PROSES INDUSTRI KIMIA

INDUSTRI ACRYLONITRILE

Oleh :

Nama : Nur Fitriani

NIM : 060830400330

Kelas : IV KB

Dosen Pembimbing :

Ir. Erlinawati, M.T

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

2010

5. INDUSTRI ACRYLONITRILE

5.1 PENDAHULUAN

Acrylonitrile adalah senyawa kimia dengan rumus CH2CHCN. Acrylonitrile merupakan

cairan yang beracun,berwarna, berbau tajam, dapat larut dalam air, mudah terbakar dan cepat

menguap. Acrylonitril menghasilkan nitril pada skala besar.Acrylonitrile digunakan untuk membuat

bahan kimia lain seperti plastik, karet sintetis, dan serat akrilik. Acrylonitrile prinsipnya digunakan

sebagai monomer dalam pembuatan sintetis dari Polimer, terutama polyacrylonitrile yang terdiri

dari serat akrilik.Acrylic serat tersebut, antara lain menggunakan, pelopor untuk dikenal-serat

karbon. Hal ini juga merupakan komponen dari karet sintetis. Acrylonitrile juga merupakan pelopor

dalam industri manufaktur dari acrylamide dan asam akrilik.Didunia, produksi acrylonitril pada

tahun 2001 adalah 4 juta ton dan pada tahun 2005 adalah 6 juta ton, dimana separuhnya berasal

dari amerika serikat.

Efek dari Acrylonitril dapat dilihat dari sifat Acrylonitrile yang sangat mudah terbakar dan

beracun.. Pembakaran bahan yang rilis uap dari hidrogen sianida dan oxides of nitrogen.

International Agency for Research on Cancer (IARC) menyimpulkan bahwa ada bukti pada

manusia tidak memadai untuk carcinogenicity dari acrylonitrile. Acrylonitile meningkatkan kanker

dalam dosis tinggi dimana hal ini sudah diuji pada tikus jantan maupun betina.

5.2 KLASIFIKASI PROSES

Reaksi oksidasi propylene – ammonia – udara

Reaksi Acetylen - - Hydrogensianida

Reaksi pyrolisis ethylen sianohidrin

Reaksi acetaldehid – hidrogen sianida

4 Proses Pembuatan Acrylonitrile :

5.2.1 Amoksidasi Propylene

Proses Amoksidasi Propylene adalah proses yang Proses yang Proses yang melibatkan

reaktan propyle dan amonia dengan udara yang lebih dikenal dengan proses sohio ini merupakan

proses yang cukup luas digunakan diberbagai unit pabrik acrylonitrle terpasang. Proses yang

melibatkan reaktan propyle dan amonia dengan udara ini, memilki konversi reaksi yang cukup

tinggi sekitar 63 % dan reaksi ini terjadi pada suhu berkisar antara 400- 500 C dengan tekanan

sekitar 2 atm. Persamaan reaksi dari proses ini adalah:

CH2=CH-CH3 + NH3 + O2 CH2=CH-CN + 3 H2O

Proses ini menggunakan katalis phosphomolybdate. Pada proses ini menggunakan

reaktor fluidized bed, produk samping yang dihasilkan dari proses ini antara lain acetonitrile,

hidrogen cyanide, karbondioksida, karbonmonoksida, acrylic acid dan air.

5.2.2 Dari acetylene dan Hidrogencyanide

Proses ini cukup luas digunakan pada permulaan penemuannya sampai sekitar tahun

1960-an, proses ini proses yang melibatkan reaksi antara acetylene dan hidrogen cyanide.

Persaman reaksinya:

C2H4 + HCN CH2=CHCN

Proses ini memberikan jumlah hasil yang cukup baik terlihat dari yield yang dihasilkan

namun dalam perkembangannya ternyata teknologi ini mulai di tinggalkan karena selain harga

bahan baku yang cukup mahal apabila dibandingkan dengan produk, juga proses pengaktifan

katalis relative harus cepat karena mudah kehilangan aktifitasnya.

5.2.3 Dari Ethylene Cyanohydrin

Proses pembuatan Acrylonitrile dengan menggunakan bahan baku

ethylenecyanohydrin .Produksi acrylonitrile secara komersial awalnya bahan baku

ethylenecyanohydrin ini, tercatat dua perusahaan yang menggunakan proses ini antara lain

American cyanamid dan Union carbide, namun seiriing ditemukan teknologi yang lebih canggih

dan menguntungkan teknologi ini mulai ditinggalkan. Proses ini berlangsung pada suhu 200 oC

dengan fase operasi adalah cair. Persamaan reaksinya :

HOCH2CH2CN CH2=CHCN + H2O

5.2.4 Dari acetaldehid – hidrogen sianida

Persamaan reaksinya

C2H2 + HCN CHCN + H2

Proses pembuatan Acrylonitrile pada skala laboratorium dapat dibuat dari beberapa

reaktan antara lain dari acetaldehyd dan asam sianida menggunakan phosphorus pentoxide.

Kemudian proses yang bernilai komersial didasarkan kepada bahan baku apa yang digunakan dan

perbandingannya dengan jumlah yang akan dihasilkan.

5.3 DATA KUANTITATIF

Basis 1 ton produk Acrylonitril ( 99%) purity, 80% yield

Propylene 0.996 ton

Ammonia 0.45 ton

Air/Udara 5.2 ton

Produk:

Acetonitrile (CH3CN) 0.09 ton

Hydrogen Acid (HCN) 0.08 ton

Kapasitas Penggunaan pada instalasi pabrik 50-125 tons/hari

5.4 SIFAT FISIK DAN KIMIA

Bahan Baku

5.4.1 Propylene (C3H6)

Berat Molekul : 42,08 gr/mol

Titik Leleh : -185,2 oC

Titik didih : -47,6 oC

Titik nyala : -108 oC

Density : 0,61 gr/m3

Viskositas : 8,34 µPa pada 16,7 oC

Sifat : Mudah tebakar

Bahan tambahan

5.4.2 Amonia (NH3)

Berat molekul : 17,0306 gr/mol

Titik Leleh : -77,73 oC

Titik didih : -33,34 oC

Density : 0,61 gr/m3

Sifat : korosif

5.4.3 Oksigen (O2)

Berat molekul : 32 gr/mol

Titik Leleh : -218,8 oC

Titik didih : -183 oC

Density : 1,14 gr/m3

Struktur Kristal : Kubus

Panas penguapan :6.82 kj/mol

Spesifikasi kapasitas panas : 29.37 J/mol K

Titik Kritis : 159.59 K

Komponen utama pada proses pembakaran

5.4.4 Asam Oksalat (C2H2O4)

Berat Molekul : 90,03 gr/mol

Titik didih : 101-102 oC

Bentuk : Kristal Putih

Kelarutan dalam air : 9,5 gr/100ml(15oc),14,3 gr/100ml (25oC), 120 gr/100ml

(100oc)

Density : 1.653 gr/cm3

Titik Leleh : 101-102 oC

Titik Nyala : 166 oC

Solubility : 9.5 gr/100 ml (15 oC)

Produk Utama

5.4.5 Acrylonitrile (CH2CHCN)

Berat molekul : 53,06 gr/mol

Titik Leleh : -82 oC

Titik didih : 78,5 oC

Density : 0,807 gr/ml pada 20 oC

Titik nyala : 0 oC

Batas ledakan : Rendah 3,1 % V di udara , tinggi 17 % di udara

Suhu pembakaran : 480 oC

Batas keracunan : 15 ppm

Dapat bercamur dengan air dan pelarut organic

Produk samping

5.4.6 Acetonitril (CH3CN)

Berat molekul : 41,05 gr/mol

Titik Leleh : -45 oC

Titik didih : 82 oC

Density : 0,786 gr/ml pada 20 oC

Solubility : Dapat bercampur dengan air dan pelarut organic

Sifat : Berbahaya,Beracun dan Mudah Terbakar.

5.4.7 Hidrogen sianida (HCN)

Berat molekul : 27,03 gr/mol

Titik Leleh : -13,4oC

Titik didih : 26 oC

Ttik nyala : -17,78 oC

Density : 0,687 gr/ml pada 20 oC

Sifat : Mudah terbakar dan beracun

5.4.8 Air (H2O)

Berat molekul : 18 gr/mol

Titik didih : 100oC

Titik Beku : 0 oC

Density : 0,998 gr/ml

Ttik Leleh : 0 oC

Viskositas : 0.001 µPa pada 20 oC

Bentuk Kristal : Hexagonal

Digunakan sebagai pelarut dan Pendingin pada saat kondisi operasi tertentu.

5.5 REAKSI YANG TERJADI

Proses reaksi oksidasi propylen-amonia-udara

Reaksi utama

CH2 = CHCH3 + NH3 + 3/2O2 CH2 = CHCN + 3H2O H : -136.2 Kcal

Acrylonitril

Reaksi samping

C3H6 + 2NH3 + 2O2 CH3CN + HCN + 4H2O

Acetonitrile

5.6 URAIAN PROSES

Bahan baku propylene, ammonia, dan udara dikompres dengan menggunakan steam dan

direaksikan dalam Fluid Bed Catalitic reactor. Suhu pada reaktor ini antara 400-500oC dengan

tekanan antara 1,5-3 atm. Katalis phosphomolybdate ditambahkan ke dalam reaktor sehingga

terjadi reaksi antara bahan baku dan katalis. Karena reaksi yang terjadi pada reaktor merupakan

reaksi eksoterm maka pada reaktor digunakan jacket untuk menjaga suhu proses.

Produk yang keluar dari reaktor berupa acrylonitrile, acetonitrile, H2O, HCN, propane, dan N2

akan diserap didalam water scrubber dengan media penyerapnya adalah air. Di dalam water

scrubber ini, bahan yang tidak terserap yaitu propane dan N2 akan keluar sebagai top product

sedangkan yang terserap yaitu acrylonitrile, acetonitrile, HCN, dan H2O akan dipisahkan lagi dalam

Product Spliter. Pada product splitter ini, pemisahan dilakukan dengan proses pemanasan

sehingga dari proses pemisahan ini dihasilkan acrylonitrile dan HCN sebagai fraksi ringannya

sedangkan fraksi beratnya adalah acetonitrile dan H2O.

Acetonitrile dan H2O yang dihasilkan dari bottom product Product Spliter dipisahkan lagi

dalam kolom azeotrop untuk mendapatkan acetonitrile. Fraksi berat adalah H2O dan fraksi

ringannya adalah acetonitrile. H2O yang ikut terbawa bersama fraksi ringan dikembalikan lagi ke

dalam kolom azeotrop. Acetonitrile dimurnikan dalam Purifying Column dan didapat acetonitrile

yang murni..

Sedangkan acrylonitrile dan HCN yang keluar dari bagian atas Product Spliter juga dilakukan

pemisahan di dalam kolom azeotrop. Top product dari kolom ini berupa HCN sedangkan bottom

productnya berupa acrylonitrile dimurnikan lagi dalam purifying column dengan menambahkan

asam oksalat ke dalam kolom. Sehingga akan diperoleh acrylonitrile yang murni dan heavy ends.

5.7 KEGUNAAN

Kegunaan Acrylonitril

Acrylonitrile merupakan salah satu produk kimia yang cukup luas pemanfaatannya bagi

kebutuhan umat manusia, penggunaan acrylonitrile yang paling utama adalah untuk acrylic fibers

selain itu pemanfaatan produk ini juga untuk produksi plastik seperti acrylonitrile-butadiene-styrene

(ABS) and styrene acrylonitrile (SAN). Pemanfaatan ABS adalah untuk pipa dan pelengkapnya,

perlengkapan otomotif dan peralatannya. Sementara SAN banyak digunakan pada peralatan dan

perlengkapan rumah semacam gantungan, wadah es, dan peralatan lainnya. Fungsi lain dari

acrylonitrile adalah dalam produksi nitrile rubbers dan nitrile barrier resin, dimana nitrile rubbers

digunakan pada bidang keteknikkan dan proses industri karena sifatnya yang memiliki daya tahan

terhadap bahan kimia, minyak, pelarut, panas dan abrasi, sedangkan nitrile barrier resin banyak

digunakan pada industri makanan, kosmetik, minuman serta pengemasan bahan kimia lainnya.

Penggunaaan acrylonitrile yang lain adalah untuk bahan adiponitrile yang merupakan bahan

antara industri nilon dan acrylamide.

Selain itu kegunaan Acrylonitril d america pada tahun 1971 adalah untuk:

- Pembuatan Acrylic Fibers 55%

- Stene co polimer 17%

- Karet Nitril 4%

- Export 10%

- Dan lain-lain 14%

5.8 FUNGSI ALAT

Fluid Bed Catalytic Reaktor

Fluid Bed Catalytic Reaktor berfungsi tempat terjadinya reaksi (REAKTOR) dengan

menggunakan teknik fluidisasi dengan berkatalis yang biasanya terjadi pada tekanan 1,5- 3 atm

pada suhu 400-500oC.

Water Scrubber

Water Scrubber berfungsi sebagai tempat untuk memisahkan produk yang terdapat pada

campuran cairan dengan cara penyerapan dengan bantuan air (H2O)

Product Splitter

Alat yang digunakan untuk memisahkan produk yang akan dihasilkan yaitu acrylonitril dan

acetonitril dengan cara destilasi yaitu dengan menggunakan perbedaan titik didih.

Azeotrope Column

Kolom atau tempat yang digunakan untuk memisahkan acrylonitril dan acetonitril setelah

melewati product Splitter. Dimana Azeotrope Column untuk memecah titik azeotrop adalah dengan

penambahan komponen lain untuk menghasilkan azeotrop heterogen yang dapat mendidih pada

suhu lebih rendah. Hal ini terjadi karena konsentrasi yang lebih tinggi harus melewati terlebih

dahulu titik azeotrop, dimana komposisi kesetimbangan cair-gas ethanol-air saling bersilangan.

Beberapa metode yang populer digunakan adalah :

1. Pressure Swing Distillation,

2. Extractive Distillation

Purifying Column

Kolom tempat pemurnian produk acrylonitrile maupun produk sampingan yaitu acetonitrile

5.10 KESIMPULAN

Acrylonitrile adalah senyawa kimia dengan rumus CH2CHCN. Acrylonitrile merupakan

cairan yang beracun,berwarna, berbau tajam, dapat larut dalam air mudah terbakar dan

evaporates cepat.

Acrylonitrile digunakan untuk membuat bahan kimia lain seperti plastik, karet sintetis, dan

serat akrilik.

5.11 DAFTAR PUSTAKA

Gopala, Rao. Outline Chemical of Technology. 1968.Princeton-New

Jersey. USA

www.wikipedia.org

Session Tanya Jawab

1. Rizka Septia Dewi

Katalis apa yang digunakan dalam reaktor selain yang anda sebutkan ? Dan mengapa asam

oksalat yang digunakan dalam penambahan di Purifying Column juga ditambahkan dalam

Azeotrope Column ?

Jawab :

Katalis yang digunakan selain posphomolybdate adalah molybdenum-bysmuth.

Pada Purifying Column ditambahkan asam oksalat sebagai bahan untuk proses pemurnian.

Sedangkan asam oksalat yang ditambahkan pada Azeotrope Column merupakan asam

oksalat berlebih dari Purifying Column.

2. Anindia Wibowo

Apa yang dihasilkan dari Product Spliter ? Dan apa fungsi dari penambahan asam oksalat

pada Purifying Column ?

Jawab :

Pada Product Spliter dihasilkan acrylonitrile dan HCN sebagai fraksi ringannya sedangkan

sebagai fraksi beratnya adalah acetonitrile dan H2O yang merupakan produk samping dari

proses pembuatan acrylonitrile.

LAMPIRAN

Ammonia

Other names

AmmoniaHydrogen nitrideSpirit of HartshornNitro-SilVaporole[1]

Identifiers

CAS number 7664-41-7

PubChem 222

EC number 231-635-3

UN number 1005 (anhydrous)

2672, 2073, 3318 (solutions)

RTECS number

BO0875000 (anhydrous)BQ9625000 (solutions)

ChemSpider ID 217

Properties

Molecular formula NH3

Molar mass 17.03 g/mol

Appearance Colorless gas with strong pungent odor

Density 0.61 gr/m3

Melting point −77.73 °C (195.42 K)

Boiling point −33.34 °C (239.81 K)

Solubility in water 89.9 g/100 ml (0 °C)Acidity (pKa) about 38Basicity (pKb) 4.75Structure

Molecular shape Trigonal pyramidDipole moment 1.42 DHazards

EU classification

Toxic (T)Corrosive (C)Dangerous for the environment (N)

EU Index 007-001-00-5 (anhydrous)

007-001-01-2 (solutions)

NFPA 704130

Flash point flammable gas (see text)

Autoignitiontemperature 651 °C

Explosive limits 15–28%U.S. Permissibleexposure limit (PEL) 50 ppm

Propene

IUPAC name

Identifiers

CAS number 115-07-1

Properties

Molecular formula C3H6

Molar mass 42.08 g/mol

Appearance colorless gas

Melting point− 185.2 °C

Boiling point − 47.6 °C (225.5 K)Solubility in water 0.61 g/m3 (? °C)Viscosity 8.34 µPa·s at 16.7 °CStructure

Dipole moment 0.366 D (gas)Hazards

MSDS External MSDS

Main hazards Highly flammable,Asphyxiant

NFPA 704411

R-phrases 12S-phrases 9-16-33Flash point −108 °CRelated compounds

Related groups Allyl, Propenyl

Related compoundsPropane, PropyneAllene, 1-Propanol2-Propanol

Water (H2O)

IUPAC name

Other names Dihydrogen monoxideOxidane

Identifiers

CAS number 7732-18-5

Properties

Molecular formula H2O

Molar mass 18.01528(33) g/mol

Appearance

white solid or almost colourless, transparent, with a slight hint of blue, crystalline solid or liquid [1]

Density1000 kg·m−3, liquid (4 °C)917 kg·m−3, solid

Melting point 0 °C, 32 °F (273.15 K)[2]

Boiling point 100 °C, 212 °F (373.15 K)[2]

Acidity (pKa)15.74~35-36

Basicity (pKb) 15.74Viscosity 0.001 Pa s at 20 °CStructure

Crystal structure HexagonalSee ice

Molecular shape bentDipole moment 1.85 DHazards

Main hazards None (see also

Dihydrogen monoxide hoax)

Related compounds

Other cationsHydrogen sulfideHydrogen selenideHydrogen telluride

Related solvents acetonemethanol

Related compoundswater vaporiceheavy water

Except where noted otherwise, data are given formaterials in their standard state(at 25 °C, 100 kPa) Infobox references

Acrylonitrile

Nama IUPAC

Nama sistematis 2-propenenitrile

Nama lain Cyanoethen, vinyl

sianida

Properti

formula C 3 H 3 N

Molar mass 53,06 g mol -1

Tampilan Tdk cair

Density Kepadatan 0,807 g/cm3

Titik cair -82 ° C (191 K)

Titik didih 78.5 ° C (351.5 K)

Kelarutan dalam air 7 g / 100 mL pada 20

° C

Bahaya

Utama bahaya

mudah terbakar,

reaktif,

beracun

Terkait

Terkait Asam akrilik,

acrolein

Acetonitrile

IUPAC name

Other names Methyl cyanide; cyanomethane

Identifiers

CAS number 75-05-8

Properties

Molecular formula C2H3N

Molar mass 41.05 g mol−1

Appearance colorless liquid

Density 0.786 g/mL liquid

Melting point−45 °C

Boiling point 82 °CSolubility in water miscible

Solubility organic solventsAcidity (pKa) 25Hazards

MSDS External MSDSEU classification Flammable, harmful

NFPA 704320

Related compounds

Related nitriles propionitrile, butyronitrileRelated compounds

acetic acid, acetamide, ethylamine

Except where noted otherwise, data are given formaterials in their standard state(at 25 °C, 100 kPa) Infobox references

nitrogen ← oxygen → fluorine

-↑O↓S

Periodic table

General

Name, symbol, number oxygen, O, 8

Element category nonmetal, chalcogens

Group, period, block 16, 2, p

Appearance

Liquid Oxygen

Standard atomic weight 15.9994 (3) g·mol −1

Electron configuration 1s2 2s2 2p4

Electrons per shell 2, 6 (Image)

Physical properties

Phase gas

Density (0 °C, 101.325 kPa)1.1429 g/m3

Melting point 54.36 K(-218.79 °C, -361.82 °F)

Boiling point 90.20 K(-182.95 °C, -297.31 °F)

Critical point 154.59 K, 5.043 MPa

Heat of fusion (O2) 0.444 kJ·mol −1

Heat of vaporization (O2) 6.82 kJ·mol −1

Specific heat capacity (25 °C) (O2)

29.378 J·mol−1·K−1

Vapor pressure

P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k

at T/K 61 73 90

Atomic properties

Crystal structure cubic

Oxidation states 2, 1, −1, −2(neutral oxide)

Electronegativity 3.44 (Pauling scale)

Ionization energies(more)

1st: 1313.9 kJ·mol −1

2nd: 3388.3 kJ·mol−1

3rd: 5300.5 kJ·mol−1

Atomic radius 60 pm

Atomic radius (calc.) 48 pm

Covalent radius 73 pm

Van der Waals radius 152 pm

Miscellaneous

Magnetic ordering paramagnetic

Thermal conductivity (300 K) 26.58x10-3 W·m−1·K−1

Speed of sound (gas, 27 °C) 330 m/s

CAS registry number 7782-44-7

References

This box: view • talk • edit

Periodic table

carbon ←

nitrogen → oxygen

-↑N↓P

General

Name, symbol, number nitrogen, N, 7

Element category nonmetal

Group, period, block 15, 2, p

Appearance colorless gas

Standard atomic weight 14.0067 (2) g·mol −1

Electron configuration 1s2 2s2 2p3

Electrons per shell 2, 5 (Image)

Physical properties

Phase gas

Density (0 °C, 101.325 kPa)1.251 g/L

Melting point 63.15 K(-210.00 °C, -346.00 °F)

Boiling point 77.36 K(-195.79 °C, -320.3342 °F)

Critical point 126.19 K, 3.3978 MPa

Heat of fusion (N2) 0.72 kJ·mol −1

Heat of vaporization (N2) 5.56 kJ·mol −1

Specific heat capacity (25 °C) (N2)29.124 J·mol−1·K−1

Vapor pressure

P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k

at T/K 37 41 46 53 62 77

Atomic properties

Crystal structure hexagonal

Oxidation states 5, 4, 3, 2, 1,[1], -1, -3(strongly acidic oxide)

Electronegativity 3.04 (Pauling scale)

Ionization energies(more)

1st: 1402.3 kJ·mol −1

2nd: 2856 kJ·mol−1

3rd: 4578.1 kJ·mol−1

Atomic radius 65 pm

Atomic radius (calc.) 56 pm

Covalent radius 75 pm

Van der Waals radius 155 pm

Miscellaneous

Magnetic ordering diamagnetic

Thermal conductivity (300 K) 25.83 × 10−3 W·m−1·K−1

Speed of sound (gas, 27 °C) 353 m/s

CAS registry number 7727-37-9

References

This box: view • talk • edit

Oxalic acid

IUPAC name [show]

Identifiers

CAS number 144-62-7

SMILES [show]

Properties

Molecular formulaH2C2O4 (anhydrous)H2C2O4·2H2O (dihydrate)

Molar mass

90.03 g/mol (anhydrous)126.07 g/mol (dihydrate)

Appearance white crystals

Density 1.90 g/cm³ (anhydrous)1.653 g/cm³ (dihydrate)

Melting point101-102°C (dihydrate)

Solubility in water

9.5 g/100 mL (15 °C)14.3 g /100 mL (25 °C?)120 g/100 mL (100 °C)

Hazards

MSDS External MSDSNFPA 704

130

Flash point 166 °CRelated compounds

Related compounds

oxalyl chloridedisodium oxalatecalcium oxalatephenyl oxalate ester

Except where noted otherwise, data are given formaterials in their standard state(at 25 °C, 100 kPa) Infobox references

cyanide acid

IUPAC name [show]

Identifiers

CAS number 75-19-4

Properties

Molecular formula HCN

Molar mass 27.03 gr/mol

Density 0.687 gr/ml(20 °C)

Melting point -13.4°C

Boiling point 26 °CExcept where noted otherwise, data are given formaterials in their standard state(at 25 °C, 100 kPa) Infobox references

Sumber: www.wikipedia.com