P 1.1. Latar Belakang Metilen klorida adalah s molekul CH2Cl2

Prarancangan Pabrik Metilen Klorida dari Metil Klorida dan Klorin Kapasitas 40.000 Ton/Tahun
BAB I
PENGANTAR
1.1. Latar Belakang
Metilen klorida adalah salah satu senyawa klorometana dengan gugus
molekul CH2Cl2. Senyawa klorometana ini diproduksi dari reaksi klorinasi
antara metil klorida (CH3Cl) dan klorin (Cl2) dalam fase gas pada suhu tinggi
(Harvey & Pitsch, 2000). Metilen klorida merupakan cairan berat yang tidak
berwarna dan berbau halus. Metilen klorida bersifat mudah melarutkan zat
serta memiliki nilai solubility yang tinggi sehingga sangat sesuai untuk
digunakan sebagai pelarut dalam proses ekstraksi (Mcketta,1979). Oleh
karena sifatnya ini, metilen klorida menjadi bahan yang digunakan secara luas
pada proses industri.
Pada proses industri, 30% metilen klorida digunakan dalam industri
pembuatan cat sebagai bahan aktif dalam pelarut cat maupun varnish
remover, 20% metilen klorida digunakan sebagai salah satu bahan dalam
pembuatan bahan adhesives, 10% sebagai komponen dalam pembuatan
aerosol dan banyak proses lainnya (Kirk-Othmer,1976).
Pabrik metilen klorida sangat potensial didirikan di Indonesia, beberapa
hal yang menjadi dasar pendirian pabrik tersebut yaitu:
a. Pabrik metilen klorida belum pernah ada di Indonesia, padahal metilen
klorida ini cukup banyak dibutuhkan sebagai bahan pelarut (solven)
untuk industri lain.
b. Metilen klorida memiliki nilai solubility yang tinggi sehingga sangat
sesuai untuk digunakan sebagai pelarut dalam proses ekstraksi.
c. Metilen klorida merupakan produk yang kebutuhannya di Indonesia
akan terus meningkat karena semakin banyaknya pabrik berbahan
antara metilen klorida seperti pabrik cat dibeberapa daerah di
Indonesia sehingga kebutuhan akan metilen klorida sebagai pelarut dan
varnish remover diprediksi akan semakin besar.
d. Indonesia adalah negara yang tengah mengalami perkembangan
ekonomi yang signifikan dan berpotensi untuk mengembangkan
industri – industri bahan kimia seperti industri metilen klorida.
Dhenok Puspita Zahara
Yaumil Akhir
(10/296572/TK/36169)
(10/296698/TK/36195)
1
Prarancangan Pabrik Metilen Klorida dari Metil Klorida dan Klorin Kapasitas 40.000 Ton/Tahun
Kebutuhan metilen klorida di Indonesia setiap tahun mengalami
peningkatan. Hal ini dapat dilihat dari data kebutuhan impor metilen klorida
pada tahun 2005 -2012 seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut:
Tabel 1.1. Statistik Kebutuhan Metilen Klorida di Indonesia
No.
Tahun
Total (ton/tahun)
1.
2005
7.222,887
2.
2006
6.969,374
3.
2007
8.231,508
4.
2008
7.659,713
5.
2009
8.270,378
6.
2010
10.558,761
7.
2011
11.557,435
8.
2012
10.547,176
(BPS,2011)
Di Indonesia belum pernah ada pabrik metilen klorida sehingga kebutuhan
impor ini dapat dianggap juga sebagai kebutuhan dalam negeri Indonesia.
Jika dieksplorasi maka akan memperoleh statistik prediksi kebutuhan metilen
klorida di Indonesia seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut:
Tabel 1.2. Statistik Prediksi Kebutuhan Metilen Klorida di Indonesia
Tahun (x)
Total (ton/tahun)
2013
11.759,48
2014
12.399,99
2015
13.040,5
2016
13.681,01
Pabrik metilen klorida ini diharapkan pada than 2016 sudah siap
dioperasikan, dari tabel 1.2 dapat diprediksikan bahwa kebutuhan metilen
klorida pada tahun 2016 mencapai 13.681,01 ton/tahun.
Dhenok Puspita Zahara
Yaumil Akhir
(10/296572/TK/36169)
(10/296698/TK/36195)
2
Prarancangan Pabrik Metilen Klorida dari Metil Klorida dan Klorin Kapasitas 40.000 Ton/Tahun
1.2.Tinjauan Pustaka
Proses pembuatan metilen klorida yang paling komersial saat ini adalah
dengan menggunakan proses klorinasi metana. Klorinasi adalah suatu proses
dimana satu atau lebih atom klorin (Cl2) dibentuk menjadi suatu senyawa kimia.
Reaksi berlangsung secara eksotermis dan irreversible. Proses klorinasi ini akan
menghasilkan metilen klorida sebagai produk utama dan kloroform dan karbon
tetraklorida sebagai produk samping.
Pada saat reaksi berlangsung, molekul klorin (Cl2) akan terdisosiasi
menjadi radikal Cl•. Radikal Cl• akan menyerang molekul metana dan
menggantikan atom hidrogen. Mekanisme reaksi yang terjadi pada proses
klorinasi metana adalah free radical substitutions dan berlangsung pada 3 tahap
yaitu initiation, propagation, dan termination.
Pada tahap initiation, proses akan menghasilkan spesies radikal. Radikal
klorin dihasilkan dengan pemanasan pada suhu tinggi sehingga dapat memecah
ikatan antar atom klorin. Radikal klorin kemudian bereaksi dengan metil klorida
menghasilkan radikal metil klorida.
Cl2
•
Cl + CH3Cl
2Cl•
(1)
•
CH2Cl + HCl
(2)
Pada tahap propagation, radikal metilen klorida akan bereaksi dengan
klorin menghasilkan metilen klorida dan radikal klorin. Radikal ini akan bereaksi
dengan metilen klorida dan menghasilkan radikal klorometana lainnya.
CH2Cl• + Cl2
CH2Cl2 + Cl•
(3)
Cl + CH2Cl2
CHCl2•
(4)
CHCl2• + Cl2
CHCl3 + Cl•
(5)
Cl• + CHCl3
CCl3• + HCl
(6)
CCl3• + HCl
CCl4 + Cl•
(7)
•
+ HCl
Tahap terakhir yaitu termination. Tahap ini terjadi apabila dua radikal
bebas bereaks, baik radikal yang sama ataupun yang berbeda.
Cl• + Cl•
Cl2
(8)
Cl• + CH2Cl•
CH2Cl2
(9)
(Mc. Ketta, 1979)
Proses pembuatan metilen klorida dengan cara klorinasi metana dapat
dilakukan dengan 3 metode , yaitu :
Dhenok Puspita Zahara
Yaumil Akhir
(10/296572/TK/36169)
(10/296698/TK/36195)
3
Prarancangan Pabrik Metilen Klorida dari Metil Klorida dan Klorin Kapasitas 40.000 Ton/Tahun
1. Proses termal klorinasi
Proses ini didasarkan pada reaksi klorinasi terhadap metil klorida
(klorometana) yang berlangsung pada suhu tinggi. Suhu dipertahankan
antara 250oC – 450oC. Reaksi terjadi pada fase gas. Distribusi produk
metilen klorida yang dihasilkan merupakan fungsi rasio Cl2 dan metil
klorida..
Reaksi :
CH4Cl + Cl2
CH2Cl2 + HCl
(10)
CH2Cl2 + Cl2
CHCl3 + HCl
(11)
CHCl3 + Cl2
CCl4 + HCl
(12)
Pada saat terjadi reaksi, suhu tidak boleh melebihi 450oC karena
akan menyebabkan terjadinya reaksi pirolisis membentuk karbon bebas,
sedangkan klorin dan hidrogen akan membentuk HCl.
Kelebihan :
a. Suhu tinggi dapat membuat molekul Cl2 menjadi radikal Cl•. Reaksi
dapat terjadi tanpa menggunakan katalis.
b. Impuritas sedikit.
c. Biaya ekonomis.
d. Yield 80 - 92% terhadap metilen klorida.
Kekurangan :
a. Pengontrolan suhu di reaktor harus baik, karena jika melebihi suhu
450oC akan memicu terjadinya pirolisis yang dapat menghasilkan
karbon bebas.
2. Proses fotokimia klorinasi
Proses ini didasarkan pada aktivasi dari reaksi massa dengan
radiasi sinar. Klorin dapat diaktifkan menjadi radikal Cl• dengan
meradiasikannya dengan sumber sinar radiasi yang berkisar antara 3000 –
5000oA. Bahan baku yang digunakan harus mempunyai kemurnian yang
tinggi. Reaksi berlangsung pada reaktor fotokimia.
Kelebihan :
a. Proses ini dapat mengurangi impuritis dari produk klorometana yang
dihasilkan.
Dhenok Puspita Zahara
Yaumil Akhir
(10/296572/TK/36169)
(10/296698/TK/36195)
4
Prarancangan Pabrik Metilen Klorida dari Metil Klorida dan Klorin Kapasitas 40.000 Ton/Tahun
Kekurangan :
a. Reaktor fotokimia terbuat dari kaca yang harus tahan terhadap panas
yang tinggi karena reaksi klorinasi merupakan reaksi eksotermis. Hal
ini menyebabkan tingginya biaya pembuatan dan perawatan alatnya.
b. Reaktor yang digunakan membutuhkan energi yang besar untuk
menghasilkan sinar radiasi dengan nilai 3000 – 5000 oA.
c. Lebih
sensitif
terhadap
impuritas
dari
umpan,
karena
dapat
menyebabkan terminasi.
d. Kapasitas reaktor kecil.
e. Sering terjadinya akumulasi di bagian bawah reaktor sehingga dapat
mengakibatkan ledakan.
3. Proses klorinasi dengan katalisator alumina
Proses ini didasarkan pada reaksi klorinasi dengan bantuan katalis
alumina pada fase gas. Reaksi berlangsung pada tekanan 0,3 Mpa – 0,6
Mpa dan suhu berkisar 280 – 350 oC. Bahan baku harus mempunyai
kemurnian yang tinggi. Konversi dari reaksi ini adalah 95 % terhadap
metanol.
Kelebihan :
a. Konversi yang dihasilkan cukup tinggi.
Kekurangan :
a. Proses ini masih jarang digunakan di industri, informasi diperoleh dari
referensi literatur saja.
b. Proses ini sensitif terhadap impuritas.
c. Biaya mahal karena perlu adanya pergantian katalis secara berkala.
(Mc. Ketta, 1979)
Dengan membandingkan proses-proses yang telah diuraikan diatas, maka
proses yang dipilih untuk produksi metilen klorida adalah proses termal klorinasi.
Proses ini dipilih karena terbukti sudah digunakan secara komersial pada industri
metilen klorida di dunia. Selain itu jika dibandingkan dengan proses lainnya,
proses ini memiliki biaya yang paling ekonomis serta menghasilkan yield metilen
klorida yang cukup tinggi.
Dhenok Puspita Zahara
Yaumil Akhir
(10/296572/TK/36169)
(10/296698/TK/36195)
5