BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Asetaldehida
Asetaldehida atau disebut juga etanal (CH3CHO) merupakan suatu senyawa
alifatik yang berupa cairan tidak berwarna, mudah terbakar, dan dapat bercampur dengan air dalam segala perbandingan. Kegunaan asetaldehida yang paling utama adalah sebagai intermedit dalam pembentukan senyawa kimia lainnya. Asetaldehida digunakan dalam pembuatan parfum, resin poliester, dan pewarna dasar. Asetaldehida juga digunakan dalam pembuatan crotonaldehida, perasa dan pengharum asetal, asetaldehida 1,1-dimetilhidrazon, asetaldol, asetaldehida cyanohidrin, polimer dan berbagai turunan halogen, sebagai pengawet pada buah dan ikan, sebagai bahan penyedap, pengeras gelatin, sebagai pelarut karet, dan industri kertas (U.S EPA, 2007).
Asetaldehida dapat diproduksi secara komersial dengan proses hidrasi asetilen. Pembuatan asetaldehida dengan proses ini membutuhkan asam sulfat dan merkuri sulfat sebagai katalis, dengan reaksi sebagai berikut.
C2H2 + H2O ⟶ CH3CHO + 33 kal
Asetilen yang tidak bereaksi dikompresi dan dibersihkan dengan cara penyerapan dengan scrubber column sebelum di recycle ke reaktor. Pemurnian asetaldehida dilakukan dengan cara destilasi, proses ini dikenal dengan nama proses German. Modifikasi proses ini dikembangkan oleh proses Chisso. Dalam proses ini suhu proses lebih rendah dan tanpa menggunakan recycle asetilen (Mc. Ketta, 1976).
2.2 Asetaldol
Asetaldol adalah suatu senyawa beta-hidroksi keton yang biasa disebut juga 3-hidroksi butanal atau β-hidroksi butiraldehid. Asetaldol mempunyai rumus molekul C4H8O2 dengan rumus bangun sebagai berikut :
OH O H3C – C – CH2– CH
H
Asetaldol merupakan senyawa antara yang penting pada sintesis butiraldehida dan 1-butanol melalui crotonaldehyde, dan juga pada sintesis 1,3-butanediol. Produk-produk yang menggunakan bahan baku aldol antara lain poliester, urethane coating, adipate plasticizer, tinta printer, akselerator karet, 2-etil heksanol, n-butil alkohol, n-butil asetat, dibutil ftalat, selulosa asetat butirat, dan gliserol tributirat (McKetta, 1976).
Proses pembuatan asetaldol adalah dengan reaksi kondensasi asetaldehida menggunakan katalis basa. Reaksi ini merupakan reaksi yang sangat eksoterm. Dari asetaldol, crotonaldehida terbentuk dengan penghilangan air. Reaksinya antara lain sebagai berikut :
2CH3-CHO ⟶ CH3-CHOH-CH2-CHO ⟶ CH3-CH=CH-CHO + H2O
Asetaldehida Asetaldol Crotonaldehid (Alheritiere, 1949).
Pada pembuatan asetaldol, tidak ditemukan bahan baku lain selain asetaldehida (Alheritiere, 1949; Craven, dkk., 1950; McKetta, 1976).
Kesulitan utama dalam menjalankan reaksi di atas pada skala industri adalah timbulnya panas reaksi yang cukup besar yang harus dikontrol dengan baik agar tidak terjadi reaksi yang terlalu cepat. Bila panas tidak dikendalikan maka akan timbul reaksi samping terbentuknya polialdol. Jika suhu semakin tinggi, persentase asetaldol yang terbentuk dari konversi asetaldehid juga semakin kecil. Oleh karena itu, usaha yang dilakukan dalam penelitian-penelitian yang berkaitan dengan pembuatan senyawa aldol difokuskan terutama pada alat refrigerasi yang digunakan (Alheritiere, 1949).
2.3 Sifat-sifat Bahan Baku 2.3.1 Asetaldehida (C2H4O)
Sifat-sifat umum:
1. Berat molekul : 44 g/mol 2. Densitas : 0,788 g/cm3 3. Titik beku : -123,5oC 4. Titik didih : 21oC
6. Larut dalam air 7. Tidak berwarna 8. Mudah menyala (Sciencelab, 2005).
2.3.2 Asam Sulfat (H2SO4)
Sifat-sifat umum :
1. Berat molekul : 98 g/mol 2. Titik didih : 270oC 3. Titik beku : -35oC 4. Densitas : 1,84 g/cm3 5. Viskositas : 26,7 cP (20oC) 6. Tidak berwarna
7. Tidak berbau
8. Berbentuk cair pada suhu kamar (Sciencelab, 2005).
2.3.3 Natrium Hidroksida (NaOH) Sifat-sifat umum:
1. Berat molekul : 40 g/mol
2. Densitas : 2,120 g/cm3 pada 20oC 3. Titik didih : 1388oC
4. Titik leleh : 323oC 5. Mudah larut dalam air
6. Berbentuk padat berwarna putih 7. Tidak berbau
8. Bersifat korosif (Sciencelab, 2005).
2.3.4 Air (H2O)
Sifat-sifat umum:
2. pH : 7 (netral) 3. Titik didih : 100oC 4. Titik beku : 0oC
5. Densitas : 1 g/ml (1 atm) 6. Tekanan uap : 2,3 kPa (pada 20oC) 7. Densitas uap : 0,62 g/cm3
8. Merupakan pelarut polar
9. Tidak berwarna dan tidak berbau
10. Merupakan elektrolit lemah, mengionisasi sebagai H3O+ dan OH
-(Sciencelab, 2005).
2.4 Sifat-sifat Produk 2.4.1 Asetaldol (C4H8O2)
Sifat-sifat umum:
1. Titik didih : 162,2oC (Chemspider, 2012)
2. Berat molekul : 88 g/mol 3. Tekanan uap : 21 mmHg 4. Densitas : 1,109 g/cm3 5. Densitas uap : 3,04 g/L 6. Berupa cairan kental jernih 7. Bersifat stabil
(Sigma-Aldrich, 2006).
2.4.2 Natrium Sulfat (Na2SO4)
Sifat-sifat umum:
1. Berat molekul : 142,06 g/mol 2. Titik leleh : 888oC
3. Densitas : 2,7 g/cm3 (20oC) 4. Kelarutan dalam air : 47,6 g/L (0oC) 5. Berbentuk kristal putih
7. Larut dalam air dingin dan gliserol 8. Tidak beracun dan tidak mudah terbakar (Sciencelab, 2005).
2.5 Proses-Proses yang Tersedia untuk Pembuatan Asetaldol Beberapa proses pembuatan asetaldol yang umum antara lain:
Metode Miller dan Hammond
Metode Alheritiere dan Gobron
2.5.1 Metode Miller dan Hammond (1950)
Proses ini dioperasikan dengan cara mengontakkan asetaldehida dan natrium hidroksida di dalam suatu reaktor alir tangki berpengaduk secara kontinu. Asetaldehida yang digunakan harus bebas dari asam (mengandung asam kurang dari 1%). Panas reaksi dihilangkan dengan cara mengalirkan pendingin ke dalam reaktor melalui coil atau jaket.
Kondisi operasi reaktor :
Fase : cair
Suhu : 40 – 50 oC Tekanan : 2 - 3 atm Waktu tinggal : 2 jam Konversi : 48 - 50 %
Katalis : larutan NaOH 4 % Perbandingan umpan masuk reaktor : Asetaldehida : larutan NaOH 4 % = 15,5 : 1
2.5.2 Metode Alheritiere dan Gobron (1955)
larutan natrium hidroksida. Pengontakkan asetaldehida dengan natrium hidroksida berlangsung dalam waktu yang sangat singkat, yaitu tidak lebih dari 5 menit.
Kondisi operasi reaktor :
Fase : cair
Suhu : 20 – 50 oC Tekanan : 1,5 – 3 atm Waktu tinggal : 5 menit Konversi : 50 - 55 %
Katalis : larutan NaOH 0,65 % Perbandingan umpan masuk reaktor ;
Asetaldehida : larutan NaOH 0,65 % = 6,25 : 2
Produk keluar reaktor dinetralkan dengan asam asetat lalu asetaldehida yang belum bereaksi diuapkan menggunakan evaporator.
2.6 Seleksi Proses
Dari kedua metode yang telah disebutkan di atas, dipilih metode Alheritiere dan Gobron (1955) dengan alasan:
1. waktu tinggal dalam reaktor lebih singkat ( 5 menit )
2. konversi asetaldehida menjadi asetaldol yang diperoleh lebih besar ( 50-55% ) 3. konsentrasi katalis NaOH yang digunakan lebih kecil ( 0,65% )
2.7 Deskripsi Proses
Berdasarkan metode Alheritiere dan Gobron (1955), proses pembuatan asetaldol dibagi menjadi tiga tahapan antara lain:
1. Tahap persiapan bahan baku 2. Tahap sintesis (reaksi)
3. Tahap pemisahan atau pemurnian
2.7.1 Tahap Persiapan Bahan Baku
Asetaldehida dari tangki penyimpan (T-101) bersama-sama dengan recycle
untuk dipanaskan menjadi 45oC. Sementara itu padatan NaOH dari gudang penyimpanan (G-101) diencerkan menjadi 0,65% di dalam mixer (M-101) menggunakan air proses. Larutan NaOH encer keluar dari M-01 dipanaskan menjadi 45oC di dalam HE-101 lalu bersama-sama dengan asetaldehida dimasukkan ke dalam Reaktor (R-101).
2.7.2 Tahap Sintesis (Reaksi)
Reaktor yang digunakan adalah Reaktor Alir Tangki Perpengaduk (RATB) yang dilengkapi dengan coil. Di dalam coil dialiri media pendingin berupa air. Reaksi yang terjadi:
2CH3CHO CH3CHCH2CHO
Asetaldehida asetaldol
Reaksi dijaga pada suhu 45oC dengan konversi asetaldehida dibatasi 55% agar tidak terbentuk polialdol.
2.7.3 Tahap Pemurnian Produk
Produk keluar R-101 dialirkan menuju netralizer (R-102). Sementara itu asam sulfat pekat 95% dari T-102 diencerkan menjadi 10% di dalam M-102 menggunakan air proses. Asam sulfat encer keluar M-102 digunakan untuk menetralkan NaOH yang terkandung di dalam produk R-101. Reaksi netralisasi yang terjadi:
2 NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2 H2O
Kristal natrium sulfat yang terbentuk dipisahkan di dalam crystallizer (CR-101) kemudian dikeringkan dengan dryer (D-101). Cairan bebas padatan keluar dari CR-101 dimasukkan ke dalam FD-101. Di dalam FD-101 terjadi pemisahan antara asetaldol dengan campuran asetaldehida dan air. Hasil atas FD-101 berupa asetaldehida di recycle ke R-101. Hasil bawah FD-101 berupa asetaldol dan air kemudian dimasukkan ke dalam FD-102 untuk dipisahkan. Hasil atas FD-102 berupa uap air dibuang ke atmosfer sedangkan hasil bawah FD-102 berupa asetaldol yang cukup murni didinginkan di dalam cooler (CL-101) lalu disimpan di dalam T-103.
FLOWSHEET PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN ASETALDOL DARI ASETALDEHIDA
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Skala : Tanpa Skala Tanggal Tanda Tangan Digambar Nama: Andriani Dewi
NIM : 080405030 1.Nama : NIP : Diperiksa/ Disetujui
Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT NIP :
Dr. Ir. Taslim, M.Si 2.Nama :
DIAGRAM ALIR PEMBUATAN ASETALDOL DARI ASETALDEHIDA
PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN ASETALDOL DARI ASETALDEHIDA MENGGUNAKAN METODE ALHERITIERE DAN GOBRON DAN KAPASITAS 30.000 TON/TAHUN
19650115 199003 1 002 19680808 199403 2 003
Alur 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Komponen (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam) (kg/jam)
- - - - 6818,182 - 3068,182 - 3068,182 - 3068,182 - - 3068,182 -2166,731 0,905 154,528 0,914 20,516 2167,636 2188,152 155,442 2349,976 1,325 2348,651 1,199 0,126 9,232 2339,419
- - - 3750 - 3750 - 3750 - - - 3750
Sub Total 2166,731 15,087 154,528 18,287 6838,698 2181,818 9020,516 172,815 9193,331 26,498 9166,833 1,199 25,299 3077,414 6089,419 2301,54 3787,879
-1. T-101 Tangki Asetaldehida 2. T-102 Tangki Asam Sulfat 3. T-103 Tangki Asetaldol 4. G-101 Gudang Natrium Hidroksida 5. FD Flash Drum
6. HE Heat Exchanger
7. M-101 Mixer Asam Sulfat 8. M-102 Mixer Natrium Hidroksida 9. R-101 Reaktor 10. R-102 Netralizer
11. CR-101 Crystallizer
12. D-101 Dryer
13. P-101 Pompa Asetaldehida 14. P-102 Pompa Asam Sulfat 15. P-103 Pompa Mixer 1 16. P-104 Pompa Reaktor 17. P-105 Pompa Netralizer
18. P-106 Pompa Mixer 2 19. P-107 Pompa Crystallizer
20. P-108 Pompa Flash Drum 2
Uap air dibuang ke atmosfer
Air Proses
Uap air dibuang ke udara
