tugas pik 01_13011077
Post on 15-Sep-2015
150 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
-
PHENOL Jawahir Asy Mahdy Maro
13011077
Program Studi Teknik Kimia
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Bandung
Maret, 2014
-
TK3205 - Proses Industri Kimia Phenol
1
Phenol merupakan senyawa dengan gugus hidroksil yang berikatan dengan
benzene maupun cincin benzenoid. Secara terminologi, phenol berasal dari kata
phene yang merupakan nama lama dari benzene. Dengan adanya penambahan
gugus hidroksil, nama senyawa ini berubah menjadi phenol. Struktur senyawa
phenol ini ditunjukkan oleh Gambar 1.
Gambar 1. Struktur Kimia Senyawa Phenol
Karakateristik fisik dari phenol ini sangat dipengaruhi oleh gugus hidroksil
karena adanya ikatan hidrogen. Secara umum, karakteristik fisik dari phenol ini
direpresentasikan pada Tabel 1.
Tabel 1. Tabel Karakteristik Phenol
Physical Property Nilai
Berat atom molekular 94
Titik leleh 43oC
Titik didih (1 atm) 132oC
Kelarutan di air (25oC) 8,2 g/100 mL
Senyawa phenol ini sendiri memiliki berbagai jenis turunan. Beberapa jenis
turunan dari phenol ini antara lain :
- Cresol
- Xylenol
- Resorcinol
- Bisphenol
Karakteristik fisik dari senyawa phenol dibandingkan dengan senyawa-
senyawa turunannya dapat dilihat pada Tabel 2.
-
TK3205 - Proses Industri Kimia Phenol
2
Tabel 2. Tabel Karakteristik Senyawa Phenol dan Turunannya
Nama MW MP (oC) BP (oC) pKa 25oC
Phenol 94,1 40,9 181,8 10,00
o-Cresol 108,1 31,0 191,0 10,32
m-Cresol 108,1 12,2 202,2 10,09
p-Cresol 108,1 34,7 201,9 10,27
2,3-Xylenol 122,2 72,6 216,9 10,54
2,4-Xylenol 122,2 24,5 210,90 10,60
2,5-Xylenol 122,2 74,9 211,1 10,41
2,6-Xylenol 122,2 45,6 201,0 10,63
3,4-Xylenol 122,2 65,1 227,0 10,36
3,5-Xylenol 122,2 63,3 221,7 10,19
Resorcinol 110,1 109,8 276,5 -
Bisphenol-A 228,3 157,3 - -
A. BAHAN BAKU PEMBUATAN PHENOL
Phenol pertama kali diisolasi dari coal tar pada awal abad ke-19. Secara
umum, bahan baku dalam proses pembuatan phenol ini berbeda-beda
bergantung dengan metode pembuatannya. Bahan baku dan utilitas pada
pembuatan phenol bersama kapasitasnya dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 2. Kapasitas Bahan Baku dan Utilitas pada Pembuatan Phenol
-
TK3205 - Proses Industri Kimia Phenol
3
Dapat diperhatikan dari Tabel 3, bahan baku utama yang digunakan ialah
benzene. Hal ini sesuai dengan struktur asal dari phenol itu sendiri yaitu cincin
benzene. Properti fisik dari benzene dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Tabel Karakteristik Benzene
Properti Fisik Nilai
Berat molekul 78,1121 g/mol
Densitas (20oC) 0,8786 g/mL
Titik leleh 5,5 oC
Titik didih 80,1 oC
Kelarutan dalam air (15 oC) 0,8 g/L
Viskositas (20oC) 0,652 cP
B. PROSES PEMBUATAN PHENOL
Secara umum, pembuatan phenol dapat melalui 5 jenis proses. Kelima jenis
proses pembuatan phenol tersebut ialah :
a. Proses Preoksidasi Cumene
Cumene merupakan nama umum dari isopropylbenzene. Proses
pembuatan phenol dari cumene ini merupakan metode yang paling umum
digunakan. Hampir 97% industri phenol di dunia, menggunakan proses
pembuatan phenol dari cumene.
Secara umum, proses pembuatan phenol ini dilakukan dengan cara oksidasi
cumene menggunakan oksigen (udara) untuk membentuk cumene
hydroperoxide (CHP). Gugus peroksida dari senyawa tersebut akan
terdekomposisi menjadi phenol dan aseton, menggunaan mineral asam kuat.
Proses tersebut dibantu menggunakan katalis. Reaksi pembuatan phenol dari
cumene ini dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Reaksi Proses Pembuatan Phenol dari Cumene
-
TK3205 - Proses Industri Kimia Phenol
4
Gambar 2. Reaksi Proses Pembuatan Phenol dari Cumene (lanjutan)
Secara umum, pada proses ini mula-mula cumene diemulsikan kedalam
larutan natrium karbonat menggunakan natrium stearate sebagai emulsifier.
Kemudian emulsi cumen inilah yang dioksidasi dalam oxidizer menggunakan
udara pada tekanan atmosfer selama 3 hingga 4 jam menggunakan katalis
seperti tembaga, kobalt, maupun garam mangan (manganese salt).
Temperatur reaksi tersebut dijaga pada 160-260oC. Sedangkan tingkat
keasamannya dijaga pada 8,5-10,5. Sebagai hasil oksidasi ini, cumene
hydroperoxide terbentuk. Kemudian, peroksida yang terbentuk didekomposisi
menggunakan sulphuric acid 5-50% pada acidifier. Kondisi yang digunakan pada
umumnua berkisar pada 45-46oC di bawha tekanan. Hasil dekomposisi ini
merupakan phenol (15%), acetone (9%) dan cumene (73%). Sisanya merupakan
senyawa-senyawa seperti methylstyrene dan acetophenone. Senyawa-senyawa
tersbeut kemudian dipisahkan pada separator.
Hasil pemisahan tersebut merupakan cumene dan aseton. Untuk
meningkatkan kemurnian dari phenol ini, maka proses yang dilakukan ialah
sebagian dari campuran tersebut didaur ulang menggunakan ekstraktor maupun
distilasi. Sehingga hasil akhir dari produksi phenol ini ialah phenol dengan
kemurnian hingga 92% dan aseton sebagai produk sampingan.
Salah satu industri yang mengguanakan metode ini ialah INEOS phenol.
Diagram alir proses dari pembuatan phenol menggunakan metode preoksidasi
cumene pada industri ini dapat dilihat pada Gambar 3.
-
TK3205 - Proses Industri Kimia Phenol
5
Gambar 3. Diagram Alir Proses Pembuatan Phenol secara Preoksidasi Cumene
Dari Gambar 3 dapat dilihat bahwa, cumene dioksidasi menggunakan
oksigen menggunakan oksigen dari udara menjadi CHP. Aliran cumene ini
kemudian mengalir kedalam kolom bubble. Udara ditambahkan pada bagian
bawah reaktor. Transfer oksigen terjadi dari gelembung udara menuju cumene.
Pada reaksi ini terjadi autokatalisasi. Kolom bubble ini beroperasi pada tekanan
sekitar 700 kPa dengan rentang temperatur sekitar 80-120oC. Reaksi yang terjadi
ialah -117 kJ/mol. Waktu tinggal dalam reaktor ini terjadi dalam beberapa jam.
Temperatur dari kolom ini diatur menggunakan internal maupun eksternal heat
exchanger. Konsentrasi keluaran dari CHP ini berada pada rentang 20-40%w/w.
Pada proses oksidasi ini, terdapat beberapa produk samping seperti
pembentukan DMBA (dimethylbenzyl alcohol) dan acetophenone (ACP). Selain
-
TK3205 - Proses Industri Kimia Phenol
6
itu terdapat pula beberapa produk samping seperti asam format dan asam
asetat. Untuk itu ditambahkan beberapa unit untuk menghilangkan pengotor-
pengotor hasil proses oksidasi. Salah satu unit tersebut ialah unit distilasi vakum
multitahap.
Produk dari proses oksidasi setelah melewati unit pemurnian ialah 65-
90%w/w CHP. Selanjutnya setelah melewati beberapa reaksi, produk keluaran
proses ini masuk kedalam plug flow reactor. Kondisi operasi reaktor ini diatur di
atas 100oC. Temperatur dari reaksi ini akan semakin meningkat dengan
penambahan CJP atau mengontakkan reaksi dengan steam. Selanjutnya, proses
berlangsung hingga phenol masuk ke dalam kolom phenol untuk dimurnikan
mendapatkan phenol dengan kemurnian tinggi.
b. Proses Raschig
Proses ini pertama kali dilakukan pada tahun 1932 oleh Khoene-Poulenc.
Pembuatan phenol ini menggunakan chlorobenzene yang dibuat melalui
oksiklorinasi benzene dengan campuran HCl dan udara pada kondisi operasi
tekanan udara dan temperatur 240oC.
Gambar 3. Reaksi pembuatan klorobenzen
Pada proses tersebut katalis yang digunakan ialah CuCl2.FeCl3/Al2O3.
Konversi benzene yanga ada dijaga pada rentang 10-15% untuk mengatur evolusi
panas pada fixed-bed catalyst dan untuk menekan pembentukan diklorobenzen.
Kemudian untuk menghasilkan fenol, maka dilakukan hidrolisis dengan
pemanasan menggunakan steam pada suhu 400 hingga 500oC menggunakan
katalis silika. HCl yang terbentuk pada proses ini kemudian di-recycle .
Selanjutnya phenol yang terbentuk dimurnikan menggunakan distilasi vakum.
Salah satu contoh diagram alir proses dari proses ini dapat dilihat pada Gambar
4.
-
TK3205 - Proses Industri Kimia Phenol
7
Gambar 4. Diagram Alir Proses Raschig dalam Pembentukan Phenol
c. Proses oksidasi dua tahap toluene
Pada metode ini, toluene dalam fasa cair dioksidasi menggunakan udara
pada reaktor. Kondisi operasi reaksi yaitu pada 40-70 psi dengan kehadiran
katalis kobalt pada temperatur 150oC. Keluaran reaktor ini ialah asam benzoat
dan juga air. Reaksi berlangsung secara eksotermik sehingga untuk menjaga
temperatur, perlu dilakukan pendinginan secara eksternal.
Kemudian asam benzoat pada suhu 150-200oC yang merupakan keluaran
reaktor ini kemudian ditransfer menuju kolom distilasi. Pada kolom distilasi ini
dilakukan pemisahan asam benzoat terhadap toluen dan air. Toluen yang
terpisahkan kemudian didaur ulang menuju reaktor oksidasi yang pertama.
Selanjutnya, asam benzoat murni ini diumpankan kedalam reaktor kedua
untuk dilakukan oksidasi menggunakan udara dan steam pada tekanan 20-25 psi
-
TK3205 - Proses Industri Kimia Phenol
8
dan temperatur 230oC. Selama reaksi berlangsung katalis yang diguanakn ialah
tembaga benzoat/mangan. Selanjutnya proses berlangsung di dalam extractor
untuk memisahkan tar dan asam benzoat dari reaktor kedua.
Kemudian phenol yang telah terbentuk bersama asam benzoat
dimasukkan ke dalam dua buah kolom distilasi untuk dilakukan pemurnian
secara seri. Phenol yang didapatkan memiliki kemurnian hingga 80%. Reaksi dari
proses ini ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Reaksi Oksidasi Toluene
d. Proses sulfonasi benzene
Metode ini merupakan metode yang paling tua untuk digunakan pada
sintesis fenol. Prosesnya secara umum dibagi menjadi empat tahap yaitu :
- Sulfonasi, dimana benzene direaksikan dengan asam sulfat untuk
membentuk asam benzene sulfonat pada temperatur 150-170 oC
- Neutralisasi, asam benzene sulfonat kemudian direaksikan dengan
natrium sulfat untuk membentuk natrum benzene sulfonat
- Peleburan, natrium benzene sulfonat dilebur dengan natirum hidroksida
untuk membentuk natrium fenoksida
- Asidifikasi, asam suldat dan natrium fenoksida direaksikan untuk
membentuk phenol dan natrium sulfat
Secara umum, proses ini menggunakan tipe proses batch karena reaksi
pada fusionator sangat lambat. Waktu tinggal reaktor yang dibutuhkan pada
proses tersebut ialah 5 hingga 6 jam. Secara umum diagram alir proses dari
proses sulfonasi benzene menjadi phenol ini ditunjukkan pada Gambar 6.
-
TK3205 - Proses Industri Kimia Phenol
9
Gambar 6. Process Flow Diagram Proses Sulfonasi Benzene Menjadi Phenol
-
TK3205 - Proses Industri Kimia Phenol
10
e. Hidrolisis kaustik benzene
Diagram alir proses pembuatan phenol melalui metode ini dapat dilihat
pada Gambar 7.
Gambar 7. Process Flow Diagram Pembuatan Phenol melalui Hidrolisis
Kaustik Benzene
Metode pembuatan fenol melalui reaksi hidrolisis kaustik benzene ini
secara umum terbagi menjadi tiga tahap yaitu :
1. Klorinasi
C6H6 + Cl2 ---> 850C , Fe- --> C6H5Cl (klorobenzene)
2. Kaustisasi
C6H5Cl +NaOH (aq)---> C6H5NaO
3. Hidrolisis
C6H5NaO + HCl(aq) ---- > C6H5OH + NaCl(aq)
Mula-mula benzene yang berada pada kondisi keringnya direaksikan
dengan klorin bersama katalis besi maupun besi klorida anhidrat pada
temperatur 85oC. Hasil reaksi ini membentuk klorobenzen pada tower klorinasi.
-
TK3205 - Proses Industri Kimia Phenol
11
Kemudian benzene yang tidak terkonversi akan didaur ulang. Selanjutnya
klorobenzen ini direaksikan dengan 10% larutan soda kaustik. Hasilnya ialah
senyawa diphenly oxide yang kemudian dipompa menuju preheater dan masuk
ke dalam multi tubes reactor sehingga reaksi kautisasi berlangsung. Kondisi
reaksi yang terjadi ialah pada 425oC dan tekanan 350 atm. Selanjutnya campuran
hasil reaksi ditransfer menuju neutralizer melalui eeffluent heat exchanger. Pada
neutralizer ini phenol dihasilkan.
C. MANFAAT
Dalam kehidupan sehari-hari, fenol biasa dimanfaatkan sebagai berikut :
- Sebagai antiseptik. Hal ini disebabkan oleh sifat fenol yang mampu
mengkoagulasi protein. Dalam hal ini dikenal istilah koefisien fenol (KF),
yaitu perbandingan konsentrasi fenol atau konsentrasi zat untuk
mematikan suatu macam bakteri dalam waktu yang sama
- Sebagai bahan baku dalam pembuatan obat obatan misalnya asam
salisilat, asam pikrat dan lain lain
- Sebagai zat warna, fenol dapat digunakan sebagai pewarna buatan tapi
dengan konsentrasi yang kecil.
- Sebagai lem kayu, fenol mempunyai daya rekat yang kuat jika fenol telah
direduksi menjadi resin, dan lain lain
Jika ditinjau lebih dalam, phenol memiliki peran penting dalam pembuatan
polikarbonat dimana turunan phenol yang digunakan ialah senyawa bisphenol-A.
Selain itu ketika phenol diolah menjadi sikloheksanol, senyawa ini dapat
digunakan untuk produksi poliamida. Phenol juga digunakan untuk membuat
polimer yang thermoset. Gambar 8 menunjukkan penggunaan phenol.
Gambar 8. Diagram Penggunaan Phenol
41%
30%
8%
21%
bisphenol-A
phenolic resins
cyclohexanol
others
-
TK3205 - Proses Industri Kimia Phenol
12
D. INDUSTRI PEMBUATAN PHENOL
Secara umum, phenol termasuk salah satu bahan kimia yang dibutuhkan
sebagai bahan baku pembuatan senyawa lain. Kebutuhan dunia terhadap phenol
ini diperkirakan pada Gambar 9. Sedangkan kapasitas produksi phenol di dunia
dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 9. Total Kebutuhan Dunia akan Phenol (2009)
Gambar 10. Kapasitas Produksi Phenol di dunia (2009)
Di Indonesia sendiri masih belum ada pabrik yang secara murni
memproduksi phenol. Menurut Independent Chemical Information Services,
terdapat dua buah perusahaan phenol yang berencena didirikan di Indonesia
seperti pada Tabel 5.
-
TK3205 - Proses Industri Kimia Phenol
13
Tabel 5. Daftar Perusahaan Phenol di Indonesia
Nama Lokasi Kapasitas
(ton/tahun)
Status
Kumenindo Kridanusa Balongan,
Indramayu
120.000 planned
Makasar Petrosel Barru,
Sulawesi
Selatan
120.000 planned
Sementara itu, secara global, perusahaan yang memegang peran penting
dalam produksi fenol ditunjukkan pada Tabel 6.
Tabel 6. Daftar Produsen Major Phenol di Dunia (2008)
Dapat dilihat dari Tabel 8 bahwa INEOS Phenol merupakan perusahaan
phenol dengan kapasitas terbesar di dunia. Perusahaan ini terletak di Jerman.
Gambar 11 menunjukkan plant phenol perusahaan ini.
-
TK3205 - Proses Industri Kimia Phenol
14
Gambar 12. Plant Produksi Phenol dari INEOS
Sebagai tambahan, berikut adalah proyeksi kebutuhan dan kapasitas
produksi phenol di dunia, yang ditunjukkan pada Gambar 13.
Gambar 13. Proyeksi Kebutuhan dan Kapasitas Phenol di Dunia (IHS Chemical)
-
TK3205 - Proses Industri Kimia Phenol
15
DAFTAR PUSTAKA
ACN. 1999. A Healthy Forecast. [online] https://www.icis.com/Articles/1999
/11/01/97986/a-healthy-forecast.html diakses pada 12 Maret 2014 pukul
22.45
Baal, Roger Van. 2012. Phenol Capacity Expansions and Trade Flow Impacts.
Integra : The 2nd ICICS Asian Phenol-Acetone Conference
Pandia, Rajeev M. 2009. Global Phenol Global Phenol- -Acetone Markets.
Cologne, Jerman : Global Petrochemicals Conference
Phenol. The University of York. [online] http://essentialchemicalindustry.org/
chemicals/phenol.html diakses pada 12 Maret 2014 pukul 20.22
Rappoport, Z. 2003. The Chemistry of Phenols. England : John Wiley and Sons,
Inc.
Techonology in Indian Phenol Industry. 2009. India : Ministry of Science and
Technology, Department of Scientific and Industrial Research
Walter,Prahl. dan Mathes Wilhelm. 1933. Manufacture of Phenol. UNITED
STATES PATENT OFFICE number US2035917 A
Warren, Kaeding, Robert, Lindblom, Temple, dan Mahon. 1965. Oxidation of
Toluene and Other Alkylated Aromatic Hydrocarbons to Benzoic Acids and
Phenols. Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev.journal halaman 97-101
Weber, Manfred dan Markus Weber. 2010. Phenols. Phenolic Resins: A Century
of Progress Journal halaman 9-23
top related