II. DESKRIPSI PROSES
A. Jenis-Jenis Proses Adiponitril dibuat dengan beberapa macam proses, antara lain (Kirk and Othmer,1952) : 1. Dari asam adipat dan amoniak HOOC-(CH2)4-COOH + 2NH3
NC-(CH2)4-CN + 4 H2O
Reaksi menggunakan katalisator dari komponen fosfor, boron, atau silica gel. Reaksi berlangsung pada fase gas. Suhu reaksi berkisar antara 300 – 400oC (Ullman 2007). Dan tekanan antara 3-5 atm. Reaksi ini adalah reaksi endotermis. Hasil asam adipat menjadi adiponitril mencapai 95%. 2. Dari dichlorobutene dan sodium sianida Reaksi yang terjadi pada proses ini adalah : CH2Cl-CH=CH-CH2Cl + 2NaCN
NC-(CH2)4-CN + 2NaCl
Konversi yang didapat pada reaksi ini sebesar 95%. Berlangsung pada temperature 100oC dan tekanan atmosferik (Ullman 2007). Pada proses reaksi ini biasanya dichlorobutene biasanya didapatkan dengan menggunakan furfural atau butadiene sebagai bahan mentah.
Furfural Furfural didekarboksilasi menjadi furan, kemudian dihidrogenasi menjadi tetrahidrofuran (THF). THF direaksikan dengan HCl menjadi dichlorobutene.
9 Adiponitril diproduksi dari reaksi antara NaCN dengan dichlorobutene. Overall yield furfural menjadi adiponitril adalah 75%.
Butadiene Butadiene
direaksikan
dengan
Cl2
menjadi
dichlorobutene,
kemudian
dichlorobutene direaksikan dengan NaCN menjadi dicyanobutane. Dicyanobutane direaksikan dengan H2 menjadi adiponitril dengan bantuan katalisator palladium. Overall yield butadiene menjadi adiponitril adalah 65%-90%.
B. Pertimbangan Pemilihan Proses Pada prarancangan pabrik Adiponitril ini bahan baku yang digunakan adalah Asam Adipat dan amoniak. Asam adipat direaksikan dengan amoniak pada fase gas dalam reaktor fixed bed. Katalisator yang digunakan adalah boron phospat (BPO4) (Kirk and Othmer,1952). Reaksi yang terjadi adalah : HOOC-(CH2)4-COOH + 2NH3
NC-(CH2)4-CN + 4 H2O
Suhu reaksi berkisar antara 300 – 400oC (Ullman 2007). Reaksi ini adalah reaksi endotermis, sehingga diperlukan adanya sumber panas dari luar. Faktor-faktor yang harus diperhatikan dalam reaksi ammonolisis ini adalah tekanan dan perbandingan umpan masuk raktor. Tekanan paling baik adalah sekitar 3-5 atm (Sittig, 1966). Perbandingan mol asam adipat dan amoniak adalah 1:10. Pertimbangan pemilihan proses pembuatan adiponitril berdasarkan pada faktor diantaranya adalah faktor ekonomi dengan menghitung estimasi keuntungan secara garis besar.
10 Estimasi keuntungan proses pembuatan adiponitril dengan proses ammonolisis adalah sebagai berikut:
Reaksi dengan konversi adiponitrile 95 %. Basis 100 kmol reaktan: HOOC-(CH2)4-COOH +
200
-
-
Reaksi (kmol)
95
190
95
380
Sisa (kmol)
5
10
95
380
Massa reaktan asam adipat yang masuk reaktor:
= 17.031 kg/kmol × 200 kmol = 3406,2 kg
Massa produk adiponitril yang diperoleh: = 108.143 kg/kmol × 93,4 kmol = 10273,59 kg
Biaya pembelian bahan baku (cost) HOOC-(CH2)4-COOH NH3
= US$58/kg × 14614.3 kg = US$847629,4
= US$0,46/kg × 3406,2 kg = US$1566,85
Biaya penjualan produk (benefit) CH3COCH3
= 146.143 kg/kmol × 100 kmol = 14614.3 kg
Massa reaktan amoniak yang masuk reaktor:
CH3COCH3
= US$136,7/kg × 10273,59 kg = US$ 1404399.07
Estimasi keuntungan
B
C
4 H2O
100
NH3
NC-(CH2)4-CN +
Mula-mula (kmol)
HOOC-(CH2)4-COOH
2NH3
benefit US $1.404.399,07 1,65 cos t US $847.629,4 US $1.566,85
11 Dari perhitungan di atas diketahui bahwa nilai B/C > 1, maka pabrik adiponitril dengan proses ini layak untuk didirikan. Estimasi keuntungan proses pembuatan adiponitril dari dichlorobutene dan sodium sianida sebagai berikut:
Reaksi dengan konversi adiponitrile 95 %. Basis 100 kmol reaktan:
CH2Cl-CH=CH-CH2Cl + 2NaCN
NC-(CH2)4-CN + 2NaCl
Mula-mula (kmol)
100
200
-
-
Reaksi (kmol)
95
190
95
190
Sisa (kmol)
5
10
95
190
Massa reaktan dicholorobutene yang masuk reaktor: CH2Cl-CH=CH-CH2Cl
= 127.013kg/kmol × 100 kmol = 12701.3 kg
Massa reaktan sodium sianida yang masuk reaktor: NaCN
= 49.008 kg/kmol × 200 kmol = 9801.6 kg
Massa produk adiponitril yang diperoleh: CH3COCH3
= 108.143 kg/kmol × 93,4 kmol = 10273,59 kg
Biaya pembelian bahan baku (cost) CH2Cl-CH=CH-CH2Cl NaCN
= US$140/kg × 14614.3 kg = US$1.778.182
= US$0,46/kg × 9801.6 kg = US$12742,08
Biaya penjualan produk (benefit) CH3COCH3
= US$136,7/kg × 10273,59 kg = US$ 1404399.07
Estimasi keuntungan
12
B
C
benefit US $1.404.399,07 0,78 cos t US $1.778.182 US $12.742,08
Dari perhitungan di atas diketahui bahwa nilai B/C < 1, maka pabrik adiponitril dengan proses ini perlu dikaji kembali untuk didirikan.
Hasil dari perhitungan keuntungan pada setiap proses dalam pembuatan aseton adalah sebagai berikut :
Harga Bahan Baku
Harga Produk
($/kg)
($/kg)
Asam adipat + amoniak
58,46
Dicholorobutene + NaCN
140,46
Reaksi
B/C
Keterangan
136,7
1,65
Layak
136,7
0,78
Perlu dikaji kembali
Dari perhitungan gross profit di atas dapat disimpulkan bahwa proses produksi adiponitrile menggunakan reaksi asam adipat dan amonia memiliki prosentase keuntungan yang lebih besar.
C. Uraian Proses 1. Tahap Penyiapan Bahan Baku Bahan baku asam adipat disimpan dalam gudang pada suhu 30oC dan tekanan 1 atm. Asam adipat diangkut dengan belt conveyor dan dinaikkan ke dalam melter untuk di leburkan pada suhu 160 oC. Selanjutnya leburan asam adipat ditekan menjadi 4 atm bersama recycle dari dekanter dan vaporizer . Kemudian campuran ini diuapkan dalam vaporizer.
13 Bahan baku ammonia cair disimpan pada suhu -33,5 oC dan tekanan 1 atm. Ammonia dialirkan dari tangki penyimpaanan dan ditekan menjadi 4 atm kemudian diuapkan dalam vaporizer. Uap ammoniak kemudian dicampur dengan recycle ammoniak yang merupakan hasil atas separator drum . Kemudian Uap amoniak dipanaskan dalam heat exchanger-01 sampai suhu 381,9 oC.
2. Tahap Reaksi Ammonolisis Selanjutnya bahan baku Asam Adipat dan Amoniak dalam fase gas digabung dan dialirkan ke reaktor melalui heat exchanger untuk dinaikkan suhunya menjadi 456,8 oC.
3. Tahap Pemisahan Dan Pemurnian Produk Hasil reaktor diturunkan suhunya menjadi 254 oC melalui WHB kemudian diembunkan sebagian dalam kondenser . Uap dan cairan yang dihasilkan dipisahkan dalam separator drum . Selanjutnya hasil uap diembunkan dalam kondenser . Hasil keluaran condenser dipisahkan dalam separator drum. Separator drum ini berfungsi sebagai ammonia recovery. Uap ammonia dikembalikan ke aliran umpan reaktor setelah sebelumnya ditekan menjadi 4 atm dengan kompresor, sedangkan hasil cairnya dikirim ke unit pengolahan limbah UPL. Hasil bawah separator drum didinginkan dengan heat exchanger-3 kemudian dialirkan ke dekanter untuk dipisahkan fraksi ringan dan beratnya. Fraksi berat yang merupakan asam adipat dan sedikit air dikembalikan ke aliran umpan asam adipat. Sementara fraksi ringan yang merupakan adiponitril dan air dialirkan ke evaporator untuk diuapkan airnya. Selanjutnya adiponitril dengan kemurnian 99,8% didinginkan dalam heat exchanger-04 dan dialirkan ke dalam tangki penyimpanan .
