Paper PIK ETHYLENEDIAMINE.docx

Download Paper PIK ETHYLENEDIAMINE.docx

Post on 14-Sep-2015

26 views

Category:

Documents

15 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<p>ETILENDIAMIN</p> <p>1. PendahuluanEtilendiamin merupakan senyawa yang memiliki banyak kegunaan. Penggunaan yang utama adalah sebagai bahan baku pestisida (fungisida), bahan untuk mengolah selulosa pada industri pulp dan kertas, zat aditif pada minyak pelumas dan bahan bakar, bahan baku pembuatan lem dan bahan pelapis. Selain itu etilendiamin juga digunakan untuk serat sintetik, dispersan pada detergen, serta pada industri farmasi. Pengguanaan etilendiamin pada tahun 1990 sebesar 84.000 tin dan pada tahun 2003 mencapai 140.000 ton. Dengan semakin beragam dan meningkatnya penggunaan etilendiamin, maka diperkirakan permintaan pasar dunia terhadap etilendiamin akan meningkat secara tajam. Etilendiamin termasuk kedalam golongan senyawa amina.Aminasi dengan ammonlisis adalah proses pembentukan amina dengan mereaksikan ammonia menggunakan agen aminasi primer dan sekunder. Reaksi tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan katalis hidrogenasi agar campuran ammonia-hidrogen dapat mengalami reaksi hidroammonolisis. Teknik ini dapat digunakan untuk membentuk amina secara langsung dari bahan dasar komponen gugus karbonil yang akan menghasilkan pembentukan nitril dan aldimina lebih banyak. Adapun reaksinya dapat digambarkan sebagai berikut :</p> <p>Berdasarkan sifat dari ammonia, reaksi ammonolitik untuk menghasilkan amina dapat mencakup :1. Double DecompositionPada dekomposisi yang terjadi sebanyak dua kali ini, molekul NH3 dipecah atau dipisahkan menjadi -NH2 dan fragmen -H, dari kasus tersebut dapat terjadi pembentukan senyawa amina baru apabila senyawa radikal -Cl2, -SO3H, -NO2 DAN senyawa radikal lain disubsitusikan pada gugus -NH2 .2. DehidrasiAmina dapat dibuat dari reaksi amonolisis dengan menggunakan alkohol atau fenol dan dari reaksi hidroammonolisis dari gugus karbonil yang akan menghasilkan amina dan air.3. Reaksi AdisiDari kedua fragmen molekul NH3 apabila molekul baru dimasukkan atau ditambahkan pada fragmen tersebut seperti alkanolamina dari alkilen oksida, aminonitril dari nitril tak jenuh, dan urea serta thiourea kan menghasilkan amina.4. Multiple ActivityAmina sekunder dan tertier dapat dibentuk dari amina hasil recycled dengan direaksikan menggunakan ammonia sebagai koreaktan sehingga terjadi proses reaksi aminolisis.Berdasarkan penjelasan diatas, dapat diketahui bahwa karakteristik dari reaksi ammonolitik dalam pembentukan amina dapat diklasifikasikan sebagai berikut :1. Pergantian dari aril dan alkil halogen2. Pergantian dari ail -SO3H dan alkil -OSO3H3. Konversi dari alkohol dan subtitusi alkohol secara fungsional4. Reaksi hidrononolisis dari gugus karbonil5. Reaksi adisi6. Reaksi ammonia dengan gugus hidrokarbon7. Bermacam reaksi lain seperti konversi dari fenol, pergantian dari gugus nitro aril, dan polimerisasi dengan menggunakan formaldehidAgen aminasi dapat berupa NH3 sebagai ammonia dalam fase liquid, yang dilarutkan dalam air atau dalam pelarut anorganik atau ammonia tersebut dapat berupa gas dalam reaksi fase uap atau dapat brupa penyusunan ammonia dari komponen solid (padat) seperti urea atau garam ammonium (Groggins, 388)Pada paper ini dibahas reaksi aminasi pada pembuatan etilendiamin. Etilendiamin merupakan suatu senyawa yang termasuk golongan amina yang memiliki struktur molekul seperti berikut :</p> <p>Etilendiamin memiliki beberapa sinonim nama dagang seperti Alpha-etanediamine, omega-ethanediaminealpha, beta-aminoethylamin, 1, 2-diaminoethane, 1, 2-ethanediamine, 1, 4-diazabutane, dimetilendiamin, 1, 2-ethanediamine, dan dimetilendiamin. Sejarah etilendiamin diproduksi secara masal pada tahun 1998 kira-kira sebanyak 500000000 kg yang digunakan secara luas untuk proses sintesis senyawa kimia. Apabila etilendiamin direaksikan dengan udara yang lembab akan menyebabkan timbulnya sifat korosif pada bahan, berubah sifat menjadi racun, dan agen iritasi yang dapat membahayakan kesehatan. Etilendiamin merupakan ligan berupa senyawa organik dengan rumus kimia C2H4(NH2)2 yang berwujud cairan tak bewarna dan secara sekilas dapat terlihat seperti ammonia, namun sebenarnya bukan golongan ammonia melainkan golongan amina.Etilendiamin dapat diproduksi dalam skala industri dengan mereaksikan 1, 2-dikloroetana dengan ammonia pada tekanan dibawah tekanan standar dan pada suhu 1800C dalam media cair. Reaksinya dapat dilihat pada gambar :</p> <p>Pada reaksi tersebut terbentuk hidrogen klorida dan amina. Amina dapat dipisahkan dengan menggunakan sodium hidroksida (NaOH) dan dapat diperoleh kembali dengan reaksi rektifikasi sehingga akan terbentuk dietilenetriamin (DETA) dan trietilentetramin (TETA) sebagai produk. Reaksi lain pada skala industri untuk pembuatan etilendiamin adalah pada reaksi etanolamin dengan ammonia, dapat dilihat pada gambar :</p> <p>(Wikiepedia, Etilendiamin)Adapun sifat fisis dan sifat kimia dari etilendiamin adalah :a. Sifat FisisRumus molekul: C2H8N2Bentuk (pada 25oC): CairBerat molekul (g/mol): 60,099Titik didih (pada 1 atm), [oK]: 390,41Titik beku (pada 1 atm), [oK]: 284,29Densitas (pada 25oC), [g/ml]: 0,983Viskositas gas (pada 25oC], [P]: 72,45Tekanan kritis [bar]: 62,90Temperatur kritis [oK]: 593,0(Yaws, 1999)</p> <p>b. Sifat Kimia1. Etilendiamin bereaksi dengan asam nitrat menghasilkan etilendinitramin dan air pada suhu tinggi2. Etilendiamin bereaksi dengan epoksi, seperti etilen oksida atau propilen oksida yang menghasilkan campuran hidroksialkil.3. Etilendiamin bereaksi dengan aziridin menghasilkan epoksi. Distribusi produk dikendalikan oleh perbandingan etilendiamin dan aziridin4. Etilendiamin bereaksi secara eksotermis dengan aldehid menghasilkan mono dan disubtitued imidozolidines. Distribusi produk tergantung pada stoikiometri dan kondisi reaksi5. Etilendiamin bereaksi dengan formaldehid dan sodium sianida, dalam kondisi basa, akan menghasilkan garam tetrasodium dan etilendiamintetraasetikacid6. Etilendiamin bereaksi dengan karbon disulfide menghasilkan etilen-bis-dithiokarbamat7. Etilendiamin jika direaksikann dengan urea, dietilkarbonat, karbondioksida, atau fosgen menghasilkan etilen urea(Kirk &amp; Othmer, 1983)</p> <p>Faktor-faktor yang mempengaruhi pembentukan etilendiamin adalah faktor pengadukan dan suhu reaksi serta kondisi operasi pembuatan etilendiamin pada suatu pabrik yang berbeda antara pabrik satu dengan pabrik yang lain, karena metode yang digunakan berbeda.Salah satu contoh langkah reaksi katalitik pembentukan ethylendiamine dari monoethanolamine dan ammonia dengan katalis Raney Nickel, adalah:1. Transfer massa (difusi) reaktan dari badan utama fluida ke permukaan luar butir katalis2. Difusi reaktan dari mulut pori pori melalui pori pori katalis ke permukaan dalam katalis3. Adsorpsi reaktan ke permukaan katalis4. Reaksi pembentukan produk5. Desorpsi produk dari dalam butir katalis ke permukaan katalis6. Difusi produk dari dalam butir katalis ke permukaan luar katalis7. Transfer massa produk dari permukaan luar butir katalis ke aliran utama fluida (gas)</p> <p>Pada reaksi heterogen fase gas yang antara monoethanolamine dan ammonia dengan katalis Rancy Nickel , mengikuti mekanisme reaksi di permukaan dan kecepatan reaksi tidak dipengaruhi oleh langkah transfer massa. Langkah proses nomor 1, 2, 6, 7 sangat cepat dibandingkan langkah nomor 3, 4, 5 sehingga kecepatan reaksi tidak dipengaruhi oleh transfer massa. Jadi langkah yang menentukan reaksi pada permukaan katalis.Secara umum, tinjuan kinetika reaksi pembuatan ethylendiamine merupakan reaksi eksotermis sehingga selama reaksi berlangsung akan terjadi pelepasan panas dan hal ini akan mempengaruhi kecepatan reaksi. Harga konstanta kecepatan reaksi (k) dalam pembentukan ethylendiamine mengikuti persamaan umum kinetika menurut persamaan Arrhenius :</p> <p>k = A [ exp (-E/RT)]</p> <p>dengank = konstanta kecepatan reaksiA = faktor tumbukanE = energi aktivasiT = suhu mutlak</p> <p>Faktor faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi adalah : SuhuSemakin tinggi suhu, maka harga k (konstanta kecepatan reaksi) akan semakin besar sehingga reaksi berjalan semakin cepat</p> <p> KatalisKatalis juga berperan dalam menurunkan energi aktivasi pada pembuatan ethylendiamine dan monoethanolamine dan ammonia adalah sebagai berikut :MEA(g) + NH3 (g) EDA (g) + H2O (g)MEA (g) + EDA (g) DETA ( g ) + H2O( g )Untuk r1 = k1 PMEA . PNH3. Kmol/kg katalis.jamUntuk r2 = k2 PMEA . PEDA. Kmol/kg katalis.jamUntuk menghitung kecepatan reaksi, digunakan konstanta kecepatan reaksi yang besarnya :Besar k1 = 4.2726*102exp[-1,4201*104/RT]Besar k2 = 2.8601*102 exp [-1.1284*104/RT](Wikiepedia, Etylenediamin)</p> <p>2.Etilendiamin2.1 Metode Pembuatan EtilendiaminAda beberapa macam proses utama yang digunakan dalam proses pembuatan etilendiamin yaitu :a. Metode Ammonolysis Ethylene DichlorideMetode ini sudah digunakan sejak enam puluh tahun yang lalu. Pembuatan etilendiamin dengan metode ini dilakukan dengan mereaksikan ethylene dichloride (C2H4Cl2) dengan ammonia (NH3) pada reactor fixed bed fase gas dengan suhu dan tekanan yang tinggi, sehingga dihasilkan produk yang berupa campuran etilendiamin dan garam ammonium klorida. Garam tersebut kemudian dinetralisasi, biasanya dengan larutan soda kaustik (NaOH).</p> <p>Reaksi :</p> <p>Distribusi produk dapat dikendalikan dengan mengatur perbandingan mol NH3 : EDC dan me-recycle produk. Jika perbandingan mol NH3 : EDC diperbesar, maka akan meningkatkan produk etilendiamin. Kelemahan utama dari proses ini adalah adanya resiko terjadinya korosi pada peralatan yang disebabkan terbentuknya garam ammonium klorida serta kesulitan untuk me-recovery senyawa-senyawa amina dari produk larutan yang bercampur dengan asam klorida. (US.Patent No.3068290)b. Metode Ammonolysis Ethylene GlicolEtilendiamin dapat diproduksi dengan mereaksikan etilen glikol dan ammonia serta hidrogen. Reaksi ini dilakukan pada fase cair, suhu dan tekanan tinggi pada reactor fixed bed. Suhu reaksi antara 220oC sampai 270oC. Tekanan operasi harus lebih tinggi dari 1000 lb/in2, yaitu sekitar 3000 sampai 6000 lb/in2. Perbandingan mol umpan etilen glikol dan ammonia minimal 1 : 15, dan sebaiknya digunakan perbandingan 20-30 mol ammonia per mol etilen glikol. Katalis yang dapat digunakan dalam proses ini adalah nikel dan tembaga. (US.Patent No.3137730)Proses yang terjadi pada pembuatan etilendiamin dari etilen glikol dan ammonia serta hidrogen adalah sebagai berikut. Umpan etilen glikol, ammonia dan hidrogen dengan perbandingan tertentu sebelum direaksikan dalam reaktor dipanaskan terlebih dahulu dalam preheater. Selanjutnya etilen glikol, ammonia dan hidrogen bereaksi di dalam reaktor fixed bed pada fase gas pada suhu dan tekanan tertentu. Aliran hasil dari reaktor kemudian dialirkan ke stripper untuk memisahkan sisa ammonia dan hidrogen yang tidak bereaksi. Produk yang mengandung etilendiamin kemudian dipisahkan di dalam menara destilasi hingga diperoleh produk dengan kemurnian tertentu. (US.Patent No.3137730)Keuntungan dari proses ini adalah baik reaktan, produk utama maupun produk samping tidak menimbulkan masalah korosi pada peralatan proses. Sedangkan kelemahannya adalah memerlukan tekanan operasi yang sangat tinggi, yaitu minimal 3000 psia atau sekitar 200 atm. Selain itu, dalam prosesnya memerlukan ammonia dalam jumlah yang sangat besar.c. Metode Ammonolysis MonoethanolamineMetode ini ditemukan sejak akhir tahun 1960 dan diharapkan dapat menjadi metode alternative sebagai pengganti proses pembuatan etilendiamin dari etilen diklorida yang dinilai kurang menguntungkan dari segi korosivitas terhadap peralatan. Pada metode ini, etilendiamin dibuat dengan cara mereaksikan monoethanolamine dan ammonia di dalam suatu reaktor fixed bed dengan suhu dan tekanan tinggi. Reaksi ini menghasilkan etilendiamin sebagai hasil utama dan dietilentriamin, piperazin serta air sebagai hasil samping.Reaksi :</p> <p>Proses pembuatan etilendiamin dari monoetanolamin dan ammonia adalah sebagai berikut : ammonia, monoetanolamin, aliran recycle diumpankan ke dalam suatu reaktor fixed bed fase gas. Reaksi berlangsung pada suhu sedang dan hasil keluaran reaktor mengandung produk etilendiamin, dietilentriamin, piperazin, monoetanolamin dan ammonia yang tidak bereaksi serta air. Setelah melalui serangkaian proses pemisahan untuk memisahkan ammonia yang tidak bereaksi, produk dan reaktan dipisahkan dalam menara destilasi. Monoetanolamin di-recycle ke reaktor sedangkan air diuang. (Mc.Ketta, 1972)Etilendiamin dapat dihasilkan dengan mereaksikan monoetanolamin dengan perbandingan mol monoetanolamin dan ammonia paling sedikit 1 : 1 sampai 1 : 16 pada tekanan sekitar 25-1000 psig untuk proses kontinyu dan 200-5000 psig untuk proses batch. Suhu operasi bekisar antara 100 sampai 400oC. Jika monoetanolamin direaksikan dengan ammonia pada perbandingan mol paling sedikit 1 : 3, pada tekanan 25-1000 lb/in2, dalam suatu reaktor unggun tetap berkatalis (fixed bed catalytic) fase gas dengan suhu sekitar 100-400oC maka akan dihasilkan produk- produk yang mengandung nitrogen. Pada kondisi tersebut monoetilamin yang terkonversi sekitar 70-80 %. Katalis yang biasa digunakan dalam proses ini adalah nikel, cobalt, dan katalis lain seperti platina dan palladium. Namun, yang paling sering digunakan adalah Raney nickel dan Raney cobalt.Berdasarkan beberapa proses pembuatan etilendiamin tersebut, maka proses yang menggunakan bahan baku monoetanolamin dan ammonia memiliki kelebihan yang paling baik karena:a. Tidak menimbulkan korosi pada peralatan proses baik yang disebabkan oleh reaktan, produk utama maupun produk samping seperti pada metode dengan bahan baku etilen diklorida.b. Tekanan operasi tidak terlalu tinggi dan kebutuhan ammonia tidak terlalu besar bila dibandingkan bahan baku etilen glikol.(Suci Istanti, 2007)1. Sifat Kimia dan Fisika Bahan Baku Pembuatan Etilendiamina. MonoetanolaminSifat Fisika :1. Rumus molekul: C2H7NO2. Bntuk (pada 25oC): Cair3. Berat molekul [g/mol]: 61,0844. Titik didih (pada 1 atm), [oK]: 444,155. Titik beku (pada 1 atm), [oK]: 283,666. Densitas (pada 25oC0, [G/ML]: 1,0147. Tekanan kritis, [bar]: 68,708. Temperatur kritis, [oK]: 638,0](Yaw, 1999)Sifat Kimia1. Dengan bantuan air, monoetanolamin bereaksi dengan CO2 membentuk karbamat2. Monoetanolamin ,jika bereaksi dengan formaldehid akan membentuk senyawa hidroksimetil3. Monoetanolamin bereaksi dengan karbon disulfide membentuk 2-mertothiazoline4. Reaksi antara monoetanolamin dengan asam akan membentuk garam5. Monoetanolamin bereaksi dengan asam atau asam klorida membentuk amides6. Monoetanolamin jika bereaksi dengan ammonia dapat membentuk ethyleneamines(Ulmann, 1999)b. AmoniaSifat Fisis :1. Rumus molekul: NH32. Bentuk (pada 25oC): Gas3. Berat molekul, [g/mol]: 17,0314. Titik didih (pada 1 atm), [oK]: 239,725. Titik beku (pada 25oC), [oK}: 195,416. Densitas (pada 25oC), [g/ml]: 0,6027. Viskositas cairan (pada 25oC), [CP]: 0,1358. Viskositas gas (pada 25oC), [P]: 101,289. Tekanan Kritis, [bar]: 112,7810. Temperatur kritis, [oK]: 405,65(Yaws, 1999)Sifat Kimia :1. Amonia stabil pada temperature sedang, tetapi terdekomposisi menjadi hidrogen dan nitrogen pada temperature yang tin...</p>