PVAc & PVA [PDF]

Citation preview

Proses pembuatan vinyl acetate monomer (VAM)



Dalam proses pembuatan VAM, ada 10 unit operasi dasar, yang meliputi vaporizer, reaktor aliran plug katalitik, heat exchanger, separator, kompresor gas, absorber, carbon dioxide (CO2) removal system, a gas removal system, tangki untuk recycler bahan liquid, dan kolom distilasi azeotropik dengan decanter. Ada tujuh komponen kimia dalam proses VAM. Etilena (C2H4), oksigen murni (O2), dan asam asetat (HAC) diubah menjadi produk vinil asetat (VAC), dan air (H2O) dan karbon dioksida (CO2) adalah produk sampingan. Inert, etana (C2H6), masuk dengan aliran umpan C2H4. Reaksi eksotermik terjadi dalam tabung berisi reaktor yang diisi dengan katalis logam mulia dan support silika. Panas dihilangkan dari reaktor dengan menghasilkan uap pada sisi selubung tabung. Uap yang keluar dari drum memiliki sifat sebagai uap jenuh. Reaksi bersifat ireversibel dan laju reaksi memiliki ketergantungan pada suhu. Efluen dari reaktor mengalir melalui heat exchanger, di mana aliran dingin adalah recycle gas. Efluen reaktor kemudian didinginkan dengan cooling water lalu uapnya (oksigen, etilen, karbon dioksida dan etana) dan cairan (vinil asetat, air dan asam asetat) dipisahkan. Aliran uap dari separator mengalir ke kompresor dan aliran cair dari separator menjadi bagian dari umpan ke kolom distilasi azeotropik. Gas dari kompresor masuk ke bagian bawah absorber, di mana sisa vinil asetat didapatkan. Aliran cair dari base disirkulasi ulang melalui pendingin dan diumpankan ke tengah absorber. Asam asetat cair yang telah didinginkan dimasukkan ke bagian atas absorber untuk proses scrubbing akhir. Produk dasar liquid dari absorber digabungkan dengan liquid dari separator sebagai aliran umpan ke kolom destilasi.



Bagian dari gas overhead yang keluar dari absorber memasuki removal system. Aliran gas (tidak termasuk karbon dioksida) dengan sebagiannya menuju purge untuk menghilangkan inert etana dari proses. Sedangkan sisanya digabungkan dengan aliran recycle gas dan dialirkan ke heat exchange. Aliran umpan etilen ditambahkan, aliran recycle gas, umpan asam asetat, dan aliran asam asetat recycle memasukki vaporizer, di mana uap digunakan untuk menguapkan cairan. Aliran gas dari vaporizer selanjutnya dipanaskan ke suhu saluran masuk reaktor yang diinginkan dalam trim heater menggunakan uap. Oksigen ditambahkan ke aliran gas dari vaporizer sesaat sebelum memasukki reaktor untuk menjaga komposisi oksigen dalam recycle gas. Kolom distilasi azeotropik memisahkan vinil asetat dan air dari asam asetat yang belum dikonversi. Produk overhead dikondensasi dengan cooling water dan liquid dialirkan menuju ke decanter, di mana fase vinil asetat dan air dipisahkan. Produk organik dan air dialirkan untuk pemurnian ke bagian distilasi lain. Langkah pemisahan tambahan yang diperlukan untuk menghasilkan vinil asetat dengan kemurnian yang baik. Produk dasar dari kolom distilasi mengandung asam asetat, yang direcycle kembali ke vaporizer bersamaan dengan asam asetat. Bagian dari aliran dasar ini adalah wash acid yang digunakan dalam absorber setelah dilakukan pendinginan.







Sintesis polivinil asetat (PVAc) Polivinil asetat merupakan polimer adisi yang dihasilkan dari polimerisasi vinil asetat monomer melalui reaksi free radical chain polymerization. Chain polymerization adalah reaksi berantai dimana pertumbuhan rantai polimer merupakan hasil dari reaksi antara monomer dan bagian aktif pada rantai polimer degan regenerasi bagian aktif pada setiap akhir langkah pertumbuhan. Reaksi polimerisasi adisi terbagi menjadi tiga tahap yaitu inisiasi, propagasi, dan terminasi. Pada tahap inisiasi terjadi reaksi sebagai berikut, dengan I merupakan inisiator dan R merupakan radikal hasil dekomposisi inisiator.



Proses polimerisasi adisi memerlukan inisiator untuk memicu terbentuknya radikal monomer. Inisiator pada reaksi polimerisasi dapat menggunakan senyawa peroksida seperti benzoil peroksida dan senyawa azo seperti azobis-iso-butironitril (AIBN). Faktor yang mempengaruhi pemilihan inisiator adalah waktu paruh, yaitu waktu yang dibutuhkan untuk mendekomposisi 50% senyawa inisiator dalam kondisi tertentu. Inisiator pada umumnya bersifat tidak stabil secara termal. Pada inisiator tipe azonitril simetris, radikal yang terbentuk adalah tipe ters-alkil yang bersifat lebih stabil daripada radikal yang dihasilkan dari dekomposisi senyawa peroksida. Reaksi pembentukan radikal pada senyawa inisiator digambarkan sebagai berikut.



Regenerasi dari radikal merupakan karakteristik dari reaksi berantai (chain reaction). Efisiensi dari inisiasi radikal dapat diestimasi dengan membandingkan jumlah inisiator yang terdekomposisi dengan jumlah rantai polimer yang terbentuk. Kebanyakan inisiator pada polimerisasi vinil mempunyai efisiensi sekitar 60% sampai 100% dari total radikal yang terbentuk menginisiasi rantai polimer yang dihasilkan. Pada tahap propagasi, rantai radikal yang dihasilkan pada tahap inisiasi bertemu dengan monomer-monomer untuk membentuk rantai yang lebih panjang. Reaksinya digambarkan sebagai berikut.



Propagasi akan terus berlangsung sampai suplai monomer telah habis. Pada tahap terminasi, karena suplai monomer telah habis, maka terjadi kecenderungan terjadi reaksi antara radikal membentuk pasangan elektron, sehingga aktivitas radikalnya hilang. Tahap terminasi dapat terjadi dalam dua kemungkinan yaitu kombinasi dan disproporsionasi yang ditunjukan sebagai berikut.







Sintesis polivinil alkohol (PVA) PVA dapat dibuat dengan menggunakan reaksi hidrolisis, dimana karakteristik reaksi hidrolisis adalah menggunakan air sebagai reaktannya pada suhu ruangan (25 hingga 27oC) dengan mengikuti persamaan reaksi sebagai berikut



Polivinil asetat ditambahkan 8-10% mol NaOH per mol polivinil asetat (20% berat air). Methanol untuk mengurangi konsentrasi NaOH ke bawah 10% dengan temperatur hidrolisis 40-45oC dan waktu reaksi 20-90 menit, kemudian dikeringkan dalam oven dengan durasi 10-12 jam di 60-70oC. Pada skala industri, metode esterifikasi lebih disukai daripada metode hidrolisis karena distribusi gugus fungsional alkohol pada rantai produk PVA lebih teratur sehingga molekul polimer lebih stabil. Oleh karena itu produk Polivinil Alkohol yang dihasilkan memiliki derajat hidrolisis yang rendah (35%).