BAB I

PENDAHULUAN

A. Sejarah Etil Benzena

Etil benzena merupakan senyawa kimia organik yang merupakan

hidrokarbon aromatik. Penggunaan utama adalah dalam industri petrokimia sebagai

senyawa intermediate untuk produksi stirena, yang pada gilirannya digunakan untuk

membuat polistiren, bahan plastik yang umum digunakan. Meskipun sering hadir

dalam jumlah kecil dalam minyak mentah, etil benzena diproduksi dalam jumlah

massal dengan menggabungkan benzena petrokimia dan ethylene dalam asam

katalis reaksi kimia. Hidrogenasi katalitik dari etil benzena kemudian diberi gas

hidrogen dan stirena, yang menghasilkan vinil benzena. Etil benzena juga

merupakan bahan dalam cat.

Etil Benzena pertama kali diproduksi secara skala komersial pada tahun

1930 oleh Dow Chemical di US dan oleh BASF di Republik Federal Jerman.

Hingga tahun 1980, hampir semua etil benzena diproduksi dengan katalis

Alumunium Klorida menggunakan mekanisme reaksi Fridal – Crafts. Beberapa etil

benzena diproduksi dengan katalis Boron Trifluorida. Sedikitnya etil benzena

diproduksi dari campuran xylene dengan menggunakan proses distilasi sangat

intensif. Pada tahun 1980, fasilitas pertama menggunakan proses berbasis zeolit

yang didasarkan pada reaktor fasa uap pada suhu lebih dari 400oC, pada suhu ini

reaksi seperti isomerisasi dan transfer hydrogen mencemari produk etil benzena.

Upaya mengurangi pencemaran produk dengan mengubah kondisi operasi pada

temperature lebih rendah dari 270oC didapat etil benzena kemurnian tinggi. Zeolit

kemurnian tinggi pertama berbasis teknologi dikembangkan oleh UOP dan ABB

Lummus Global dimulai pada tahun 1990.

Hingga saat ini di Indonesia baru terdapat satu industry yang memproduksi

etil benzena yaitu PT. Styrindo Mono Indonesia (PT. SMI) yang sudah mulai

berproduksi secara komersial sejak awal tahun 1996 dengan kapasitas produksi

110.000 ton per tahun. Pertumbuhan industry hilir yang menggunakan etil benzena

sebagai bahan baku menunjukkan permintaan akan etil benzena semakin meningkat

dari tahun ke tahun sehingga pendirian pabrik etil benzene ini perlu didukung dan

dipercepat agar kapasitas produksi dan kapasitas konsumsi dapat berjalan secara

bahkan kalau perlu dapat melakukan ekspor.

Etil benzene sering disebut peniletana atau etil benzoate dengan rumus

molekul C6H5C2H5 adalah salah satu senyawa kimia berupa cairan tidak berwarna,

berbau khas dan mudah mengiritasi kulit dengan titik didih 13oC yang mempunyai

peranan penting dalam industry kimia seperti dalam stiren monomer, etil

antraquinon, asam benzoate, dan industry pembuatan cat.

Adapun ketiga jenis produk tersebut masing – masing styrene monomer

untuk bahan baku pembuatan polystyrene, styrene butadiene rubber

(SBR),unsaturated polyester resin (UPR), dan styrene acrilonitril polimer (SAP) .

Sedangkan etil antraquinon digunakan untuk bahan baku pemutih dan pelumas.

Kemudian benzoate digunakan untuk bahan baku pembuatan parfum, phenol dan

barang – barang dari plastic.

Konsumsi etil benzene yang potensial adalah untuk bahan baku industry

styrene monomer. Sedikitnya 90% produk etil benzene digunakan untuk industry

tersebut. Sehingga kebutuhan etil benzene berkaitan langsung dengan kebutuhan

styrene monomer.

Bahan baku pembuat etil benzene adalah benzene yang mengalami proses

alkilasi dengan menggunakan etilen, AlCl3 , atau BF3 dipakai sebagai katalisator,

sedangkan senyawa dari klorida, biasanyadari HCl atau HF dapat digunakan sebagai

promoter reaksi.

B. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

Ethylbenzene diproduksi dalam jumlah massal dengan menggabungkan

benzena dan etilen.

1. Spesifikasi Bahan Baku

a. Benzena

Sifat fisis Benzena

Rumus molekul : C6H6

Massa molar : 78,1121 g/mol

Densitas dan fase : 0,8786 g/mL, zat cair

Titik lebur : 5,5 °C (278,6 K)

Titik didih : 80,1 °C (353,2 K)

Penampilan : Cairan tak berwarna aromatik dan mudah menguap

Kelarutan dalam air : 0,8 g/L (25 °C)

Tidak larut dalam pelarut polar seperti air air,

tetapi larut dalam pelarut yang kurang polar atau

nonpolar, seperti eter dan tetraklorometana

Viskositas : 0,652 cP pada 20 °C

Sifat kimia Benzena

1) Bersifat kasinogenik (racun)

2) Merupakan senyawa nonpolar

3) Tidak begitu reaktif, tapi mudah terbakar dengan menghasilkan

banyak jelaga

4) Lebih mudah mengalami reaksi substitusi dari pada adisi.

b. Etilen (Etena)

Sifat fisis Etilena

Rumus molekul : C 2 H 4

Massa molar : 28.05 g/mol 28,05 g / mol

Penampilan : gas berwarna

Densitas : 1.178 kg / m 3 pada 15 ° C, gas

Titik leleh : −169.2 °C (104.0 K, -272.6 °F

Titik didih : −103.7 °C (169.5 K, -154.7 °F)

Kelarutan dalam air : 3,5 mg/100 ml (17 ° C)

Keasaman (pKa) : 44

Sifat kimia Etilena

1) Polimerisasi

Etilen dapat bergabung dengan etilen yang lain untuk membentuk

molekul yang lebih besar (polimer) dengan cara memutus ikatan

rangkap dua dan kemudian membentuk molekul yang lebih besar.

2) Hidrogenasi

Etilen dapat berubah menjadi etana melalui proses hidrogenasi

langsung pada katalis Ni dengan kondisi suhu 300oC.

3) Oksidasi

Zat pengoksidasi kuat dapat mengoksidasi sempurna etilen menjadi

karbondioksida dan air. Etilen dalam larutan basa atau berair bereaksi

dengan oksidator lemah menjadi glikol. Reaksi ini dikenal dengan tes

bayer yang digunakan untuk membuktikan adnya ikatan rangkap

dengan menggunakan KMnO4.

4) Adisi

Penambahan brom pada senyawa berikatan rangkap menghasilkan

dibromida sehingga senyawa baru menjadi jenuh. Reaksi ini juga

digunakan untuk mengidentifikasi adanya ikatan rangkap yang

ditunjukkan dengan hilangnya warna coklat dari larutan brom.

2. Spesifikasi Produk

Sifat fisis Etil Benzena

Rumus molekul : C 8 H 10

Massa molar : 106.17 g mol −1

Penampilan : Cairan tidak berwarna aromatik

Densitas : 0.8665 g/mL

Titik lebur : -95 °C, 178 K, -139 °F

Titik didih : 136 °C, 409 K, 277 °F

Kelarutan : dalam air 0.015 g/100 mL (20 °C)

Viskositas : 0,669 cP pada 20 ° C

Sifat kimia Etil Benzena

Oksidasi etil benzena dengan agen pengoksidasi yang berbeda akan

menghasilakn produk yang berbeda-beda pula, misalnya hidroperoksida,

asetofenon, dan sejumlah kecil etil alkohol, atau bahkan asam benzoat.

C. Penggunaan Etil Benzena

Etil benzena merupakan senyawa kimia yang mempunyai peranan penting

dalam industri monomer stirena, dimana selanjutnya stirena monomer digunakan

sebagai bahan baku pembuatan plastik (polistirena). Selain itu, etil benzena juga

dimanfaatkan untuk pembuatan bahan pewarna dan deterjen. Etil benzena juga

banyak digunakan sebagai pelarut (solvent) dalam berbagai industri.

BAB II

RANCANGAN PROSES

A. Macam – macam proses pembuatan Etil Benzene

Ada beberapa macam proses utama yang paling komersial digunakan dalam

proses pembuatan Etil Benzene. Berikut ini akan dijabarkan masing – masing proses

pembuatan Etil Benzena dengan bahan baku Etilena dan Benzena.

1. Proses AlCl3

Proses ini dikembangkan oleh Dow Chemical, Mobil Badger dan Mosanto.

Reaksi alkilasi dan transalkilasi dilakukan dalam dua reactor yang terpisah

dengan kondisi 300 – 500oC dan tekanan 70 – 50 psi. Yield yang diperoleh

cukup besar. Komposisi aliran dalam reactor berupa aromatic cair gas Etilena

dan fase cair dari katalis kompleks yang mengandung factor korosi tinggi,

sehingga diperlukan pemilihan konstruksi alat yang betul – betul tepat.

2. Proses Alkar

Proses ini dikenalkan oleh UOP dengan katalis BF3. Proses ini sangat peka

terhadap adanya air, karena akan menyebabkan adanya reaksi dengan Bf3

sehingga mengurangi aktivitas katalis. Proses alkar berlangsung pada suhu 200 –

300oC dengan tekanan yang cukup tinggi, yaitu 500 psi dan yield yang diperoleh

cukup besar 99%.

3. Proses Mobil Badger

Proses ini dikembangakan oleh UOP / Mobil Badger/ Mosanto. Proses ini tidak

memerlukan system recoveri katalis dan sangat aman untuk lingkungan. Juga

bias berlangsung dengan menggunakan bahan baku Etilena berkadar rendah.

Proses alkilasi dan transalkilasi berlangsung pada reactor fixed bed dengan

kondisi reactor 400 – 450 oC pada tekanan 23 – 30 bar. Produk dari proses ini

mempunyai kemurnian yang tinggi ( 99.9%). Sehingga merupakan bahan baku

yang sangat baik untuk pabrik styrene. Yield over all yang dihasilkan 99%.

4. Proses Lumnus/UOP/Unical

Proses ini merupakan proses baru yang dikembangkan oleh

Lumnus/Unical/UOP dan merupakan modifikasi dari proses AlCl3. Proses ini

tidak memerlukan system recoveri katalis yang sangat aman bagi lingkungan.

Proses alkilasi berlangsung pada reactor 100 – 200oC dan tekanan 35 atm. Umur

katalis yang digunakan dapat mencapai 12 – 24 bulan. Produk yang dihasilkan

mempunyai kemurnian yang cukup tinggi yaitu 99,2% dan merupakan bahan

baku yang sangat baik untuk produksi styrene.

5. Proses CD – Tech

Proses ini adalah yang paling baru, CD – Tech dikembangkan oleh Chemical

Research and Licensing Company. Proses Alkilasi dan transalkilasi berlangsung

pada reactor fixed bed dengan kondisi reactor 50 – 30 oC dan tekanan 0,5 – 50

atm. Produk dari proses ini mempunyai kemurnian yang tinggi (99.9)%,

merupakan bahan baku yang sangat baik untuk pabrik Styrene. Yield yang

didapatkan 99,5 %.

B. Reaksi/mekanisme reaksi

Reaksi yang terjadi pada proses fase cair menurut Kirk Othmer ( 1981)

sebagai berikut :

C6H6 + C2H4 C6H5CH2CH3

Pada proses Monsanto yang telah dikembangkan menggunakan dua reaktor. Pada

reaktor pertama terjadi reaksi alkilasi antara benzen dengan etilen pada tekanan

lebih rendah dibandingkan pada proses fase gas, yaitu 70-150 psig dan temperature

300-350 0F. Perbandingan mol benzen dan etilen dalam reactor adalah 3:1 sampai

5:1. (Kirk Othmer). Perbandingan AlCl3 dan C2H4 adalah 0,001-0,0025. Pada

reaktor transalkilasi terjadi reaksi antara benzen sisa dan polietilbenzen yang

direcycle. Produk keluar reaktor transalkilasi selanjutnya dikirim ke Neutralizer

untuk menghilangkan HCl dan katalis yang terdapat didalam produk reaktor.Setelah

produk yang keluar bebas dari impurities produk dipisahkan dengan tiga menara

distilasi, Kolom pertama, benzene di recycle untuk dikembalikan ke reactor alkilasi.

Pada kolom kedua menghasilkan produk etilbenzen. Produk atas dari kolom ketiga

adalah polyetilbenzen dan tars, yang dapat digunakan sebagai bahan bakar. Karena

kebutuhan katalis sangat sedikit, maka tidak dibutuhkan regenerasi katalis. Jadi

garam-garam yang dihasilkan dari Neutralizer sistem bisa langsung dibuang dan

dikirim ke sistem pengolahan limbah. Produk keluar kolom distilasi kemurniannya

minimum 99,7 % berat. (Faith Keyes)

Reaksi yang terjadi pada proses Alkar menurut Kirk Othmer ( 1981)

sebagai berikut :

C6H6 + C2H4 C6H5C2H5

½ C6H6 + C2H4 ½ C6H4 ( C2H5)2

Reaksi yang terjadi pada proses Mobil Badger adalah sebagai berikut :

C6H6 + C2H4 C6H5CH2CH3

C6H5CH2CH3 + C2H4 C6H4(C2H5)2

C6H4(C2H5)2 + C6H6 2C6H5CH2CH3

Proses reaksi berjalan pada tekanan 20-30 bar, temperatur 300-500 0C dan

rasio antara benzen dan etilen sebesar 8:1.Konversinya bisa mencapai 85-90%.

C. Tinjauan Termodinamika

Reaksi antara etilen dengan benzene merupakan reaksi sangat eksotermis.

1. Reaksi Alkilasi

C2H4 (l) + C 6H6 → C8H10(l)

Pada 298 K, ∆H C2H4 = 12, 496 Kkal/gmol

∆H C6H6 = 19,820 Kkal/gmol

∆H C8H10 = 7, 120 Kkal/gmol

∆H ° 298 = C8H10 - (C6H6 + C2H4)

= 7,12 – (12,496 + 19,820 )

= -25,196 Kkal/gmol

2. Reaksi Transalkilasi

C10H14(l) + C6H6 (l) → 2C 8H10(L)

∆H C10H14 = 4,31 Kkal/gmol

∆H° 298 = (2 X 4,31)- 19,82 – 7,21

= -13,32 Kkal/gmol

Sedangkan reaksi ini bersifat irreversible dengan harga kontanta kesetimbangan >> 1

1. Reaksi Alkilasi

Pada 298 °K, ∆Gf C2H4 = 16,282 Kal/gmol

∆Gf C6H6 = 30,939

∆Gf C8H10 = 31,208

∆G°298 = ∆Gf C8H10 – (∆Gf C6H6 + ∆Gf C2H4)

= 31,208 – (30,939 + 16,282)

= - 16,063 kal/gmol

∆G = -RT ln K

K= e-∆G/RT

= e

–(16,063/ 1,087X 208)

= 595

D. Tinjauan Kinetika

Karena reaksi ini bersifat eksotermis irreversible, maka kenaikan suhu

tidak mempengaruhi konversi. Reaksi pembuatan etil benzene ini mempunyai

harga konstanta kecepatan reaksi sebagai berikut :

k1 : 599 exp (-2699/T) ltr/gr kat dtk

k2 : 3371 exp ( -3228 /T )ltr2/ gr kat dtk

Faktor – faktor yang berpengarh terhadap kecepatan reaksi :

Suhu, apabila suhu dinaikkan maka harga konstanta kecepatan reaksi akan

besar yang akhirnya menaikkan kecepatan reaksinya.

Katalisator, dapat menaikkan kecepatan reaksi dengan menurunkan energy

aktivasi (E) maka harga konstantan kecepatan reaksi akan naik. sehingga laju

reaksi bertambah cepat dan untuk mengarahkan reaksi kearah terbentuknya

produk etil benzene.

E. Diagram Alir

Diagram Proses pembuatan n-Etil Asetat

F. Kondisi Operasi

Operasi reactor alkilasi komersial adalah pada temperature 93-149 °C dan

tekanan 35 atm. Dengan pertimbangan bahwa semakin tinggi tempertaur makan

konversi akan semakin besar, namun pada temperature lebih dari 149° C akan

meningkatkan reaksi samping sehingga akan menurunkan selektifitas produk

etilbenzene. Dengan demikian temperature 93 - 149° C adalah temperature paling

optimal untuk reaksi alkilasi.

Operasi reactor transalkilasi komersial adalah pada temperature 177-232°C

dan tekanan 29 atm. Dengan pertimbangan bahwa semakin tinggi temperature maka

konversi akan semakin besar, namun ketahanan katalisator terbatas pada

temperature 235° C sehingga temperature reactor transalkilasi paling optimal pada

177-232°C.

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Ada beberapa macam proses utama yang paling komersial digunakan dalam

proses pembuatan Etil Benzene dengan bahan baku Etilena dan Benzena yaitu

Proses CD – Tech, Proses Lumnus/UOP/Unical, Proses Mobil Badger, Proses

Alkar, Proses AlCl3.

Etil benzena merupakan senyawa kimia yang mempunyai peranan penting

dalam industri monomer stirena, dimana selanjutnya stirena monomer digunakan

sebagai bahan baku pembuatan plastik (polistirena). Selain itu, etil benzena juga

dimanfaatkan untuk pembuatan bahan pewarna dan deterjen. Etil benzena juga

banyak digunakan sebagai pelarut (solvent) dalam berbagai industri.