Makalah Vinyl Acetate [PDF]

Citation preview

PROSES INDUSTRI KIMIA 2



INDUSTRI VINYL ACETATE



KELOMPOK 5 Rahma Suryani



( 061430400329 )



Kelas : 4 KB Dosen Pembimbing



: Ir. Nyayu Zubaidah, M.Si



POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG



KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulillah ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala nikmat – Nya, kekuatan, kesehatan, dan kemudahan yang diberikan – Nya. Atas rahmat dan hidayah – Nya, makalah yang berjudul : “Industri Vinyl Acetate” dapat terselesaikan. Pada Kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada kedua Orang Tua penulis, Ir. Nyayu Zubaidah, M.Si selaku Dosen mata kuliah Proses Industri Kimia 2, dan teman-teman 4 KB yang telah banyak membantu terutama dalam segi moril sekaligus menjadi motivasi lebih bagi penulis dalam menyelesaikan makalah ini. Dalam kesempatan ini, penulis sadar bahwa masih banyak kekurangan dan kesalahan dalam makalah ini. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaan makalah ini. Harapan penulis sebagai penyusun makalah ini semoga segala usaha dalam pembuatan makalah ini dapat bermanfaat bagi kita semua yang membacanya.



Palembang, 08 Juni 2016



Penulis



1



DAFTAR ISI KATA PENGANTAR……………………………………………….....



i



DAFTAR ISI………………………………………………..…………..



ii



BAB I PENDAHULUAN………………………………………….......



1



1.1 Latar Belakang…………………………………….…….......



1



1.2 Tujuan Pembahasan…………………………………….........



1



1.3 Manfaat Pembahasan.………………………………..….......



2



BAB II PEMBAHASAN…………………………...………………….



3



2.1 Sejarah Industri Vinyl Acetate............………………….......



3



2.2 Klasifikasi Proses………………………………....................



4



2.3 Data Kuantitatif..................…………………………..…......



5



2.4 Sifat – Sifat Bahan Baku dan Produk....................................



5



2.5 Reaksi Kimia Pembuatan Vinyl Acetate....…....………........



8



2.6 Uraian Proses........................……………………………......



8



2.7 Flowsheet...............................................................................



10



2.8 Kegunaan Alat........................................................................



10



BAB III PENUTUP………………………………………………….... 3.1 Kesimpulan………....……………………………………..... DAFTAR PUSTAKA..............................................................................



12 12 13



2



BAB I PENDAHULUAN 1.1



Latar Belakang Vinyl Acetate Monomer (VAM) adalah cairan bening yang tidak dapat larut (immiscible), namun dapat larut secara perlahan dalam air, selain itu VAM merupakan cairan yang mudah terbakar. Pada jumlah yang sedikit memiliki bau manis seperti buah, namun pada level lebih tinggi memiliki bau yang menyengat dan dapat menyebabkan iritasi. Vinil asetat merupakan bahan kimia antara yang dapat dijadikan bahan baku untuk pembuatan polivinil asetat, vinil asetat kopolimer, polivinil alkohol, dan vinil klorida. Kebutuhan vinil asetat naik rata - rata 15 % pertahun, pengguna terbesar industri vinil asetat adalah industri perekat, industri tekstil dan cat yang banyak terdapat di Indonesia. Kebutuhan vinil asetat masih dipenuhi dari impor karena pabrik vinil asetat belum ada di Indonesia. Impor vinil asetat berasal dari Amerika Serikat, Jepang, dan Taiwan (Indochemical, 1988). Memperhatikan perkembangan tersebut pemerintah membuka peluang bagi investor untuk mendirikan pabrik ini, seperti yang ditegaskan pemerintah dalam skala prioritas yang dikeluarkan BKPM tahun 1987 (Indochemical, 1988). Berdirinya pabrik vinil asetat akan mencukupi kebutuhan vinil asetat dalam negeri, dapat memanfaatkan bahan baku yang tersedia, dan juga untuk menambah devisa negara dengan mengekspor hasilnya.



1.2



Tujuan Pembahasan Tujuan pembuatan makalah ini adalah untuk : 1. Mengetahui pengertian dan kegunaan vinyl acetate. 2. Mengetahui bahan – bahan yang digunakan dalam pembuatan vinyl acetate. 3. Memahami proses pembuatan vinyl acetate.



1



1.3



Manfaat Pembahasan Hasil makalah ini diharapkan dapat memberikan manfaat : 1. Sebagai bahan informasi lebih lanjut mengenai industri vinyl acetate. 2. Mampu memahami diagram alir serta uraian proses pembuatan vinyl acetate. 3. Dapat mengetahui kegunaan dari produk industri vinyl acetate. 4. Memahami neraca massa pada industri vinyl acetate. 5. Makalah ini dapat menjadi sumber wawasan dan pengetahuan tentang industri vinyl acetate.



BAB II PEMBAHASAN 2.1



Sejarah Vinyl Acetate 2



Vinil asetat pertama kali dikenalkan dalam pemberian hak paten Jerman kepada Fritz Klatte dan diserahkan kepada Chemishe Fabriken GrieshiemElectron pada tahun 1912. Vinil asetat diidentifikasi sebagai bagian kecil hasil samping dari reaksi asam asetat dan asetilena membentuk etilidena diasetat. Dari tahun 1925, kepentingan komersil dari vinil asetat monomer dan polimernya, polivinil asetat, semakin dikembangkan dan proses untuk memproduksi keduanya dalam skala industry telah dipikirkan. Proses komersial pertama untuk vinil asetat monomer yaitu dengan penambahan asam asetat ke asetilena dalam fasa uap dengan menggunakan katalis seng asetat yang dibantu dengan karbon aktif. Proses ini dikembangkan oleh Wacker Chemie pada awal 1930-an dan mendominasi produksi vinil asetat sampai tahun 1960 ketika proses etilena telah dikomersialisasi yang didukung oleh teknologi asetilena. Proses vinil asetat dari etilena juga dikembangkan oleh Wacker Chemie. Dalam proses pembuatan vinil asetat, etilena direaksikan dengan oksigen dan asam asetat dengan kemurnian tinggi dengan katalis palladium klorida. Vinil asetat atau VAM (vinyl acetate monomer) adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CH3COOHCH=CH2 dan merupakan monomer dari polivinil asetat. Senyawa ini merupakan cairan tak berwarna dengan rasa manis. Nama sistematis dari senyawa ini adalah 1-asetoksietilena atau etenil asetat. Senyawa ini biasanya dibuat melalui reaksi dari etilena, asam asetat dan oksigen dengan katalis paladium. Senyawa ini dapat dipolimerisasi sendiri membentuk polivinil asetat (PVA) atau bersama monomer lain untuk membentuk ko-polimer seperti etilen-vinil asetat. VAM merupakan senyawa kimia yang digunakan dalam pembuatan berbagai macam produk industry dimana polivinil asetat digunakan untuk memproduksi cat, bahan perekat dan lapisan untuk bahan lunak. VAM merupakan bahan baku utama untuk pembuatan polivinil asetat (PAV) dan polivinil alcohol (PVOH). Hampir 80% dari total keseluruhan VAM yang



3



diproduksi di seluruh dunia digunakan untuk membuat kedua bahan kimia tersebut. 2.2



Klasifikasi Proses Klasifikasi proses vinyl acetate terdiri dari : 1. Asam Asetat dan Asetilena Proses ini didasarkan atas reaksi : HC=CH + CH3COOH  H2C=CH-O-(CO)CH3



ΔH = -118 kJ/mol



Kondisi operasi pada fasa gas dimana suhu yang digunakan adalah 170250oC dan katalis Zn(OAc). Konversi asetilena adalah 60-70 % dengan yield asetilena 93 %. 2. Asetaldehid dan Asetat Proses ini berlangsung dalam dua tahap. Pada tahap pertama, asetaldehid dan asetat anhidrat membentuk etilidena diasetat dalam fasa cair pada suhu 120140 oC dengan FeCl3 sebagai katalis : CH3CHO + (CH3CO)2O  CH3CH(OCOCH3)2 Pada tahap kedua, produk antara didekomposisi pada 120oC dengan katalis asam : CH3CH(OCOCH3)2  H2C=CH-O-(CO)CH3 + CH3COOH 3. Asam Asetat, Etilena dan Oksigen Pada proses ini, reaksi berlangsung pada fasa gas dengan menggunakan katalis Pd yang menghasilkan produk 94% berdasarkan etilena dan 98-99% berdasarkan asam asetat. Proses ini berdasarkan reaksi : C2H4 + CH3COOH + ½ O2  C2H3OOCCH3 + H20 Reaksi Samping : C2H4 + 3 O2  2CO2 + 2H2O Pada makalah ini, klasifikasi proses yang akan dibahas adalah produksi vinil asetat dengan menggunakan asam asetat, etilena dan oksigen.



4



2.3



Data Kuantitatif Kapasitas produksi



: 40000 ton/tahun



Bahan Baku :



2.4



Etilena



: 2801 kg/hari



Oksigen



: 857 kg/hari



Asam Asetat



: 14112 kg/hari



Sifat – Sifat Bahan Baku dan Produk 1. Sifat-sifat Bahan Baku  Etilena Sifat Fisik : Berat Molekul



: 28,05 gr/mol



Titik Didih Normal : 162,42 K Titik Lebur



: 104 K



Densitas cair



: 577 kg/m3 / -110 oC



Panas Penguapan



: 13,553 kJ/mol



Sifat Kimia 



Oksidasi etilen pada tekanan 10 – 30 atm suhu 200 – 300 0C dengan katalis Ag menghasilkan etilen oksida dengan hasil







samping CO2 dan H2O C2H4 + ½ O2  C2H4O C2H4 + 3 O2  2 CO2 + H2O Oksidasi etilen pada 0,4 – 10 atm pada suhu 175 – 200 0C







dengan katalisator PdCl2 menghasilkan asetaldehid. C2H4 + ½ O2  CH3CHO Reaksi etilen dengan air pada 7 Mpa suhu 250 – 300 0C menghasilkan etanol. C2H4 + H2O  C2H5OH



5







Asam Asetat Sifat Fisik Berat Molekul



: 60,05 gr/mol



Titik Didih Normal : 391,04 K Titik Lebur



: 289,93 K



Densitas cair



: 1049,2 kg/m3 / 20 oC



Panas Penguapan



: 23,7 kJ/mol



Sifat Kimia    







Reaksi dengan alkohol menghasilkan ester CH3OH + CH3COOH  CH3COOCH3 + H2O Pembentukan garam keasaman 2CH3COOH + Zn (CH3COO)2  Zn2+ + ½ H2 Reaksi konversi menjadi ester CH3COOH – – CH2OH  CH3COOCH2 Konversi ke klorida-klorida asam 3CH3COOH + PCl3 3CH3COCl + H3PO3



Oksigen Sifat Fisik Berat Molekul



: 32 gr/mol



Titik Didih Normal : 90,15 K Titik Lebur



: 54,75 K



Densitas cair



: 1429 kg/m3 / 0 oC



Panas Penguapan



: 6,82 kJ/mol



Sifat Kimia Membantu dalam reaksi pembakaran 2. Sifat-sifat Produk  Vinil Asetat Monomer Sifat Fisik



6



Berat Molekul



: 86,09 gr/mol



Titik Didih Normal : 345,95 K Titik Lebur



: 180,35 K



Densitas cair



: 934 kg/m3 / 20 oC



Panas Penguapan



: 31,49 kJ/mol



Sifat Kimia Senyawa ini dapat dipolimerisasi sendiri membentuk polivinil asetat 



Air Sifat Fisik Berat Molekul



: 18,015 gr/mol



Titik Didih Normal : 373,15 K Titik Lebur



: 273,15 K



Densitas cair



: 1000 kg/m3 / 15 oC



Panas Penguapan



: 40,66 kJ/mol



Sifat Kimia Molekul air dapat diuraikan menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengalirinya arus listrik



2.5



Reaksi Kimia yang Terjadi  



2.6



Reaksi Utama C2H4 + CH3COOH + ½ O2  C2H3OOCCH3 + H20 Reaksi Samping C2H4 + 3 O2  2CO2 + 2H2O



Uraian Proses Asam asetat (99,5%) diumpankan ke dalam vaporizer untuk mengubah fasa bahan baku menjadi fasa gas. Setelah itu, dicampur dengan etilen (99,9%)



7



dan oksigen (99,5%) pada pencampur gas. Pada pencampur gas, konsentrasi oksigen dikontrol dengan mengatur flow oksigen yang masuk agar konsentrasi oksigen yang masuk ke dalam reaktor tidak melebihi 8% volume campuran, dimana hal ini penting untuk mengurangi resiko ledakan. Setelah itu, campuran gas etilen, asam asetat dan oksigen dipanaskan dengan heater hingga suhu 150oC, campuran gas ini kemudian diumpankan ke compressor untuk menaikkan tekanan hingga 10 bar. Hal ini dilakukan untuk menyesuaikan temperatur dan tekanan umpan dengan kondisi operasi reaktor. Reaktor yang digunakan adalah reaktor plug flow dengan menggunakan katalis Paladium. Reaktor ini beroperasi pada tekanan 10 bar dan suhu 150oC dengan konversi etilen sebesar 10,9%. Reaksi yang terjadi di dalam reaktor adalah seperti berikut : C2H4 + CH3COOH + ½ O2  C2H3OOCCH3 + H20 C2H4 + 3 O2  2CO2 + 2H2O Produk keluaran reaktor adalah etilen, oksigen, karbondioksida, vinil asetat, air dan asam asetat dan dialirkan ke separator untuk pemurnian produk. Produk keluaran separator dialirkan melalui ekspander untuk menurunkan tekanan, dari 10 bar Hingga 1,01 bar (1 atm). Kemudian didinginkan dengan cooler hingga temperatur 30oC. Setelah didinginkan, produk terdiri dari dua fasa, yaitu fasa gas (etilen, oksigen dan karbondioksida) dan fasa cair (vinil asetat, asam asetat dan air). Campuran produk ini kemudian dialirkan ke kolom knock out drum pada tekanan 1,01 bar dan temperatur 30oC untuk memisahkan fasa cair dan fasa gas. Produk atas dari kolom ini adalah etilen, oksigen dan karbondioksida, sedangkan produk bawahnya merupakan campuran vinil asetat, asam asetat dan air. Produk atas yang merupakan campuran gas etilen, oksigen dan karbondioksida di recycle kembali ke dalam pencampur gas setelah melalui splitter untuk dibuang sebagian. Hal ini dilakukan untuk menjaga agar kondisi konsentrasi karbondioksida tidak terlalu besar karna karbondioksida dapat menghambat reaksi. Gas etilen murni dicampur dengan gas etilen yang 8



mengandung oksigen dan karbondioksida di dalam pencampur gas. Produk bawah kolom knock out drum diumpankan ke tangki untuk dicampur dengan vinil asetat recycle. Kemudian campuran diumpankan ke heater untuk dipanaskan hingga 88oC. Produk bawah merupakan asam asetat dengan sedikit campuran vinil asetat dan air. Produk atas kolom destilasi didinginkan dengan cooler hingga temperatur 30oC. Kemudian dialirkan ke dalam decanter untuk dipisahkan dengan prinsip perbedaan berat jenis komponen. Produk atas keluaran decanter merupakan vinil asetat 99,9% mol yang kemudian akan dialirkan ke tangki penyimpanan. Produk bawah decanter merupakan campuran air dan sedikit asam asetat. Produk bawah merupakan air limbah dimana akan diolah selanjutnya di unit pengolahan limbah.



2.7



Flowsheet



9



2.8



Kegunaan Alat Tangki Penyimpanan : Untuk menyimpan kebutuhan bahan baku selama 20 hari Tangki Pencampur



: Untuk mencampur asam asetat recycle dengan asam



asetat fresh Kompressor



: Menaikkan tekanan asam asetat sebelum masuk ke



pencampur gas Ekspander



: Menurunkan tekanan produk keluaran reaktor



Knock-out drum



: Memisahkan campuran fasa gas dan cair



Decanter



: Memisahkan air dari produk



Reaktor



: Tempat berlangsungnya reaksi



Heater



: Menaikkan



temperature



campuran



gas



sebelum



dimasukkan ke dalam reaktor Cooler



: Menurunkan temperature campuran gas keluaran reaktor 10



Kondensor



: Mengkondensasikan uap dari kolom destilasi



Vaporizer



: Menguapkan cairan dari kolom destilasi



BAB III PENUTUP



11



3.1



Kesimpulan Vinyl Asetat merupakan senyawa organik yang merupakan sebuah monomer dari polivinil asetat dengan rumus kimia CH3COOCH=CH2 yang sifatnya cairan tak berwarna dengan bau tajam dan dengan rasa manis Kegunaan dari Vinyl asetat adalah sebagai monomer dalam produksi polivinil asetat dan polivinil alkohol dan sebagai emulsi didalam air. Adapun reaksi yang terjadi adalah : Reaksi Utama C2H4 + CH3COOH + ½ O2  C2H3OOCCH3 + H20 Reaksi Samping C2H4 + 3 O2  2CO2 + 2H2O



DAFTAR PUSTAKA Halim. 1999. Industri Vinyl Acetate. Penerbit Buku Kedokteran EGC : Jakarta



12



mahardika-duniaku.blogspot.com/2011/07/industry-vinylacetate.html diakses tanggal 15 Desember 2015 http: //www.academia.edu// Dryden,CE. 1993. Outlines of Chemical Technology. East West Press Couper, James R. 2005. Chemical Process Equipment. Elsevier: USA Austin, George. Industri Proses Kimia Edisi 5 Jilid 1. Penerbit Erlangga. 1996



13