiene styrene (ABS), acrylonitrile butadiene (NBR) and styrene-butadiene (SBR) sangat kuat dan elastis. Butadiene dalam jumlah kecil juga digunakan dalam pembuatan
nylon intermediate, yaitu adiponitrile dengan cara menambahkan molekul hydrogen cyanide dalam setiap ikatan rangkapnya melalui proses yang disebut hydrocyanation. Selain itu, butadiene juga banyak digunakan dalam pembuatan material pembuatan
karet seperti chloroprene dan pelarut sulfolane. Vinylcyclohexene adalah merupakan zat impuiritis yang sering dijumpai dalam butadiene dalam tangki penyimpanan.
Perkembangan terbaru menyatakan bahwa butadiene dapat digunakan sebagai bahan baku pengganti buthanol dalam proses esterifikasi dalam proses pembuatan n-butyl asetat (Anonim, 2012b ).
2.2 Asam Asetat
Asam asetat dengan rumus struktur CH3COOH biasa dikenal juga dengan
asam ethanoat merupakan salah satu bahan kimia organik. Dalam keadaan murni
asam asetat bebas dari air (asam asetat glasial) merupakan cairan berwarna bening
yang menyerap air dari lingkungan (bersikap higroskopis) dan membeku di bawah
suhu 16,7oC (62oF) menjadi sebuah Kristal padat tidak berwarna. Asam asetat
merupakan salah satu asam karboksilat yang paling sederhana, merupakan regensia
dan dalam industri kimia banyak digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan
berbagai macam bahan kimia lainnya.
Asam asetat merupakan salah satu bahan kimia yang penting di dunia. Asam
bahan kimia, seperti vinil asetat monomer (VAM), asam tereptalik yang dimurnikan,
asetat anhidrat, asam monokloro asetat (MCA) dan ester asetat (n-butyl asetat) (Anonim, 2012a).
Penggunannya dalam pembuatan n-butyl asetat adalah dengan melakukan reaksi esterifikasi antara asam asetat dengan butadiene ataupun juga dengan alcohol
seperti buthanol.
2.3 Esterifikasi
Reaksi esterifikasi bersifat reversible, untuk memperoleh rendemen tinggi dari ester itu, kesetimbangan harus digeser ke arah ester. Satu teknik untuk mencapai
ini adalah menggunakan salah satu zat pereaksi yang murah yang berlebihan. Teknik
lain adalah membuang salah satu produk dari dalam campuran reaksi (Fessenden &
Fessenden, 1999).
Beberapa macam metode esterifikasi antara lain :
a. Cara Fischer
Jika asam karboksilat dan alkohol dan katalis asam (biasanya HCl atau
H2SO4) dipanaskan, terdapat kesetimbangan dengan ester dan air.
b. Esterifikasi dengan asil halide
Asil halida adalah turunan asam karboksilat yang paling reaktif. Asil klorida
lebih murah dibandingkan dengan asil halida lain. Asil halide biasanya dibuat dari
asam dengan tionil klorida atau fosfor pentaklorida.
(Dinarno, 2009)
c. Esterifikasi antara asam karboksilat dengan conjugated diene
Esterifikasi dengan menggunakan asam karboksilat dan conjugated diene
dikembangkan. Hal ini dikarenakan conjugated diene merupakan salah satu bahan yang mudah didapat dan harga yang relative yang lebih murah. Conjugated diene
yang sering digunakan yaitu 1,3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2-chloro-1,3-butadiene, 1,3-hexadiene, 2,4-cyclohexadiene dan lainnya. Produk hasil esterifikasi antara asam karboksilat dengan conjugated diene yang banyak dijumpai adalah n-butyl asetat, 2-methyl-2-butenyl butanoate, cyclohexene-3-yl-benzoate dan lainnya
2.4 n-Butyl Asetat
n-Butyl asetat yang juga dikenal sebagai butyl etanoat atau butyl asetat merupakan salah satu bahan kimia organik yang banyak digunakan sebagai solven
dalam produksi berbagai macam bahan kimia. Merupakan cairan tidak berwarna
yang mudah terbakar. Butyl asetat bisa ditemukan dalam berbagai jenis buah-buahan yang memberikan rasa dan bau yang khas seperti pisang yang biasa juga digunakan
sebagai perasa sintetik dalam permen, es krim dan bahan-bahan perasa dalam
pembuatan kue. Ada empat macam butil asetat : butil asetat, iso-butil asetat, sec-butil asetat, dan tert-butil asetat. Pada umumnya hanya butil asetat dan isobutyl asetat
yang diproduksi secara komersial.
Ada beberapa macam proses dalam pembuatan n-butyl asetat.
Pembuatan n-butyl asetat adalah dengan proses esterifikasi menggunakan
bahan baku butanol dan asam asetat dengan katalisator asam sulfat. Untuk
menyempurnakan reaksi, salah satu reaktan diberikan berlebih. Ada 2 macam
proses pembuatan butil asetat ini, yaitu :
1). Proses Batch
Asam asetat, butil alkohol, dan katalis dimasukkan dalam reaktor dengan
jumlah tertentu, steam dipakai sebagai pemanas hinggga menghasilkan
refluk. Uap yang terbentuk setelah dikondensasi akan masuk ke unit
dekanter, hasil atas direfluk ke kolom distilasi sedang hasil bawah
direcovery. Reaksi dilanjutkan dengan beroperasi kira-kira 87°C sampai
tidak ada air yang terpisahkan. Alkohol dimasukkan ke dalam reaksi,
temperatur kolom naik sampai 126°C, sehingga dapat diperoleh butil
2). Proses kontinyu
Proses dijalankan dengan reactor CSTR (Continue Stirred Tank Reactor). Butil alkohol, asam asetat dan katalis dimasukkan ke dalam reaktor
esterifikasi dan campuran tersebut menghasilkan refluk melalui kolom
esterifikasi. Air dari reaksi dipindahkan pada proses dekanter, hasil atas
dikembalikan ke reaktor esterifikasi dan airnya dibuang. Produk ester
mentah menjadi lapisan atas pada proses dekanter. Sebagian dari produk
mentah ini diumpankan ke bagian atas kolom esterifikasi sebagai refluk
untuk kontrol temperatur, dan sisanyadiumpankan ke kolom distilasi (low boiler) untuk purifikasi (proses pembersihan). Residu butil alkohol dan air dipindahkan dari atas kolom distilasi dan dikembalikan ke reaktor
esterifikasi. Ester keluar kolom distilasi ke tangki uap dan dipisahkan dari
impuritas dengan kolom penyaringan. Ester yang sudah murni dimasukan
ke tangki analisis untuk analisis spesifikasi, dan setelah itu dipindahkan ke
tangki penyimpanan (Mc Ketta, 1977).
Pembuatan n-butyl asetat dimana proses dimulai dengan mereaksikan
butadiene dengan asam asetat dengan menggunakan katalis ion exchanger
Amberlyst 15 (C10H10)m(C8H8O3S)n .Secara sederhana proses esterifikasi
antara butadiene dengan asam asetat dapat dilihat seperti berikut:
+
(butadiene) (asam asetat) (sec-butenyl asetat)
+
(n-butenyl asetat)
Hasil esterifikasi berupa sec-butenyl asetat dan n-butenyl asetat. n-Butenyl
dipisahkan kemudian dimasukkan ke dalam proses hidrogenasi untuk menghilangkan
ikatan rangkapnya dan membentuk n-Butyl asetat (Paul et al, 1977).
2.5 Sifat-sifat bahan baku dan produk 2.5.1 Sifat-sifat bahan baku
1. Butadiene
Sifat-sifat:
o Rumus Kimia : C4H6
o Berat Molekul : 54,0916
o Titik Didih Normal, K : 269
o Titik Lebur, K : 164,3
o Densitas, g/cm3 : 0,64
o Viskositas, cP (0oC) : 0,25
o Titik Nyala, C : -85 (Wikipedia,2012)
2. Asam Asetat Sifat-sifat:
o Rumus Kimia : CH3COOH
o Berat Molekul : 60,05
o Titik Didih Normal, K : 391,04
o Titik Lebur, K : 289,93
o Temperatur Kritik, K : 594,45
o Tekanan Kritik, bar : 57,90
o Volume Kritik, cm3/mol : 171,0
o Densitas Cair, kg/m3 (oC) : 1049,2 (20)
o Panas Penguapan, kJ/mol : 23,7 (Wikipedia,2012)
3. Asam Klorida Sifat-sifat:
o Rumus Kimia : HCl
o Berat Molekul : 36,5
o Titik Lebur, K : -27,32
o Densitas Cair, kg/m3 (oC) : 1180
o Viskositas : 1,9 mPa.s (Wikipedia,2012)
4. Hidrogen Sifat-sifat:
o Rumus Kimia : H2
o Berat Molekul : 2
o Titik Didih Normal, K : 20,28
o Titik Lebur, K : 14,01
o Temperatur Kritik, K : 32,97
o Densitas Cair, kg/m3 (oC) : 70 (TL)
: 70,99 (TD)
o Panas Penguapan, kJ/mol : 0,904 (Wikipedia,2012)
5. Katalis Amberlyst Sifat-sifat:
o Rumus Kimia : (C10H10)m(C8H8O3S)n
o Berat Molekul : 314,4
o Titik Didih Normal, C : 516,7
o Flash point,C : 266,3 (Wikipedia,2012)
2.5.2 Sifat-sifat Produk 1. n-butyl asetat Sifat-sifat:
o Rumus Kimia : n-CH3COOC4H9
o Berat Molekul, g/mol : 116,16
o Titik Didih, oC : 126
o Titik Leleh, oC : -73,5
o Temperatur Kritis, oC : 306
o Tekanan Kritis, MPa : 3,11
o Densitas, gr/cm3 (30oC) : 0,88 (Wikipedia,2012)
2. sec-butyl asetat Sifat-sifat:
o Rumus Kimia :sec- CH3COOC4H9
o Berat Molekul, g/mol : 116,16
o Densitas, kg/m3 : 870
o Titik Didih, oC : 112
o Titik Leleh, oC : -99 (Wikipedia,2012)
2.6. Deskripsi Proses
Proses pembuatan n-butyl asetat dilaksanakan dengan cara esterifikasi yaitu dengan mereaksikan asam asetat dengan butadiene yang kemudian diikuti dengan proses hidrogenasi produk hasil reaksi esterifikasi asam asetat dengan butadiene
(n-butenyl asetat dan sec-butenyl asetat) menjadi n-butyl asetat dan sec-butyl asetat
Proses dimulai dengan aktivasi katalis amberlyst 15, Larutan HCl 38% dari
tangki penyimpanan (V-104) dipompakan menuju mixer (M-101) untuk kemudian diencerkan dengan air proses menjadi HCl 1N pada tekanan 1 atm dan suhu 30oC.
HCl dari mixer (M-101) kemudian dipompakan menuju mixer (M-102) dan
dimasukkan katalis amberlyst 15 dari gudang penyimpanan (F-101) proses ini terjadi
pada suhu 30oC dan tekanan 1 atm. Hasil keluaran mixer (M-102) kemudian
dipompakan ke unit filtrasi (P-101) untuk memisahkan antara katalis amberlyst 15
dan HCl. HCl yang keluar dari unit filtrasi (P-101) kemudian dialirkan kembali
menuju mixer (M-102). Perlakuan dilanjutkan dengan pembersihan dengan
menggunakan air dari air proses. Keluaran air proses dan HCl sisa kemudian
dialirkan ke unit pengolahan limbah. Amberlyst 15 dan airkemudian dimasukkan ke
unit rotary dryer (DD-101) pada suhu 100 C dan tekanan 1 atm. Katalis Amberlyst 15 kemudian dialirkan ke unit disc centrifuge (FF-101) untuk memastikan tidak ada zat lain yang terikut ke unit reaktor (R-101).
Asam asetat dari tangki penyimpanan (TT-101) kemudian diumpankan
menjadi 60oC sebelum diumpankan ke reaktor (R-101). Butadiene dari tangki
penyimpanan (TT-102) pada tekanan yang tinggi, kemudian di umpankan ke unit
expander (JC-101) untuk menurunkan tekanan butadiene menjadi 1 atm. Gas Butadiene dari expander (JC-101) kemudian diumpankan menuju unit heater (E-102)
untuk menaikkan suhu dari 30oC menjadi suhu umpan reaktor, yaitu 60oC. Pada
reaktor (R-101) yang beroperasi pada suhu 60oC dan tekanan 1 atm berlangsunglah
reaksi esterifikasi antara asam asetat dengan butadiene dengan reaksi seperti
C2H4O2 + C4H6 n-C6H10O2 + sec-C6H10O2
Asam asetat Butadiene n-butenyl asetat sec-butenyl asetat
Reaksi esterifikasi tersebut bereaksi dengan perbandingan asam asetat :
butadiene : amberlyst 15 sebesar 3600 : 700 : 85 (Gracey, BP dan Norbat, WJK,
2002). Hasil reaksi berupa n-butenyl asetat, sec-butenyl asetat, asam asetat berlebih, butadiene berlebih dan katalis amberlyst 15. Hasil keluaran reaktor (R-101)
kemudian diumpankan menuju unit cooler untuk menurunkan suhu umpan dari 60oC menjadi 40oC. Kemudian diumpankan ke unit knock out drum (FG-201) untuk memisahkan gas butadiene berlebih, kondisi operasi knock out drum yaitu suhu 40oC dan tekanan 1 atm. Gas butadiene berlebih kemudian dengan blower diumpankan ke
unit Mixpoint (MP-102). Hasil keluaran unit knock out drum (FG-201) kemudian diumpankan ke unit disc centrifuge (FF-201) yang beroperasi pada suhu 40oC pada tekanan 1 atm untuk memisahkan katalis amberlyst 15. Amberlyst keluaran disc
centrifuge (FF-201) kemudian direcycle kembali menuju unit mixer (M-102). Keluaran unit disc centrifuge lainnya kemudian diumpankan ke heater (E-202) untuk menaikkan suhu umpan dari 40oC menjadi suhu umpan masuk destilsi (D-201) yaitu
119,732oC.
Pada unit destilasi (D-201) akan dipisahkan antara asam asetat dengan n-butenyl asetat dengan sec-butenyl asetat berdasarkan titik didih yang beroperasi pada tekanan 1 atm pada suhu 119,732oC. Produk dari atas berupa asam asetat kemudian
dipompakan menuju unit cooler (E-206) untuk menurunkan suhu menjadi 30oC
suhu umpan masuk reaktor hidrogenasi (R-201) yaitu 100oC. Reaktor Hidrogenasi
(R-202) beroperasi pada suhu 150oC dan tekanan 30 atm. Dalam reaktor ini terjadi
reaksi antara hidrogen dengan n-butenyl asetat dan sec-butenyl asetat, dengan persamaan berikut :
(i) n-C6H10O2 + H2 n-C6H12O2
n-butenyl asetat hidrogen n-butyl asetat
(ii) sec-C6H10O2 + H2 sec-C6H12O2
sec-butenyl asetat hidrogen sec-butyl asetat
Hidrogen yang masuk ke reaktor (R-201) berasal dari tangki penyimpanan (TT-103).
Produk keluaran hidrogen berupa campuran n-butyl asetat dan sec-butyl asetat yang kemudian diumpankan ke unit cooler (E-206) untuk menurunkan suhu umpan
sebelum masuk ke destilasi (D-202) dari 150oC menjadi 118,315oC.
Pada unit destilasi (D-202) akan dipisahkan antara n-butyl asetat dengan
sec-butyl asetat berdasarkan titik didih nya. Produk keluaran atas berupa sec-butyl asetat diumpankan ke unit cooler (E-209) menjadi 30oC sebelum disimpan dalam tangki penyimpanan (TT-201) dan produk keluaran bawah berupa n-butyl asetat
