MAKALAH PROSES INDUSTRI KIMIA

ASETON

(Pembuatan Aseton dari Isopropil Alkohol)

Disusun oleh :

Alien Abi Bianasari (21030113130129)

Muhammad Nastabiq (21030113140154)

Mustafa Setiawan (21030113130132)

Raden Nugroho Hutomo (21030113130134)

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

2014

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Sejarah

Aseton, CH3COCH3, merupakan salah satu senyawa alifatik keton yang sangat

penting. Pada umumnya aseton digunakan sebagai solven untuk beberapa polimer.

Penggunaan yang bersifat komersial adalah penggunaan sebagai senyawa

intermediet dalam pembuatan methyl methacrylate, bisphenol A, diaseton alcohol

dan produk produk lain (Johanna Lianna dan Lusiana Silalahi, 2012).

Aseton banyak dipakai pada industri selulosa asetat, cat, serat, plastik, karet,

kosmetik, perekat, pernis, penyamakan kulit, pembuatan minyak pelumas, dan

proses ekstraksi juga sebagai bahan baku pembuaan methyl isobutyl ketone.

Aseton pertama kali dihasilkan dengan cara distilasi kering dari kalsium asetat.

Kemudian setelah perang dunia ke-1 proses pembuatan aseton digantikan dengan

fermentasi karbohidrat menjadi aseton, buthyl dan etil-alkohol. Kemudian pada

tahun 1920 proses dehydrogenasi 2-propanol mulai digunakan untuk

memproduksi aseton.

Pada pertengahan tahun 1960 proses oksidasi propene digunakan sebagai

bahan baku pembuatan aseton. Dan pada tahun 1976 oksidasi cumene menjadi

phenol dan aseton mulai digunakan (Ullmann, 2007).

Kebutuhan aseton di indonesia semakin lama semakin meningkat tapi sampai

saat ini masih belum ada perusahaan di indonesia yang masih memproduksinya.

Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, indonesia masih mendatangkan aseton

dari negara lain seperti : Amerika Serikat, Belanda, Cina, Korea, Jepang, dan

Singapura.

1.2. Bahan Baku

Aseton dapat dibuat dengan menggunakan proses Cumene Hydroperoxide

(dengan bahan baku cumene), proses dehidrogenasi Isopropil Alkohol (dengan

bahan baku isopropyl alcohol isopropil alcohol dengan katalis kombinasi ZnO dan

ZrO), dan proses Oksidasi Isopropil Alkohol (dengan bahan baku propilen).

Berikut proses singkatnya :

1.2.1. Proses Cumene Hydroperoxide

Pada proses cumene hydroperoxide, mula-mula cumene dioksidasi

menjadi cumene hydroperoxide dengan udara atmosfer atau udara kaya

oksigen dalam satu atau beberapa oksidiser. Temperatur yang digunakan

adalah antara 80130 oC dengan tekanan 620 kPa, serta dengan penambahan

Na2CO3. Sanjutnya produk reaktor dievaporasikan. Kemudian dengan

penambahan asam akan terjadi reaksi pembelahan cumene hydroperoxide

menjadi suatu campuran yang terdiri dari phenol, aseton dan berbagai produk

lain seperti cumylphenols, acetophenols, dimethylphenylcarbinol,-

methylstyrene dan hidroxyaseton. Campuran ini kemudian dinetralkan dengan

menambahkan larutan natrium phenoxide atau basa yang lain atau dengan

resin penukaran ion (ion exchanger resin). Setelah itu, campuran dipisahkan

dan crude aseton diperoleh dengan cara distilasi (Kirk-Othmer, 182, 1994).

1.2.2. Proses Dehidrogenasi Isopropil Alkohol

Reaksi dehidrogenasi Isopropil Alkohol bersifat endotermik. Sehingga

untuk mendapatkan konversi yang cukup tinggi, dibutuhkan suhu yang cukup

tinggi pula. Pada pembuatan aseton dengan proses dehidrogenasi katalitik

isopropanol (isopropil alkohol) digunakan katalis kombinasi ZnO dan ZrO

dalam prosesnya. Proses dehidrogenasi ini berjalan pada pada fasa gas suhu

350oC dan tekanan 2 atm. Isopropil benzene sebelum masuk ke dalam

reaktor diubah kedalam fasa gas di dalam vaporizer. Produk yang dihasilkan

oleh reaktor adalah Aseton sebagai produk utama serta produk samping

lainnya berupa gas hydrogen, sisa Isopropil Alkohol yang tidak bereaksi,

Propylene, dan Air (Kirk-Othmer,1994).

1.2.3. Proses Oksidasi Isopropil Alkohol

Pada proses ini Isopropil alkohol didapat dari mereaksikan Propilen

dengan H2O. Selain direaksikan dengan H2O, Propilen juga direaksikan

dengan O2 dan menghasilkan Acrolein. Kemudian Isopropil Alkohol

direaksikan dengan Acrolein dan menghasilkan Aseton serta Alil Alkohol.

Selain itu, Isopropil Alkohol juga ada yang direaksikan dengan Oksigen akan

menghasilkan Hidrogen Peroksida dan Aseton. Setelah itu, kedua hasil

tersebut direaksikan dan menghasilkan produk akhir Gliserol (Kirk-

Othmer,1994).

1.3. Spesifikasi

1.3.1. Spesifikasi Bahan Baku

Isopropil Alkohol dengan nama lain isopropanol, 2-propanol, dimetil-

karbinol mempunayi sifat-sifat:

a. Sifat Fisis

- Rumus molekul : C3H7OH

- Rumus bangun :

- Berat molekul, g/gmol : 60,10

- Kenampakan : cairan tak berwarna

- Titik didih, C : 82,3

- Titik beku, C : -88,5

- Refractive index (20C) : 1,3772

- Viskositas (20 C),cP : 2,4

- Densitas (20 C), g/cm3 : 0,7854

- Specific Gravity (20 C) : 0,7864

- Temperatur kritis, C : 235,2

- Tekanan kritis (20 C), kPa : 4.764

- Sangat larut dalam air (Kirk & Othmer, 1983).

b. Sifat Kimia

1. Isopropil Alkohol didehidrogenasi membentuk Aseton dengan katalis

bermacam-macam seperti logam, oksida dan campuran logam dengan

oksidanya.

2. Isopropil Alkohol dapat juga dioksidasi secara parsial membentuk

Aseton dengan katalis yang sama dengan proses dehidrogenasi.

3. Dengan asam halogen dihasilkan Isopropil Halida.

4. Bereaksi dengan logam-logam aktif seperti sodium dan potasium

membentuk Metal Isopropoksida dan hidrogen. Alumina Isopropoksida

dapat dihasilkan dari reflux Isopropil Alkohol 99%, aluminium dengan

katalis Merkuri Oksida.

5. Dengan Asam Asetat dan katalis Asam Sulfat dapat membentuk

Isopropil Asetat. Dengan Etilen Oksida atau Propilen Oksida dengan

katalis basa seperti NaOH akan membentuk Eter Alkohol dari Isopropil

Alkohol.

6. Isopropil Alkohol dapat mengalami dehidrasi menghasilkan Diisopropil

Eter ataupun Propilen.

1.3.2. Spesifikasi Produk

Produk Utama (Acetone) Aseton dengan nama lain 2-propanon, Dimetil

Ketone mempunyaisifat-sifat sebagai berikut:

a. Sifat Fisis

- Rumus molekul : C3H6O

- Rumus bangun :

- Berat molekul, g/gmol : 58,08

- Kenampakan : cairan tak berwarna

- Titik didih, C : 56,29

- Titik beku, C : -94,6

- Refractive index (20 C) : 1,3588

- Viskositas (20 C),cP : 0,32

- Specific Gravity (20 C) : 0,783

- Temperatur kritis, C : 235,05

- Tekanan kritis (20 C), kPa : 4.701

- Sangat larut dalam air (Kirk & Othmer, 1983).

b. Sifat Kimia

1. Dengan proses pirolisa akan membentuk Ketena

2. Aseton dapat dikondensasi dengan asetilen membentuk 2 metil 3

butynediol, suatu intermediate untuk Isoprene.

3. Dengan Hidrogen Sianida dalam kondisi basa akan menghasilkan

Aseton Sianohidrin.

Produk samping dari pengolahan isopropyl alcohol menjadi aseton adalah

Hydrogen (H2) dengan spesifikasi sebagai berikut:

- Rumus molekul : H2

- Kenampakan : gas tak berwarna

- Titik didih, C : -252,87

- Titik lebur, C : -252,76

- Tidak larut dalam air (Kirk & Othmer, 1983).

1.4. Penggunaan Produk

Aseton merupakan bahan baku sintetis organik yang penting untuk produksi

epoxy resin, polikarbonat, kaca, farmasi, pestisida dan sebagainya. Juga

merupakan pelarut yang baik untuk pelapis, perekat, silinder asetilena. Juga

digunakan sebagai pengencer, bahan pembersih, agen ekstraksi. Atau manufaktur

anhidrida asetat, diaseton alkohol, kloroform, iodoform, resin epoksi, poliisoprena

karet, metil metakrilat, dan bahan penting lainnya. Dalam bubuk tanpa asap,

seluloid, selulosa asetat, cat dan industri lainnya sebagai pelarut. Dalam minyak

dan industri lainnya sebagai agen ekstraksi (Anonim, 2014).

BAB II

RANCANGAN PROSES

2.1. Mekanisme Reaksi

Ada beberapa macam proses pembuatan Aseton,antara lain:

1. Proses Cumene Hidroperoksida

Mula-mula Cumene Dioksidasi menjadi Cumene Hidroperoksida dengan

udara atmosfir atau udara yang kaya oksigen dalam satu atau beberapa

oksidasinya. Temperatur yang digunakan adalah antara 80 C 130 C dengan 6

atm, sertadengan penambahan Na2CO3. pada umumnya proses oksidasi ini

dijalankan dalam 3 atau 4 reaktor yang dipasang seri.

Reaksi :

C6H5CH(CH3)2 C6H5CH(CH3)2 C6H5OH + C3H6O

Hasil dari oksidasi pada reaktor pertama mengandung 9-12% Cumene

Hidroperoksida, 15-20% pada reaktor kedua, 24-29% pada reaktor ketiga, dan 32-

39% pada reaktor selanjutnya. Kemudian produk reaktor keempat dievaporasikan

sampai konsentrasi Cumene Hidroperoksida menjadi 75-85%. Kemudian dengan

penambahan asam akan terjadi reaksi pembelahan Cumene Hidroperoksida

menjadi suatu campuranyang terdiri dari Fenol, Aseton dan berbagai produk lain

seperti chumylphenols, acetophenone, dimethyl phenylcarbinol, a-methylstyrene,

dan hydroxyacetone.

Campuran ini kemudian dinetralkan dengan penambahan sodium phenoxide

atau basa lain atau dengan ion exchanger yang lain. Kemudian campuran

dipisahkan dan crude acetone diperoleh dengan cara distilasi. Untuk mendapatkan

kemurnian yang diinginkan perlu dilakukan penambahan satu atau kolom distilasi.

Jika digunakan dua kolom, kolom pertama untuk memisahkan impuritas

seperti Asetaldehid atau Propionaldehid. Sedangkan kolom kedua berfungsi untuk

memisahkan fraksi- fraksi berat yang sebagian besar terdiri dari air. Aseton

diperoleh sebagai hasil atas menara kedua (Kirk & Othmer, 1991).

2. Proses Oksidasi Propilen

Proses oksidasi Propilen menjadi Aseton dapat berlangsung pada suhu 145 C

dan tekanan 10 atm dengan bantuan katalis bismuth phaspomolibdat pada

alumina. Pada proses ini hasil reaksi terdiri dari Aseton dan Propanoldehid (Kirk

& Othmer, 1983).

Reaksi:

CH2 = CHCH3 + O2 C3H6O + C3H6O

3. Proses Oksidasi Isopropil Alkohol

Pada pembuatan Aseton dengan proses ini, Isopropil Alkohol dicampur

dengan udara dan digunakan sebagai umpan reaktor yang beroperasi pada suhu

200 C 800 C. Reaksi dapat berjalan dengan baik menggunakan katalis seperti

yang digunakan pada proses dehidrogenasi Isopropil Alkohol.

Reaksi:

CH3CHOHCH3 + O2 H2O + C3H6O

Reaksi ini sangat eksotermis (43 kkal/mol) pada 25 C dan untuk itu

diperlukan pengontrolan suhu yang sangat cermat untuk mencegah turunnya yield

yang dihasilkan. Untuk mendapatkan konversi yang baik reaktor dirancang agar

hasil dapat langsung diinginkan. Proses jarang digunakan bila dibanding dengan

proses dehidrogenasi (Kirk & Othmer, 1983).

4. Proses Dehidrogenasi Isopropil Alkohol

Proses lain yang sangat penting untuk memproduksi Aseton adalah

dehidrogenasi katalitik dimana reaksinya adalah endotermis.

Reaksi:

C3H8O + 66,5 kJmol (pada 372oC) C3H6O + H2

Pada proses ini Isopropil Alkohol diuapkan dengan vaporizer dan dipanaskan

dalam HE dengan menggunakan steam kemudian dimasukkan ke dalam multi

turbular fixed bed reactor. Ada sejumlah katalis yang dapat digunakan dalam

proses ini yaitu kombinasi zinc oxide- zirconium oxide, kombinasi

copperchromium oxide, copper, silicon dioxide. Kondisi operasi reaktor ini adalah

1.5-3 atm dan suhu 400 C-600 C.

+ H-H

Dengan proses ini konversi dapat mencapai 75-98% dan yield dapat mencapai

85-90%.Gas panas keluar dari reaktor yang terdiri dari Isopropil Alkohol, Aseton,

dan Hidrogen dilewatkan scrubber, untuk dipisahkan antara gas insoluble (H2)

dengan Aseton, Isopropil Alkohol, dan air.

Hasil dari scrubber ini didistilasi, Aseton diambil sebagai hasil atas

sedangkan campuran Isopropil Alkohol dan air sebagai hasil bawah. Hasil bawah

ini didistilasi lagi untuk recovery Isopropil Alkohol yang diambil sebagai hasil

atas yang kemudian di recycle ke reactor (Kirk & Othmer, 1983).

Proses dehidrogenasi Isopropil Alkohol dipilih karena memiliki alasan

sebagai berikut:

a. Proses dehidrogenasi Isopropil Alkohol tidak memerlukan unit pemisahan O2 dari

udara sebelum diumpankan ke dalam reaktor.

b. Dengan jumlah Isopropil Alkohol yang sama, konversi pada proses dehidrogenasi

lebih besar sehingga hasil Aseton yang diperoleh lebih banyak.

c. Pada proses oksidasi timbul masalah terjadinya korosi sehingga dapat mengganggu

jalannya proses, sedangkan pada proses dehidrogenasi, hal tersebut dapat

dikurangi.

Gambar 2.2. Proses diagram alir untuk pembuatan aseton dari

isopropil alkohol

2.2. Diagram Alir

Berikut diagram alir proses pembuatan aseton dari isopropil alkohol

(Joseph A. Shaeiwitz dan Richard Turton, 1999) :

Tabel 2.2. Spesifikasi alat

2.3. Kondisi Operasi

System Pressure Drop

Rincian pernyataan masalah memperjelas perubahan scale up situasi untuk input

ke bejana pemisahan V-402, berada di suhu dan komposisi yang sama seperti

pada desain asli hanya pada kecepatan aliran yang lebih tinggi. Hal ini akan

memperbaiki tekanan memasuki bejana. Hal ini menyatakan bahwa penurunan

tekanan dalam pipa diabaikan, oleh karena itu, pada laju alir yang meningkat

(dengan asumsi aliran mampat) penurunan tekanan melalui potongan peralatan

tertentu meningkat dengan faktor 1,33. Untuk aliran gas, pengaruh tekanan pada

densitas dan efeknya terhadap penurunan tekanan dapat juga disertakan, tapi uji

coba dalam pemecahan juga dibutuhkan. Dalam ditetapkannya scale up,

penurunan tekanan dalam reaktor bed yang difluidisasi adalah konstan. Hasilnya

adalah bahwa bagian ujung depan dari proses ini bertekanan relatif ke rancangan

aslinya. Setiap bagian dari peralatan memiliki tekanan kerja yang maksimum yang

diperbolehkan yang perlu diperiksa pada scale up desain.

Feed Up

Sebuah kurva pompa menunjukkan positif bersih yang dibutuhkan oleh kurva

pompa yang disediakan untuk P-401 A / B. Sistem kurva harus diplot dengan

kurva pompa untuk menentukan apakah laju aliran maksimum yang

diperbolehkan telah terlampaui. Jika demikian, pemulihan seperti menjalankan

kedua pompa secara paralel (dan memesan cadang lain) atau mencoba untuk

bertukar pompa ini untuk yang menghasilkan lebih banyak pusat yang mungkin.

Jika sebelumnya pemecahan yang dipilih, harus ditentukan jika ada sufficent

NPSH tersedia untuk aliran sisi penghisapan baru.

Heat Exchange E-401

Air buangan dari pertukaran panas ini jenuh uap. Karena suhu di steam, tekanan

uap harus ditingkatkan untuk mengakomodasi meningkatnya aliran. Karena

tekanan meningkat, outlet suhu keluar juga meningkat.

Reactor

Reaksi ini endotermik. Dalam reaktor, energi disuplai oleh garam cair yang

dipanaskan di dalam pemanas. Pemanas ini hanya memiliki kapasitas tambahan

10%. Solusi yang lebih elegan adalah dengan menggunakan buangan reaktor pada

suhu 3500C untuk memanaskan umpan reaktor, yang dapat menurunkan tugas

panas pada pemanas. The fluidized bed memiliki sekitar 50% inert filter sehingga

fraksi katalis aktif dapat ditingkatkan untuk menangani peningkatan throughput.

Tetapi jumlah katalis aktif tambahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit

dibandingkan 33% sejak kecepatan ruang menurun pada tekanan reaktor

meningkat.

Molten Salt Loop

Kinerja loop garam cair harus dianalisa dengan benar untuk menentukan lelehan

memasuki suhu garam dan meninggalkan reaktor pada kondisi scale up. Kedua

keseimbangan energi dan persamaan desain untuk penukar panas reaktor harus

diselesaikan secara simultan. Dua suhu yang ditambah laju aliran garam cair yang

tidak diketahui. Satu mungkin diatur untuk memecahkan dua lainnya. Dalam

prakteknya, laju aliran akan dikontrol dan suhu akan menanggapi perubahan laju

aliran.

Heat exchangers E-402, E-403 and E-408

Pada kondisi inlet baru harus ditentukan dengan tiga alat penukar panas ini. Ada

pembatasan bahwa air pendingin dan laju aliran air didinginkan hanya dapat

meningkat sebesar 20% karena pertimbangan kecepatan.

Tower T-403 and Peripheral Equipment

Menara ini akan menggenangi di 33% scale up. Ada tiga solusi yang

memungkinkan. Karena menara ini memiliki diameter kecil, baki telah dirancang

sebagai modul untuk jatuh ke shell kapal, sehingga jumlah nampan dapat dengan

mudah ditingkatkan jika jarak baki menurun. Hal ini memungkinkan rasio refluks

yang akan menurun dan untuk menghindari flooding, hal itu merupakan sebuah

contoh dari trade off yang akan ada jumlah tahap dan rasio refluks. Tapi efek dari

baki spacingon sendiri yaitu efisiensi tray menurun sehingga harus

dipertimbangkan. Dari Tekanan kolom sendiri dapat ditingkatkan jika pompa

ditambahkan setelah T-402. Beberapa kombinasi peningkatan tekanan dan

penurunan rasio refluks yaitu dengan meningkatkan tekanan dan meningkatkan

kepadatan uap, penurunan kecepatan uap dan menghindari flooding.

Barangkali Solusi terbaik adalah hanya untuk menurunkan rasio refluks. Dimana

distilat adalah campuran azeotropik dekat IPA dan air. Dari desain aslinya seperti

digambarkan dalam diagram McCabe-Thiele, memiliki lebih baki dari yang

diperlukan dalam upaya untuk mendapatkan lebih dekat yang diperlukan untuk

azeotrop tersebut. Penurunan rasio refluks untuk menghindari banjir hanya

mengurangi atas IPA fraksi mol 0,65-0,64! Sekali lagi rasio refluks ditentukan.

Kinerja reboiler dan kondensor harus dianalisa untuk menentukan kondisi outlet

baru. Dan juga, pompa refluks harus dianalisa. Untuk kasus yang melibatkan

peningkatan aliran cairan overhead mungkin ada NPSH cukup untuk pompa P-

405 A / B, tapi desain asli nya menggunakan diameter yang sangat kecil (0,6 in)

.Peningkatan diameter garis-garis ini menjadi 0,75 atau 1 inci dengan mudah

menurunkan gesekan sejak penurunan tekanan berbanding terbalik.

2.4. Tinjauan Termodinamika

Tinjauan Thermodinamika proses dehidrogenasi isopropyl alcohol adalah sebagai

berikut :

Tinjauan thermodinamika hanya berlaku untuk untuk reaksi kesetimbangan

sehingga, perlu diperiksa terlebih dahulu reaksi pembentukan aceton termasuk

reaksi reversible atau irreversible.

C3H8O C3H6O +H2

Go = Go produk - Go reaktan

= -153,15 + 173,5

= 20,35 kJ/mol

Go = -RT ln K

ln K = -Go / RT

= -20,35 kJ/kmol / (8,314 kJ/kmol K x 298 K)

= -8,21 x 10-3

= 0,00821

K = 0,991 reversible

Hof = Hof produk - H

of reaktan

= -217,71 + 272,6

= 54,89 kJ/ mol

Harga Hof menunjukkan positif maka reaksi pembentukan aceton merupakan

rekasi endotermis.

Reaksi:

C3H8O + 66,5 kJmol (pada 372oC) C3H6O +H2

Pada proses ini Isopropil Alkohol diuapkan dengan vaporizer dan dipanaskan

dalam HE dengan menggunakan steam kemudian dimasukkan ke dalam multi

turbular fixed bed reactor. Ada sejumlah katalis yang dapat digunakan dalam

proses ini yaitu kombinasi zinc oxide- zirconium oxide, kombinasi

copperchromium oxide, copper, silicon dioxide. Kondisi operasi reaktor ini adalah

1.5-3 atm dan suhu 400 C-600 C (Fitria Said, 2013).

2.5. Tinjauan Kinetika

C3H8O C3H6O + H2

Reaksi pembentukan aseton dari isopropyl alcohol merupakan reaksi

endotermis dengan panas pembentukan standar 62,9 kJ/mol. Reaksi diatur

menggunakan katalis pada fase vapor. Reaksi kinetic berlangsung dengan orde

satu dan dapat dinyatakan sebagai berikut (:

Sehingga kinetika reaksi pembentukan aseton dari isopropyl alcohol

tergantung pada katalis yang digunakan.

+ H-H

BAB III

PENUTUP

3.1. Kesimpulan

1. Aseton, CH3COCH3, merupakan salah satu senyawa alifatik keton yang

mempunyai banyak manfaat dan dapat buat melalui beberapa macam proses.

2. Ada beberapa macam proses pembuatan Aseton,antaranya yaitu : Proses

Cumene Hidroperoksida, Proses Oksidasi Propilen, Proses Oksidasi Isopropil

Alkohol dan Proses Dehidrogenasi Isopropil Alkohol.

3. Proses lain yang sangat penting untuk memproduksi Aseton adalah

dehidrogenasi katalitik dimana reaksinya adalah endotermis dan bolak-balik.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim.2014. Aseton.id.swewe.net/word_show.htm/?37325_1&Aseton. Diakses

12 Oktober 2014, pukul19.00 WIB.

Dwifirman, Widya. 2014. Aseton. http://www.academia.edu/5872597/Aseton.

Diakses pada tanggal 22 Oktober 2014, pukul 20.00 WIB.

Elsevier BV.2013. Spesifikasi Senyawa Kimia. Amerika : Reed Elsevier Group.

Joseph A. Shaeiwitz dan Richard Turton.1999. Acetone Production From

Isopropyl Alcohol. Morgan : West Virginia University.

Kirk and Othmer.1983. Encyclopedia of Chemical Technology. New York: Wiley.

_____________.1991. Encyclopedia of Chemical Technology. New York: Wiley.

_____________.1994. Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd

ed. New York:

Wiley.

Said, Fiitria.2013. Aseton.fitriasaid393.blogspot.com. Diakses 12 Oktober 2014,

pukul 20.00 WIB