1

Proses Industri Kimia

PRODUKSI PARASETAMOL- sebuah contoh studi

perencanaan bisnis produksi perusahaan -

Dr. Tri Yuni Hendrawati

Institut Sains dan Teknologi Al KamalJakarta2013

2

Parasetamol Asetaminofen 4-Hidroksiasetanilida 4-Asetamidofenol N-(4-hidroksifenil)-asetamida N-asetil-para-asetamino-fenol

• Serbuk kristalin putih yang tak berbau tetapi berasa sedikit pahit; Mr = 151,16 kg/kmol (C8H9NO2); = 1,293 kg per liter; Tleleh = 169 – 170,5 oC.

• Kegunaan : (1). Zat analgesik dan antipiretik. (2). Zat antara pembuatan zat warna azo. (3). Zat kimia fotografi. (4). Bahan pembuatan resin dan plastik bening.

• Syarat mutu (US Pharmacopea) : • Kadar N-(4-hidroksifenil)-asetamida, 98 %, 101 % basis tak berhidrat. • Kadar air 0,5 %. • Sisa pembakaran 0,1 %. • Kadar p-aminofenol bebas 0,005 %. • Rentang pelelehan 168 – 172 oC.

3

Penalaran awal berdasar pengetahuan kimia organik menunjukkan bahwa dua kandidat bahan mentah primer tersebut adalah fenol [dapat diperoleh dari kondensat karbonisasi batubara] dan benzen [dari kilang minyak bumi (sudah ada produksinya di dalam nege-ri) maupun kondensat karbonisasi batubara].

• Karena memiliki informasi adanya peluang pasar, seorang calon investor tergerak untuk mendirikan usaha produksi parasetamol di dalam negeri.

• Ia berkeinginan jalur usaha produksinya kelak dapat dikembangkan ke hulu, hingga akhirnya “berakar” ke bahan mentah primer yang mudah diperoleh dari keka-yaan alam Indonesia.

4

Sesudah 2 – 4 minggu melakukan penelusuran literatur, tenaga ahli yang dimintai bantuan/nasehat telah berhasil mengkonstruksi alternatif-alternatif rute sintesis parasetamol mulai dari benzen

(dan fenol) + tinjauan (netral) teknologi-teknologi prosesnya.

Di negara maju, upaya ini mungkin hanya membutuhkan waktu 1 minggu, karena sarana perpustakaan dan sumber-sumber informasinya

amat lebih lengkap.

5

6

7

Peningkatan nilai tambah dapat disimpulkan dari data harga partai besar bahan-bahan mentah yang terlibat.

[ data per 13 Nopember 1998, dalam US$/kilomol, dikutip dari Chemical Marketing Reporter 16 Nopember 1998 ]

Parasetamol (1187)

p-Aminofenol (895) Hidroksilamin sulfat (361)

Hidrogen ( 50) p-Nitrofenol (551) Anhidrida asetat (112)

Natrium hidroksida USP (150)

Nitrobenzen (89,9) p-Nitrokhlorobenzen (347) Fenol (79,0)

Asam nitrat (6,9) Khlorobenzen ( 100) Kumen (38,5)

Benzen (18,7) Propilen (10,9)

8

• Rute via nitrobenzen lebih pendek dibanding rute via fenol atau p-nitrokhlorobenzen (PNCB).

Malinckrodt Inc. (produsen terbesar parasetamol di A.S., dan mungkin di dunia) menggunakan rute via nitrobenzen.

Produsen besar lainnya (Hoechst Celanese Corp.) menggunakan rute via fenol.

• Karena tiap langkah konversi di dalam tiap rute meli-batkan pembentukan produk samping, kemudahan / kesulitan recovery, penanganan dan pemasaran tiap produk samping perlu dijadikan bahan pertimbangan.

9

Parasetamol dari p-aminofenol

10

Parasetamol dari fenil asetat atau fenol

• Kegunaan Paraaminofenol (PAP) selain dikonversi menjadi parasetamol : (1). Zat kimia fotografi [Nama dagang : Activol, Azol, Certinal, Citol, Paranol, Rodi-nol, Unal, Ursol P]; sendiri atau digabung dgn hidro-kuinon; Kodelon garam oksalat dari PAP. (2). Inhi-bitor korosi utk cat dan mesin 2-tak (2-langkah); dan (3). Pewarna kayu dan bulu (unggas, dll.).

• Penelusuran literatur menunjukkan hanya ada satu pemilik/lisensor teknologi : Hoechst-Celanese Corp. [Alternatif strategi : Beli lisensi atau aliansi usaha ?.]

11

12

Latihan

• Telaah dokumen-dokumen paten maupun informasi di dalam ensiklopedia teknologi proses, buku acuan, dan/atau jurnal ilmiah, dan kemudian buat suatu tabel yang memuat ikhtisar perbandingan teknologi proses pembuatan parasetamol dari p-aminofenol dengan dari fenol atau fenil asetat !.

• Kemukakan pendapat saudara tentang apakah pemilikan sendiri teknologi proses pembuatan parasetamol dari PAP oleh anak-anak bangsa (Indonesia) merupakan suatu hal yang pantas dan layak, ditinjau dari aspek-aspek taraf kemampuan berteknologi, potensi volume dan kelang-gengan (continuity) pangsa pasar dll.

13

p-Aminofenol dari PNCB

14

• Proses pembuatan p-nitrofenol (PNP) dengan hidrolisis PNCB telah dikenal sejak akhir abad 19. Berbagai pusat/penjual teknologi proses dapat menyediakannya. Sudah menjadi pengetahuan publik. Tak ada satu

pun paten yang ‘memagari’ teknologi proses ini !.• Kegunaan PNP (selain dikonversi menjadi PAP) :

(1). Zat antara pembuatan zat warna azo dan berbele-rang. (2). Pembuatan zat pelindung tanaman Parathion dan zat kimia fotografi Metol. (3). Bahan pengawet dalam industri kulit.

• Banyak produsen PNP mengkonsumsi sendiri zat kimia ini untuk pembuatan produk-produk akhir berupa zat-zat kimia adi (fine chemicals) atau bahan-bahan kimia khusus (specialty chemicals).

15

p-Aminofenol dari nitrobenzen

• Lisensor teknologi proses pembuatan PAP dari PNP sa-ngat banyak (bahkan dari negara-negara industri baru) : Seiko Chem. Ind., Yokkaichi Chem. Co. (Jepang), Abbot Labs., du Pont (A.S.), BASF, Phenol Chemie (Jerman), BP Chemical, Chem Systems International (Inggris), Berol Kemi (Swedia), Instytut Chemie Prezemystowej (Polan-dia), Korea Advaced Institute (Korsel). Apa artinya informasi ini ?.

• Produk samping (0,22 – 0,24 mol/mol PAP) : anilin (bahan kimia komoditas bervolume pasar besar)

16

• Konversi sekali-lewat nitrobenzen : 60 – 90 %.• Kemungkinan lisensor (pemilik teknologi) selain Mallinckrodt :

Seiko Chem. Ind. (Jepang), I.C.I. (Inggris), Rhone Poulenc (Perancis), CPC International (A.S.).

17

• Kegunaan nitrobenzen (selain dikonversi menjadi p-amino-fenol) : bahan mentah produksi anilin (95 – 98 % pangsa pasar nitrobenzen) dan zat warna nigrosine (pewarna hitam plastik, tinta, tekstil dan semir sepatu).

• [Proses reduksi nitrobenzen (dan p-nitrofenol) menjadi PAP dapat juga dilakukan secara elektrolitik (mungkin dapat lebih ramah lingkungan)].

Dalam tahap pengembangan !.• Nitrobenzen amat beracun : MAC = 1 ppm (5 mg/m3).• Nitrobenzen dibuat via penitrasian langsung benzen cair

dengan camp. asam penitrasi [56-60% H2SO4, 27-32 % HNO3, 8-17 % H2O utk proses partaian (batch) dan 56-65 % H2SO4, 20-26 % HNO3, 15-18 % H2O utk proses sinambung] pada temp. 50 – 100 oC; perolehan (yield) 95 – 99 %.

18

Nitrobenzen dari benzen

19

PNCB dari monokhlorobenzen

• Teknologi proses nitrasi adiabatik jauh lebih hemat energi : konsumsi energi 10 % dari proses isotermal (konvensional).

• Kemungkinan lisensor teknologi : Noram Engineering & Con-structors, C-I-L (Kanada), Bofors Nobel Chemie, Hüls AG (Jer-man), Stavely Chemicals, Chem Systems International (Inggris), du Pont, Mobay Chemical Corp. (A.S.), Bioquimica Espanola (Spanyol), Instytut Chemie Prezemystowej (Polandia), Korea Advanced Institute (KorSel).

• Teknologi dan peralatan sangat serupa dengan teknologi dan per-alatan penitrasian benzen menjadi nitrobenzen. Temp. 40 – 70 oC, camp. penitrasi 52,5 % H2SO4, 35,5 % HNO3, 12 % H2O. Produk : camp. isomer 34 % ONCB, 1 % MNCB, 65 % PNCB. Didinginkan sampai 15 oC, PNCB mengkristal dan dipisah-kan; cairan induknya dapat dipisahkan lebih lanjut dengan kombinasi distilasi dan kristalisasi fraksional.

20

Monokhlorobenzen

• Kemungkinan lisensor teknologi proses : idem nitroben-zen; juga BASF.

• Daya racun : ONCB > PNCB nitrobenzen (MACPNCB = 0,1 ppm atau 1 mg/m3).

• Kegunaan ONCB : inhibitor korosi, pigmen, bahan agro-kimia, zat antara sintesis zat warna azo.

• Kegunaan PNCB (selain utk membuat p-nitrofenol) : bahan kimia fotografi dan pengolahan karet, insektisida, dan utk sintesis zat warna azo dan berbelerang.

• Lazim diproduksi via khlorinasi benzen dalam fasa cair (kat. FeCl3). Selalu menghasilkan o- dan p-dikhlorobenzen sebagai produk samping (85-90 % MCB, 10-15 % DCB; PDCB/ODCB 1,2 – 3,3.

21

• Lisensor teknologi : Monsanto (A.S.), Ubichem, Lambson, Chem Systems International (Inggris), Lonza (Swiss), In-stytut Chemie Prezemystowej (Polandia), Korea Advanced Institute (KorSel).

• Kegunaan : MCB terutama utk membuat PNCB; PDCB utk membuat resin polifenilensulfida (PPS) dan utk deodoran ka-mar + anti ngengat; ODCB utk membuat 3,4 dikhloroanilin (bahan mentah herbisida).

• Benzen lebih beracun dari MCB, PDCB maupun ODCB !.• Utk memanfaatkan HCl bagi khlorinasi benzen :

1. Regenerasi Cl2 dari HCl dengan cara elektrolisis atau oksi-dasi [proses Kel-Chlor (Kellog), Shell Chlorine, atau MT Chlor (Mitsui)]. Khlor yang dihasilkan lebih mahal daripada khlor produk elektrolisis NaCl !.

22

2. Penggunaan langsung dengan proses oksikhlorinasi benzen. Proses : Raschig-Hooker (obsolet sejak thn 1971, karena korosif, konversi per-pass kecil, boros energi mahal !). Ada literatur menyebutkan bahwa Gulf (Research and

Deve- lopment Co. ?) memiliki proses oksikhlorinasi benzen yang efisien (HNO3 sbg katalis, konversi sekali-lewat tinggi, selektifitas memadai, dan beroperasi pada temp. rendah [ 60 – 150 oC]).

Pemanfaatan HCl utk khlorinasi benzen tampaknya harus dipandang sebagai last resort bagi permasalahan overpro- duksi HCl di suatu lokasi !.

• Oksikhlorinasi benzen sebenarnya setengah-jalan dari proses Raschig-Hooker maupun Gulf. Produk akhir kedua proses ini fenol (zat kimia bervolume pasar besar). Akan tetapi, rute paling populer ke fenol adalah via kumen (lisensor : UOP, Phenol-chemie, dll).

#######