bab ii tinjauan pustaka - Universitas Sumatera Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Alkena
Alkena merupakan hidrokarbon tak jenuh yang mempunyai ikatan rangkap
dua C=C. Suku alkena yang paling kecil terdiri dari dua atom C, yaitu etena. Jumlah
atom H pada gugus alkena dua kali lebih banyak dari jumlah atom C, sehingga secara
umum dapat dirumuskan : CnH2n.
Etena
: CH2 CH2 C2H4
Propena
: CH2 CH2 CH3 C3H6
Butena
: CH2 CH CH2 CH3 C4H8
Pentena
: CH2 CH CH2 CH2 CH3 C5H10
Sifat- sifat dari alkena adalah :
a. Sifat Kimia
Sifat khas dari alkena adalah terdapatnya ikatan rangkap dua antara dua
buah atom karbon. Ikatan rangkap dua ini merupakan gugus fungsional dari alkena
sehingga menentukan adanya reaksi-reaksi yang khusus bagi alkena, yaitu : adisi,
polimerisasi, dan pembakaran (Wikipedia, 2009).
b. Sifat Fisik
1. Pada suhu kamar, tiga suku yang pertama adalah gas, suku-suku berikutnya
adalah cair dan suku-suku tinggi berbentuk padat. Jika cairan alkena dicampur dengn
air maka kedua cairan itu akan membentuk lapisan yang saling tidak mencampur.
Karena kerapatan cairan alkena lebih kecil dari pada air maka cairan alkena berada di
atas lapisan air.
2. Dapat terbakar dengan nyala yang berjelaga karena kadar karbon alkena
lebih tinggi daripada alkana yang jumlah atom karbonnya sama Beberapa sifat fisik
alkena lainnya diberikan dalam tabel 2.1
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1 Beberapa sifat fisik alkena
Nama
Alkena
Rumus
Molekul
Berat
Molekul
Titik leleh
(0C)
Titik didih
(0C)
Kerapatan
( g/cm3 )
Etena
Propena
Butena
Pentena
Heksena
C2H4
C3H6
C4H8
C5H10
C6H12
28
42
56
70
84
-169
-185
-185
-165
-140
-104
-48
-6
30
63
0,568
0,614
0,630
0,643
0,675
Fase
pada
250C
Gas
Gas
Gas
Cair
Cair
Heptena
C7H14
98
Oktena
C8H16
112
Nonena
C9H18
126
Dekena
C10H20
140
( Sumber : Wikipedia, 2009 )
-120
-102
-81
-66
94
122
147
171
0,698
0,716
0,731
0,743
Cair
Cair
Cair
Cair
2.2
Heptena
Heptena merupakan bahan baku untuk industri oli sintesis, polietilena,
deterjen, dan Poly Vinyl Chloride (PVC) (Kirk Othmer, 1978). Heptena juga dapat
digunakan sebagai bahan pencampur untuk meningkatkan angka oktan pada motor
bakar (Ipatieff dan Schaad, 1989).
Sifat-sifat dari heptena adalah :
Rumus molekul
: C7H14
Berat molekul
: 98,189
Titik didih
: 93,6 0C
Titik beku
: – 118,9 0C
Suhu kritis
: 264,2 0C
Tekanan kritis
: 28,4 atm
Panas pembentukan
: – 62,34 kJ/mol
Densitas
: 679 kg/m3
Viskositas
: 0,2868 cp
Panas jenis
: 161,975 J/mol.K
Fase
: Cair
( Sumber : Wikipedia, 2009 )
Universitas Sumatera Utara
Pembuatan Heptena dapat dilakukan dengan dua cara :
1. Pada tekanan tinggi dan suhu tinggi
Proses pembuatan heptena dari propena dan n–butena dilakukan dalam reaktor
fixed bed pada suhu 175 – 225 °C dan tekanan diatas 27 atm. Konversi n–butena
yang menjadi heptena 30 – 40 %. Sebagai hasil samping didapat heksena dan oktena.
Katalisator yang digunakan untuk proses ini adalah asam fosfat padat. (Kirk dan
Othmer, 1978).
Destiningsih (2003), memperlihatkan data-data proses yaitu pada kondisi
operasi suhu 135 °C dan tekanan 38 atm didapatkan produk heptena 40 – 45 %,
Oktena 10 – 25 %, campuran dekena dan undekena 25 – 30 %, dan polimer –
polimer dengan titik didih yang lebih tinggi 10 – 25 %. Reaktor yang dipakai ialah
Multi Bed Reactor dengan katalisator asam fosfat padat yang berbentuk silindris
dengan ukuran 5 x 5 mm. Reaksi berlangsung pada fase gas – gas.
2. Pada tekanan rendah dan suhu rendah
Reaksi dijalankan dalam reaktor fixed bed multitubular pada kondisi operasi
suhu 40 °C dan tekanan 8 atm. Katalisator yang digunakan adalah AlCl3 dan ZnCl2.
Reaksi berlangsung pada fase cair – cair dengan konversi n–Butena yang menjadi
Heptena 50 %, sisanya menjadi Heksena dan Oktena (Chauvel, 1980).
Reaksi yang terjadi pada pembuatan Heptena dari Propena dan n–Butena ini
adalah reaksi dimerisasi, yaitu :
C3H6
+
n–C4H8
C7H14 (hasil utama)
C3H6
+
C3H6
C6H12 (hasil samping)
n–C4H8
C8H16 (hasil samping)
n–C4H8 +
Berdasarkan penelitian di Eropa, proses yang kedua (pada tekanan dan suhu
rendah dengan katalisator AlCl3 dan ZnCl2) lebih disukai dan lebih menguntungkan
daripada proses yang pertama (pada tekanan dan suhu tinggi dengan katalisator
H3PO4 padat) (Chauvel, 1980).
Dari kedua proses diatas dipilih proses yang kedua yaitu pada tekanan rendah
dan suhu rendah dengan pertimbangan :
1. Operasi yang berlangsung pada suhu dan tekanan rendah penanganannya lebih
mudah.
Universitas Sumatera Utara
2. Konversi yang di hasilkan lebih tinggi yaitu 50 %.
2.3
Spesifikasi bahan
2.3.1 Bahan baku
2.3.1.1 Propena
Sifat – sifat :
Rumus molekul
: C3H6
Berat molekul
: 42,08
Titik didih
: -47,8 0C
Titik beku
: -185 0C
Suhu kritis
: 91,8 0C
Tekanan kritis
: 45,6 atm
Panas pembentukan
: 20,43 kJ/mol
Densitas
: 612 kg/m3
Viskositas
: 0,0623 cp
Panas jenis
: 66,420 J/mol.K
Fase
: Gas
Komposisi
: C3H6
95 %
C3H8
5%
(Wikipedia, 2009)
2.3.1.2 n-Butena
Sifat – sifat :
Rumus molekul
: C4H8
Berat molekul
: 56,108
Titik didih
: – 6,3 0C
Titik beku
: – 185,4 0C
Suhu kritis
: 146,6 0C
Tekanan kritis
: 37,2 atm
Panas pembentukan
: – 0,13 kJ/mol
Densitas
: 595 kg/m3
Viskositas
: 0,1354 cp
Universitas Sumatera Utara
Panas jenis
: 89,509 J/mol.K
Fase
: Cair
Komposisi
: n-C4H8
n-C4H10
57,799 %
42,036 %
(Wikipedia, 2009)
2.3.2 Bahan Pembantu
Bahan-bahan pembantu yang digunakan dalam proses pembuatan heptena
dari propena dan butena ini adalah : Aluminium Klorida ( AlCl3 ) dan Zink Klorida (
ZnCl2 ). Kedua bahan ini berfungsi sebagai katalisator pada tahap pembentukan
heptena.
2.3.2.1 Aluminium Klorida ( AlCl3 )
Sifat- sifat :
1. Berat molekul
: 241,43 gr/mol
2. Titik beku
: 00C
3. Titik didih
: 1200C
4. Fase
: Padat
5. Densitas
: 1,3 g/cm3
6. Kelarutan dalam air
: 46,6g/100 ml (300C)
7.Larut dalam hidrogen klorida, etanol, kloroform, dan karbon tetraklorida
(Wikipedia, 2009)
2.3.2.2 Zink Klorida ( ZnCl2 )
Sifat- sifat :
1. Berat molekul
: 136,315
2. Titik beku
: 2920C
3. Titik didih
: 7560C
4. Fase
: Padat
5. Densitas
: 2,970 g/cm3
6. Kelarutan dalam air
: 432g/100 ml (25 0C)
7. Kelarutan dalam alkohol
: 430g/100 ml
8. Larut dalam etanol, aseton dan gliserol
Universitas Sumatera Utara
(Wikipedia, 2009)
2.4
Proses Pembuatan Heptena
Proses pembuatan heptena dari propena dan n–butena terjadi dalam dua
tahap. Tahap pertama adalah tahap pembentukan heptena (tahap sintesis) dan tahap
kedua adalah tahap pemisahan heptena dari hasil – hasil samping lain dan sisa bahan
bakunya.
Tahap Pembentukan Heptena
Dari tangki penyimpan (TK–01), propena dialirkan kedalam inline mixing
untuk dicampur dengan n–butena dari tangki penyimpan (TK–02) dan n–butena
recycle. Tangki pencampur diperlukan mengingat tingginya tekanan propena pada
suhu reaksi. Dari tangki pencampur (T–08) ini campuran kemudian dipanaskan
dalam penukar panas sampai suhu 40 °C. Dari sini campuran umpan langsung
dimasukkan ke dalam reaktor (R). Katalisator AlCl3 dan ZnCl2 diumpankan dengan
menggunakan hopper dan dimasukkan ke dalam reaktor pada saat start up dan
diganti setiap satu tahun sekali pada waktu pembersihan alat-alat pabrik dilakukan.
Reaktor yang digunakan adalah reactor fixed bed multitubular dan bekerja
pada suhu 40 °C dan tekanan 8,5 atmosfer. Waktu tinggal pereaksi dalam reaktor 5
detik. Kemudian digunakan steam untuk mempertahankan panas dalam reaktor.
Konversi n–butena yang menjadi heptena 50 %, sedangkan propena habis bereaksi.
Reaksi – reaksi yang terjadi adalah :
C3H6
+
n–C4H8
C7H14
C3H6
+
C3H6
C6H12
n–C4H8
C8H16
n–C4H8 +
Dari sini campuran hasil dan sisa bahan baku masuk ke tahap pemisahan.
Universitas Sumatera Utara
Tahap Pemisahan
Campuran hasil reaksi dan sisa bahan baku dari reaktor (R) dipompakan
secara langsung ke menara distilasi (MD–01).
Pada menara distilasi (MD–01) sisa bahan baku terpisah dari hasil reaksi
menjadi hasil atas dan hasil bawah. Hasil atas yang merupakan sisa bahan baku
dalam keadaan cair jenuh langsung diumpankan ke menara distilasi (MD–02)
sedangkan hasil bawah yang merupakan hasil reaksi didinginkan dalam penukar
panas. Dari sini hasil bawah diturunkan suhunya dengan menggunakan penukar
panas baru kemudian dialirkan ke menara distilasi (MD–03).
Pada menara distilasi (MD–02) n–butana dipisahkan untuk diambil sebagai
hasil samping pada hasil bawah. Hasil samping n–butana ini didinginkan terlebih
dahulu dalam penukar panas, kemudian disimpan di tangki penyimpan (TK–05).
Sedangkan hasil atas dipompa dan dimasukkan ke menara distilasi (MD–04). Pada
menara distilasi (MD–04) ini n–butena dipisahkan sebagai hasil bawah bersama
dengan i–butena dan kemudian diumpankan kembali ke tangki pencampur untuk
dicampur dengan umpan segar. Sedangkan hasil atas yang berupa propane dipompa
dan dialirkan ke tangki penyimpan (TK–03).
Pada menara distilasi (MD–03 ), hasil samping heksena terpisah dari hasil
utama heptena dan hasil samping oktena sebagai hasil atas. Heksena didinginkan
terlebih dahulu dalam penukar panas, kemudian dialirkan ke tangki penyimpan (TK–
05). Sedangkan hasil bawah langsung diumpankan ke menara distilasi (MD–05).
Pada menara distilasi (MD–05) ini hasil utama heptena dipisahkan sebagai hasil atas.
Heptena terlebih dahulu didinginkan dalam penukar panas kemudian disimpan dalam
tangki penyimpan (TK–06). Hasil bawah oktena juga terlebih dahulu didinginkan
dalam penukar panas kemudian dialirkan ke tangki penyimpan (TK–07)
Universitas Sumatera Utara