Embed Size (px)
Citation preview
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Dalam era industrialisasi, pertumbuhan industri di Indonesia khususnya
industri kimia, dari tahun ke tahun cenderung mengalami peningkatan baik dari
segi kualitas maupun kuantitas. Seiring dengan peningkatan tersebut, maka
kebutuhan akan bahan baku industri, bahan-bahan kimia, maupun tenaga kerja
semakin meningkat. Salah satu bahan baku yang diperlukan itu adalah anilin dan
senyawa turunannya.
Anilin merupakan salah satu senyawa intermediate yang digunakan secara
luas di berbagai industri kimia dewasa ini, karena itu kebutuhan anilin akan
meningkat dari tahun ke tahun sejalan dengan program pemerintah dalam
pengembangan industri hilir dimana kebutuhannya baru dapat dipenuhi dengan
import dari Negara-negara maju seperti Jepang, Amerika Serikat, Korea, Belgia,
Inggris, Australia, dan Jerman.Kebutuhan anilin di dunia mengalami peningkatan
sebesar 4,6% dari 2,117 million ponds di tahun 2004 menjadi 2,210 million ponds
di tahun 2005 dan mengalami peningkatan 4,2% sampai tahun 2008.
(www.the-innovation-group.com)
Sedangkan Indonesia sendiri, pada tahun 2008 mengimpor anilin sejumlah
26.822,2 ton. Anilin tersebut banyak digunakan di berbagai industri. Dengan
didirikannya pabrik anilin dengan kapasitas 20.000 ton/tahun di tahun 2015,
diharapkan dapat memenuhi kebutuhan anilin di Indonesia dan sebagian di ekspor
ke luar negeri. Di samping itu, dengan adanya pabrik anilin dapat membuka
lapangan pekerjaan baru dan memicu berdirinya pabrik lain yang menggunakan
bahan baku anilin. Berdasarkan pertimbangan tersebut, maka pabrik anilin ini
layak didirikan di Indonesia.
2
1.2. Pemilihan Kapasitas Perancangan
Pemilihan kapsitas perancangan pabrik anilin ini didasarkan pada
proyeksi kebutuhan anilin di Indonesia.
Permintaan akan anilin untuk industri dalam negeri mengalami
peningkatan secara kualitatif dari tahun ke tahun. Data mengenai kebutuhan anilin
di Indonesia dari tahun ke tahun dapat di lihat dari tabel 1.1 berikut ini.
Tabel 1.1 Kebutuhan anilin di Indonesia
(Biro Pusat Statistik, 2012)
Sehingga apabila data tersebut diplotkan dalam suatu grafik, maka akan
dapat diperkirakan kebutuhan anilin di Indonesia yang terus mengalami
peningkatan dari segi kuantitatif. Kurva prediksi kebutuhan anilin di Indonesia
dari tahun ke tahun dapat dilihat pada gambar 1.1.
Tahun Tahun ke- Jumlah Impor (Ton)
2002 1 21.223,9
2003 2 21.835,2
2004 3 23.519,3
2005 4 23.750,0
2006 5 25.107,4
2007 6 26.264,8
2008 7 26.822,2
2010 8 22.273,38
2011 9 16.174,55
2012 10 10.745,23
3
Gambar 1.1 Grafik Impor Anilin di Indonesia
Dari grafik tersebut di dapatkan persamaan garis y = - 786,6 x + 26098
tersebut dapat diprediksikan kebutuhan impor anilin di Indonesia pada tahun 2015
mencapai 16.106,2 ton sehingga kapasitas produksi pabrik anilin kami pada tahun
2015 sebesar 16.106,2 ton ditambah 10% (angka aman) menjadi 18.000 ton.
Untuk memenuhi kebutuhan anilin di Indonesia dan mengurangi jumlah
impor anilin, maka pabrik anilin ini dirancang dengan kapasitas sebesar 20.000
ton/tahun.
1. Ketersediaan Bahan Baku
Bahan baku pembuatan anilin yang berupa nitrobenzene cair diimpor
dari PT . Rubicon, Geismar, LA di Amerika dengan kapasitas 1,140
million lb/tahun. Data mengenai produsen nitrobenzen cair dapat
dilihat pada tabel 1.2. Untuk bahan baku gas hidrogen diperoleh dari
PT. Air Liquid yang berlokasi di Cilegon dengan kapasitas produksi
15.000 Nm3/jam.
y = -786,6x+ 26098
R² = 0,235
0,00
5.000,00
10.000,00
15.000,00
20.000,00
25.000,00
30.000,00
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014
Jum
lah
Im
po
r
Tahun ke-
4
Tabel 1.2. Pabrik Nitrobenzen Cair di Dunia
Produsen Kapasitas, juta lb/tahun
BASF, Geismar, LA 600
Du Pont, Beaumont, Tex 380
First Chemical, Baytown, Tex 340
First Chemical, Pascagoula, Miss 500
Rubicon, Geismar, LA 1140
Total 2960
(www.the-innovation-group.com)
Dilihat dari kapasitas produksinya, dapat disimpulkan bahwa bahan
baku pembuatan anilin ketersediannya cukup memadai.
1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik
Penentuan lokasi pabrik merupakan hal yang penting dalam perancangan
suatu pabrik karena merupakan salah satu faktor yang menentukan kelangsungan
pabrik yang akan didirikan baik secara teknis maupun ekonomis di masa yang
akan datang. Ada beberapa faktor yang harus dipertimbangkan dalam pemilihan
lokasi, antara lain sumber bahan baku, pasar, transportasi, tenaga kerja dan
utilitas.
Berdasarkan pertimbangan dari faktor-faktor tersebut dipilihlah lokasi di
desa Gunung Sugih , Kecamatan Ciwandan, Kabupaten Cilegon, Banten.
Pendirian pabrik di lokasi ini dinilai strategis karena alasan sebagai berikut :
1. Sumber Bahan Baku
Lokasi ini dipilih karena dekat dengan sumber bahan baku. Bahan
baku gas hidrogen dapat diperoleh dari PT. Air Liquid Indonesia,
Cilegon, Banten.
2. Pasar
5
Dipilihnya Cilegon sebagai lokasi karena sebagian besar industri
berada di pulau Jawa yang merupakan sasaran pemasaran produk
anilin sehingga memudahkan proses pemasaran.
3. Transportasi
Tersedia sarana transportasi dan jalan raya yang memadai sehingga
memudahkan pendistribusian produk ke konsumen ke berbagai tempat
di pulau Jawa serta adanya pelabuhan untuk pendistribusian ke seluruh
Indonesia.
4. Tenaga Kerja
Banten merupakan daerah yang padat penduduk sehingga kebutuhan
tenaga kerja dapat terpenuhi.
5. Utilitas
Cilegon dengan daerah pantai yang dialiri sungai yang cukup besar
sehingga kebutuhan air dapat terpenuhi. Serta kebutuhan listrik
didapatkan dari generator dan PLN Suralaya sebagai cadangan energi
listrik apabila generatornya mengalami gangguan.
Sumber : eprints.uns.ac.id
6
BAB II
PERMASALAHAN
Dalam era industrialisasi, pertumbuhan industri di Indonesia khususnya
industri kimia, dari tahun ke tahun cenderung mengalami peningkatan baik dari
segi kualitas maupun kuantitas. Seiring dengan peningkatan tersebut, maka
kebutuhan akan bahan baku industri, bahan-bahan kimia, maupun tenaga kerja
semakin meningkat. Salah satu bahan baku yang diperlukan itu adalah anilin dan
senyawa turunannya.
Anilin merupakan salah satu senyawa intermediate yang digunakan secara
luas di berbagai industri dewasa ini. Karena itu kebutuhan akan anilin meningkat
sejalan dengan program pemerintah dalam pengembangan industri hilir dimana
kebutuhannya baru dapat dipenuhi dengan import dari negara-negara maju seperti
Jepang, Amerika Serikat, Belgia, Inggris, Australia, dan Jerman.
Berdasarkan data yang ada, produksi anilin di Indonesia belum bisa
memenuhi kebutuhan pasar. Kebutuhan akan anilin semakin meningkat dengan
semakin berkembangnya industri di Indonesia.
Sejalan dengan rencana pembangunan Pabrik anilin ini, perlu diketahui
bagaimana karakteristik dari anilin. Anilin yang termasuk senyawa turunan
benzene ini memiliki rumus bangun dan rumus molekul. Selain itu perlu diketahui
juga sifat fisika dan sifat kimia dari anilin tersebut sehingga dapat memperlakukan
anilin dengan baik dan benar. Dapat juga diketahui manfaat-manfaat anilin di
dalam dunia industri, mekanisme reaksi pembentukan anilin, tinjauan reaksi dari
segi kinetika serta tinjauan dari segi termodinamikanya.
7
BAB III
PEMBAHASAN
3.1. Rumus Molekul
Anilin merupakan cairan minyak tak berwarna yang mudah menjadi coklat
karena oksidasi atau terkena cahaya, bau dan cita rasa khas, basa organik penting
karena merupakan dasar bagi banyak zat warna dan obat toksik bila terkena,
terhirup, atau terserap kulit. Senyawa ini merupakan dasar untuk pembuatan zat
warna diazo. Anilin dapat diubah menjadi garam diazoinum dengan bantuan asam
nitrit dan asam klorida.
Aniline merupakan senyawa turunan benzene yang dihasilkan dari reduksi
nitrobenzene. Anilin memiliki rumus molekul C6H5NH2.
3.2. Rumus Bangun
Anilin memiliki rumus struktur seperti pada gambar dibawah ini :
Gambar 3.1. Rumus Struktur Anilin
3.3. Sifat Fisis dan Kimia
Tabel 3.1. Sifat Fisika Anilin
No. Sifat Fisis Cara Mengukur Alat Pengukur
a. Berat molekul :
93.13 gram/mol
Diambil sebuah erlen-meyer
berleher kecil lalu tutup labu
Erlenmeyer, neraca,
oven, termometer,
8
tersebut dengan
menggunakan aluminium
foil, dan kencangkan tutup
tadi dengan menggunakan
karet gelang kemudian
timbang dengan neraca.
Setelah itu, masukkan 5 ml
cairan anilin di dalam labu
erlenmeyer, kemudian di-
tutup kembali dengan karet
gelang sehingga tutup ini
bersifat kedap gas.Gunakan
sebuah jarum dan dibuatlah
sebuah lubang kecil pada
aluminium foil agar uap
dapat keluar.
Labu erlenmeyer di-
masukkan ke dalam sebuah
oven bersuhu ± 100 oC
sedemikian sehingga ± 1 cm
di bawah aluminium foil.
Panaskan labu erlen-
meyerdi dalam ovenhingga
semua cairan volatil
menguap. Catat temperatur
labu di dalam oven.
Setelah semua cairan volatil
dalam labu erlen-meyer
menguap, angkat dari oven
lalu masukkan labu ke dalam
desikator selama ± 15 menit.
barometer.
9
Timbang labu erlen-meyer
yang telah didingin-kan tadi.
Temperatur air yang terdapat
dalam labu erlenmeyer.
Volume air bisa diketahui
bila massa jenis air pada
temperatur air dalam labu
erlenmeyer diketahui dengan
menggunakan rumus ρ =
m/V.
Diukur tekanan atmosfer
dengan menggunakan
barometer.
b. Titik didih :
184.1oC
(363.4oF)
Masukan zat cair yang
akan diukur titik didihnya ke
dalam tabung reaksi. Jumlah
zat cair sebanyak 8-10 cm
dari dasar tabung reaksi.
Pipa kapiler diambil lalu
ujung terbuka masuk ke
dalam tabung reaksi kecil
yang berisi zat cair yang
akan ditentukan titik
didihnya lalu ikat pada
termometer dimana ujung
tabung reaksi kecil sejajar
dengan ujung bawah
termometer.
Gelas kimia diambil
kemudian diisi dengan
Tabung reaksi, pipa
kapiler, termometer.
10
parafin secukupnya dan
diletakkan di atas pemanas.
Termometer pada standar
dipasang dengan bantuan
klem dan termometer
dicelupkan pada cairan
parafin di dalam gelas kimia
yang berada di atas pemanas.
Pemanas dipanas-kan dan
selama pemanasan sekali-
kali cairan parafin
diaduk.Zat cair dalam
kapiler diamati begitu juga
dengan
temperaturnya. Thermometer
dibaca bila zat cair dalam
tabung reaksi kecil
membentuk gelembung-ge-
lembung kontinu yang ben-
tuknya seperti kalung.
c. Titik lebur :
-6oC (21.2oF)
Ujung terbuka kapiler
dimasukkan ke dalam serbuk
zat yang akan ditentukan
titik lelehnya sehingga
kristal masuk ke dalam
kapiler.Kemudian kapiler
diangkat dari serbuk dan
dibalik sehingga ujung
tertutupnya menghadap ke
bawah. Selanjutnya ketok
Tabung reaksi, pipa
kapiler, termometer.
11
dinding kapiler dengan jari
agar zat yang ditentukan
masuk ke dasar kapiler.
Ulangi langkah
tersebutsampai sekitar 5-8
mm kapiler terisi kristal.
Kapiler lainnya diisi dengan
cara yang sama.Kapiler
diikatkan pada termometer,
dimana ujung kapiler sejajar
dengan ujung bawah
termometer.
Termometer dipasang pada
standar dengan bantuan klem
dan termometer dicelupkan
pada pemanas yang
digunakan.Pemanas
dipanaskan dan selama
pemanasan sekali-kali di-
aduk. Zat padat dalam kristal
dan temperature diamati.
Termometer dibaca apabila
zat padat dalam kapiler
mulai mendidih. Zat padat
yang telah meleleh semua
diamati. Range temperatur
pelelehan dicatat.
d. Massa jenis :
1.0216 (air=1)
Ukur suhu ruangan air lalu
lihat referensi massa jenis air
pada suhu tersebut.
Pignometer,
termometer.
12
Masukkan air ke dalam
pignometer lalu tutup
dengan penutup pignometer
jangan sampai terdapat
gelembung di dalam pigno-
meter. Tentukan massa
pignometer berisi air dengan
neraca. Tentukan volume
pignometer dengan data
referensi massa jenis air dan
massa pignometer.
Setelah itu masukkan zat
cair yang akan diukur massa
jenisnya ke dalam
pignometer kemudian
timbang dengan neraca
massa. Massa jenis dapat
ditentukan dengan rumus ρ =
m/v.
e. Kelarutan di
dalam air : 36
g/L (20oC)
- -
f. Indeks bias :
1,58
Pengamatan menggunakan
refraktomeer.
Refraktometer.
g. Tekanan uap :
0.1 kPa (20oC)
- -
(sumber : wennyphysics.blogspot.com)
- Sifat Kimia
a. Bersifat basa sangat lemah dengan pH 8.8 (36 g/l, H2O, 20 °C)
b. Konsentrasi jenuh (udara) : 2 g/m3 (20oC)
13
c. Anilin dapat bereaksi dengan asam membentuk garam – garamnya.
d. Anilin dapat bereaksi dengan H2SO4 membentuk anilin monosulfat dan
anilin monosulfat jika dipanaskan berubah menjadi asam sulfonat.
e. Halogenasi senyawa anilin dengan brom dalam larutan sangat encer
menghasilkan endapan 2, 4, 6 tribromo anilin.
f. Pemanasan anilin hipoklorid dengan senyawa anilin sedikit berlebih pada
tekanan sampai 6 atm menghasilkan senyawa diphenilamine.
g. Hidrogenasi katalitik pada fase cair pada suhu 135 – 170oC dan tekanan
50 – 500 atm menghasilkan 80% cyclohexamine ( C6H11NH2 ).
Sedangkan hidrogenasi anilin pada fase uap dengan menggunakan katalis
nikel menghasilkan 95% cyclohexamine.
h. Nitrasi anilin dengan asam nitrat pada sushu -20oC menghasilkan
mononitroanilin, dan nitrasi anilin dengan nitrogen oksida cair pada suhu
0oC menghasilkan 2, 4 dinitrophenol.
(sumber : www.sciencelab.com)
3.4. Macam - macam Proses
Proses pembuatan anilin dapat dilakukan melalui beberapa proses, antara
lain :
1. Proses Hidrogenasi Fase Uap
Reaksi :
C6H5NO2(gas) + 3 H2(gas) ===> C6H5NH2(gas) + 2H2O(gas)
nitrobenzen hidrogen anilin air
Katalis yang digunakan adalah silica supported copper dengan
suhu reaksi 2750 C dan tekanan 1,4 atm dengan waktu kontak relatif
pendek. Proses ini menghasilkan anilin dengan yield 99%.
2. Proses Reduksi dengan Larutan Nitrobenzene
Reaksi :
14
C6H5NO2 + 9 Fe + 4 H2O HCl 4 C6H5NH2 + 3H2O
nitrobenzen besi air anilin air
Reaksi berlangsung pada suhu 2000C dan tekanan 12,3 atm.
Yield yang diperoleh dengan proses ini adalah 95%.
3. Proses Aminasi Klorobenzen
Reaksi :
C6H5Cl + NH3 CuO C6H5NH2 + HCl
klorobenzen amonia anilin asam klorida
Reaksi ini berlangsung pada suhu 210-2200 C dan tekanan
750-850 psi. Yield yang diperoleh pada proses ini adalah 85-90%
terhadap klorobenzen.
4. Proses Amonia Dengan Fenol
Reaksi :
C6H5OH + NH3 silica-alumina C6H5NH2 + H2O
Reaksi ini berlangsung pada suhu 4600 C dan tekanan 16 atm.
Dari keempat proses tersebut dapat dibuat tabel perbandingan
sebagai berikut :
Tabel 3.2. Perbandingan Proses Pembuatan Anilin
15
Parameter Hidrogenasi
Nitrobenzen
a Fase Uap
Reaksi
Larutan
Nitrobenzena
Aminasi
Klorobenzen
a
Reaksi
Amonia
dengan
Phenol
Proses
Bahan baku
- Nitrobenzen
- Hidrogen
- Nitrobenzen
- Hidrogen
-Klorobenzen
- Amonia
- Phenol
- Amonia
Bahan
pembantu
-Cooling
water
- Steam
- Katalis
-Cooling water
- Steam
- Katalis
-Cooling
water
- Steam
- Katalis
-Cooling
water
- Steam
- Katalis
Impuritas Sedikit Banyak Banyak Banyak
By-product - Larutan HCl - Diphenilami
ne
Yield 99% 95% 85-90% 85%
Kondisi
Tekanan
Suhu
1,4 atm
2750 C
12,3 atm
2000 C
57,8 atm
2200 C
16 atm
4600 C
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa proses pembuatan anilin yang
paling menguntungkan adalah dengan cara hidrogenasi nitrobenzen
dengan fase uap. Oleh karena itu pada perancangan pabrik ini dipilih
proses hidrogenasi nitrobenzen fase uap.
Sumber : - kimiacorner.blogspot.com
- eprints.uns.ac.id
3.5. Kegunaan Produk
Anilin banyak digunakan sebagai zat warna terutama zat warna diazo yang
digunakan sebagai pewarna blue jeans. Bukan hanya itu, anilin juga digunakan
sebagai bahan baku pembuatan berbagai obat, seperti antipirina dan antifebrin
serta parasetamol (acetaminophen, Tylenol ).
16
Aplikasi anilin terbesar adalah pada pembuatan metilen difenil diisosianat
(MDI). Kegunaan dari anilin yang lain antara lain untuk pembuatan karet bahan
kimia pengolahan (9%), herbisida (2%), dan pewarna dan pigmen (2%). Sebagai
tambahan untuk karet, anilin derivatif yang digunakan adalah fenilendiamin dan
difenilamin yang berfungsi sebagai antioksidan.. Anilin juga digunakan pada
skala yang lebih kecil dalam produksi. Anilin juga digunakan sebagain tambahan
pada mesin, dan digunakan untuk parfume, shoe blacks, dan varnish.
Sumber : kimiaringgostar.blogspot.com
3.6. Mekanisme Reaksi
Proses Pembuatan Anilin dari nitrobenzen dan gas Hidrogen berlangsung
di dalam reaktor fluidized bed pada kondisi suhu 2700 C dan tekanan 1,4 atm serta
menggunakan katalis Cu dalam Silica. Reaksi tersebut mengikuti reaksi elementer
yang irreversible dan eksotermis.
Reaksi : C6H5NO2(gas) + 3 H2(gas) Cu C6H5NH2(gas) + 2H2O(gas)
Karena reaksinya eksotermis maka dibutuhkan suatu pendinginan agar
reaksi dapat berjalan secara isotermal.
Reaksi pembuatan anilin dari nitrobenzen dan gas hidrogen merupakan
reaksi hidrogenasi fase uap dengan mekanisme reaksi sebagai berikut :
Gambar 3.2. Mekanisme Reaksi Hidrogenasi Nitrobenzene
17
Senyawa alifatik maupun aromatik yang mengandung gugus nitro dapat
direduksi menjadi amina. Namun reaksi senyawanitro aromatik (nitrobenzene)
mempunyai kemungkinan lebih besar untuk direduksi menjadi senyawa amina.
Banyak agen pereduksi yang dapat digunakan untuk mereduksi nitrobenzene.
Diantaranya yang paling sering digunakan adalah Zn, Sn, atau Fe (dan beberapa
logam lainnya), asam, dan hidrogenasi katalitik.Reduksi dengan logam dalam
asam mineral berlangsung begitu cepat dan selalu menghasilkan senyawa amina
dalam hal ini anilin.
Sumber : March J., Smith M.B. 2007. March’s Advanced Organic Chemistry
Reactions, Mechanisms, and Structure 6th ed. John Wiley & Sons, Inc. Canada.
3.7. Tinjauan Kinetika
Secara kinetika kenaikan suhu menyebabkan gerakan pertikel-partikel
reaktan semakin cepat sehingga menyebabkan nilai factor tumbukan (A) semakin
besar, hal ini mengakibatkan konstanta kecepatan reaksi semakin besar.
Persamaan Arhenius :
� = ����/�
Keterangan
k = Konstanta laju reaksi
A = Faktor frekuensi (tumbukan)
E = Energi aktivasi (Joule mol-1)
R = Tetapan gas ideal (8,314 Joule m3 mol-1 K-1)
T = Suhu (Kelvin)
Bentuk model kinetika reaksi Antara nitrobenzene dengan
hydrogen adalah
18
C6H5NO2 + 3H2 � C6H5NH2 + H2O
Persamaan umum
�� � �� = �[�������][��]�
Model kinetika hasil percobaan
�� � �� = �[�������]�.���
� = 5.79"10%������ ⁄
Keterangan
rAniline = Laju pembentukan Aniline (mol cm-3 hr-1)
k = konstanta laju reaksi
T = Suhu system (Kelvin)
Tabel 3.3. Laju Reaksi Pembentukan Aniline pada Berbagai Suhu
t T K r Aniline
°C K Hr -1 Mol cm-3
hr -1
120 393 31.17932165 31.17932165
130 403 37.58189027 37.58189027
140 413 44.89134713 44.89134713
150 423 53.17375052 53.17375052
160 433 62.49358358 62.49358358
170 443 72.91335087 72.91335087
180 453 84.49322386 84.49322386
190 463 97.29073524 97.29073524
200 473 111.3605211 111.3605211
19
210 483 126.7541093 126.7541093
220 493 143.5197512 143.5197512
230 503 161.7022949 161.7022949
240 513 181.3430957 181.3430957
250 523 202.4799612 202.4799612
260 533 225.1471279 225.1471279
270 543 249.3752655 249.3752655
280 553 275.1915057 275.1915057
290 563 302.6194928 302.6194928
300 573 331.679453 331.679453
310 583 362.3882794 362.3882794
320 593 394.7596303 394.7596303
330 603 428.8040384 428.8040384
340 613 464.5290288 464.5290288
350 623 501.9392442 501.9392442
360 633 541.0365747 541.0365747
370 643 581.8202914 581.8202914
380 653 624.2871818 624.2871818
390 663 668.431687 668.431687
400 673 714.2460376 714.2460376
20
Gambar 3.3. Grafik Kecepatan Reaksi vs Suhu pada Reaksi Pembentukan Anilin
Setelah diperoleh harga k pada suhu yang berbeda-beda, akan didapatkan
konversi dengan rumus :
− ln*1 − +,�- = �.
Dimana Xae adalah konversi dan t merupakan waktu optimum reaksi yang
dalam proses reduksi anilin.
Berikut hasil perhitungan dari rumus diatas :
T (C) T (K) k x
120 393 0.0070443 0.00702
140 413 0.0152298 0.01511
160 433 0.0306634 0.03019
180 453 0.0580376 0.05638
200 473 0.1040796 0.09884
220 493 0.1780086 0.16305
240 513 0.2919733 0.25319
260 533 0.4614424 0.3696
0
100
200
300
400
500
600
700
800
20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400
Ke
cep
ata
n r
ea
ksi
Suhu (C)
rA
21
280 553 0.7055274 0.50612
300 573 1.04722 0.64905
320 593 1.5135337 0.77983
340 613 2.1355453 0.88179
360 633 2.9483385 0.94756
380 653 3.9908545 0.98151
Gambar 3.4. Grafik Konversi vs Suhu Tinjauan Kinetika
Tinjauan secara kinetika reaksi, semakin tinggi suhu akan menaikkan
kecepatan reaksi, akan tetapi reaksi pembentukan anilin dari nitrobenzene bersifat
eksotermis, sehingga secara termodinamis akan menurunkan konversi
nitrobenzene menjadi anilin. Temperatur terbaik (optimal) harus dipilih untuk
memberikan pertimbangan pembentukan produk aniline yang terjadi secara
maksimal.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Ko
nve
rsi
Suhu (C)
Tinjauan Kinetika
22
3.8. Tinjauan Termodinamika
Proses pembuatan anilin dari reduksi nitrobenzen dalam fasa gas,
pereduksi yang digunakan adalah gas dengan katalisator nikel oksida,
reaksinya sebagai berikut :
C6H5NO2(g) + 3 H2(g) → C6H5NH2(g) + 2H2O(g)
Kondisi Operasi :
o Tekanan : 1,4 atm
o Suhu : 275 °C
o Katalis : Nikel Oksida
Entalpi reaksi (∆HR) dapat dihitung dengan data entalpi masing-masing
komponen pada suhu 298 K sebagai berikut :
C6H5NO2(g) = 67,7 J/mol
H2(g) = 0 J/mol
C6H5NH2(g) = 86,86 J/mol
H2O(g) = -241,818 J/mol
∆HR = ∆HProduk - ∆HReaktan
∆HR = ∆H (C6H5NH2(g)+ 2 H2O(g)) - ∆H (C6H5NO2(g) + 3 H2(g))
= [86,86 J/mol +( 2 x -241,818 J/mol)] – [67,7 J/mol + (3 x 0)]
= -464,476 J/mol
Nilai entalpi reaksi (∆HR) pada suhu 298 K bernilai negatif, maka
reaksi ini merupakan reaksi eksotermis. Penurunan suhu dapat
meningkatkan harga K (konstanta kesetimbangan).
Energi Gibbs dapat dihitung pada suhu 289 K dengan cara sebagai
berikut :
23
∆G0 = ∆G0 Produk - ∆G0 Reaktan
= ∆G0 (C6H5NH2(g)+ 2 H2O(g)) - ∆G0 (C6H5NO2(g) + 3 H2(g))
= [166,69 J/mol + (2 x -228,59 J/mol)] – [158 J/mol + (3 x 0)]
= -448,49 J/mol
∆G0 = -RT ln K
ln K = ∆0
��
= �%%�,%23/456
�*�,�7%8/9:�;<�2�;-
= 0,181
- =>; *�%�;-
; *�2�;- =
∆?
� X (
7
@�ABC -
7
*�2�;-)
ln K (548 K) – ln K (298 K) = (�%%�,%23/456
��,�7%8/9:�;) X (
7
�%�-
7
�2�K)
ln K (548 K) – 0,181 = -0.082582101
ln K (548 K) = -0,0826 +0,181 = 0,0984
K (548 K) = 1,103
Dengan harga K (konstanta kesetimbangan) lebih besar dari satu,
maka dapat disimpulkan bahwa reaksi pembentukan anilin dari
nitrobenzen dalam fasa gasnya merupakan reaksi irreversible (reaksi satu
arah)
(Smith Vannes , 1984)
Nilai konstanta dan konversi pada setiap perubahan suhu dapat
dihitung dengan rumus :
24
=>; *@�ABC ;-
; *�2�;- =
∆?
� X (
7
@�ABC -
7
*�2�;-)
lalu hubungannya dengan konversi :
X = ;
;D7
Maka di dapatkan konstanta dan konversi pada setiap perubahan
suhu sebagai berikut :0,181
Tabel. Konstanta dan Konversi pada Berbagai Suhu
T (C) T (K) K x
120 393.15 1.1470293 0.53424
140 413.15 1.1394366 0.53259
160 433.15 1.1325886 0.53109
180 453.15 1.126381 0.52972
200 473.15 1.120728 0.52846
220 493.15 1.1155585 0.52731
240 513.15 1.1108131 0.52625
260 533.15 1.1064417 0.52527
280 553.15 1.1024019 0.52435
300 573.15 1.0986571 0.5235
320 593.15 1.0951764 0.52271
340 613.15 1.0919328 0.52197
360 633.15 1.0889027 0.52128
380 653.15 1.0860659 0.52063
25
Gambar 3.5. Grafik Hubungan Konversi vs Suhu Tinjauan Termodinamika
Gambar 3.6. Grafik Perbandingan Konversi vs Suhu pada Tinjauan
Termodinamika dan Tinjauan Kinetika
Dilihat dari grafik di atas, titik pertemuan antara kedua garis berada pada
suhu 280˚C dengan konversi 56%. Perhitungan tersebut sesuai dengan literatur
0,518
0,52
0,522
0,524
0,526
0,528
0,53
0,532
0,534
0,536
0 100 200 300 400
Ko
nve
rsi
Suhu (C)
Series1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Ko
nve
rsi
Suhu
Tinjauan Kinetika
Tinjauan Termodinamika
26
yang menyatakan kondisi operasi pembentukan anilin yang berada pada suhu
275˚C dengan tekanan 1,4 atm dengan nilai konversi 99%. Dengan persen error
sebesar 1,8% hasil yang diperoleh berbeda dengan literatur karena perhitungan
baru ditinjau dari parameter suhu, belum ditinjau dari pengaruh tekanan,
pengadukan, dan katalis. Untuk menaikkan nilai konversi maka dilakukan proses
recovery.
Sumber: Van Ness, Smith. 1949. Introduction to Chemical Engineering
Thermodynamics, Sixth Edition. New York : Mc. Graw Hill Book Company.
3.9. Kondisi Operasi
Secara Umum proses pembuatan anilin dibagi menjadi 3 tahap, yaitu:
a. Tahap Penyiapan bahan baku
b. Tahap pengolahan
c. Tahap pemurnian produk ( finishing )
a. Tahap persiapan bahan baku
Nitrobenze dengan kemurnian 99.8 % dari tangki T-01 pada suhu
300 C dan tekanan 1 atm dialirkan dengan menggunakan pompa ( P-01)
menuju HE-01. Pada HE-01, Nitrobenzen berfungsi sebagai fluida
pendingin bagi gas produk keluaran reaktor. Suhu nitrobenzen keluar
HE-01 adalah 212,140 C . selanjutnya nitrobenzen keluaran HE-01 dan
hasil bawah MD-02 dialirkan menggunakan pompa (P-02) dan bertemu
dengan arus recycle dari separator (S-01) vaporizer (V-01) untuk
diuapkan.
Hasil yang terbentuk dialirkan menuju separator (S-01) untuk
ditampung dan dipisahkan antara uap yang terbentuk dan yang masih
berwujud cairan. Cairan diumpankan kembali menuju vaporizer sebagai
27
arus recycle dan uap yang telah dipisahkan selanjutnya dialirkan menuju
HE-02.
Gas Hidrogen dari tangki penyimpanan T-02 pada kondisi operasi
14 atm dan suhu 300 C diekspansi menjadi 2,35 atm dengan menggunakan
Gas Expander (GE-01) dan kemudian dialrikan menuju HE-04 bersama
dengan arus gas hidrogen dari flash drum (S-02) . Arus gas keluaran HE-
02 dan HE-04 bercampur menuju reaktor (R-01) sebagai umpan masuk.
b. Tahap pengolahan
Bahan baku nitrobenzen dan gas hidrogen masuk reaktor fluidized
bed dalam fase gas dan dengan 200 % gas hidrogen berlebih. Reaktor
beroperasi isotermal 2700 C dan tekanan 2,3 atm dan katalis yang
digunakan Cu dalam silika ( silica-supported copper catalyst). Yield
yang diperoleh adalah 99 % terhadap nitrobenzen.
Reaksi yang terjadi adalah eksotermis, sehingga untuk
mempertahankan kondisi isothermal, perlu dilakukan pengambilan panas.
Panas yang dihasilkan dari reaksi diserap oleh media pendingin berupa
dowtherm A yang melewati internal coil.
d. Tahap pemurnian produk
Tahap ini bertujuan untuk memisahkan produk sisa reaktan
maupun impuritas lain sehingga diperoleh spesifikasi produk yang
diinginkan. Pada tahap ini juga dilakukan penyesuaian kualitas produk
dengan produk serupa yang ada di pasaran.
Gas produk keluaran reaktor pada kondisi 2700 C dan tekanan
2,23atm. Selanjutnya gas tersebut didinginkan di HE-01 dengan fluida
pendingin nitrobenzen fresh feed sampai suhu 1670 C. Dari HE-01, gas
selanjutnya dialirkan menuju flash drum (SP-02) untuk dikondensasikan
28
dan sekaligus didinginkan. Gas hidrogen adalah non-condensable gas
sehingga yang terkondensasi hanya komponen selain gas hidrogen.
Keluar dari SP-02, gas hidrogen selanjutnya dialirkan menuju HE-04.
Hasil bawah dari SP-02 kemudian dialirkan dengan pompa (P-05)
menuju HE-05 untuk dipanaskan sampai suhu 119,70 C. Pemanas yang
digunakan adalah saturated steam dengan tekanan 7446,1 psi. Tahap
selanjutnya adalah proses distilasi. Keluar HE-06 aliran menuju MD-01
untuk memisahkan air dengan anilin. Produk atas yang sebagian besar air
dibuang dan produk bawah berupa anilin didistilasi kembali untuk
memperoleh spesifikasi yang diinginkan. Produk bawah MD-02 yang
berupa campuran anilin, nitrobenzen dan benzen dialirkan dengan pompa
(P-12) kembali ke Tee-01 sebagai arus recycle. Produk atas yang berupa
anilin yang komposisinya sudah sesuai didinginkan di HE-06 sampai suhu
350 C. Anilin tersebut kemudian disimpan dalam tangki T-03 dan siap
untuk dipasarkan.
Sumber : eprints.uns.ac.id
3.10. Pemilihan reaktor
Dalam proses pembuatan anilin eaktor yang digunakan adalah fluidized
bed reaktor karena:
1. Batch Reaktor : Umumnya digunakan untuk reaksi dengan waktu
reaksi yang sangat lama, menggunakan mikrobia, dan atau kapasitas
produksi kecil atau musiman.
2. Tubular Reactor : Tubular Reactor ada bermacam macam,antara lain
adalah :
a. Reaktor Alir Pipa: Biasanya berupa gas-gas,caifr-cair dimana reaksi
29
tidak menimbulkan panas yang terlalu tinggi. Reaktor memiliki alran
plugflow yang optimal untuk kecepatan reaksi tetapi cukup sulit untuk
alat transfer panasnya.
b. Reaktor Pipa Shell And Tube : Seperti reaktor pipa di atas tetapi berupa
beberapa pipa yang disusun dalam sebuah shell, reaksi berjalan di dalam
pipa pipa dan pemanas/pendingin di shell. Alat ini digunakan apabila
dibutuhkan sistem transfer panas dalam reaktor. Suhu dan konversi tidak
homogen di semua titik.
c. Fixed Bed : Reaktor berbentuk pipa besar yang didalamnya berisi
katalisator padat. Bisanya digunakan untuk reaksi fasa gas dengan
katalisator padat. Apabila diperlukan proses transfer panas yang cukup
besar biasanya berbentuk fixed bed multitube, dimana reaktan bereaksi di
dalam tube2 berisi katalisator dan pemanas/pendingin mengalir di luar
tube di dalam shell.
d. Fluidized bed reaktor : Biasanya digunakan untuk reaksi fasa gas
katalisator padat dengan umur katalisator yang sangat pendek sehingga
harus cepat diregenerasi.Atau padatan dalam reaktor adalah merupakan
reaktan yang bereaksi menjadi produk.
3. RATB ( Reaktor Alir Tangki Berpengaduk )
RATB adalah reaktor kontinyu yang berupa tangki berpengaduk, pola
aliran adalah mixed flow, sehingga bisa diasumsikan konsentrasi,
konversi, dan suhu di semua titik dalam reaktor adalah homogen. Ada
beberapa jenis reaktor RATB Sehingga pada reaktor ini suhu bisa
dianggap isotermal:
30
a. RATB biasa, digunakan untuk sistem cair-cair, dimana reaktan adalah
fasa cair, dan bila ada katalisator juga cair.
b. Reaktor Gelembung: Reaktor untuk mereaksikan sistem gas cair,
dimana gas di umpankan dengan sparger dari bawah dan cairan dari atas
secara kontinyu.
c. Slurry Reactor : Reaktor yang mereaksikan cairan dan padatan, baik
padatan sebagai katalisator ataupun reaktan, dengan pengadukan.
Dengan penjelasan tersebut reaktor yang sangat cocok unuk pembuatan
anilin dengan melihat dari sisi tinjauan kinetika dan thermodinamika adalah
Fluidized bed reaktor.
Sumber :
Gambar 3.7. Diagram Alir Proses Pembuatan Anilin
31
BAB IV
PENUTUP
4.1. Kesimpulan
Anilin pertama kali diisolasi dari distilasi destruktif indigo pada tahun 1826
oleh Otto Unverdorben, yang menamakan itu kristalisasi. Nilai komersial besar
anilin adalah karena kesiapan dengan yang menghasilkan, langsung atau tidak
langsung, zat warna.
Aniline merupakan senyawa turunan benzene yang dihasilkan dari reduksi
nitrobenzene. Anilin merupakan cairan minyak tak berwarna yang mudah
menjadi coklat karena oksidasi atau terkena cahaya, bau dan cita rasa khas, basa
organik penting karena merupakan dasar bagi banyak zat warna dan obat toksik
bila terkena, terhirup, atau terserap kulit.
Proses pembuatan anilin dapat dilakukan melalui berbagai macam proses
antara lain namun proses yang paling menguntungkan adalah proses hidrogenasi
nitrobenzen fase uap/ gas. Karena dengan menggunakan reaksi ini dapat
dihasilkan Anilin dengan konversi yang tinggi serta kondisi operasi yang relatif
tidak berbahaya. Kegunaan anilin antara lain sebagai zat warna diazo, sebagai
obat-obatan, herbisida dan bahan kimia pengolahan karet.
4.2. Saran
1. Produsen
Produsen harus bekerja secara teliti, agar proses produksi anilin tidak
mencemari lingkungan sekitar. Karena aniline merupakan zat yang
berbahaya bila tercemar ke lingkungan.
2. Konsumen
Konsumen diharap berhati-hati dalam penggunaan aniline, karena anilin
adalah zat yang berbahaya bila kontak dengan kulit ataupun mata.
3. Peneliti
32
Peneliti harus menggali informasi bagaimana cara penanganan terhadap
aniline bila zat tersebut tercemar ke lingkungan.
4. Ilmu Pengetahuan
Diharapkan ilmu Pengetahuan dapat mengeksplore lebih mendalam lagi
tentang anilin. Karena masih banyak orang yang belum mengetahui
tentang aniline.
DAFTAR PUSTAKA
Anggita. 2013. Anilin. http://kimiacorner.blogspot.com/2013/04/anilin.html.
Diakses pada 7 September 2013. Pk. 12.52.
Anonymous. 2005. Material Safety Data Sheet MSDS: Aniline MSDS. http://
www.sciencelab.com. Diunduh pada tanggal 7 September 2013. Pk. 22.19.
Ariyanto, Rahmad, dkk. 2011. Pra Rancangan Pabrik Anilin dari Hidrogenasi
Nitrobenzen Fase Uap Kapasitas 40.000 Ton / Tahun. http://
eprints.uns.ac.id. Diakses pada 10 September 2012. Pk. 20.00.
Ch, Simoeh. 2012. Judul Skripsi : Manufacture of Anilin from Nitrobenzene and
H2,(Pembuatan Anilin dari Nitrobenzene). http://simoehch.blogspot.com/
2012/12/judul-skripsi-manufacture-of-anilin.html. Diakses pada tanggal 7
September 2013. Pk. 12.05.
Ismanto. 2012. Anilin. http://kimiaringgostar.blogspot.com/2012/05/anilin.html.
Diakses pada tanggal 7 September 2013. Pk. 12.08.
33
March J., Smith M.B. 2007. March’s Advanced Organic Chemistry Reactions,
Mechanisms, and Structure 6th ed. John Wiley & Sons, Inc. Canada.
Van Ness, Smith. 1949. Introduction to Chemical Engineering
Thermodynamics, Sixth Edition. New York : Mc. Graw Hill Book
Company.
