viii DAFTAR ISI halaman Halaman Judul Persetujuan Pernyataan Prakata Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran
Daftar Arti Lambang dan Singkatan Intisari
Abstract
I. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang
2. Rumusan dan Batasan Masalah 3. Keaslian Penelitian
4. Tujuan Penelitian 5. Manfaat Penelitian II. STUDI PUSTAKA
1. Tinjauan Pustaka 1. Material 1. Propelan 2. Binder Propelan 3. PGN 4. Gliserol
2. Proses Pembentukan PGN dari gliserol 1. Nitrasi 2. Siklisasi 3. Polimerisasi 4. Penelitian Terdahulu 2. Landasan Teori 1. Reaksi Nitrasi
1. Termodinamika Reaksi Nitrasi 2. Kinetika Reaksi Nitrasi
2. Reaksi Siklisasi 3. Reaksi Polimerisasi 3. Hipotesis
III. METODOLOGI PENELITIAN 1. Prosedur Analisis Produk
1. Bahan untuk Analisis 2. Alat untuk Analisis 3. Pelaksanaan 2. Tahap Nitrasi
1. Studi Pustaka Nitrasi Gliserol
1. Pengumpulan Data Reaksi Nitrasi
ii iii iv v viii xi xiii xv xvi xxi xvii 1 1 7 8 10 10 11 11 11 11 14 16 22 25 28 40 45 53 57 57 58 60 65 69 71 72 75 75 76 76 76 76 76
ix 2. Pengolahan Data Pustaka Reaksi Nitrasi
3. Interpretasi Data Pustaka Reaksi Nitrasi 2. Pemodelan Termodinamika Nitrasi
1. Prosedur Simulasi
2. Pengolahan Hasil Simulasi 3. Interpretasi Hasil Simulasi 3. Eksperimen Nitrasi
1. Bahan Eksperimen Nitrasi 2. Alat Nitrasi
3. Prosedur Eksperimen Nitrasi 4. Analisis Hasil Eksperimen Nitrasi 5. Pengolahan Data Eksperimen Nitrasi 4. Pemodelan Kinetika
1. Estimasi Parameter kinetika dengan Model 7 Reaksi 2. Estimasi Parameter Kinetika dengan Model 3 Reaksi 3. Interpretasi Hasil Pemodelan Kinetika
3. Tahap Siklisasi
1. Studi Pustaka Siklisasi 1,3-DNG 1. Pengumpulan Data Reaksi Siklisasi
2. Pengolahan Data Pustaka Reaksi Siklisasi 3. Interpretasi Data Pustaka Reaksi Siklisasi 2. Bahan Eksperimen Siklisasi
3. Alat Eksperimen Siklisasi 4. Prosedur Eksperimen Siklisasi
5. Pengolahan Data Eksperimen Siklisasi 6. Interpretasi Data Eksperimen Siklisasi 4. Tahap Polimerisasi
1. Studi Pustaka Polimerisasi Glisidil Nitrat 1. Pengumpulan Data Reaksi Polimerisasi 2. Interpretasi Data Pustaka Reaksi Polimerisasi 2. Bahan Eksperimen Polimerisasi
3. Alat Eksperimen Polimerisasi 4. Prosedur Eksperimen Polimerisasi
5. Pengolahan Data Eksperimen Polimerisasi 6. Interpretasi Data Eksperimen Polimerisasi IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
1. Analisis Produk 2. Nitrasi
1. Aspek Termodinamika 1. Tinjauan Energi Gibbs 2. Kondisi Operasi
3. Konstanta Kesetimbangan dengan Koefisien Aktivitas 2. Parameter Kinetika
1. Model 7 Reaksi 2. Model 3 Reaksi
3. Kondisi Operasi Reaksi Nitrasi 3. Siklisasi
1. Kondisi Operasi Reaksi Siklisasi 2. Reaksi-reaksi dalam Siklisasi
78 78 78 80 80 81 81 81 82 83 83 83 84 84 87 87 88 88 88 88 88 88 89 89 90 90 91 91 91 91 91 92 92 93 93 94 94 98 98 98 102 108 119 120 126 132 133 134 137
x 3. Kinetika dan Kesetimbangan Reaksi Siklisasi
4. Polimerisasi
1. Kondisi Operasi Reaksi Polimerisasi 2. Kinetika Reaksi Polimerisasi
V. KESIMPULAN DAN SARAN 1. Kesimpulan 2. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN 140 144 144 146 151 152 151 153 162
xi DAFTAR TABEL
halaman Tabel 2.1 Specific impulse dan densitas propelan dengan berbagai jenis
binder propelan
Tabel 2.2. Pengaruh komposisi binder PGN terhadap Sifat propelan Tabel 2.3. Sifat propelan dengan binder PGN
13 13 14
Tabel 2.4. Sifat fisis PGN 17
Tabel 2.5. Sifat fisis lain PGN 18
Tabel 2.6. Data termodinamika PGN
Tabel 2.7. Perbandingan sifat berbagai polimer energetik
18 19 Tabel 2.8. Sifat PGN pendekatan dari nitrogliserin
Tabel 2.9. Kekerasan PGN setelah dikuring dengan toluen diisosianat Tabel 2.10. Kekerasan PGN setelah dikuring dengan PAPI
Tabel 2.11. Sifat fisika dan kimia gliserol Tabel 2.12. Parameter kualitas gliserol Tabel 2.13. Reaksi nitrasi
Tabel 2.14. Hasil DNG (1,3-DNG dan 1,2-DNG) pada variasi pertama menurut Highsmith dkk (2002a)
Tabel 2.15. Konstanta Kesetimbangan reaksi nitrasi
Tabel 2.16. Faktor frekuensi tumbukan dan energi aktivasi beberapa senyawa aromatik
Tabel 2.17. Energi aktivasi dekomposisi TNG, 1,3-DNG dan 1,2-DNG Tabel 2.18. Hasil siklisasi 1,3-DNG disampaikan oleh Highsmith dkk
(2002a)
Tabel 2.19. Hasil polimerisasi glisidil nitrat disampaikan oleh Willer dkk (1992a)
Tabel 2.20. Rangkuman penelitian tentang nitrasi Tabel 2.21. Rangkuman penelitian tentang siklisasi Tabel 2.22. Rangkuman penelitian tentang polimerisasi Tabel 2.23. Reaksi nitrasi untuk model 3 reaksi
Tabel 4.1. Hasil Analisis Campuran propanol,DCE dan butanol serta campuran nitropropana,DCE dan butanol
Tabel 4.2. Waktu retensi senyawa hasil nitrasi
Tabel 4.3. Nilai Panas reaksi dan entropi proses nitrasi antara gliserol dan asam nitrat
Tabel 4.4. Koefisien dari persamaan Gibb
Tabel 4.5 Konstanta dari persamaan konstanta kesetimbangan reaksi nitrasi pada konsentrasi asam nitrat 69%
Tabel 4.6. Hasil bagi koefisien aktivitas pada rasio mol 2/1 Tabel 4.7. Persamaan Antoine dari NIST
Tabel 4.8. Persamaan Antoine dari bank data HYSYS Tabel 4.9. Persamaan Antoine berdasar titik didih
Tabel 4.10 Hasil bagi koefisien aktivitas dengan persamaan Antoine TNG,gliserol dan air dari NIST pada CHNO3 65,67%, rasio mol
asam nitrat/gliserol 2/1 20 21 22 24 24 29 30 32 34 35 43 48 54 55 56 64 95 96 99 100 109 110 111 112 112 113
xii Tabel 4.11. Hasil bagi koefisien aktivitas dengan persamaan Antoine
gliserol dari NIST pada CHNO3 68,42% dan rasio mol 2/1
Tabel 4.12. Hasil bagi koefisien aktivitas dengan persamaan Antoine gliserol, asam nitrat, nitrogliserin dan air dari HYSYS pada CHNO3 68,42% dan rasio mol asam nitrat/gliserol 2/1
Tabel 4.13. Persamaan Antoine dari Yaws
Tabel 4.14. Persamaan Antoine TNG dari Brandner dan Smith
Tabel 4.15. Hasil bagi konsentrasi dan konstanta kesetimbangan pada konsentrasi asam nitrat 68,42%
Tabel 4.16. Hasil bagi koefisien aktivitas dengan konsentrasi HNO3
78,85% dan rasio mol asam nitrat/gliserol 2/1
Tabel 4.17. Hasil bagi konsentrasi dan konstanta kesetimbangan pada konsentrasi asam nitrat 78,85% dan rasio mol 2/1
Tabel 4.18. Hasil bagi koefisien aktivitas pada suhu 25oC dan rasio mol 2/1
Tabel 4.19. Hasil bagi konsentrasi dan Konstanta kesetimbangan pada suhu 25oC dan rasio mol 2/1
Tabel 4.20. Konversi maksimum 1,3-DNG
Tabel 4.21. Konstanta kesetimbangan dihitung berdasar data Kazakov dkk dan berdasar data eksperimen
Tabel 4.22. Parameter kinetika nitrasi nitrasi gilserol pada konsentrasi asam nitrat 69% dan suhu 20oC dihitung dengan model 7 reaksi
Tabel 4.23. Rasio Ci/CG, untuk semua produk nitrasi gliserol antara data
eksperimen dan data perhitungan dengan dua model kinetika (HNO3 69%, rasio mol 3/1 dan suhu reaksi 15oC)
Tabel 4.24. Kesalahan relatif (%) konsentrasi DNG pada variasi rasio molar dengan konsentrasi asam nitrat 69% dan suhu 20oC Tabel 4.25. Parameter Kinetika nitrasi gliserol pada konsentrasi asam
nitrat 69% dan suhu 20oC dihitung dengan model 3 reaksi Tabel 4.26. Rasio mol NaOH/gliserol dan rasio mol glisidil nitrat/gliserol Tabel 4.27. Nilai k pada berbagai suhu dan rasio mol sodium
hidroksida/gliserol 113 114 114 115 116 116 117 118 119 123 124 125 128 130 131 136 142
xiii DAFTAR GAMBAR
halaman Gambar 2.1. Rumus molekul poliglisidil nitrat
Gambar 2.2. Proses produksi PGN dari gliserol Gambar 2.3. Hasil nitrasi dari gliserol dan asam nitrat
Gambar 2.4. Pengurangan TNG pada suhu 25oC dan pH 7,4 (1), 1,0 (2), 11(3) dan 13 (4)
Gambar 2.5. Pengurangan TNG (1), 1,2-DNG (2) dan 1,3-DNG (3) pada suhu 25oC dan pH 11
Gambar 2.6. Hubungan antara bilangan tak berdimensi waktu pengadukan dan bilangan Reynold
Gambar 3.1. Konsep penelitian Gambar 3.2. Tahapan penelitian
Gambar 3.3. Reaktor Gibbs dengan tipe specify equilibrium reactions yang digunakan pada simulasi nitrasi dengan HYSYS
Gambar 3.4. Rangkaian alat eksperimen pembentukan PGN dari gliserol
Gambar 3.5. Algoritma perhitungan estimasi parameter nitrasi Gambar 4.1. Kromatogram yang diperoleh dari analisis GC dari
reaksi nitrasi
Gambar 4.2. Energi Gibbs reaksi untuk nitrasi gliserol dihitung dari ΔHexpt
Gambar 4.3. Energi Gibbs pembentukan dari semua produk proses nitrasi
Gambar 4.4. Konversi kesetimbangan produk nitrasi pada variasi suhu reaksi (HNO3 71,35%, rasio mol 2/1)
Gambar 4.5. Konversi kesetimbangan 1,3-DNG pada variasi suhu dan rasio mol
Gambar 4.6. Pengaruh rasio mol asam nitrat/gliserol terhadap konversi kesetimbangan produk nitrasi (HNO371,35%,
20oC)
Gambar 4.7. Pengaruh rasio mol asam nitrat/gliserol terhadap konversi 1,3-DNG pada berbagai suhu reaksi (HNO3
71,35%)
Gambar 4.8. Konversi produk nitrasi pada variasi konsentrasi (suhu 20oC dan rasio mol 4/1)
Gambar 4.9. Konversi 1,3 DNG pada variasi suhu reaksi dan konsentrasi HNO3(rasio mol 4/1)
Gambar 4.10. Ci/CG,0 semua produk nitrasi pada konsentrasi asam
nitrat 69%, rasio mol asam nitrat/ gliserol 3/1 dan suhu reaksi 20oC
Gambar 4.11. Ci/CG,0dari 1,3-DNG pada variasi suhu (HNO3 69%,
rasio mol 3/1) 16 27 28 36 37 44 73 74 80 82 86 97 100 101 102 103 104 105 106 107 120 121
xiv Gambar 4.12. Ci/CG,0 1,3-DNG dari data eksperimen dan hasil
estimasi pada variasi rasio mol asam nitrat/gliserol (HNO3 69%, suhu 20oC)
Gambar 4.13. Ci/CG,0,pada variasi suhu ( asam nitrat 69%, rasio mol
3/1)
Gambar 4.14. Ci/CG,0pada variasi rasio mol (asam nitrat 69%, suhu
20oC)
Gambar 4.15. Kromatogram yang diperoleh dari analisis GC dari reaksi siklisasi
Gambar 4.16. Konversi hasil siklisasi (suhu 20oC, kadar NaOH 15%, rasio mol NaOH/gliserol 1/1)
Gambar 4.17. Konstanta kecepatan reaksi siklisasi pada konsentrasi NaOH 15%, rasio mol NaOH/gliserol 1,5/1, suhu reaksi 15oC
Gambar 4.18. Konversi 1,3-DNG menjadi glisidil nitrat pada molar rasio NaOH/gliserol 1.5/1 dan konsentrasi NaOH 15% Gambar 4.19. Konversi 1,3-DNG menjadi glisidil nitrat pada
konsentrasi NaOH 15% dan suhu reaksi 10oC dengan variasi rasio mol NaOH/gliserol
Gambar 4.20. Konversi glisidil nitrat menjadi PGN
Gambar 4.21. Grafik hubungan antara 1/CGN dan waktu reaksi
Gambar 4.22. Yield gliserol menjadi PGN
Gambar 4.22. Rekomendasi proses produksi PGN dari gliserol hasil penelitian ini
120 129 130 135 141 141 142 143 147 148 148 150
xv DAFTAR LAMPIRAN
Halaman 1. Sifat Fisis dan Termodinamika Bahan
2. Foto Alat Eksperimen Pembuatan PGN dari Gliserol 3. Hasil Eksperimen Pembuatan PGN dari Gliserol 4. Pembuatan Larutan Penjerap Griess Saltzman
5. Contoh Kromatogram dan Komposisi Larutan Hasil Dengan Analisis GC
6. Program Estimasi Parameter Reaksi Nitrasi
7. Contoh Hasil Perhitungan Program Estimasi Parameter Reaksi Nitrasi
8. Publikasi
9. Daftar Riwayat Hidup
163 167 173 200 201 219 263 278 280
