Jurnal Pembuatan Resin Fenol Formaldehid

PEMBUATAN FORMALDEHID DENGAN PROSES HALDOR TOPSOE

1. PENDAHULUAN

Perekonomian Indonesia mengalami tren positif sejauh beberapa waktu buncit, yakni sebesar 5,5 % tiap-tiap tahun (Departemen Perkulakan dan Perindustrian, 2009). Riuk suatu pemodalan nan maujud dan berkelanjutan adalah bentuk investasi nan diarahkan pada sektor yang makmur sebagaimana pabrik, badan persuasi mandiri, koperasi dan sebagainya. Pendanaan di sektor industri bisa mendatangkan keuntungan nan adv amat samudra bagi devisa negara karena bisa menciptakan alun-alun kerja, memicu sektor bukan bikin berkembang, serta menstimulasi investor buat berinvestasi di Indonesia. Keseleo satu industri yang layak adalah industri yang memproduksi formaldehid. Formaldehid yaitu aldehida yang berwujud tabun belaka biasanya dijual berupa larutan (kemurnian minimal 37,1% ). Formaldehid banyak digunakan privat industri kimia terutama sebagai chemical intermediate, diantaranya adalah digunakan dalam pabrik urea formaldehid, resin fenol formaldehid, dan resin melamin formaldehid. Formaldehid dibuat berpunca objek baku metanol dan gegana.

ldehid (nirmala) Sifat fisis BM

: 30,026 g/gmol

Titik lumer

: – 117 0C

Titik didih

: – 19 0C pada 1 atm

Hawa kritis : 135 0C Tekanan perseptif

: 65 atm

Aturan kimia •

Reaksi dengan air Formaldehid dengan adanya air dapat mewujudkan methylen glikol. CH2=Udara murni + H2O

HO – CH2 – OH (Mc Ketta vol 23, p.356, 1983) 1

•

Reaksi dengan asetaldehid Formaldehid

dengan

asetaldehid

n domestik

larutah

NaOH

dapat

mewujudkan

pantaerythritol dan sodium format. CH2=O + CH3-CHO + NaOH → C(CH2OH)2 + HCOONa (Mc Ketta vol 23, p.357, 1983) Formaldehid 37,1 % wt. Formaldehid

: 37,1 % wt.

Wujud

: cair

Kenampakan

: jernih

Kemurnian

: Formaldehid min. 37,1% sulit

Density

H2O

61,6 – 62% berat

Metanol

0,9 – 1,3% selit belit

: 1,008 – 1,104 g/cm3 (Mc Ketta vol 23, p.351, 1983)

2. Kegunaan formaldehid Formaldehid banyak digunakan perumpamaan : –

Chemical Intermediate

Formaldehid banyak digunakan dalam industri kimia terutama seumpama chemical intermediate, diantaranya ialah dalam pembuatan plastik. Sebagian besar produk formaldehid digunakan dalam industri urea formaldehid, resin fenol formaldehid, dan resin melamin formaldehid. Resin-resin ini bereaksi dengan senderut dan katalis alkalin yang mana material produknya dapat diperlakukan dengan pergantian suhu (thermosetting), resin ini berfungsi cak bagi laminating/pelapisan, coating dan protective coating yang digunakan luas untuk pabrik kertas dan tekstil. Resin-resin ini juga berarti misal zat adesif buat plywood dan produk kusen lainnya –

Digunakan secara refleks

Formaldehid lagi digunakan secara sewaktu akan tetapi privat jumlah yang kecil misalnya laksana pengawet alamat investigasi dan disinfectan pada apartemen nyeri. (Ullmann vol 15, p.19, 1971).

2

Formaldehid nan akan diproduksi berkadar 37% w/w karena disesuaikan dengan kebutuhan industri terutama pabrik perekat kayu. Selain itu kadar formaldehid yang terletak di kacangan kewarganegaraan maupun jagat berkadar 37% sampai 55% sehingga sesuai dengan kebutuhan pasar.

3. Pemilihan Proses Ada sejumlah keberagaman proses yang dapat digunakan untuk membuat formaldehid. Proses-proses tersebut adalah : a. Proses Hidrokarbon Proses hidrokarbon ini adalah proses nan dikembangkan lega awal perkembangan pabrik formaldehid. Proses ini merupakan proses oksidasi langsung dari hidrokarbon yang bertambah tinggi. Biasanya nan digunakan yaitu etilen dengan katalis asam borat atau asam phospat atau garamnya dari paduan clay atau tanah diatome. Proses ini n kepunyaan kelemahan nan yakni alasan kok proses ini tidak dikembangkan lagi, ialah dihasilkan beberapa hasil samping yang terpelajar bersama-sama formaldehid, antara lain asetaldehid, propane, asam-cemberut organik. Sehingga karuan sahaja diperlukan pemurnian untuk mendapatkan formaldehid dengan kemurnian tertentu. Dengan demikian proses menjadi mahal dan risikonya cacat memuaskan. (Ullmann vol 15, p.6, 1971).

Reaksi : CH2=CH2 (g) + O2 (g)

2HCHO (g) + H2O

b. Proses Silver Catalyst Proses ini memperalat katalis fidah dengan reaktor fixed bed multitube. Katalis ini berbentuk intan imitasi-kristal perak atau spherical yang ditumpuk plong tube. Katalis ini punya umur sekeliling 8 – 12 bulan. Katalis ini mudah teracuni oleh sulfur dan beberapa metal semenjak golongan transisi. Reaksi yang terjadi yakni ibarat berikut : 1. Oksidasi

3

Kat. Ag

HCHO + H2O ∆H0298 =-37,3 kcal/gmol

CH3OH + ½ O2

2. Dehidrogenasi CH3OH Kat. Ag

HCHO + H2

∆H0298 =20,3 kcal/gmol

Secara keseluruhan reaksinya adalah reaksi eksotermis dan lega suhu yang tingkatan yaitu 560 – 620 0C dan tekanan sedikit di atas tekanan atmosfer. Metamorfosis yang terjadi sekitar 65 – 75% dan yield yang diperoleh sekeliling 89,1%.Puas proses ini udara yang dimurnikan direaksikan dengan methanol internal reaktor katalitik. Produk didinginkan dengan cepat dengan pengadem dowterm A, selanjutnya dialirkan ke panggar absorber dimana methanol, air dan formaldehid terkondensasi di dasar palas-palas. Bakal memurnikan komoditas sesuai dengan keinginan dilakukan pemurnian dengan proses destilasi. (Mc Ketta vol 23, p.356, 1983)

c. Proses Mixed Oxide Catalyst/Haldor Topsoe Reaksi terjadi di atas mixed oxide catalyst yang pintar Molybdenum oxide dan iron oxide dengan proporsi rasio 1,5 dibanding 3. Katalis berbentuk granular atau spherical dan punya umur sekitar 12 – 15 bulan. Reaksi terjadi pada temperatur sekitar 200 – 593 0C dan dengan tekanan merentang tekanan atmosfer. Udara berlebihan digunakan cak bagi memastikan konversi mendekati sempurna, sekeliling 98,4%, dan untuk menghindari terjadinya eksplosive (range kerjakan metanol 6,7 – 36,5% vol. dalam udara). Yield yang diperoleh sekeliling 94,4%. Reaksi : CH3OH + ½ O2 Kat. MoO2

HCHO + H2O ∆H0298 =-37,3 kcal/gmol (Mc Ketta vol 23, p.361, 1983)

4

Grafik 1.5. Proses Pembuatan Formaldehid Parameter

Hidrokarbon

Sliver catalyst

Haldor Topsoe

Suhu operasi

± 723° K

833-893° K

473-560° K

Tekanan aksi

100 – 300 psi

1,3 atm

1 – 1,5 atm

Konversi

–

65,1 %

98,4 %

Yield

–

89,1 %.

94,4 %

Katalis

Alumunium

Ag / 12

Fe2O3MoO3Cr2O3 / 18

Phosphat Dari berbagai proses diatas digunakan proses Haldor Topsoe, dengan pertimbangan:  Konversi alias yieldnya strata, artinya proses tersebut bisa menghasilkan produk

dengan jumlah yang kian banyak cak bagi satuan sasaran formal yang sama jika dibandingkan dengan proses silver catalyst.  Guru dan tekanan aksi rendah jika dibandingkan dengan proses silver catalyst. Hal ini

berkaitan dengan desain peralatan menjadi makin gemi bahan dan sistem pasifikasi yang lebih mudah terkontrol.  Kian irit, hal ini didasarkan refferensi, Mc Ketta vol 23 hal 365, besaran fixed capital

investement dengan basis daya produksi 100.000.000 lb/tahun proses Haldor Topsoe (US $ 4.600.000) lebih sedikit dibandingkan proses Silver Catalyst (US $ 5.400.000). Untuk menghasilkan formaldehid 37 % rumpil, tidak memerlukan menara distilasi seperti yang terletak pada proses silver catalyst. Jumlah peralatan yang digunakan pun makin sedikit, sehingga lebih menghemat biaya investasi dan penjagaan selama pabrik mengalir perlahan-lahan. Lamun demikian, pada proses oksida juga terdapat kekurangan antara lain enggak bisanya merubah atak dagangan dikarenakan tidak adanya menara destilasi seperti nan terwalak pada proses silver.

4. Bahan Baku Alamat lazim yang digunakan adalah metanol, katalis, dan udara.

5

1. Metanol

Sasaran baku utama nan diperlukan bikin memproduksi formaldehid adalah methanol. Methanol berkarakter volatile dan memiliki tekanan uap yang tinggi seiring dengan naiknya suhu tangki penyimpanan, lebih aman disimpan karena tingkat korosifitas yang rendah. Sedangkan produk yang dihasilkan adalah formaldehid nan korosif terhadap senyawa besi picisan, besi-nikel, dan red brass sehingga diperlukan proses penyimpanan yang lebih khusus dengan tingkat pengamanan nan lebih mahal tinimbang menyimpan methanol. Rasam fisis BM

: 32,042 g/gmol

Titik luluh (1 atm)

: – 97,68 0C

Bintik didih (1 atm)

: 64,7 0C

Temperatur kritis

: 239,43 0C

Tekanan kritis

: 79,9 atm

Density (25 oC)

: 0,78663 g/cm3

Viskositas (25 oC)

: larutan 0,541 cp gas 0,00958 cp (Perry, p.3-36, 1999)

Wujud

: Cair

Warna

: Jernih, tidak bewarna

Bau

: Seperti etanol

Otentisitas

: 99,9 % rumpil (minimal)

Air

: 0,1 % berat (maksimal)

Densitas pada 293 K

: 0,7929 g / cm3 (Smith-Van ness, p.659, 2001)

Sifat kimia •

Reaksi dehidrogenasi

6

Yaitu pelampiasan partikel hidrogen. Reaksi ini dapat dilaksanakan dengan bantuan katalis Mo dan Ag. (Kirk & Othmer, 1978) CH3OH

CH2O

Mo, Ag

Metanol •

Formaldehid

+

H2 Hidrogen

Reaksi eterifikasi

Reaksi eterifikasi yakni pembentukan senyawa eter misalnya MTBE

→ (CH3)3 – C-Ozon-CH3 CH3OH + CH2=C(CH3)3  Metanol •

isobutylene

MTBE

Reaksi esterifikasi

Reaksi esterifikasi adalah pembentukan senyawa ester dengan jalan mereaksikan metanol dengan senyawa asam organik. Contohnya pembentukan paduan metil asetat. CH3OH Methanol

+ CH2COOH Asam Asetat

CH2CO – OCH3 + H2O Metil Asetat

Air

2. Katalis (bulan-bulanan pendukung) Katalis yang digunakan dari jenis iron molybdenum. Reaksi kimia dapat berjalan apabila kondisi operasinya sudah lalu teraih. Suatu reaksi kimia nan memiliki suatu barrier energi / energi pengaktifan yang besar baru dapat memulai reaksinya bila barrier energi itu telah terlampaui. Salah satu cara melampaui barrier energi tersebut merupakan dengan menaikkan master reaksi. Suatu cara tidak bikin menurunkan barrier energi ialah dengan menggunakan katalis. Suatu katalis dapat mempercepat reaksi kimia tanpa dirinya mengalami pergantian kimia yang permanen. Di samping itu keberadaan katalis akan menyebabkan suatu reaksi dapat berjalan di radiks kondisi temperatur operasinya. Ini terutama sangat terdepan untuk mengurangi rendemen bersumber produk – dagangan yang tidak diinginkan. pabrik formaldehid ini digunakan katalis iron molybdenum oxyde (Fe2O3MoO3Cr2O3) dengan masa aktif 18 rembulan, karena proses oksidasi ini membutuhkan katalis metal oxyde (iron, molybdenum / vanadium oxyde).

7

Bilang manfaat berasal katalis ini antara lain : 1. Dilihat dari ukurannya, pressure jebluk katalis ini rendah 2. Korespondensi katalis internal tube seragam, sehingga transfer konglomerat dan panas berlanjut dengan baik 3. Selektifitas tinggi 4. Tidak mudah teracuni Data-data katalis yang dipakai dapat disajikan pada Tabel di bawah ini: Data – data katalis Fe2O3MoO3Cr2O3 (Subekti, A, 1995) – Diversifikasi = Fe2O3MoO3Cr2O3 – Bentuk = Pressed rings – Diameter = 3,5 mm

Format OD ID

Lembaga pressed rings 4,5 mm 1,7 mm

H Komposisi :

4 mm

MoO3

81 % berat

Fe2O3

15 % sukar

Cr2O3

4 % sukar

– Densitas

= 1,8918 g / cm3

– Porositas

= 0,55 (Subekti, A, 1995)

8

3. Mega

Supply udara diambil dari udara yang berada di selingkung kawasan industri. Adat tubuh : Udara

N2

O2

Berat partikel

28,012

31,999

Wujud

Gas tidak bercat

tabun tidak bercelup

Specific gravity

12,5

1,1053

Tutul leleh (P = 1 atm)

-209,86

-218,4

Titik didih (P= 1 atm)

-195,8

-183

Kelarutan dalam 100 fragmen air dingin

2,35

4,89

Suhu perseptif (0K)

126,2

-154,6

Impitan kritis (bar)

34

50,43

Sifat kimia •

Oksigen bereaksi dengan semua elemen tidak kecuali He, Ne, Ar. •

Untu

k beberapa bahan yang akan direaksikan dengan oksigen harus dipanaskan terlebih dahulu sampai suhu tertentu puas pembakaran tadinya. •

Ialah reagen penghidrolisa lega proses hidrolisa.

Atak a. Oksigen

: 20,95 % volume

b. Nitrogen

: 78,09 % volume

c. Argon

: 0,93 % volume

d. CO2

: 0,03 % volume

9

5. Proses pembuatan formaldehid Proses pembuatan formaldehid dengan proses oksidasi Haldor Topsoe menggunakan reaktor fixed bed multitube dengan katalis Iron Molybdenum Oxide (Fe2O3MoO3Cr2O3) nan dijaga pada kondisi temperatur 533 K dan impitan 1,4 atm. Konversi yang didapat sebesar 98,4 % dan overall yield sebesar 94,4 %. Reaksi yang terjadi yaitu sebagai berikut: a. Reaksi Oksidasi

CH 3OH ( g ) +

1 = 543 K , P =1, 4 atm O2 ( g ) N   → CH 2 O( g ) + H 2 O( g ) 2

metanol

formaldehid

b. Reaksi Samping

CH 2 Ozon( g ) +

1 O2 2 ( g)

→ CO( g ) + H 2 O( g )

formaldehid Produk hasil reaktor kemudian dimurnikan di dalam alat absorber bermula sisa metanol dan asap – asap hasil reaksi, sebelum masuk ke dalam tangki penampungan. Proses pembuatan formaldehid dari metanol dan mega dengan katalis iron molybdenum oxyde merupakan proses oksidasi fase gas Pembentukan formaldehid mulai sejak methanol dengan katalis iron molybdenum oxyde (Fe2O3MoO3Cr2O3) didasarkan sreg reaksi pada reaksi oksidasi berikut :

CH 3OH ( g ) +

1 = 543 K , P =1, 4 atm O2 ( g ) Kat. T   → CH 2 Udara murni( g ) + H 2 Ozon( g ) Fe O MoO Cr O 2 2

3

3

2

3

 H= -36,453kkal/mol

Sedangkan reaksi samping yang terjadi adalah :

CH 2 Udara murni( g ) +

1 T = 473 −560 K , P =1,4 atm O2( g)     →CO( g) + H 2 O( )g 2

Secara keseluruhan reaksinya yaitu reaksi eksotermis. Untuk oksidasi metanol beroperasi pada temperatur 473 – 5600 K dan impitan sedikit di atas tekanan atmosfer, peledak berlebih digunakan untuk memastikan metamorfosis mendekati model. (Mc. Ketta, 1984; vol. 23 : 361) Reaksi berlangsung internal fase gas dengan katalis padat dan bersifat eksotermis. Buat menjaga kondisi suhu agar optimum, maka dibutuhkan diversifikasi reaktor nan dapat menyerap panas yang ditimbulkan selama reaksi berlantas.

10

Jenis reaktor nan bisa memenuhi kriteria tersebut ialah reaktor macam fixed bed multitube. Pada reaktor fixed bed multitube,reaktan dialirkan di dalam tube yang berisi katalis padahal untuk menyerap seronok nan ditimbulkan sejauh reaksi berlanjut digunakan medium pendingin positif dowtherm A yang dialirkan melalui shell. Biarpun biaya perancangan reaktor ini relatif mahal, namun reaktor ini cocok buat reaksi gas – gas dengan katalis padat nan memiliki umur tinggi. Proses pembentukan formaldehid berlangsung pada temperatur operasi 473 – 5600K dan tekanan 1 – 1,5 atm. (Mc. Ketta, 1984; vol. 23 : 364) 6. Mekanisme Reaksi Mekanisme reaksi oksidasi metanol menjadi formaldehid disebut mekanisme hidroksil. Mekanisme ini adalah bagian bermula mekanisme oksidasi metanol menjadi CO2 dan H2O, maka setiap langkah mekanisme ini akan terasuh gugus hidroksil. Berikut mekanisme reaksi oksidasi metanol : 1. Chemisorbtion O2

O2

2O

2. Oksigen mengoksidasi Methanol CH3OH + 2 O

2 CH3O + 2 OH

3. Gugus hidroksil menjadi air dan Oksigen 2 OH

H2O + Ozon

4. Pembentukan Formaldehid bebas 2 CH3O

2 CH2O + 2 H

5. Reaksi antara H dengan takhlik air 2H

+ O

H2O

11

Gambar 2.1 Tabulasi Alir Proses 7. Langkah Proses Proses pembentukan formaldehid dari metanol dan peledak dibagi menjadi tiga tahap, yaitu: 1. Tahap Penyiapan Bahan Baku Persiapan penyiapan bahan seremonial dimaksudkan kerjakan : a. Mengkondisikan impitan umpan sehingga sesuai kondisi reaktor b. Meniadakan fase metanol menjadi asap di dalam perangkat vaporizer c. Mengkondisikan suhu umpan metanol dan oksigen sehingga sesuai dengan kondisi reaktor Bahan baku terdahulu pembuatan formaldehid ialah metanol dan oksigen. Bahan baku metanol diambil terbit tangki penyimpanan pada kondisi larutan suhu 30 oC dan tekanan 1 atm. Metanol diumpankan ke intern vaporizer menggunakan pompa sehingga tekanan umpan metanol naik sampai dengan 1,5 atm. Plong gawai vaporizer, metanol diubah fasenya dari bentuk cair ke dalam bentuk gas pada suhu bubble pointnya 75,25 oC. Tipe vaporizer yang digunakan yakni kan (100 % teruapkan). Steam pada vaporizer disuplai mulai sejak alat waste heat boiler 1 dan 2.

12

Bulan-bulanan baku kedua yaitu oksigen didapat dari mega lingkungan sekitar. Mega ini dilewatkan pada filter cak bagi memisahkan debu yang ada dalam udara. Bahan baku kedua ini kemudian dilewatkan ke dalam blower untuk menaikkan tekanannya menjadi 1,5 atm.. 2. Tahap Pembentukan Formaldehid Pada tahap ini umpan metanol dan oksigen yang telah dikondisikan akan bereaksi di n domestik reaktor fixed bed multitube. Reaksi oksidasi metanol menghasilkan formaldehid lega reaktor fxed bed multitube berlantas dalam fase gas plong master 506 – 560 K dan tekanan 1,4 atm. Katalis yang digunakan yakni iron molybdenum oxyde (Fe2O3MoO3Cr2O3) yang memliki hari aktif sampai dengan 18 bulan. Reaksi oksidasi metanol berlangsung secara non isotermal dan non adiabatis. Reaksi oksidasi metanol yaitu reaksi eksotermis, sehingga sejauh reaksi berlangsung akan dilepas bilang seksi. Kenaikkan suhu yang terjadi di dalam reaktor sangat tidak diinginkan sehingga dibutuhkan medium penyejuk bakal menyerap memberahikan nan terjadi selama reaksi berlantas. Semenjana penyaman yang digunakan merupakan dowtherm A yang dialirkan melangkaui shell. Pendingin ini akan mempertahankan kondisi aksi reaktor sreg suhu 506 – 560 K dengan impitan 1,4 atm. Berikut reaksi yang terjadi didalam reaktor :

CH 3OH ( g ) +

1 = 543 K , P =1, 4 atm O2 ( g ) Kat. Horizon   → CH 2 O( g ) + H 2 O( g ) H = -36,453 kkal/mol Fe O MoO Cr Ozon 2 2

3

3

2

3

(Mc. Ketta, 1984;vol. 23 : 361) Sreg temperatur 506 – 560 K dan tekanan 1,4 atm, metamorfosis metanol 98,4 % boleh terpenuhi dengan baik. Temperatur sangat mempengaruhi konversi nan terbentuk. Oleh karena itu medium pendingin lampau berperan berfaedah bikin hingga ke transmutasi yang diinginkan. 3. Tahap Pemurnian Dagangan Tahap pemurnian barang dimaksudkan bakal merukunkan larutan formaldehid dari asap O2 dan N2 kerjakan diambil sebagai barang bawah, sedangkan gas O2 dan N2 dibuang sebagai off gas Pada waste heat boiler, panas berpokok produk reaktor (260 oC) akan dimanfaatkan untuk menghasilkan steam bertekanan 1,5 atm dan suhu 111,76 oC yang boleh digunakan sebagai ki alat perbaraan pada alat vaporizer. Keluaran waste heat boiler nan bersuhu 120 oC, 13

didinginkan lagi sebelum ikut ke dalam absorber sampai bersuhu 70 oC tinggal cooler. Barang reaktor dimasukkan ke dalam absorber lega suhu 70 oC dan tekanan 1,2 atm. Formaldehid dipisahkan dari tabun produk reaktor puas perlengkapan pemisah absorber dengan pelarut air dengan suhu masuk 30 oC. Air ikut dan disemprotkan dari atas absorber dengan laju alir 2667,60 kg / jam. Absorber bekerja beralaskan resan kelarutan dimana formaldehid dan metanol akan larut dalam air, sedangkan O2 dan N2 tidak larut dalam air. Gas yang tidak terisap maka itu absorber dipurging. Barang cair jebolan absorber dengan temperatur 60 oC, harus didinginkan sangat cooler sebelum disimpan lega tangki penyimpanan sreg suhu 35 oC

14