BAB II. SELEKSI DAN URAIAN PROSES
2.1 Seleksi Proses
Pembuatan polipropilena dibuat dengan polimerisasi yaitu dari monomer propilen menggunakan katalis Ziegler-Natta. Polimerisasi adalah penggabungan molekul – molekul sejenis menjadi molekul raksasa sehingga berantai karbon sangat panjang. Polimerisasi dibedakan menjadi dua, yaitu polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi. Polimerisasi adisi melibatkan reaksi rantai, sedangkan polimerasi kondensasi melibatkan penggabungan molekul – molekul kecil yang menghasilkan molekul besar (Frederick, 1986). Terdapat tiga mekanisme reaksi polimerisasi, yaitu inisiasi, propagasi, dan terminasi. Sebelum terjadi tahapan reaksi, katalis yang digunakan TiCl4 diaktifkan terlebih dahulu oleh ko-katalis TEAL hingga membentuk pusat aktif. Pada inisiasi, electron dalam ikatan oksigen- oksigen tidak berpasangan menjadi situs aktif. Selanjutnya propagasi, banyak monomer ditambahkan dengan cepat dalam waktu yang singkat sehingga radikal bebas bergerak ke ujung rantai lalu terjadi penghentian ujung untuk menghentikan reaksi polimerisasi (Kocsis,2018). Polipropulena dapat diproduksi melalui beberapa proses antara lain;
1. Proses slurry (solvent)
Pada awalnnya, proses dioperasikan secara batch dan menggunakan pengencer dan pelarut berupa alkana serta heksana. Pada proses ini ko- katalis terbaik yaitu Doethyl alumuniumchloride karena menghasilkan kesetimbangan terbaik jika direaksikan dengan metal alkyl. Namun, proses ini menggunakan peralatan intensif dan mahal untuk mengoperasikan dan menyeimbangkan kesederhaan relative dari fase gas yang modern.
Penggunaan katalis generasi pertama juga menunjukkan kurang efesien dan efektif. Serta residu yang dihasilkan dapat menimbulkan korosi perlatan pengolahan dan menyebabkan perubahan warna dan dekomposisi polimer (Maler, 2016).
2. Proses Bulk (Liquid pool)
Proses bulk dikembangkan oleh Dart Industry pada tahun 1960. Pada proses ini, media reaksi yang digunakan adalah propilena cair. Penggunaan monomer propilena sebagai pelarut bertujuan untuk menyederhanakan
21 proses. Kondisi operasi yang digunakan adalah suhu antara 50 – 80 ℃ dan tekanan yang kira - kira mendekati tekanan uap propilena dengan kisaran 2 – 4 MPa. Reaksi polimerisasi berlangsung cepat dan waktu retensi dipersingkat karena menggunakan pelarut berupa propilena cair. Namun, walaupun produktivitas yang tinggi, luas permukaan penghilangan panas tidak cukup untuk menghilangkan panas polimerisasi jika ukuran reaktor berkurang (Maler, 2016).
3. Fasa Gas
Polimerisasi yang terjadi pada fase gas adalah polimerisasi dalam wujud gas. Dalam proses ini, gas propana dikontakkan dengan katalis padat yang tersebar di polimer kering. Terdapat dua metode berbeda tergantung pada proses pembuangan panas diantaranya proses Union Carbide / Shell menggunakan adaptasi dari Unipol polyethylene system fluidized-bed.
BASF dan Amoco menggunakan reaktor horizontal berpengaduk. Pada fase gas tidak diperlukan pelarut dan pengencer (Rostami, 2015).
Selain itu, seiring dengan perkembangan teknologi yang cukup pesat terdapat macam – macam proses dalam membuat polipropilena, antara lain:
1. Proses Spheripol
Proses pembuatan PP dengan menggunakan katalis TiCl4 menggunakan metode Spheripol terdiri dari beberapa tahap, yaitu persiapan Katalis TiCl4
dicampur dengan kokatalis seperti triethylaluminum (TEAL) atau triisobutyl aluminium (TIBA) dalam pelarut organik seperti heksana atau toluena.
Campuran ini kemudian diaktivasi dengan penambahan gas hidrogen dan diaduk selama beberapa waktu untuk membentuk katalis aktif. Propilena dicampur dengan campuran katalis dan diumpankan ke reaktor Spheripol.
Reaktor Spheripol memiliki bentuk silinder horizontal dan dilengkapi dengan poros yang berputar di dalamnya untuk memastikan distribusi campuran homogen di seluruh permukaan poros. Propilena dan campuran katalis diumpankan melalui poros pada suhu dan tekanan yang cukup tinggi. Setelah propilena dan katalis tercampur, polimerisasi dimulai dan PP terbentuk dalam bentuk butiran kecil yang disebut "crumb". Crumb kemudian dipindahkan ke tangki kristalisasi, di mana kristal PP akan tumbuh dan mengendap di dasar
22 tangki. Setelah kristalisasi selesai, campuran kristal dan cairan pemompaan dipisahkan dengan menggunakan pemisah sentrifugal. Cairan pemompaan kembali ke reaktor untuk diulang, sedangkan kristal PP yang dihasilkan dipindahkan ke tahap berikutnya. Kristal PP kemudian dipisahkan dari sisa cairan dan diproses melalui beberapa tahap pemurnian, seperti pencucian dan pengeringan. Proses ini dapat membantu menghilangkan katalis residu dan sisa monomer dari PP (Kocsis, 2019).
2. Hercules Process
Proses Hercules dalam pembuatan PP dengan menggunakan katalis TiCl4
terdiri dari beberapa tahap, diantaranya Persiapan Katalis TiCl4 dicampur dengan ko-katalis seperti triethylaluminum (TEAL) dalam pelarut organik seperti heksana atau toluena. Campuran ini kemudian diaktifkan dengan menambahkan gas hidrogen dan diaduk selama beberapa waktu. Setelah katalis diaktivasi, propilena cair dimasukkan ke dalam reaktor bersama dengan campuran katalis. Reaktor kemudian dipanaskan dan di presurisasi untuk memulai reaksi polimerisasi. Proses ini biasanya dilakukan pada suhu tinggi, sekitar 70-80°C, dan pada tekanan yang cukup tinggi, sekitar 2-4 MPa.
Setelah reaksi polimerisasi selesai, campuran polimer dan pelarut organik diambil dari reaktor dan dipisahkan. PP yang dihasilkan kemudian dibersihkan dengan membasuhnya dengan air untuk menghilangkan sisa pelarut organik dan kemudian dikeringkan . PP yang dihasilkan dapat direndam dalam larutan stabilisator seperti antioksidan dan sinergisator UV untuk meningkatkan stabilitasnya dan mencegah degradasi selama pemakaian. PP yang telah stabil kemudian diolah menjadi bentuk yang diinginkan, seperti butiran, film, atau lembaran. Kemudian, PP dipotong dan dikemas untuk dikirim ke konsumen (Kocsis, 2019).
3. Proses Unipol
Proses pembuatan PP menggunakan metode Unipol dengan katalis TiCl4
terdiri dari beberapa tahap, yaitu katalis TiCl4 dicampur dengan kokatalis seperti triethylaluminum (TEAL) atau triisobutyl aluminium (TIBA) dalam pelarut organik seperti heksana atau toluena. Campuran ni kemudian
23 diaktivasi dengan penambahan gas hidrogen dan diaduk selama beberapa waktu untuk membentuk katalis aktif. Propilena dicampur dengan campuran katalis dan diumpankan ke reaktor Unipol. Reaktor Unipol memiliki bentuk silinder vertikal dengan bagian bawah berupa ember dan bagian atas yang disebut riser. Propilena dan campuran katalis diumpankan ke ember reaktor dan diberi suhu dan tekanan yang cukup tinggi. Campuran kemudian diangkat ke riser di mana propilena diaktivasi dan PP terbentuk. Setelah propilena dan katalis tercampur, polimerisasi dimulai dan PP terbentuk dalam bentuk serbuk yang disebut "powder". Powder kemudian dipindahkan ke tangki kristalisasi, di mana kristal PP akan tumbuh dan mengendap di dasar tangki. Setelah kristalisasi selesai, campuran kristal dan cairan pemompaan dipisahkan dengan menggunakan pemisah sentrifugal. Cairan pemompaan kembali ke reaktor untuk diulang, sedangkan kristal PP yang dihasilkan dipindahkan ke tahap berikutnya. Kristal PP kemudian dipisahkan dari sisa cairan dan diproses melalui beberapa tahap pemurnian, seperti pencucian dan pengeringan. Proses ini dapat membantu menghilangkan katalis residu dan sisa monomer dari PP. PP yang dihasilkan dapat direndam dalam larutan stabilisator seperti antioksidan dan sinergisator UV untuk meningkatkan stabilitasnya dan mencegah degradasi selama pemakaian (Frederick, 1986).
4. Proses Borstar
Proses Borstar dalam pembuatan polipropilena (PP) melibatkan beberapa tahapan produksi yaitu pemisahan dan pembersihan bahan baku PP, yaitu propilena dan katalis, dipisahkan dan dibersihkan dari kontaminan lain seperti air dan oksigen.Propilena dicampur dengan katalis dan dimasukkan ke dalam reaktor. Proses polimerisasi dilakukan dengan mengontrol suhu dan tekanan reaktor untuk memastikan bahwa polimerisasi berlangsung dengan efisien dan produk yang dihasilkan berkualitas tinggi. Proses polimerisasi dalam metode Borstar menggunakan teknologi multi-staged loop, yang menghasilkan PP dengan struktur molekul yang unik dan sifat yang lebih baik. Depolimerisasi:
Tahap ini melibatkan pemisahan produk polimer dari sisa katalis dan bahan kimia lainnya yang tidak bereaksi. Produk polimer dilarutkan dalam
24 hidrokarbon dan dipisahkan dari bahan kimia lainnya. Ekstraksi: Produk polimer yang telah dipisahkan dari sisa katalis dan bahan kimia lainnya diekstraksi dengan menggunakan pelarut organik. Proses ekstraksi ini bertujuan untuk menghilangkan sisa-sisa bahan kimia dan kontaminan lainnya dari produk PP. Pembentukan butiran: Produk PP yang telah diambil dari reaktor dan diolah melalui tahap pemisahan, depolimerisasi, dan ekstraksi, selanjutnya dijadikan butiran kecil yang siap untuk dijual dan digunakan dalam berbagai produk (Gallo, 2012).
Dari berbagai proses polimerisasi pembentukan polipropilen, dapat disimpulkan dengan hasil perbandingan dari masing – masing proses.
Tabel 2. 1. Perbandingan Proses Pembuatan Polipropilen Berdasarkan Fase Tipe
Proses Solvent Temperatur (°C)
Tekanan
(psig) Deskripsi Proses
Slurry Hexana 50 – 80 100 – 400
1. Pengendapan polimer membentuk slurry 2. Membutuhkan solvent 3. Katalis yang digunakan
sedikit
4. Beban biaya yang sangat besar
5. Konversi 45 -58 %
Bulk Propilen 45 – 80 250 – 550
1. Pengendapan polimer membentuk suspense 2. Kualitas produk tinggi dan
konsisten karena pencampuran monomer lebih sempurna
25 3. Kontrol proses lebih mudah 4. Range produk tidak terbatas 5. Konversi antara 50-60 %
Fase Gas
Tidak
ada 60 – 80 200 – 600
1. Produk yang dihasilkan lebih seragam
2. Investasi alat lebih murah 3. Hemat energi
4. Range produk tidak terbatas 5. Konversi 80 - 90%
Tabel 2. 2. Tabel Perbedaan Tiap Proses
No Parameter
Jenis Proses
Unipol Spheripol Borstar Hercules
1 Bahan Baku Propilena Murni
Propilena
Murni Propilena Murni Propilena Murni 2 Katalis Ziegler-
Natta
Ziegler-
Natta Metallocene Tungsten Trioxide
3 Suhu Reaksi 70℃-90℃ 70℃-85℃ 70℃-80℃ 60℃-80℃
4 Tekanan 25-30 atm 20-25 atm 30-50 atm 20-30 atm 5 Yield
Produksi 90-99% 90-99% 95-99% 70-80%
6 Fase reaksi Gas Cair Cair Cair
7 Pelarut Tidak Ada Tidak Ada Tidak Ada Heptana &
Heksana
26 8 Jenis
Reaktor
Fluidized Bed
Loop Tubular
Loop Reaktor dan Fluidized bed
reaktor
Tangki Berpengaduk
Seri 9 Kemurnian
Produk
Sangat
Tinggi Tinggi Tinggi Tinggi
(Sumber: Maler, 2016).
Dari kesimpulan diatas, proses polimerisasi yang digunakan dapat ditentukan dengan menggunakan metode factor rating, sebagai berikut;
Tabel 2. 3. Rating faktor berbagai proses
No Parameter Max
Jenis Proses
Unipol Spheripol Borstar Hercules
1 Katalis 20 18 18 18 15
3 Suhu Reaksi 10 10 10 10 8
4 Tekanan 10 9 9 7 6
5 Yield Produksi 10 9 9 10 7
6 Fase reaksi 15 15 13 13 13
7 Pelarut 20 20 20 20 18
9 Kemurnian Produk 15 15 14 14 14
Total 100 96 93 92 81
Dari pertimbangan diatas maka digunakan proses polimerisasi fasa gas menggunakan proses Unipol. Dengan kesimpulan pertimbangan sebagai berikut;
1. Ketersediaan katalis yang melimpah di Indonesia sehingga tidak perlu melakukan impor dari luar negeri dan harga katalis yang terjangkau.
27 2. Proses yang digunakan lebih sederhana dengan konversi yang paling tinggi 3. Tidak diperlukan pemakaian pelarut (solvent) dengan kondisi operasi yang
lunak
4. Dapat menghasilkan produk dengan kualitas yang tinggi serta tidak memerlukan banyak bahan kimia dan energi karena keseragaman kondisi fluidized bed yang tercampur sempurna
5. Operasi yang stabil dan terjaga karena diperlukan pengontrolan yang ketat.
6. Tidak menggunakan lahan yang besar dan investasi alat yang lebih murah.