Makalah Piop - Sintesis Etilen Oksida Kelompok 8 [PDF]

Citation preview

MAKALAH PROSES INDUSTRI OLEO DAN PETROKIMIA “SINTESIS ETYLENE OXIDE”



Dosen Pengampu: Drs. Irdoni HS, Ms



Disusun Oleh: KELOMPOK VIII Annisa Rohilina



1907124911



Hasby Herdinasrul



1907195171



M. Dzaky Nadhim Alhady



1907156499



Rahma Azani



1907195160



PROGRAM STUDI SARJANA TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU PEKANBARU 2021



KATA PENGANTAR Segala puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan kami kemudahan sehingga saya dapat menyelesaikan makalah ini dengan tepat waktu. Tanpa pertolongan-Nya tentunya kami tidak akan sanggup untuk menyelesaikan makalah ini dengan baik. Penulis mengucapkan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan nikmat sehat-Nya, baik itu berupa sehat fisik maupun akal pikiran, sehingga penulis mampu untuk menyelesaikan pembuatan makalah sebagai tugas dari mata kuliah Proses Industri Oleo dan Petrokimia dengan judul “Sintesis Etilen Oksida”. Penulis tentu menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari kata sempurna dan masih banyak terdapat kesalahan serta kekurangan di dalamnya. Untuk itu, penulis mengharapkan kritik serta saran dari pembaca untuk makalah ini, supaya makalah ini nantinya dapat menjadi makalah yang lebih baik lagi. Kemudian apabila terdapat banyak kesalahan pada makalah ini penulis mohon maaf yang sebesar-besarnya. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak khususnya kepada Pak Irdoni selaku dosen pengampu mata kuliah Proses Industri Oleo dan Petrokimia yang telah membimbing dalam menulis makalah ini. Demikianlah kata pengantar ini penulis tulis, semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi semua orang. Terima kasih.



Pekanbaru, 05 Mei 2021



Penulis



BAB I PENDAHULUAN 1.1



Latar Belakang Industri yang mengelolah bahan mentah menjadi bahan intermediate maupun bahan



jadi adalah salah satu jenis industri yang berkembang pesat. Salah satu bagian dalam industri ini adalah industri kimia, baik yang memproduksi bahan baku kimia hulu maupun hasil olahannya. Seiring dengan perkembangan zaman, kebutuhan akan bahan-bahan kimia semakin besar sehingga pembangunan industri kimia perlu untuk ditumbuh kembangkan. Salah satu bahan kimia yang banyak digunakan adalah etilen oksida. Bahan kimia yang juga dikenal sebagai epoksietan atau oxirane ini banyak digunakan dalam industri kimia dan farmasi. Secara langsung etilen oksida digunakan sebagai bahan desinfektan yang efektif dan banyak digunakan untuk keperluan rumah tangga. Dalam bidang industri, penggunaan etilen oksida juga cukup luas. Di Indonesia, etilen oksida sebagian besar digunakan dalam proses produksi etilen glikol. Proyeksi kebutuhan etilen oksida dalam negeri semakin meningkat seiring dengan peningkatan industri-industri yang menggunakannya. Pendirian pabrik etilen oksida akan membawa dampak positif karena di Indonesia belum ada industri kimia yang memproduksi etilen oksida.



BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1



Sintesis Etilen Oksida



2.1.1



Sejarah Etilen Oksida Etilen oksida yang juga dikenal dengan oksirana adalah senyawa organik dengan



rumus molekul C2H4O. Senyawa etilen berjenis eter siklik. Etilen oksida berbentuk gas tak berwarna dan mudah terbakar pada suhu ruangan serta berbau manis. Senyawa etilen oksida merupakan epoksida paling sederhana karena struktur molekulnya, banyak dipakai pada reaksi adisi, seperti polimerisasi. Etilen oksida berisomer dengan asetaldehida dan vinil alkohol. Pada tahun 1859 etilen oksida pertama kali disintesis oleh ahli kimia Prancis Charles Adolphe Wurtz dan kemudian dikenal dengan proses klorohidrin. Wurtz telah mempersiapkannya dengan mencoba 2-kloroetanol dengan kalium hidroksida : Cl – CH2CH2 – OH + KOH → (CH2CH2)O + KCl + H2O Wurtz mengukur titik didih etilen oksida sebagai 13,5°C (56,3°F), sedikit lebih tinggi dari nilai sekarang, dan menemukan kemampuan etilen oksida untuk bereaksi dengan asam dan garam logam. Wurtz secara keliru menganggap bahwa etilen oksida memiliki sifat-sifat basa organik. Hingga 1896 kesalahpahaman ini berlanjut sampai suatu ketika Georg Bredig menemukan bahwa etilen oksida bukanlah elektrolit. Bahwa ia berbeda dari eter lain, terutama karena kecenderungannya untuk terlibat dalam reaksi adisi, yang merupakan ciri khas senyawa tak jenuh telah lama menjadi bahan perdebatan. Struktur segitiga heterosiklik etilena oksida diusulkan pada tahun 1868 atau sebelumnya. Sintesis Wurtz pada 1859 telah lama menjadi satu-satunya metode pembuatan etilena oksida, meskipun banyak upaya, termasuk oleh Wurtz sendiri, untuk memproduksi etilena oksida langsung dari etilena. Dan pada tahun 1931 ahli kimia Prancis Theodore Lefort mengembangkan metode oksidasi langsung etilen di hadapan katalis perak. Sejak 1940, hampir semua produksi industri etilen oksida mengandalkan proses ini. Sterilisasi oleh etilena oksida untuk pengawetan rempah dipatenkan pada tahun 1938 oleh ahli kimia Amerika Lloyd Hall.  2.1.2



Pengertian Etilen Oksida



Etilen oksida, disebut oksiran oleh IUPAC, adalah senyawa organik dengan rumus C2H4O. Ini adalah eter siklik dan epoksida paling sederhana: cincin beranggota tiga yang terdiri dari satu atom oksigen dan dua atom karbon. Etilen oksida adalah gas yang tidak berwarna dan mudah terbakar dengan aroma yang agak manis. Karena merupakan cincin yang tegang, etilen oksida dengan mudah berpartisipasi dalam sejumlah reaksi adisi yang menghasilkan pembukaan cincin. Etilen oksida adalah isomer dengan asetaldehida dan dengan vinil alkohol. Etilen oksida diproduksi secara industri dengan oksidasi etilen dengan adanya katalis perak. Rumus molekul dari etilen oksida yaitu :



Reaktivitas yang bertanggung



jawab atas banyak bahaya etilen



oksida juga membuatnya berguna. Meskipun terlalu berbahaya untuk penggunaan rumah tangga langsung dan umumnya asing bagi konsumen, etilen oksida digunakan untuk membuat banyak produk konsumen serta bahan kimia dan zat antara non-konsumen. Produkproduk ini termasuk deterjen, pengental, pelarut, plastik, dan berbagai bahan kimia organik seperti etilen glikol, etanolamina, glikol sederhana dan kompleks, eter poliglikol, dan senyawa lainnya. Meskipun merupakan bahan baku penting dengan beragam aplikasi, termasuk pembuatan produk seperti polisorbat 20 dan polietilen glikol (PEG) yang seringkali lebih efektif dan kurang toksik daripada bahan alternatif, etilen oksida sendiri adalah zat yang sangat berbahaya. Pada suhu kamar itu adalah gas yang mudah terbakar, karsinogenik, mutagenik, mengiritasi, dan anestesi . Sebagai gas beracun yang meninggalkan residu pada barang-barang yang dihadapinya termasuk makanan dan rempah-rempah, etilen oksida adalah desinfektan permukaan yang banyak digunakan di rumah sakit dan industri peralatan medis untuk menggantikan uap dalam sterilisasi alat dan peralatan yang peka terhadap panas, seperti sekali pakai jarum suntik plastik. Sangat mudah terbakar dan sangat eksplosif sehingga digunakan sebagai komponen utama senjata termobarik : oleh karena itu, biasanya ditangani dan dikirim sebagai cairan berpendingin untuk mengendalikan sifatnya yang berbahaya. 2.1.3



Sifat Fisika dan Kimia Etilen Oksida Berikut sifat fisika dari etilen oksida :







Rumus Molekul



: C2H4O







Berat molekul



: 44,053 gr/gmol







Titik Didih (1 atm¸°C)



: 10,8







Titik lebur (1 atm, °C)



: 112,5







Temperatur Kritis (°C)



: 195,8







Tekanan kritis, Mpa



: 7,2







Densitas kritis







Densitas cairan pada 20°C



: 876 kg/m







Densitas gas pada 20°C



: 2,98 g/l







Tegangan Permukaan 20°C



: 24,5 m N/m







Kapasitas panas, gas 20°C



: 1,1 kJ/kg K







Panas penguapan (25°C, 101,3 k Pa) : 5,495 kJ/kg







Panas pembakaran



: 29,648 kJ/kg







Panas pembentukan, gas



: 117,86 kJ/kg



: 314 kg/m3



Etilen Oksida adalah senyawa yang sangat mudah bereaksi (reaktif), biasanya reaksinya dimulai dengan terbakarnya struktur cincinnya dan umumnya bersifat eksotermis. Suatu ledakan dapat terjadi jika etilen Oksida dalam bentuk uap mendapatkan pemanasan yang berlebihan. Sifat kimia dari etilen oksida diantaranya adalah: a. Dekomposisi Etilen Oksida dalam bentuk gas akan mulai terdekomposisi pada 400°C membentuk CO, CH4, C2H4, H2 atau CH3CHO. Langkah pertama yang terjadi adalah isomerisasi menjadi asetaldehid. b. Reaksi dengan atom hidrogen labil Etilen bereaksi dengan senyawa yang mengandung atom hidrogen yang labil dan membentuk gugus hidroksil etil. c. Reaksi oleh senyawa ikatan rangkap Etilen oksida dapat bereaksi dengan senyawa-senyawa berikatan rangkap (double bond) membentuk senyawa siklis, misalnya dengan CO2. d. Isomerisasi katalitik Etilen oksida dapat bereaksi membentuk asetaldehid dengan bantuan katalis Ag, pada kondisi tertentu. e. Reduksi menjadi etanol Reduksi etilen oksida menjadi etanol dapat dilakukan dengan katalis Ni, Cu, Cr, dan Al2O3. f. Reaksi dengan pereaksi



Grignard Reaksi etilen oksida dengan pereaksi Grignard menghasilkan senyawa dengan gugus hidroksil primer. 2.1.4



Proses Pembuatan Etilen Oksida



1. Oksidasi tidak langsung dari etilena, dengan klorohidrin sebagai perantara Proses pembuatan etilen oksida pada proses klorohidrin terdiri dari dua reaksi utama yaitu : a. Reaksi etilen dengan asam hipoklorit untuk menghasilkan klorohidrin. C2H4 + HOCl → HOCH2 - CH2Cl b. Reaksi klorohidrin dengan kalsium hidroksida sehingga diperoleh etilen oksida 2HOCH2 - CH2Cl + Ca(OH)2 → 2C2H4O + CaCl2 + 2H2O Proses khlorohidrin terdiri dari 2 langkah, yaitu proses pembuatan etilen khlorohidrin sebagai bahan intermediate dan proses dehidrokhlorinasi etilen khlorohidrin menggunakan sodium atau kalsium hidroksida. Reaksi yang berlangsung adalah sebagai berikut : CaO + Cl2



→



CaCl(OCl)



CaCl(OCl) + H2O



→



CaCl2 + 2HOCl



HOCl + C2H4



→



HOCH2CH2Cl



HOCH2CH2Cl + NaOH →



CH2OCH2 + NaCl + H2O



Reaksi pembentukan kalsium oksikhlorid berlangsung pada tekanan 2900 psi dan suhu 20°C dengan menggelembungkan gas khlor ke dalam slurry dari kapur dan etilen. Selanjutnya gas khlor digelembungkan ke dalam larutan oksikhlorid sehingga dihasilkan etilen khlorohidrin. Etilen oksida dihasilkan dengan mereaksikan etilen khlorohidrin dengan sodium hidroksida pada suhu 15-25°C dan tekanan 36 psi. 2. Proses Oksidasi Langsung Pertama kali diproduksi secara industri melalui cara ini pada tahun 1938 oleh Union Carbida, yang memperoleh paten yang diterbitkan oleh Lefort pada tahun 1931 mengenai sintesis etilen oksida dengan oksidasi langsung, Dua tahun kemudian, pada tahun 1940 jenis prosesnya menyumbang 10 persen dari total kapasitas terpasang pada saat itu di Amerika Serikat, sejak 1973 proses ini dilakukan oleh hampir semua pabrik yang beroperasi atau direncanakan di seluruh dunia. a) Proses Oksidasi Langsung dengan Oksigen Dalam proses terjadi reaksi utama yaitu pembentukan etilen oksida dan reaksi samping menghasilkan karbon dioksida dan air. Reaksi Utama



: C2H4 + 1/2O2 → C2H4O



Reaksi Samping : C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O



C2H4O + 2,5O2 → 2CO2 + 2H2O Teknik ini dikomersialkan sejak 1958, bahan bakarnya adalah oksigen dalam kemurnian 95 sampai 100 persen volume dan etilen yang mungkin mengandung hingga 10 persen volume metana. Temperatur : 260 – 290 derajat Celcius untuk hasil yang optimal Tekanan



: 1 – 3 x 106 Pa absolute



Reaksi dijalankan dalam reaktor Fixed bed multitube pada tekanan 1,2 atm dan suhu 290°C dengan katalis perak pada penyangga Alumina. Konversi per passnya 15% sedangkan selektivitas cukup tinggi yaitu sekitar 75%. Selain terbentuk etilen oksida, terbentuk pula produk samping CO2 dan H2O jadi perlu rangkaian CO2 absorber dan CO2 stripper untuk menggurangi kandungan CO2 sebelum gas keluar absorber tersebut direcycle ke reaktor. Selain itu untuk mencegah efek eksplosivitas etilen terhadap oksigen, maka perlu penambahan gas diluent berupa nitrogen murni atau ethan murni dalam siklus reaktor.



Produksi Etilen Oksida dengan Oksidasi Oksigen by Shell Process b) Oksidasi langsung dengan udara Dalam proses terjadi reaksi utama yaitu pembentukan etilen oksida dan reaksi samping menghasilkan karbon dioksida dan air. Reaksi Utama



: C2H4 + 1/2O2 → C2H4O



Reaksi Samping : C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O C2H4O + 2,5O2 → 2CO2 + 2H2O



Temperatur : 200 – 315 derajat Celcius untuk hasil yang optimal Tekanan : 1,2 x 106 Pa absolute Diperlukan rangkaian CO2 absorber dan CO2 stripper Dengan digunakan udara dengan kadar nitrogen tinggi, maka tidak memerlukan gas diluent untuk mencegah eksplotivitas dan juga berfungsi sebagai pendingin reaksi. Pada reaksi dengan menggunakan udara sebagai oksidannya didapatkan hasil samping CO2 dan H2O. Secara ekonomi lebih menguntungkan investasi. Selain itu tidak diperlukannya diluent khusus pada saat proses reaksi berjalan. Namun demikian dengan digunakannya udara sebagai oksidan yang mengandung banyak nitrogen, maka diperlukan purging untuk mencegah akumulasi nitrogen. Dari proses di atas dipilih proses oksidasi langsung, karena proses paling sederhana dan bahan yang digunakan tidak terlalu berbahaya. Kelemahan proses ini adalah konversi etilen keluar reaktor yang rendah. Hal ini diatasi dengan melakukan recycle gas keluar reaktor yang telah diambil etilen oksidanya, kemudian mencampur dengan umpan segar. Produksi Etilen Oksida dengan Oksidasi Udara by Scientific Design Process



Perbandingan Proses Pembentukan Etilen Oksida Jenis Proses



Kelebihan



Kekurangan



Klorihidrin



 Selektivitas proses berkisar 45-85% mol



 Biaya produksi lebih mahal  Limbah cukup banyak



Proses







 Perlu ditambahkan diluen gas N2



Selektivitas



Oksidasi Langsung dengan Oksigen



proses ini tinggi berkisar 50-82% mol.  Relatif membutuhkan lebih sedikit katalis.  Jumlah gas inert dalam siklus relatif tetap



atau metana untuk mencegah eksplosivitas etilen terhadap oksigen.  Membutuhkan CO2 removal section



Proses Oksidasi Langsung dengan Udara











2.1.5



Udara mudah didapat.  Selektivitas proses ini berkisar 20-65%.  N2 pada udara merupakan diluent



Selektivitas proses ini berkisar 20-65%.  Untuk memperoleh selektivitas yang sama (proses oksidasi dengan oksigen) diperlukan katalis lebih banyak, reaktor lebih banyak, membutuhkan air purification,multistage compressor, dan vent gas treating.



Kegunaan Etilen Oksida Etilen oksida umumnya digunakan sebagai bahan pensteril. Dalam kehidupan sehari-



hari digunakan untuk mensterilkan bahan-bahan seperti pakaian, perabot rumah tangga dan bahkan bulu binatang. Etilen oksida juga digunakan sebagai pestisida. Di dunia kedokteran etilen oksida dikenal luas sebagai desinfektan peralatan bedah, bahan-bahan plastik, dan alatalat lain yang tidak tahan panas sehingga tidak dapat disterilkan dengan uap pada suhu tinggi. Etilen oksida selain untuk penggunaan langsung, juga dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan: 1. Monoetilen Glycol, dihasilkan dari reaksi etilen oksida dengan air, merupakan agen antibeku yang digunakan pada mesin-mesin, Juga digunakan untuk bahan baku produksi polietilen terephthalate (PET) dan sebagai cairan penukar panas. 2. Dietilen Glycol, merupakan agen pelunak yang digunakan pada gabus lem dan kertas. Juga digunakan sebagai solven dan agen de-icing pada pesawat terbang maupun bandara. 3. Trietilen Glycol, merupakan agen humectant yang juga digunakan sebagai solven, pernis dan pengering gas. Sering digunakan sebagai drying agent pada pengolahan gas alam.



4. Tetraetilen Glycol, merupakan agen ekstraksi yang digunakan dalam ekstraksi hidrokarbon aromatik. 5. Polietilen Glycol, digunakan sebagai bahan baku pembuatan kosmetik, farmasi, pelumas, solven, bahan penunjang pembuatan keramik dan bahan pembuat perekat maupun tinta cetak. 6. Polietilen oksida (Polyox), dihasilkan dengan reaksi polimerisasi dengan melibatkan logam golongan IIA dan IIIA. Digunakan dalam bidang pertanian, agen koagulasi dan bahan pengemas. 7. Etilen Glycol Ether, dihasilkan dari reaksi etilen oksida dengan alkohol. Digunakan sebagai minyak rem, detergen, solven cat. Sering juga digunakan untuk bahan pengekstrak bagi SO2, H2S, CO2, dan merkaptan dari gas alam. 8. Ethanolamine, dihasilkan dari reaksi etilen oksida dengan amonia. Digunakan sebagai bahan kimia dalam proses akhir tekstil, kosmetik, sabun, detergen dan pemurnian gas alam. 9. Nonionic Surfactant, dihasilkan dari reaksi etilen oksida dengan alkilphenol, alkilmerkaptan atau polipropilen glikol. Digunakan sebagai bahan pengemulsi pada proses polimerisasi, bahan dasar industri surfaktan, pembuatan kertas dan daur ulang. 10. Turunan Lain, misalnya Akrilonitril yang dihasilkan dari reaksi etilen oksida dengan etilen cyanohidrin atau Urethane yang dihasilkan dari reaksi etilen oksida dengan propilen oksida.



BAB III PENUTUP 3.1



Kesimpulan



Etilen oksida adalah senyawa organik dengan rumus C2H4O. Gas yang tidak berwarna dan mudah terbakar dengan aroma yang agak manis. Karena merupakan cincin yang tegang, etilen oksida dengan mudah berpartisipasi dalam sejumlah reaksi adisi yang menghasilkan pembukaan cincin. Etilen oksida adalah isomer dengan asetaldehida dan dengan vinil alkohol. Etilen oksida diproduksi secara industri dengan oksidasi etilen dengan adanya katalis perak. Proses produksi etilen oksida : a. Oksidasi tidak langsung dari etilena, dengan klorohidrin sebagai perantara b. Oksidasi langsung melalui udara atau oksigen



DAFTAR PUSTAKA



Aries, R.S, and Newton, R.D. 1955. Chemica Engineering Cost Estimation. Mc. Graw Hill Book Company. New York. Brown, GG. 1978. Unit Operasion. John Wiley and Sons Inc. New York. Kirt, R.E., and Othmer, V.R. 1978. Encyclopedia of Chemical Technology, 2 ed. John Wiley & Sons Inc. New York. Kirt, R.E., and Othmer, V.R. 1983. Encyclopedia of Chemical Technology, 3 ed. John Wiley & Sons Inc. New York. Kirt, R.E., and Othmer, V.R. 1996. Encyclopedia of Chemical Technology, 4 ed. John Wiley & Sons Inc. New York. Perry, R.H., and Green, D. 1983. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 6 ed. McGraw Hill Companies Inc. USA. Perry, R.H., and Green, D. 1997. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 7 ed. McGraw Hill Companies Inc. USA.