Prarancangan Pabrik Acrylonitrile dari Propilen, Amoniak dan Udara

Standar

Acrylonitrile merupakan salah satu produk kimia yang cukup luas pemanfaatannya bagi kebutuhan umat manusia, penggunaan acrylonitrile yang paling utama adalah untuk adiponitrile (38%), selain itu pemanfaata n produk ini juga untuk produksi plastik seperti acrylonitrile- butadiene – styrene (ABS)/ styrene acrylonitrile (SAN) resins (22%), acrylic fibers (17%), acrylamide (11%), nitrile elastomers (3 %), dan miscellaneous termasuk polymers, polyols, nitrile barrier resin serta carbon fibers sebanyak 9 %. Pemanfaatan ABS adalah untuk pipa dan pelengkapnya, perlengkapan otomotif dan peralatannya. Sementara SAN banyak digunakan pada peralatan dan perlengkapan rumah semacam gantungan, wadah es, dan peralatan lainnya. Nitrile rubbers digunakan pada bidang keteknikkan dan proses industri karena sifatnya yang memiliki daya tahan terhadap bahan kimia, minyak, pelarut, panas dan abrasi, sedangkan nitrile barrier resin banyak digunakan pada industri makanan, kosmetik, minuman serta pengemasan bahan kimia lainnya. Adiponitrile merupakan bahan antara industri nilon dan acrylamide (Innovation g roup , 2009).

Acrylonitrile atau disebut juga dengan vinyl cyanida dengan rumus kimia CH2=CHCN (Mr = 53,064), berupa cairan yang tidak berwarna dengan sedikit berbau tajam (Kirk dan Othmer, 2006). Acrylonitrile ditemukan oleh Moureu pada tahun 1893 yang dibuat dengan dehidrasi dari acrylamide atau ethylene cyanohidrin dengan phosphorus pentoksida. Senyawa yang sangat berguna ini hampir tidak dikenal sebelum perang dunia kedua. Ketika itu Jerman mengembangkan kopolimer dengan butadiena, untuk membuat karet yang tahan minyak. Pembuatan di Amerika dilakukan mulai 1940 dengan progress yang sangat cepat.

Bahan Baku Pembuatan Acrylonitrile

Acrylonitrile dapat diproduksi dengan berbagai jenis bahan baku, antara lain asetilen dan asam sianida, asetaldehid dan asam sianida, propilen dan nitrogen oksida, etilen oksida dan asam sianida, propana dengan amoniak dan udara, serta propilen dengan amoniak dan udara (Kirk dan Othmer, 2006). Berikut merupakan uraian proses pembuatan acrylonitrile dengan berbagai bahan baku.

1 Asetilen dan Asam Sianida

Proses pembuatan acrylonitrile dengan menggunakan asetilen dan asam sianida dapat dilakukan dalam fase cair atau fase gas, katalis yang digunakan hanya satu jenis dimana temperaturnya dipertahankan pada 80 oC dan tekanan 15 psig (1,02 atm), reaksi yang terjadi adalah:

C2H2+ HCN —-> CH2CHCN

Pada proses ini dipergunakan asetilen dan asam sianida 6:1, dan hasil yang keluar dari reaktor sangat encer sekitar 2%. Konversi proses ini sebesar 80% atas dasar asam sianida. Pada umumnya proses ini, kalah bersaing dengan proses yang menggunakan bahan baku propilen dan amoniak.

2 Asetaldehid dan Asam Sianida

Proses dengan menggunakan asetaldehid dan asam sianida dikenal dengan proses Knapsak Grieshein. R eaksi utama adalah:

CH3 CNO + HCN —> CH3CHOHCN —–> CH 2CHCN (2.2)

Proses ini belum digunakan secara komersial, karena kalah bersaing dengan proses yang memakai propilen dan amoniak.

3 Propilen dan Nitrogen Oksida

Proses dari bahan baku ini hampir sama dengan proses Sohio, kecuali pada pencampuran udara dan amoniak sebelum bereaksi dengan propilen. Reaksi berlangsung pada temperatur tinggi (1300 oF atau 740 oC) dengan menggunakan katalisator perak. Reaksi utama yang terjadi adalah:

 

4 Etilen Oksida dan Asam Sianida

Proses dengan menggunakan bahan baku etilen oksida dan asam sianida akan menghasilkan etilen sianohidrin. Etilen sianohidrin ini mengalami dehidrasi menjadi acrylonitrile . Reaksinya adalah sebagai berikut:

CH2CH2O + HCN —->  CH2OHCH2CN —–> CH2 CHCN + H2O

5 Propana dengan Amoniak dan Udara

Acrylonitrile juga dapat diproduksi dari propana, amoniak dan udara melalui proses amoksidasi dengan menggunakan katalis berupa campuran metal oksida. Reaksinya adalah:

C3H8 + NH3 + 2O2 —–> C3 H3 N + 4H2O

6 Propilen dengan Amoniak dan Udara

a. Proses Dua Tingkat

Hasil reaksi propilen dengan oksida menghasilkan acrolein, kemudian hasil reaksi acrolein tersebut direaksikan dengan amoniak dan udara sehingga menghasilkan acrylonitrile . Proses ini mengalami dua tingkat proses sebelum mendapatkan acrylonitrile sehingga jika dibandingkan lebih mahal daripada proses hanya dengan satu tingkat. Reaksi yang terjadi adalah:

Hasil acrylonitrile  yang diperoleh adalah  78% atas dasar propilen.

b. Proses Satu Tingkat

Proses ini dikenal dengan proses Sohio, karena telah beroperasi secara komersil sejak tahun 1962. Reaksi berlangsung pada 450 oC dan tekanan 1,5 atm. Katalis yang digunakan adalah bismut-molibdat (Bi-Mo). Hasil yang diperoleh sebesar 95,6%. Proses pembuatan acrylonitrile dengan cara ini juga dikenal dengan proses amoksidasi dengan hasil samping berupa acetonitrile dan asam sianida. Reaktor yang digunakan adalah reaktor unggun fluidisasi (Matar, S. dan Hatch, L. F., 2000).

Pemilihan Proses Pembuatan Acrylonitrile

Proses pembuatan acrylonitrile terdiri dari proses Ugine, proses Montedison (Montecatini-Edison), proses O.S.W. dan proses Sohio. Uraian singkat masing-masing proses adalah sebagai berikut.

1 Proses Ugine

Propilen, amoniak dan oksigen bereaksi di dalam reaktor dengan menggunakan katalis bifosfor molibdat. Setelah terjadi reaksi, larutan tersebut diumpankan ke unit absorpsi. Didalam unit tersebut akan diserap komponen-komponen crude acrylonitrile, sedangkan air yang digunakan sebagai bahan penyerap ikut bersama crude acrylonitrile. Kemudian dilanjutkan ke kolom distilasi untuk memisahkan produk samping agar di dapat acrylonitrile murni.

2 Proses Montedison (Montecatini-Edison)
Bahan baku propilen, amoniak dan udara dengan katalis molibdenum oksida diumpankan ke dalam reaktor. Di dalam reaktor akan terjadi pencampuran dan terfluidisasi. Kemudian larutan diumpankan ke absorber 1, dan absorber 2. Di unit absorber 1 dipisahkan amoniak dengan menggunakan media penyerap H2SO4 sehingga diperoleh larutan amonium  sulfat. Sedangkan di absorber 2 yang dipisahkan adalah gas dengan menggunakan media penyerap air. Kemudian larutan acrylonitrile yang masih kotor dipisahkan dalam unit distilasi, untuk mendapatkan acrylonitrile yang murni. Sebelum diperoleh acrylonitrile yang murni, juga berlangsung pemisahan produk samping. Aliran proses Montedison dapat dilihat pada Gambar 2.1.

3 Proses O.S.W.
Bahan baku propilen, amoniak dan oksigen dengan katalis molibdenum oksida  dan akan bereaksi di dalam reaktor. Setelah terjadi reaksi, larutan tersebut diumpankan ke unit absorpsi. Pada proses ini absorpsi terdiri dari dua bagian. Unit 1 memisahkan amoniak yang tidak bereaksi dengan media penyerapnya berupa H2SO4, sedangkan pada unit 2 yang dipisahkan adalah off gas dengan media penyerap berupa air. Kemudian dilewatkan ke unit berikutnya yaitu stripper, yang memisahkan acrylonitrile yang masih mengandung air sebagai media penyerap. Larutan acrylonitrile yang belum murni dipisahkan di dalam unit distilasi untuk mendapatkan acrylonitrile yang murni. Sedangkan produk bawah dari kolom distilasi dipisahkan lebih lanjut untuk mendapatkan acetonitrile yang murni, dan bagian bawah distilasi ini terdapat juga produk la in berupa residu propionitril.

4 Proses Sohio
Propilen, amoniak dan oksigen diumpankan ke dalam reaktor, katalis yang digunakan bismut molibdat, di dalam reaktor akan te rfluidisasi pada temperatur sedang (450 oC) pada tekanan 1,5 atm, setelah terjadi percampuran di dalam reaktor, kemudian diumpankan ke unit absorpsi 1. Bahan penyerap di unit ini men ggunakan asam sulfat untuk menetralisasi kelebihan amoniak yang tidak bereaksi. Dari unit ini diumpankan lagi ke unit absorpsi 2, dengan bahan penyerap berupa air. Kemudian dilanjutkan ke unit distilasi untuk mendapatkan acrylonitrile yang murni. Aliran proses Sohio dapat dlihat pada Gambar 2.2.

3 responses