ANALISIS METODE PRODUKSI DIMETIL ESTER TEREFTALAT (DMT) PROSES ESTERIFIKASI
Rhoma Dhianah
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa [email protected]
I. PENDAHULUAN
Negara Indonesia merupakan negara yang berkembang dan melaksanakan banyak pembangunan di berbagai sektor, salah sat-unya adalah sektor Industri. Industri kimia adalah contoh dari sek-tor industri yang sedang dikembangkan di Indonesia, dan diharap-kan mampu memberidiharap-kan suatu kontribusi yang besar bagi pendapatan negara. Namun pelaksanaannya banyak bahan baku yang digu-nakan masih tergantung pada impor luar negeri yang cukup besar dibandingkan dengan ekspornya. Salah satu usaha untuk mengatasi ketergantungan pada impor tersebut yakni dengan mendirikan pabrik untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri.
Industri polimer, merupakan salah satu industri yang berkembang pesat di Indonesia, dimana menghasilkan bahan-bahan polimer untuk kebutuhan alat-alat rumah tangga, pakaian dan lain-lain. Salah satu ba-han dasar yang dibutuhkan pada industri polimer adalah dimetil teref-talat (DMT).
DMT adalah dimetil ester dari asam tereftalat (AT), dengan ru-mus molekul C6H4(COOCH3)2. Berbentuk kristal dan larut dalam klo-roform, dioksan, metanol, etilen diklorid maupun pada senyawa organik lain.
Adapun sifat fisik dan kimia dari Dimetil ester tereftalat sebagai berikut :
a. Sifat Fisis :
- Jenis : Technical grade - Berat molekul : 194,18 gram/g.mol - Fase/ warna : Kristal berwarna putih
- Kemurnian : 94 % DMT; 0,002 % Metanol; 5,998 % Air - Ukuran : 0,3-1,5 mm
- Specific gravity : 1,283 (25°C) - Triple point : 140,64°C - Titik didih : 284°C - Titik leleh : 141°C
- Kelarutan (100 gr methanol) 25°C: 1,0 gram ; 60°C : 5,7 gram - Tekanan uap : 148°C : 1,3 kPa
210°C : 13,3 kPa 233°C : 26,7 kPa 258°C : 53,3 kPa 284°C : 101,3 kPa
b. Sifat kimia: Jika bereaksi dengan etilen glikol akan mengalami polimerisasi membentuk polietilen tereftalat.
Gambar 1. Struktur bangun Dimetil ester tereftalat
1. Esterifikasi AT dan metanol dalam fase cair dengan menggu -nakan katalis asam sulfat. Reaksi berlangsung 2-3 jam pada suhu 150°C dan tekanan yang tinggi. Proses ini berlangsung lama sehingga ester yang terbentuk banyak terurai akibat panas dan butuh pemurnian yang khusus untuk memisahkan hasil dengan katalis.
2. Esterifikasi AT dan methanol dalam fase gas dengan menggu-nakan katalis alumina aktif pada reaktor fixed bed. Reaksi berlangsung pada suhu 300-330°C dengan tekanan 1 atm.
Gambar 2. Reaksi Esterifikasi Asam Terephthalic dengan Metanol
Tabel 1. Pabrik DMT di luar negeri
DMT digunakan untuk memproduksi poliester jenuh, antara lain untuk industri ( Mc. Ketta, 1982 ):
1. Polyethylene Terephthalate (PET)
Lebih dari 90 % DMT digunakan sebagai bahan baku PET, Kebutuhannya pada tahun 1992 berkisar 12,6×106 ton. PET ini digunakan untuk memproduksi textile dan fiber yang ke-butuhannnya sekitar 75 %, food and beverage containers 13 %, dan film untuk audio, video, fotografi kebutuhannya sebe-sar 7 %.
2. Polybutylene Terephthalate (PBT)
PBT ini digunakan untuk memproduksi molding resin, solvent free-coatings, electrical insulating varnishes, aramid fibers, dan adheshives.
II. PEMBAHASAN
Perbandingan proses produksi dilakukan untuk menentukan teknologi mana yang lebih efektif dan efisien dalam proses produksi dimetil ester tereftalat. Proses yang dibandingkan adalah proses esteri-fikasi AT dan metanol dalam fase cair dengan menggunakan katalis asam sulfat dengan proses esterifikasi AT dan metanol dalam fase gas dengan menggunakan katalis alumina aktif.
cair dengan menggunakan katalis asam sulfat
Pada tahun 1949, proses pembuatan DMT dengan cara esteri-fikasi AT ini dikembangkan pertama kali oleh Dupont dan ICJ, East-man Kodak dan Am°C o. Proses ini diawali dengan pencampuran bahan baku dalam mixer, lalu dimasukkan pada reaktor Continu-ous Stirred Tank Reactor (CSTR) yang berlangsung pada kon-disi suhu 250-300°C dan tekanan 15 atm, dimana metanol dibuat berlebih. Untuk mempercepat reaksi digunakan katalis asam sulfat dan diperoleh konversi sebesar 98%. Produk yang keluar dari reaktor dimurnikan terlebih dahulu dengan serangka-ian alat, yakni menara distilasi serta merecycle sisa reaktan ke dalam mixer. Selanjutnya produk yang mempunyai kemurnian tinggi diambil sebagai hasil atas menara distilasi, kemudian di kristalisasi dengan menggunakan kriztalizer dan kristal basah diker-ingkan pada rotary dryer.
Gambar 3. Esterifikasi Terephtalate Acid dalam fase cair
Keterangan : a) Esterifier; b) o-Xilene Scrubber; c) Methanol kolom; d) O-xilene recovery coulomb; e) 4-Formylbenzi°C ester stripper; f) Purifikation coulomb
membu-tuhkan umpan tereftalat yang mempunyai kemurnian yang tinggi. Asam tereftalat yang murni dan metanol di mixing dan dipompakan ke reaktor esterifikasi. O-xylene yang dihasilkan digunakan untuk meningkatkan proses separasi berikutnya. Proses esterifikasi asam tereftalat dengan metanol berlangsung pada temperatur 250 – 300 °C tanpa katalis, namun demikian katalis dapat digunakan. Uap metanol terbawa dengan DMT dan O-xilene dari reaktor ke kolom O-xilene scrubber, Over head dari reaktor esterifikasi ma-suk ke methanol kolom, dalam kolom ini terjadi pemisahan methanol, dengan bottom produk yang terdiri dari DMT, O-xilene dan impuritis. Pada kolom O-xilene recovery, purifikasi DMT terjadi pada tekanan 10-20 kPa, dan temperatur 200-300 °C. O-xilene dipisahkan, sedangkan produk tengah 4-formil benzoic dan P-toluic, produk bawah adalah DMT. Produk tengah dari kolom ini dimasukan kedalam kolom stripper untuk memisahkan 4- formylbenzoic dan fraksi berat. Produk bawah dari O-xilene recovery dan kolom stripper di transfer ke kolom purifikasi. Hasil atas merupakan produk utama yaitu Dimethil Therephtalate sedangkan produk bawah adalah residu.
Pada proses ini menggunakan Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) sering juga disebut dengan Continous Stirred Tank Reactor (CSTR) atau Mixed Flow Reactor. RATB adalah salah satu reaktor ideal yang berbentuk tangki alir berpengaduk yang biasa digunakan untuk reaksi homogen atau reaksi yang terjadi dalam satu fase saja. Contohnya: 1. cair-cair 2. gas-gas Sehingga untuk reaksi fase gas (non katalitik) reaksinya berlangsung cepat, contohnya pada reaksi pembakaran Untuk reaksi fase cair (katalitik) reaksinya dalam sistem koloid.
Keuntungan:
- Mudah dalam melakukan pengontrolan secara otomatis sehingga produk lebih konsisten dan biaya operasi lebih rendah.
- Terdapat pengaduk sehingga suhu dan komposisi campuran adalah reaktor yang selalu homogen bisa terpenuhi.
Kerugian :
- Reaksinya berlangsung isotermal sehingga dipakai katalisator yang aktifitasnya rendah dan butir katalisator kecil sehingga tidak ada tahanan perpindahan panas
Gambar 4. Continued Stirred Tank Reactor
Reaksi esterifikasi ini berlangsung pada tekanan yang tinggi dan lama sehingga ester yang terbentuk banyak terurai akibat dari panas sehingga dibutuhkan pemurnian yang khusus dalam memisahkan produk dengan katalis.
2.2 Esterifikasi AT dan metanol dalam fase gas dengan menggunakan katalis alumina aktif
Proses esterifikasi ini dikembangkan oleh A.B Gainer dan L.E.Mc Makin (US.Patent 3.377.376 dan US.Patent 3.972.912) untuk suatu perusahaan mobil oil corporation. Reaksi ini berlangsung pada reaktor fixed bed dalam fase gas dengan menggunakan katalis alumina aktif (Alumina A + 1% KOH), reaksi ini berlang-sung pada suhu 300-330°C dengan tekanan 1 atm, dan diperoleh konversi sebesar 96-99%.
seminim mungkin terbentuknya hasil samping monoetil tereftalat. Asam tereftalat yang tidak teresterifikasi bisa di desublimasi dan di recycle kembali ke reaktor. DMT beserta produk lainnya kemudian diembunkan dan dipisahkan dari metanol dengan kristalisasi.
Gambar 5. Esterifikasi Terephtalate Acid dalam fase gas
Pada proses ini menggunakan Reaktor Fixed Bed, yaitu reaktor dengan menggunakan katalis padat yang diam dan zat pereaksi berfase gas. Butiran-butiran katalisator yang biasa dipakai dalam reaktor fixed bed adalah katalisator yang berlubang di bagian tengah, karena luas permukaan persatuan berat lebih besar jika diband-ingkan dengan butiran katalisator berbentuk silinder, dan aliran gas lebih lancar.
Gambar 6. Reaktor Fixed Bed
Adapun kelebihan dan Kekurangan dari reaktor ini sebagai berikut:
• Kelebihan:
a. Terjadinya regenerasi secara kontinyu. b. Reaksinya memiliki efek panas yang tinggi. c. Suhunya konstan sehingga mudah dikontrol. • Kekurangan:
b. Adanya peningkatan keabrasivan dimana penyebabnya adalah partikel padat di dalam proses cracking pada fluidized bed.
c. Tidak mempunyai fleksibilitas terhadap perubahan panas.
2.3 Pemilihan Proses
Dengan mempertimbangkan kelebihan dan kekurangan dari ke-dua proses diatas, maka proses yang digunakan adalah proses yang kedua, yaitu Esterifikasi asam tereftalat dan metanol dalam fase gas dengan menggunakan katalis alumina aktif pada reaktor fixed bed. Pemilihan ini didasarkan pada kelebihan proses ini, jika dibandingkan dengan proses lainnya, yaitu:
a. Biaya bahan baku murah.
b. Pengoperasian mudah karena menggunakan proses yang sederhana
c. Proses tanpa oksidasi cenderung lebih ramah lingkungan. d. Secara komersial dan ekonomis dapat bersaing dengan
proses lain.
e. Produk yang dihasilkan memiliki kemurnian yang tinggi.
f. Konversi reaksi yang diperoleh mencapai 98 % sehingga se-cara ekonomis proses ini layak dibuat dalam skala pabrik.
III. KESIMPULAN
Secara garis besar, terdapat 2 metode esterifikasi dalam proses produksi dimetil ester tereftalat, yaitu proses esterifikasi AT dan metanol dalam fase cair dengan menggunakan katalis asam sulfat dan proses esterifikasi AT dan metanol dalam fase gas dengan menggunakan katalis alumina aktif. Bahan baku yang digunakan yaitu asam tereftalat dan methanol. Analisis terhadap kedua metode tersebut dilakukan baik dari sisi ekonomi, dampak lingkungan, teknologi proses, alat proses yang digunakan, kondisi operasi serta nilai konversi yang di-hasilkan.
Hasil analisis menunjukkan bahwa dilihat dari segi ekonomi, dampak lingkungan serta nilai konversi hasil maka proses yang paling memungkinkan yaitu proses esterifikasi AT dan metanol dalam fase gas dengan menggunakan katalis alumina aktif. Berdasarkan hasil analisis, reaksi pada metode tersebut berlangsung pada tekanan ren-dah sehingga relative lebih aman dan konversi hasil yang diperoleh lebih tinggi.
IV. DAFTAR PUSTAKA
Mc. Ketta and Cunningham, W.A., 1982, ”Enclycopedia Of Chemical Enggeneering” , 4 ed.,Vol 16, Marcel Dekker Inc., New York. Andhy,Julianto W.2012. Pra Rancangan Pabrik Dimetil Tereftalat dari Asam tereftala dan Metanol dengan kapasitas Produksi 60.000 ton/tahun.http://repository.usu.ac.id, (diakses pada 25 Desember 2016).
Anonim.2015.Pra rancangan pabrik asam tereftalat dari Paraxylene dan
