prarancangan pabrik kaprolaktam dari …... · hidroksilamin sulfat, amonia, dan dengan penambahan...
TRANSCRIPT
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
TUGAS AKHIR
PRARANCANGAN PABRIK KAPROLAKTAM DARI
SIKLOHEKSANON DAN HIDROKSILAMIN SULFAT
KAPASITAS 60.000 TON PER TAHUN
DISUSUN OLEH :
NUR ERIKA LAILA M. I 0507048
ARDIENA NOORLYTA I 0507063
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2013
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi serta kemajuan sektor
industri menuntut bangsa Indonesia menuju ke arah industrialisasi. Untuk
pencapaian kemajuan di bidang industri terfokus pada bidang industri kimia,
maka kebutuhan akan bahan-bahan kimia di dalam negeri perlu ditumbuhkan dan
dikembangkan. Sampai saat ini pembangunan sektor industri di Indonesia
mengalami peningkatan, salah satunya adalah pembangunan sub sektor industri
kimia. Namun, ketergantungan impor luar negeri masih lebih besar dibandingkan
ekspornya. Indonesia masih banyak mengimpor bahan baku atau produk - produk
suatu industri kimia dari luar negeri.
Kaprolaktam merupakan senyawa organik dengan rumus kimia C6H11NO
yang dapat diperoleh dari reaksi oksimasi antara sikloheksanon, hidroksilamin
sulfat, dan Amonia. Penggunaan utama kaprolaktam adalah sebagai bahan baku
nilon-6. Kaprolaktam juga digunakan secara luas pada industri plastik asam amino
kaproat, poliuretan, dan cat mobil.
Perkembangan industri yang mengkonsumsi kaprolaktam menyebabkan
peningkatan kebutuhan kaprolaktam dalam negeri dari tahun ke tahun. Hal ini
ditunjukkan dengan masih besarnya jumlah impor kaprolaktam pada tahun 2010
yaitu sekitar 50.000 ton. Besarnya jumlah impor kaprolaktam tersebut merupakan
peluang besar untuk investasi industri kaprolaktam.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
Berdasarkan pertimbangan hal-hal diatas, pendirian pabrik kaprolaktam
sangat diperlukan dalam mengurangi impor dan meningkatkan ekspor. Selain itu,
pendirian pabrik kaprolaktam juga akan membuka lapangan kerja sehingga dapat
mengurangi pengangguran dan akan memacu tumbuhnya pabrik baru yang
menggunakan kaprolaktam sebagai bahan bakunya.
1.2. Kapasitas Prarancangan
Kapasitas produksi mempengaruhi perhitungan secara teknis maupun
ekonomis dalam perancangan pabrik. Pada prarancangan pabrik kaprolaktam dari
sikloheksanon dan hidroksilamin sulfat yang direncanakan berkapasitas 60.000
ton per tahun. Kapasitas rancangan pabrik kaprolaktam ditentukan dengan
didasarkan pada beberapa pertimbangan sebagai berikut :
1. Prediksi kebutuhan pasar
2. Ketersediaan bahan baku
3. Kapasitas pabrik yang menguntungkan
1. Prediksi Kebutuhan Pasar
Kebutuhan kaprolaktam dalam maupun luar negeri dapat dilihat dari data
BPS (Badan Pusat Statistik) impor dalam jangka waktu tahun 2006 sampai tahun
2010. Data statistik mengenai impor kaprolaktam Indonesia (Tabel 1.1)
memperlihatkan bahwa impor kaprolaktam di Indonesia mengalami kenaikan di
tahun 2007 dan mengalami penurunan pada tahun 2008 dan tahun 2009. Data
tersebut dapat dilihat pada Tabel 1.1.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
Tabel 1.1. Kebutuhan Kaprolaktam di Indonesia
( www.bps.go.id)
Bila digambarkan dalam bentuk grafik adalah sebagai berikut :
Gambar 1.1 Kebutuhan Kaprolaktam Indonesia
Grafik diatas menunjukkan bahwa impor kaprolaktam pada tahun 2006
sampai 2007 mengalami kenaikan kemudian mengalami penurunan pada tahun
2008 kemudian mengalami kenaikan lagi pada tahun 2010. Angka impor
kaprolaktam cukup tinggi di Indonesia. Pendirian pabrik kaprolaktam penting
Tahun Jumlah Impor (ton)
2006 44.010,50
2007 48.900,55
2008 48.474,60
2009 44.213,00
2010 50.958,10
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
untuk pemenuhan kebutuhan kaprolaktam Indonesia dan akan memenuhi
kebutuhan impor kaprolaktam Indonesia sehingga merupakan peluang yang besar
dalam memberikan keuntungan sekaligus meningkatkan devisa negara karena
akan menekan laju angka impor dan meningkatkan laju angka ekspor.
Kebutuhan kaprolaktam yang diperkirakan meningkat pada tahun-tahun
mendatang dapat dihitung dengan membuat grafik linier kebutuhan kaprolaktam
2006 - 2010 dan diperoleh persamaan kapasitas = 921x - 1.801.585. Berdasarkan
perhitungan diperkirakan kebutuhan kaprolaktam pada tahun 2016 sekitar 50.000
ton per tahun. Berdasarkan pertimbangan diatas maka direncanakan didirikan
pabrik kaprolaktam dengan kapasitas 60.000 ton per tahun untuk membantu
memenuhi kebutuhan kaprolaktam tersebut.
Dari persamaan tersebut diperoleh prediksi kebutuhan kaprolaktam pada
tahun-tahun mendatang (Tabel 1.2.), yang digunakan sebagai bahan pertimbangan
untuk penentuan kapasitas produksi pabrik.
Tabel 1.2. Prediksi Kebutuhan Kaprolaktam
Tahun Kebutuhan (ton per tahun)
2011 50.546
2012 51.467
2013 52.388
2014 53.309
2015 54.230
2016 55.151
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
Kaprolaktam sangat dibutuhkan di Indonesia, karena di Indonesia terdapat
beberapa perusahaan yang sudah mengembangkan produk nilon-6, asam amino
kaproat, dan poliuretan yang menggunakan kaprolaktam sebagai bahan bakunya.
Industri yang membutuhkan kaprolaktam dapat dilihat pada Tabel 1.3.
Tabel 1.3. Industri Indonesia yang Menggunakan Kaprolaktam
Nama Produsen Produk Lokasi Situs Internet
PT. Indo Korsda
tbk.
Nilon-6 Cibinong
http://www.kordsa.com.tr/general/def
ault.asp?d=en
PT. Suryatama
Polyurethane Foam
Factor.
Poliuretan Surabaya
www.scribd.com/doc/46766939/Daft
ar-an-Plastic
PT. Super Polimer
Indonesia.
Asam
amino
kaproat
Bogor
http://www.manufacturer.com/compa
ny/i5266484-
PT.WMK+Bandung.html
Perkiraan kapasitas produksi kaprolaktam di dunia dapat menunjukkan
bahwa kebutuhan kaprolaktam semakin meningkat tiap tahunnya dapat dilihat
pada Tabel 1.4.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
Tabel 1.4. Perkiraan Kapasitas Kaprolaktam Dunia ( x 103 ton)
Lokasi
Tahun
1995 2000 2005 2010
Amerika
Eropa Barat
Asia
Amerika Selatan
705
860
1.190
150
770
880
1.557
155
847
932
2.099
150
936
1.016
2.816
135
Total 2.905 3.361 4.027 4.903
( Kirk & Othmer, 1998)
2. Ketersediaan Bahan Baku
Kaprolaktam dibuat menggunakan bahan dasar sikloheksanon,
hidroksilamin sulfat, dan amonia. Saat ini amonia diproduksi dalam jumlah besar
oleh PT. Pupuk Kaltim yang memiliki kapasitas 1.290.000 ton per tahun dan PT.
Petrokimia Gresik yang memiliki kapasitas 445.000 ton per tahun. Untuk toluen
diperoleh dari PT. Pertamina Unit Pengolahan IV Cilacap yang memiliki
kapasitas 590.000 ton per tahun, sedangkan untuk asam sulfat diperoleh dari PT.
Petrokimia Gresik yang memiliki kapasitas 570.000 ton per tahun. Untuk bahan
baku sikloheksanon dan hidroksilamin sulfat masih diperoleh dengan cara impor
dari China, sehingga ada jaminan ketersediaan bahan baku dari dalam dan luar
negeri.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
3. Kapasitas pabrik yang menguntungkan
Kapasitas pabrik yang didirikan harus diatas kapasitas minimum pabrik,
atau minimal sama dengan pabrik yang berjalan. Untuk pertimbangan kapasitas,
dapat dilihat dari beberapa pabrik yang sudah berdiri pada Tabel 1.5.
Tabel 1.5. Industri Penghasil Kaprolaktam di Luar Negeri
Nama Perusahaan Lokasi Kapasitas (ton per tahun)
Hanook Kaprolaktam Ulsan, Korea 80.000
Hanhua Kaprolaktam Korea 80.000
Chung Tai Taipei, Taiwan 110.000
Mitstubishi Chem Kurosaki, Japan 100.000
Toray Ind. Nagoya, Japan 145.000
Nitrocarbono Camacan, Brazil 55.000
Monomers Colombia 25.000
SNIA Montedipe Torviscosa, Italia 15.000
(Kirk & Othmer, 1998)
Berdasarkan data aktual dan prediksi kebutuhan kaprolaktam, maka
penentuan kapasitas rancangan harus lebih dari kapasitas minimal pabrik yang
sudah ada agar dapat mendatangkan keuntungan dan memenuhi kebutuhan dalam
negeri. Oleh karena itu pendirian pabrik kaprolaktam dengan kapasitas 60.000 ton
per tahun pada tahun 2016 dipilih dengan pertimbangan :
a. Diperkirakan dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri.
b. Berpotensi menambah devisa negara karena hasil produksi dapat diekspor.
c. Berpotensi memberikan keuntungan karena kapasitas rancangan telah melebihi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
kapasitas minimal.
1.3. Lokasi Pabrik
Pemilihan lokasi pabrik sangat penting dalam menentukan keberhasilan
dan kelangsungan hidup suatu pabrik. Pada dasarnya terdapat dua faktor yang
menentukan lokasi pabrik, yaitu:
1. Faktor primer, antara lain :
a. Letak pabrik terhadap pasar dan bahan baku
Pabrik didirikan dekat bahan baku, agar suplai bahan baku terjamin dan
biaya transportasi bahan baku lebih murah.
b. Pemasaran
c. Tersedianya tenaga kerja
d. Tersedianya utilitas (sumber air dan tenaga listrik)
2. Faktor sekunder antara lain:
a. Kondisi masyarakat setempat
b. Jenis transportasi
c. Kebijakan pemerintah setempat
d. Iklim
Dengan mempertimbangkan faktor- faktor tersebut, maka lokasi pabrik
didirikan di kawasan industri Gresik, Jawa Timur dengan pertimbangan sebagai
berikut :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
a. Letak Bahan Baku
Suatu pabrik dapat beroperasi sangat tergantung pada ketersediaan
bahan baku. Pabrik kaprolaktam akan didirikan di Gresik, Jawa Timur karena
letaknya berdekatan dengan sumber bahan baku yaitu amonia dan asam sulfat
yang diperoleh dari PT. Petrokimia Gresik yang masing-masing memiliki
kapasitas produksi sebesar 445.000 ton per tahun dan 570.000 ton per tahun.
b. Pemasaran
Daerah pemasaran kaprolaktam tersebar di pulau Jawa, diantaranya
Tanggerang, Bogor dan Surabaya. Pemasaran kaprolaktam tidak sulit karena
sarana transportasi yang tersedia cukup lengkap. Sehingga dengan berdirinya
pabrik kaprolaktam juga akan membuka kesempatan berdirinya industri-
industri lain yang menggunakan bahan baku kaprolaktam di kawasan Jawa.
c. Tenaga Kerja
Tenaga kerja dapat diperoleh dari masyarakat sekitar pabrik,
mengingat masyarakat sudah terbiasa adanya pabrik serta dekat dengan pusat
pendidikan daerah tersebut yang mendukung.
d. Sarana Transportasi
Transportasi sangat dibutuhkan sebagai penunjang utama untuk
penyediaan bahan baku ataupun pemasaran produk. Fasilitas transportasi
meliputi darat (jalan raya), laut (Tanjung Perak), dan udara (terdapat bandara
Juanda). Adanya jalur perhubungan ini akan mempermudah transportasi antar
daerah sehingga tidak akan mengalami hambatan yang cukup berarti.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
e. Utilitas
Kebutuhan pabrik akan air sangat besar, untuk itu diperlukan lokasi
yang cukup. Gresik merupakan daerah yang memiliki kadar air yang relatif
besar jika dibandingkan dengan daerah-daerah lainnya. Kebutuhan akan air
dapat diperoleh dari air sungai Bengawan Solo. Kebutuhan listrik diperoleh
dari PLN dengan gardu-gardu utama disekitar pabrik dan diesel generator
sebagai cadangan. Kebutuhan bahan bakar yakni IDO (Industrial Diesel Oil)
yang digunakan untuk generator diperoleh dari Pertamina.
f. Iklim
Iklim yang terlalu panas akan mengakibatkan diperlukannya peralatan
pendingin yang lebih banyak sedangkan iklim yang terlalu dingin atau lembab
akan berakibat bertambahnya biaya konstruksi pabrik karena diperlukan
perlindungan khusus pada alat-alat proses. Di daerah Gresik merupakan daerah
tropis sehingga memiliki iklim yang kering dengan curah hujan yang cukup
tinggi. Sehingga Gresik sangat cocok untuk dijadikan lokasi pabrik
kaprolaktam.
g. Kebijakan pemerintah setempat
Gresik dirancang sebagai kawasan industri provinsi Jawa Timur oleh
Pemda Tk. 1 Jawa Timur. Oleh karena itu, pemerintah daerah tentu akan
banyak memberikan kemudahan bagi industri baru yang akan didirikan di
wilayahnya, terutama dalam hal pemberian izin pendirian dan pengoperasian
pabrik baru.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
Gambar 1.2 Peta lokasi pendirian pabrik
1.4. Tinjauan Pustaka
Kaprolaktam (C6H11NO) atau yang dikenal sebagai Aminocaproic lactam,
merupakan senyawa organik yang larut dalam air, pelarut-pelarut terklorinasi, dan
destilat petroleum. Kaprolaktam merupakan senyawa yang terbentuk dari reaksi
oksimasi antara sikloheksanon, hidroksilamin sulfat, dan amonia.
Di pasaran, kaprolaktam beredar dalam bentuk flake maupun kristal atau
priil serta dijual dalam kemasan kantong plastik dan drum. Kaprolaktam yang
mengalami peningkatan dari tahun ke tahun dijadikan pertimbangan dalam
pendirian pabrik. Impor kaprolaktam selama ini hampir seluruhnya diserap oleh
sektor nilon-6, asam amino kaproat, dan poliuretan. Namun pada tahun 2008
Lokasi Pabrik Kaprolaktam
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
impor kaprolaktam mangalami penurunan. Impor tersebut terutama yang berasal
dari Jepang, Jerman, Belgia, Swiss, dan Polandia.
(Kirk & Othmer,1998)
1.4.1. Macam-macam Proses Pembuatan Kaprolaktam
Pemilihan proses bertujuan untuk penentuan proses yang tepat yang akan
digunakan, sehingga menguntungkan baik secara teknis maupun ekonomis. Proses
pembuatan kaprolaktam bermacam-macam tergantung dari bahan baku yang
digunakan, saat ini ada 3 proses reaksi yang berbeda secara mendasar, yaitu:
1. BASF Process
BASF Process disebut juga Allied Chemical Process. Pembuatan
kaprolaktam dengan proses ini menggunakan bahan baku sikloheksanon,
hidroksilamin sulfat, amonia, dan dengan penambahan asam sulfat. Proses
pembuatan kaprolaktam ini terdiri dari 2 tahap, yaitu reaksi oksimasi dan
penyusunan Beckman. Tahap pertama bertujuan untuk pembentukkan oksim dan
tahap kedua bertujuan untuk pembentukkan kaprolaktam.
Pada tahap pertama umpan sikloheksanon, hidroksilamin sulfat, amonia
direaksikan pada fase cair dengan perbandingan 1 : 5 : 1. Reaksi berlangsung
secara eksotemis pada suhu 150°C dan tekanan 5 atm. Pada tahap pertama ini
terjadi reaksi oksimasi pembentukkan sikloheksanon oksim dengan produk
samping berupa amonium sulfat (1.1).
Pada reaksi 2 sikloheksanon oksim ditambah dengan asam sulfat sebagai
katalis untuk membentuk kaprolaktam dengan proses penyusunan Beckman (1.2).
Proses ini beroperasi pada kondisi operasi 150oC dan tekanan 5 atm. Hasil dari
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
reaksi 2 yang bersifat basa dinetralisasi dengan penambahan asam sulfat yang
bersifat asam sehingga membentuk hasil samping berupa amonium sulfat. Produk
utama berupa kaprolaktam dan produk samping berupa amonium sulfat dengan
perbandingan 1 : 1,5. Reaksi yang terjadi adalah :
C
CH2
O
H2C
H2C CH2
CH2
2 + (NH2OH)2. H2SO4 + 2NH3
C
CH2
NOH
H2C
H2C
2
CH2
CH2
+ (NH4)2 SO4 + 2H2O ....... (1.1)
C
CH2
N-OH
H2C
H2C CH2
CH2
H2
C
CH2
H2C
H2C
NH
...................... (1.2)H2SO4
CH2
O
C
(Kirk & Othmer, 1998)
2. Dutch Statemines Process
Dutch Statemines Process disebut juga Hydroxylamine Phosphate to
Oksim (HPO Process). Pembuatan kaprolaktam dengan proses ini menggunakan
bahan baku fenol, amonia, asam fosfat, dan katalis palladium. Proses ini terbagi
menjadi dua tahap, tahap pertama adalah hidrogenasi fenol menjadi sikloheksanol
dengan katalis palladium yang menghasilkan 95% yield. Kemudian dilanjutkan
dengan hidrogenasi sikloheksanol menjadi sikloheksanon (1.3). Proses ini
berlangsung secara endotermis dengan temperatur 400oC - 600
oC.
Tahap kedua adalah amonia dan sikloheksanon dioksidasi dengan
menggunakan larutan asam fosfat (1.4). Produk berupa sikloheksanon oksim,
asam fosfat, dan air. Sikloheksanon oksim murni dioksimasi dengan penyusunan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
Beckmann agar menjadi kaprolaktam seperti dalam proses fenol (1.5). Proses ini
berlangsung pada temperatur 145oC - 165
oC dengan tekanan 10 atm.
HNO3 + H2PO4- NO3
- + H3PO4..........................................(1.3)
NO3- + 2H3PO4 + 3H2 NH3OH
+ + 2H2PO4
- + 2H2O...................(1.4)
C
CH2
O
H2C
H2C CH2
CH2
NH3OH+ + + H2PO4
-
C
CH2
N-OH
H2C
H2C
CH2
CH2
+ H3PO4 + H2O ......... (1.5)
(Kir
k & Othmer,1998)
3. Toyo Rayon Photonitrosation
Pembuatan kaprolaktam dengan proses ini menggunakan bahan baku
sikloheksan, amonia, dengan katalis Pt-Rh. Proses ini dikembangkan oleh Toyo
Rayon Co. dari Jepang. Proses fotonisasi ini secara keseluruhan ditujukan agar
sikloheksan berubah menjadi sikloheksanon oksim.
Amonia dioksidasi dengan katalis Pt-Rh dalam sintesis asam nitrat normal
(1.6). Kemudian dihasilkan produk gas yang bereaksi dengan asam sulfat
membentuk nitrosil sulfat (1.7). HCl ditambahkan dalam larutan nitrosil sulfat
untuk membentuk gas nitrosil klorida dan asam sulfat (1.8). Sinar UV berfungsi
sebagai penyedia energi untuk reaksi nitrosil klorida menjadi sikloheksanon
oksim hidroklorida (1.9). Kemudian sikloheksanon oksim hidroklorida diubah
menjadi kaprolaktam dengan penyusunan Beckmann (1.11). Proses ini beroperasi
pada kondisi operasi 180oC dan tekanan 1-2 atm. Reaksi yang terjadi adalah
sebagai berikut :
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
2HN3 + 3O2 N2O3 + 3H2O...............................................(1.6)
N2O3 + 2H2SO4 2HNOSO4 + H2O.........................................(1.7)
HNOSO4 + HCl NOCl + H2SO4.............................................(1.8)
CH2
CH2
H2C
H2C CH2
CH2
+ NOCl
C
CH2
NOH.HCl
H2C
H2C
CH2
CH2
...................................... (1.9)UV
Sikloheksan Sikloheksanon oksim hidroklorida
C
CH2
H2C
H2C CH2
CH2
+ H2SO4
C
CH2
NH-H2SO4
H2C
H2C
CH2
CH2
.................................... (1.10)
NOH-HCl
Sikloheksanon oksim
hidroklorida
O
+ HCl
(Recycle to Eq. 8)
C
CH2
H2C
H2C CH2
CH2
+ 2NH3
C
CH2
NH
H2C
H2C
CH2
CH2
............................. (1.11)
Kaprolaktam
O
+ (NH4)2SO4
NH-H2SO4
O
(Mc. Ketta, 1983)
Dilihat dari macam- macam proses yang ada serta membandingkan
kelebihan serta kekurangannya, maka pada prarancangan pabrik kaprolaktam
dipilih proses BASF, karena :
1. Proses tidak menggunakan katalis sehingga lebih mudah dan
menguntungkan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
2. Proses BASF perancangan reaktor akan lebih murah dan sederhana
dibandingkan dengan proses yang lainnya karena dapat menggunakan
reaktor RATB.
3. Kondisi operasi pada tekanan dan temperatur yang lebih rendah daripada
proses lain.
1.4.2. Kegunaan Produk
Kegunaan kaprolaktam sebagai bahan mentah untuk produksi serat-
serat nilon-6. Selain itu, digunakan juga pada industri plastik, asam amino
kaproat, poliuretan, dan cat mobil. Sedangkan produk samping yang berupa
ammonium sulfat dapat digunakan sebagai pupuk.
(Kirk & Othmer, 1998)
1.4.3. Sifat Fisika dan Kimia
1.4.3.1. Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku
a. Sikloheksanon
1) Sifat Fisika
Rumus bangun :
C
O
CH2
CH2 CH2
CH2
CH2
Rumus molekul : C6H10O
Berat molekul : 84,17 g/gmol
Wujud : Cair
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
Warna : Bening tak berwarna
Titik didih : 156,7°C
Titik lebur : -31,15°C
Densitas : 1,05 g/mL
Kemurnian : 99,9% berat
Impuritas : 0,1% H2O
Kelarutan : Larut dalam air
(Yaws, 1999)
2) Sifat Kimia
Reaksi Oksidasi
Oksidasi fase cair dengan udara menggunakan katalis kobalt atau
asam borak menghasilkan sikloheksanol.
(Kirk & Othmer, 1998)
b. Hidroksilamin sulfat
1) Sifat Fisika
Rumus molekul : (NH2OH)2 H2SO4
Berat molekul : 164,14 g/gmol
Wujud : Padat
Warna : Putih
Densitas : 1,463 g/mL
Ukuran Kristal :
- Øavg : 0,356 mm
- Screen size : - 35 mesh, + 48 mesh
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
Kemurnian : 99,5% berat
Impuritas : 0,5% H2O
Titik lebur : 170°C
(Yaws, 1999)
2) Sifat Kimia
Sangat larut dalam air
(Kirk & Othmer, 1998)
c. Amonia
1) Sifat Fisika
Rumus molekul : NH3
Berat molekul : 17,03 g/gmol
Wujud : Cair
Warna : Bening tak berwarna
Titik didih : -33,43°C
Titik lebur : -77,74°C
Densitas : 0,7708 g/mL
Kemurnian : 29,4% berat
Impuritas : 70,6% H2O
Kelarutan : Larut dalam air
(Yaws, 1999)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
2) Sifat Kimia
Pada suhu tinggi bila dioksidasi dengan KMnO4 menghasilkan
nitrogen dan air.
2 NH3 + 2 KMnO4 2 KOH + 2 MnO2 + 2 H2O + N2...(1.12)
Klorinasi.
8 NH3 + 3 Cl2 N2 + 6 NH4Cl................................(1.13)
Dioksidasi menjadi nitrogen oksida dan air untuk menghasilkan
asam nitrat dengan katalis Pt-Rhodium.
4 NH3 + 5 O3 4 NO + 6 H2O.....................................(1.14)
2 NO + O2 2 NO2...................................................(1.15)
3 NO2 + 2 H2O 2 HNO3 + NO.....................................(1.16)
Amonia cair dan garamnya akan membentuk ion kompleks dalam
larutan amoniak berlebih.
CuSO4 + 2 NH3 Cu(OH)2 + (NH4)2SO4.......................(1.17)
Cu(OH)2 Cu2+
+ 2 OH-.....................................(1.18)
4 NH3 + Cu2+
[Cu(NH3)4] 2+
....................................(1.19)
Amonia dengan logam aktif, seperti magnesium akan menghasilkan
nitrit.
3 Mg + 2 NH3 Mg3N2 + 3 H2......................................(1.20)
Bereaksi dengan halogen :
NCl3NH3 + 3 NH3 N2 + 3 NH4Cl..................................(1.21)
NCl3Cl + 3 Cl2 NCl3 + 3 HCl..................................(1.22)
NH4Br + Br NH4Br3...........................................(1.23)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
Bereaksi dengan phosphorus akan menghasilkan nitrogen dan
phospin.
2 NH3 + 2 P 2 PH3 + N2..................................................(1.24)
Sedangkan dengan sulfur vapor akan menghasilkan ammonium
sulfida dan nitrogen. Sulfur juga bereaksi dengan amoniak anhidrit
cair akan terbentuk nitrogen sulfida .
10 S + 4 NH3 6 H2S + N4S4...........................................(1.25)
Apabila bereaksi dengan karbondioksida akan membentuk
ammonium karbonat yang kemudian akan terdekomposisi menjadi
urea dan air .
2 NH3 + CO2 NH2CO2NH4...........................................(1.26)
NH2CO2NH4 NH2CO2NH2 + H2O...............................(1.27)
(Kirk & Othmer, 1998)
d. Toluen
1) Sifat Fisika
Rumus bangun :
C
CH
CH3
CH
CH CH
CH
Rumus molekul : C7H8
Berat molekul : 92,141 g/gmol
Wujud : Cair
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
Warna : Bening tak berwarna
Titik didih : 111°C
Titik lebur : -94,97°C
Densitas : 0,866 g/mL
Kemurnian : 99,5% berat
Impuritas : 0,5% H2O
Kelarutan : Larut dalam air
(Kirk & Othmer, 1998)
2) Sifat Kimia
Reaksi Oksidasi
Oksigen pada fase cair dengan adanya katalis kobalt yang di
dukung oleh bromindan mangan, sangat baik untuk menghasilkan
asam benzoik.
Reaksi Substitusi
Klorinasi pada 100oC atau dengan adanya sinar ultraviolet dan
initiator radikal bebas lainnya memberikan hasil benzyl chloride,
benzal chloride, dan benzotri chloride.
Reaksi Adisi pada senyawa aromatik
Toluene dapat terhidrogenasi menjadi methylcyclohexane.
(Kirk & Othmer, 1998)
e. Asam Sulfat
1) Sifat Fisika
Rumus molekul : H2SO4
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
Berat molekul : 98,08 g/gmol
Wujud : Cair
Warna : Bening tak berwarna
Titik didih : 337ºC
Titik lebur : 10,46ºC
Densitas : 1,837 g/cm3
(Yaws, 1999)
2) Sifat Kimia
Dengan basa akan membentuk garam dan air
H2SO4 (l) + 2NaOH (s) Na2SO4(s) + H2O (l)............................(1.28)
Dengan alkohol membentuk eter dan air
2C2H5OH(l) + H2SO4(l) C2H5OC2H5(l) + H2O(l) + H2SO4(l)....(1.29)
Korosif terhadap semua logam
Bereaksi dengan NaCl membentuk NaSO4
NaCl + H2SO4(l) NaSO4 + 2HCl(l)......................................(1.30)
Bereaksi dengan MgCO3 membentuk MgSO4
MgCO3(s) + H2SO4(l) MgSO4(s) + H2O (l) + CO2(g)................(1.31)
(Kirk & Othmer 1998)
1.4.3.2. Sifat Fisika dan Kimia Bahan Baku Pembantu
a. Air
1) Sifat Fisika
Rumus molekul : H2O
Berat molekul : 18,02 g/gmol
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
Wujud : Cair
Warna : Bening tak berwarna
Titik didih : 100oC
Titik lebur : 0ºC
Kemurnian : 100% berat
(Yaws, 1999)
2) Sifat Kimia
Pelarut kimia yang baik (paling sering digunakan)
Merupakan reagen penghidrolisa pada reaksi hidrolisa
Memiliki sifat netral (pH 7)
(www.uk.airliquid.com, 2012)
1.4.3.3. Sifat Fisika dan Kimia Produk
a. Kaprolaktam
1) Sifat Fisika
Rumus bangun :
C
H2C
H2C
H2C
NH
CH2
CH2
O
Rumus molekul : C6H11NO
Berat molekul : 113,16 g/gmol
Wujud : Padat
Warna : Bening tak berwarna
Titik didih : 267oC
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
Titik lebur : 69,21oC
Kemurnian : 99% berat
Impuritas : 1% H2O
Kelarutan : Tidak larut dalam air
(Yaws, 1999)
2) Sifat Kimia
Dapat larut dalam pelarut klorin, benzena, kloroform, etanol,
metanol, dan pelarut petroleum
(www.pom.go.id, 2012)
b. Amonium Sulfat
1) Sifat Fisika
Rumus molekul : (NH4)2SO4
Berat molekul : 132,14 g/gmol
Wujud : Padat
Warna : Bening tak berwarna
Kemurnian : 99% berat
Impuritas : 1% H2O
Densitas : 1,577 g/mL
(Yaws, 1999)
2) Sifat Kimia
Larutan dengan konsentrasi 0,1 M memiliki pH 5,5
Tidak larut dalam alkohol dan aseton
Dapat dibuat dari reaksi antara amoniak dan asam sulfat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
2NH4OH + H2SO4 (NH4)2.SO4 + H2O............................(1.32)
(digilib.its.ac.id, 2012)
1.4.4. Tinjauan Proses Secara Umum
Proses pembuatan kaprolaktam mempunyai 2 tahap reaksi. Proses pertama
adalah pembuatan sikloheksanon oksim. Hidroksilamin sulfat yang berfase padat
dilarutkan terlebih dahulu dengan menggunakan pelarut toluen di dalam mixer
(M-01). Sikloheksanon oksim merupakan reaksi antara sikloheksanon,
hidroksilamin sulfat, dan penambahan amonia dan terjadi pada reaktor 1 (R-01).
Proses kedua yang terjadi pada reaktor 2 adalah penyusunan Beckman yang
mengubah sikloheksanon oksim menjadi kaprolaktam. Kedua proses ini dilakukan
dalam reaktor alir tangki berpengaduk (RATB). Reaksi berlangsung pada fase
cair-cair, eksotermis, non adiabatis, isothermal pada suhu 150C dan tekanan 5
atm. Perbandingan mol reaktan antara sikloheksanon, hidroksilamin sulfat,
Amonia adalah 1 : 5 : 1.
Kaprolaktam keluar sebagai hasil dari netraliser dan diumpankan pada
dekanter 2 untuk memisahkan kaprolaktam, sisa reaktan, dan produk samping
berupa amonium sulfat yang diumpankan pada kristaliser (K-01). Hasil atas
dekanter 2 berupa kaprolaktam dan sisa reaktan yang diumpankan pada menara
destilasi 1. Hasil atas menara destilasi 1 berupa sisa reaktan dan diumpankan ke
menara destilasi 2. Hasil bawah menara destilasi 1 berupa produk akhir
kaprolaktam. Pada menara destilasi 2 terjadi pemisahan antara sisa reaktan dengan
uap air. Hasil atas berupa uap air dan hasil bawah berupa sisa reaktan yang
disirkulasi ulang ke mixer.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
Reaksi I :
2C6H10O + (NH2OH)2.H2SO4 + 2NH3 2C6H11NO + (NH4)2SO4 + 2H2O....(1.33)
Sikloheksanon Hidroksilamin Amonia Sikloheksanon Amonium Air
Sulfat Oksim Sulfat
Reaksi II :
C6H11NO H2SO4
C6H11NO
Sikloheksanon Kaprolaktam
Oksim
(Kirk & Othmer,1998)