Tugas Cahaya 1it3f

TUGAS INDIVIDU PROSES INDUSTRI KIMIA DOSEN PEMBIMBING : Prof. Ir. Hamidah Harahap. M.,Sc DISUSUN OLEH :

JUWAIRIAH SIREGAR (150405048)

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017

OKSIDASI 1.1 Mekanisme Reaksi Oksidasi Mekanisme reaksi oksidasi secara umum terjadi karena penerimaan electron dari suatu senyawa. Mekanisme reaksi dapat terjadi pada beberapa senyawa seperti : mekanisme reaksi oksidasi dari pembakaran campuran n-heptana, isooktana dan toluena. Sub-mekanisme untuk n-heptana dan isooktana dihasilkan secara otomatis dengan menggunkan kode MOLEC. Sub mekanisme untuk toluene telah dikembangkan pada penelitian sebelumnya. Kedua sub mekanisme digabung utuk menghasilkan mekanisme campuran bahan bakar n-heptana, isooktana dan toulena. Setiap reaksi elementer di dalam mekanisme tersebut dilengkapi dengan parameter Arrhenius, yang terdiri dari factor pra-eksponensial, eksponen termaperatur, dan energy, dan dihubungkan oleh: 𝐸𝑎

K= ATnexp(− 𝑅𝑇) 1.2 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Reaksi Oksidasi a. Suhu Varisasi suhu sangat berpengaruh pada hasil pengolahan secara proses kimia, kecepatan reaksi oksidasi akan bertambah dengan naiknya suhu sampai suhu maksimum. b. pH Kebanyakan proses oksidasi biokimia mempunyai daerah pH efektif yang relatif sempit yaitu pada nilai 5-9 dengan kondisi optimum pada pH 6,5-8,5. Nilai pH tersebut adalah pH dari campuran larutan dalam kontak dengan pertumbuhan biologi dan bukan pH larutan masuk.

1.3 Peralatan yang Digunakan dalam Oksidasi 1. Reaktor: tempat terjadinya reaksi oksidasi. Reaktor ini menggunakan pemanas yang terletak menempel di bagian bawah reaktor. Pemanas tersebut terdiri dari elemen pemanas, alasnya beserta tempatnya yang terkait oleh baut.

2. Furnace atau juga sering disebut dengan tungku pembakaran adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk pemanasan. Tungku adalah sebuah peralatan yang digunakan untuk melelehkan logam untukpembuatan bagian mesin (casting) atau untuk memanaskan bahan serta mengubah bentuknya (misalnya rolling/penggulungan, penempaan) atau merubah sifat-sifatnya (perlakuan panas).

3. Ketel Uap adalah alat untuk menghasilkan uap air, yang akan digunakan untuk pemanasan atau tenaga gerak. Bahan bakar pendidih bermacammacam dari yang populer batubara dan minyak bakar, sampai listrik, gas, biomasa, nuklir dan lain-lain. Pendidih merupakan bagian terpenting dari penemuan mesin uap yang merupakan pemicu lahirnya revolusi industri.

1.4

Hasil Produk Reaksi Oksidasi Kekuatan bahan pengoksidasi tidak hanya bergantung pada sifat oksidatornya

tetapi juga dipengaruhi oleh faktor konsentrasi, suhu dan konsentrasi ion hidrogen. Senyawa dioksidasi dengan bahan pengoksidasi yang berbeda hasilnya berbeda. Jadi untuk mendapatkan suatu produk hasilnya berbeda. Jadi untuk mendapatkan suatu produk diperlukan oksidator dan kondisi proses tertentu. Oksigen biasanya berasal

dari udara, jadi murah; namun demikian pengontrolan sulit dilakuakan. Untuk memperbesar laju reaksi ditambahkan katalisator. Oksigen harus dibatasi agar tidak terjadi reaksi oksidasi sempurna membentuk CO2 atau dengan kata lain rasio bahan/oksigen diatur. Untuk mengurangi pembentukan CO2 ditambahkan H2O atau H2. Proses Oksidasi dilakukan pada fase cair dan gas. Contoh – contoh proses oksidasi fase cair Bahan Baku

Bahan Pengoksidasi

Produk

Anilin

MnO2 dalam asam sulfat

Quinon

Etilena

KMnO4 katalis : Mo

Etilena glikol

Isoeugenol

Dikromat

Vanilin

Asetaldehid

Oksigen

Asam asetat

Toluene

MnO2, asam kromat

Benzaldehid, asam benzoat

Contoh – contoh Proses Oksidasi Fase Gas Bahan Baku

Bahan Pengoksidasi

Produk

Methanol

Oksigen katalis : Cu

Formaldehid

Etanol

Oksigen

katalis

perak Asetaldehid

(Ag) Metana

Oksigen katalis Cu-CuO

Formaldehid

Etilena

Oksigen katalis Ag

Etilena oksida

Propilena

Oksigen katalis CuO

Akrolein

Benzene

Oksigen katalis oksida Phenol, quinon, asam maleat logam

Toluen

Oksigen katalis V2O3

Benzaldehid, hasil samping : asam benzoate, antraquinon

Etil benzene

Oksigen katalis ZnO

Stirena

asam

maleat,

1.5

Contoh Pabrik dan Produk yang Dihasilkan -

Proses Oksidasi Biokimia Untuk Pengolahan

Limbah Simulasi Cair

Organik Radioaktif

HIDROLISIS

2.1

Pengertian Hidrolisis Hidrolisis merupakan reaksi kimia dimana H2O (molekul dari air) akan

diurai/dipecah kedalam bentuk kation H+ (hidrogen) serta anion OH– (hidroksida) melalui proses kimiawi. Proses tersebut umumnya dipakai dalam memecah suatu polimer tertentu, khususnya polimer dimana terbuat melalui proses bertahap polimerisasi. Istilah hidrolisis sendiri berasal dari kata Yunani yaitu hydro yang berarti air serta lysis dengan arti pemisahan. Secara sederhana arti hidrolisis adalah proses pembelahan ikatan kimia dengan penambahan air. Sebagai contoh yaitu proses sakarifikasi sukrosa. Sakarifikasi merupakan pemecahan karbohidrat menjadi komponen molekul gula melalui hidrolisis. Misal contohnya sukrosa dipecah menjadi fruktosa serta glukosa. Umumnya hidrolisisi maupun sakarifikasi merupakan langkah dalam melakukan degradasi zat. Reaksi kondensasi adalah reaksi kebalikan hidrolisis dimana dua molekul akan bergabung menjadi satu dengan mengeluarkan molekul air saat proses berlangsung. Sehingga perbedaan hidrolisis dan kondensasi adalah pada kondensasi dua jenis molekul akan menyatu dengan membuang air sedangkan hidrolisis menambahkan air guna memecah molekul yang menyatu.

2.2

Reaksi Hidrolisis Hidrolisis merupakan reaksi penguraian garam oleh air atau reaksi ion-ion

garamdengan air. Pada penguraian garam ini, dapat terjadi beberapa kemungkinan, yaitu :  Ion garam bereaksi dengan air menghasilkan ion H

 Ion

garam bereaksi dengan air menghasilkan ion H+, sehingga

menyebabkan [H+] dalaMm air bertambah dan akibatnya [H+] > [OH-], maka larutan bersifat asam.  Ion garam tersebut tidak bereaksi dengan air, sehingga [H+] dalam air akan

tetap sama dengan [OH-], maka air akan tetap netral (pH = 7). Ion garam dianggap bereaksi dengan air, bila ion tersebut dalam reaksinya menghasilkan asam lemah atau basa lemah, sebab bila menghasilkan asam atau basa kuat maka hasil reaksinya akan segera terionisasi sempurna dan kembali menjadi ion-ionnya. Jika ditinjau dari asam dan basa pembentuknya ada empat jenis garam yang dikenal, yaitu ; 1. Garam yang terbentuk dari asam lemah dengan basa kuat 2. Garam yang terbentuk dari asam kuat dengan basa lemah 3. Garam yang terbentuk dari asam lemah dengan basa lemah 4. Garam yang terbentuk dari asam kuat dengan basa kuat 2.3

Mekanisme Reaksi Hidrolisis

Mekanisme hidrolisis selulosa dengan asam

Asam sulfat (H2SO4) merupakan asam yang sering digunakan sebagai katalis kimia. Hidrolisis asam dapat memecah hemiselulosa dengan efektif menjadi monomer-monomer gula (arabinosa, galaktosa, glukosa, manosa, dan xilosa) dan larutan oligomer yang meningkatkan konversi selulosa, (Sun dan Cheng, 2005).

2.4

Aplikasi dalam Industri “Pemanfaatan Limbah Batang Pisang Menjadi Bioetanol Sebagai Energi Terbarukan Menggunakan Hidrolisis Asam Dengan Energi Gelombang” Bioetanol merupakan salah satu jenis bahan bakar nabati cair dari pengolahan

tumbuhan atau biomassa. Batang pisang memiliki kandungan selulosa 39,12 %, potensi kandungan selulosa batang pisang yang besar dapat dimanfaatkan sebagai bioetanol. Sejauh ini pemanfaatan batang pisang sangat minim dan umumnya hanya digunakan sebagai tali. Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengevaluasi potensi batang pisang sebagai sumber bahan bakar alternatif sekaligus menyelesaikan permasalahan pengelolaan limbah pertanian. Bahan baku utama digunakan dalam penelitian ini adalah limbah batang pisang. Pembuatan bioetanol dilakukan tiga tahap yaitu delignifikasi, hidrolisis selulosa pelepah batang pisang menggunakan asam encer (H2SO4 0,5 %) pada suhu 130oC dan 160oC menjadi glukosa dan fermentasi glukosa menggunakan yeast Saccharomyces cereviciae menjadi bioetanol. Bahan lain yang digunakan yaitu H2SO4 untuk hidrolisis dalam suasana asam, NaOH untuk delignifikasi dan aquadest yang berfungsi sebagai pelarut. Pemanasan pada batang pisang mempercepat proses hidrolisis, salah satunya dengan menggunakan energi gelombang mikro. Hidrolisis asam dengan energi gelombang mikro dapat memecah selulosa hanya dalam waktu beberapa menit, sehingga dinilai lebih efisein. Glukosa yang diperoleh

dari

proses

spektrofotometer UV/VIS.

hidrolisis

kemudian

diuji

kadarnya

menggunakan

Bioetanol yang dihasilkan pada hasil akhir harus

dianalisis kadar etanolnya sehingga bisa dimanfaatkan sebagai pengganti energi bahan bakar.

AMINASI 3.1

Mekanisme Reaksi Aminasi a.

aminasi secara reduksi : yaitu proses pembuatan amina berdasarkan reaksi reduksi.

b.

amonolisis : yaitu proses pembuatan 2.amonolisis : yaitu proses pembuatan amina dari reaksi dengan amonia.

a.

Bahan – Bahan / Senyawa yang dapat Direaksikan 1. Alkohol Reaksi aminasi alkohol dapat dilihat sebagai berikut :

Reaksi Aminasi Alkohol (Sianturi, 2009) Contoh dari reaksi aminasi alkohol ini adalah reaksi aminasi dari etanol dan amoniak cair dengan menggunakan katalis Ni/silica. Dalam hal ini suatu campuran ammonia dengan etanol dalam gas hidrogen disirkulasikan melalui katalis nikel pada suhu 105-178 ˚C. Reaksi aminasi juga telah dibuat dengan mereaksikan heksadekanol dengan gas amoniak yang berlangsung pada suhu 180 ˚C dengan menggunakan katalis Ni yang menghasilkan senyawa amina. 2. Polihidroksi Selain itu, reaksi aminasi juga dapat dilakukan terhadap polihidroksi, seperti sorbitol yang mengandung alkohol primer dan sekunder sekaligus dengan amoniak cair yang berlangsung pada suhu 110-140 ˚C, menggunakan katalis Ni, yang menghasilkan 1,2,3,4,5,6 heksaamina heksana. Pada reaksi ini semua gugus hidroksil pada sorbitol telah digantikan dengan gugus NH2 dari amoniak. Reaksinya sebgaai berikut :

Reaksi Aminasi Sorbitol

3. Glukosa Pada reaksi aminasi glukosa, glukosa direaksikan dengan gas amoniak diikuti dengan gas hidrogen, lalu dipanaskan pada suhu 140 ˚C selama 5 jam, menggunakan katalis Ni yang menghasilkan 1-Imina-2,3,4,5,6pentaamina. 4. Gliserol a. Reaksi aminasi gliserol dilakukan dengan memakai natrium amida (NaNH2), akan tetapi pada reaksi ini terdapat kesulitan untuk memisahkan produk diamina dengan NaOH sebagai pemecahan dari NaNH2. Reaksinya sebagai berikut :

Reaksi Aminasi Gliserol dengan NaNH2 b. Reaksi aminasi gliserol dengan menggunakan NaNH2 kurang berhasil oleh karena itu, dicoba dengan cara kombinasi perbandingan terhadap gliserol sehingga diperoleh diamina dengan menggunakan katalis logam Nikel. Reaksi aminasi gliserol diharapkan dapat menghasilkan senyawa 1,3-diamino-2-hidroksi propane. Reaksi gliserol (1,2,3-propanitriol) dengan amoniak dapat dilihat sebagai berikut :

Reaksi Aminasi Gliserol dengan Katalis Ni

b.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Aminasi Faktor-faktor yang Mempengaruhi Amonolisis yaitu: 1. Kelarutan 2. Pengadukan 3. Efek derivat halogen 4. Efek gugus nitro 5. Suhu 6. Konsentrasi NH3 7. Katalis

c.

Contoh Produk / Proses Produk Aminasi Pembuatan Anilin dari Aminasi Klorobenzene Proses aminasi klorobenzen adalah proses pembuatan anilin dengan

mereaksikan klorobenzen dengan amonia cair. Reaksinya adalah sebagi berikut :

Aminasi Klorobenzene menjadi Anilin Klorobenzen cair dialirkan ke rolled steel autoclave yang disusun secara horizontal. Katalis yang digunakan adalah cuprous oxide. Sekitar 0,1 mol cuprous oxide dan 4 – 5 mol dari 28 – 30% amonia ditambahkan per mol klorobenzen. Reaksi dimulai pada suhu 180 ˚C kemudian dipertahankan pada suhu 210 – 220 ˚C dengan pengadukan konstan. Tekanan berkisar 750 – 850 psi. Proses pembuatan anilin dengan metode ini juga menghasilkan reaksi samping dan untuk mengurangi reaksi samping tersebut digunakan larutan amonia yang berlebih. Reaksi samping yang terjadi adalah :

Reaksi Samping Pembuatan Anilin dari Aminasi Klorobenzene Produk reaksi selanjutnya didinginkan sampai suhu 100 ˚C dan dialirkan ke separator untuk memisahkan amonia dan komponen lain. Larutan yang bebas amonia dialirkan menuju absorption dan condensing system recovery. Anilin berada di lapisan bawah dan air berada di lapisan atas. Lapisan bawah mengandung 82% anilin, 5% phenol

dan 1% diphenilamin. Sedangkan lapisan atas terdiri dari 5% anilin, 0,5% phenol, 9% NH4Cl, 3% cuprous oxide dan sekitar 14% amonia. Lapisan air yang berada di atas selanjutnya dialirkan menuju netralizer dimana akan dinetralkan menggunakan sodium hydroxide atau lime. Sedangkan lapisan bawah yang mengandung anilin–air dipisahkan melalui dekantasi. Larutan residu yang terdiri dari sodium phenate dan sodium chloride difiltrasi untuk menghilangkan copper oxide. Lapisan anilin dari bagian bawah separator dinetralkan dengan sodium hydroxide 50%. Campuran selanjutnya didistilasi. Hasil bawah distilasi adalah diphenilamin dan untuk merecovery phenol menggunakan acidifier. Yield yang diperoleh dari proses ini 85 – 90% terhadap klorobenzen.

SULFONASI

4.1

4.2

Mekanisme Reaksi Sulfonasi

Reaksi sulfonasi Reaksi sulfonasi adalah reaksi antara senyawa aromatis atau suatu gugus alkil

dengan asam sulfat pekat.Sebagai contoh adalah reaksi anilin dengan asam sulfat. Reaksinya adalah sebagai berikut: C6H5(NH2) Anilin Atau:

+

H2SO4 as. Sulfat

→

C6H4(NH2)SO3H + H2O as. Sulfanilat

air

SO3H

+H2SO4 →

+ H2O NH2

Anilin mempunyai nama lain yaitu fenilamin atau aminobenzena. Selain itu reaksi sulfonasi juga terjadi pada alkohol.Reaksi sulfonasi antara asam sulfat pekat dengan alkohol dapat menghasilkan ester sulfat monoalkil atau dialkil. Misalnya :

O

O

O

CH3OSOH CH3OSOCH3 CH3OSOCH2CH3 O

O

O

metil hidrogen

dimetil sulfat

metil etil sulfat

sulfat secara singkat reaksi sulfonasi antara alkohol dan asam sulfat adalah sebagai berikut: ROH

+

alkohol

dingin 

H2SO4 asam sulfat

ROSO3H

+

H2O

alkil hidrogen sulfat

air

Diantaranya bahan/ senyawa yang dapat direaksikan: 1. Alkana Disini termasuk sulfoklorinasi dan sulfooksidasi Contoh sulfoklorinasi: RH + SO2 + Cl2

katalisator   RSO2Cl + HCl

Contoh sulfooksidasi: RH + SO2 + O2 + (CH3CO)2 O →

RSO2OOCOCH3 + CH3OH

RSO2OOCOCH3 + SO2 + 2H2O → RSO2OH + CH3COOH + H2SO4 Sulfoklorinasi dipakai dalam industri untuk membuat detergent natrium sulfonat dengan harga murah. Bahan dasar adalah petroleum. Sulfooksidasi dipakai dalam industri untuk memproduksi detergent dari alkana rantai panjang. 2. Olefin Mekanisme reaksi adisi (penambahan)

H H R C = CH2 + HOSO3H

H

H H R C – C OSO3H H H

H

H

R C – C OSO3H + H2O H

H

R C – C – OH + H2SO4 H H

H

Reaksi sulfonasi senyawa olefin ini banyak dilakukan dalam industri pembuatan alkohol. CH2 = CH2 + HOSO3H

CH3CH2OSO3H

CH3CH2OSO3H + H2O

CH3CH2OH + H2SO4

3. Alkohol Sebagai pengsulfonasi:

HOSO3H

H

H

R C – OH + HOSO3H H R – OH + SO3

R C – OSO3H + H2O H

RSO3H

Reaksi sulfonasi ini biasa dilakukan terhadap lauril alkohol menjadi lauril sulfat untuk bahan pencuci sintetis. RCH2OSO3H + NaOH

RCH2OSO3Na + H2O

4. Aldehid Sebagai pensulfonasi: sulfite dan eter kompleks RCHO + NaHSO3

→

HOCH(R)SO3Na

5. Eter ROR + HOSO3H + SO3

ROSO2OR + H2O ROSO2OR

Reaksi sulfonasi menggunakan eter sebagai bahan yang disulfonasi jarang dilakukan karena harganya mahal. 6. Ester Gliserin misalnya minyak jarak, minyak ikan. Disini gugus OH diganti dengan gugus OSO3H.

O

H

H

H

H

. . . . O – C – CH2 – C – C – C = C . . . . . + HOSO3H OH H O S O3 H

Reaksi ini dalam industri dipakai dalam industri kulit. 7. Aromatik Benzen dan toluen dapat disulfonasi kebanyakan untuk (dalam) hasil antara. + HOSO3H

CH3 + HOSO3H

4.3

SO3H

H2O

OH

untuk pembuatan kresol

Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Sulfonasi a. Suhu operasi Makin tinggi suhu, makin besar harga k sehingga makin besar harga kecepatan reaksi. Pengaruh suhu berpengaruh terhadap hasil sulfonasi naphtalen (terhadap arah masuknya gugus SO3H). Suhu juga dapat berpengaruh terhadap warna. b. Zat yang disulfonasi Setiap zat mempunyai tingkat keaktifan yang berbeda. Misalnya pada benzen: gugus alkil akan mempermudah sulfonasi, sedangkan gugus nitro akan mempersulit sulfonasi. SO3 akan mendekati inti benzen atau cabangnya pada daerah yang banyak mengandung elektron. Untuk toluen, sulfonasi lebih mudah masuk pada posisi orto sebab pada posisi ini mengandung elektro terbanyak (pada suhu rendah). Kalau dibiarkan lama sampai tercapai keseimbangan atau dipanaskan sehingga kesetimbangan cepat tercapai maka bentuk orto akan berubah menjadi bentuk para, sebab bentuk para lebih stabil dan tidak terganggu faktor ruang. c. Konsentrasi SO3 Jika menggunakan SO3 dengan konsentrasi paling tinggi, maka dibutuhkan waktu reaksi yang singkat. Kelemahannya adalah :  Panas yang timbul besar, maka harus dihilangkan sebaik-baiknya.

 Tidak baik untuk reaksi fase cair, perpindahan panas akan sulit sebab kekentalan makin lama akan makin besar dan menulitkan pengadukan sehingga menghambat perpindahan panasnya. Penggunaan SO3 lebih baik untuk fase gas sebab pembagian panasnya merata.  Pada reaksi fase cair sering terjadi hasil polisulfonat. d. Pengadukan Pengadukan diperlukan agar panas merata. Untuk reaksi fase gas, gas-gas reaktan dialirkan secara turbulen. Untuk fase cair diaduk dengan pengaduk. Untuk pasta diaduk dengan ball mill atau ditambah zat pelarut untuk mempermudah. e. Lama reaksi f. Konsentrasi H2SO4 g. Jenis bahan baku dan angka iodin

4.4

Peralatan dalam Proses Sulfonasi Salah satu contoh penggunaan proses sulfonasi dalam industri adalah pada

pembuatan asam sulfanilat dengan proses Baking. Alat yang digunakan yaitu : a. Ketel besi tuang, digunakan untuk pencampuran anilin dan asam sulfat pekat. Ketel besi tuang dilengkapi dengan propeller untuk kesempurnaan campuran serta sirkulasi udaranya dapat diatur dengan circulating fan, dan dilengkapi juga dengan coil pemanas karena suhunya diatur pada 100150oC. b. Kondensor refluks, digunakan untuk memanfaatkan kembali sisa anilin dan sulfat agar tidak terbuang begitu saja.

4.5

Contoh Pabrik dan Produk yang Dihasilkan Industri Pertanian : Kajian Pengaruh Suhu Dan Lama Reaksi Sulfonasi Pada

Pembuatan Methyl Ester Sulfonic Acid (Mesa) Dari Metil Ester Minyak Biji Jarak Pagar (Jatropha Curcas L.) Menggunakan Single Tube Falling Film Reactor (Stfr) Skala 5l.

POLIMERISASI 5.1 Mekanisme Reaksi Polimerisasi Polimer merupakan molekul besar (makromolekul) yang terbangun oleh susunan unit ulangan kimia yang kecil, sederhana dan terikat oleh ikatan kovalen. Unit ulangan ini biasanya setara atau hampir setara dengan monomer yaitu bahan awal dari polimer. Polimer tinggi terdapat di alam seperti pati, selulosa, protein, dan kitosan serta dapat disintesis di laboratorium misalnya: polivinil klorida, polivinil alkohol, polimetil metakrilat, poli etilena, dan nilon. Polimerisasi dikelompokan menjadi dua golongan, yaitu polimerisasi adisi dan polimerisasi kondesasi 1. Polimerisasi Adisi Polimerisasi ini melibatkan reaksi rantai dan dapat berupa radikal bebas atau beberapa ion yang menghasilka polimer yang memiliki atom yang sama seperti monomer dalam gugus ulangnya. Polimer ini melibatkan reaksi adisi dari monomer yang ikatan rangkap. Contoh polimer ini yakni polietilen, polipropilen, polivinil klorida.

Gambar Salah satu contoh reaksi polimerisasi adisi

Tahapan raksi polimerisasi adisi adalah: 1. Inisiasi Pada tahap ini terbentuk pusat aktif hasil penguraian suatu inisiator. Penguraian suatu inisiator dapat dilakukan menggunakan panas, peroksida, dan hidroperoksida, senyawa azo, inisiator redoks, sinar UV, radiasi berenergi tinggi (sinar α, β dan γ), serta plasma. 2. Propagasi (perambatan) Pada tahap ini pusat aktif berinteraksi (bereaksi) dengan monomer secara adisi kontinu (berlanjut).

3. Terminasi (pengakhiran) Pada tahapan ini pusat aktif dihentikan. Penghentian ini dapat dilakukan dengan penggabungan radikal atau kombinasi dan disproporsionasi yang melibatkan transfer suatu atom dari satu ujung rantai ke ujung lainnya.

2. Polimerisasi adisi radikal Merupakan suatu jenis polimerisasi adisi yang paling umum. Biasanya radikal bebas dibentuk melalui penguraian zat dengan menggunakan cahaya. Radikal bebas ini menjadi pemicu pada proses polimerisasi. Tahapan polimerisasi radikal bebas adalah: a. Inisiasi Kekhasan reaksi polimerisasi adalah pada tahap inisiasi. Pada pencangkokan secara iradiasi, inisiasinya adalah radikal yang dihasilkan dari proses iradiasi polimer induk. Inisiator (I) mengalami dekomposisi menjadi sumber radikal (R·) dan kemudian radikal akan bereaksi dengan monomer (M) sebagai awal pertumbuhan rantai. I → 2R· R· + M → RM· b. Propagasi Pada tahapan ini adisi kontinu dari monomer pada rantai radikal yang sedang bertumbuh mengakibatkan kenaikan panjang rantai. RM· + M→ RM2· RM2· + M→ RM3· RMn· + M→ RMn+1· c. Terminasi Pada tahapan ini seluruh proses polmerisasi berhenti. Dua rantai polimer yang tumbuh dan mempunyai radikal pada tiap rantainya dapat mengalami reaksi dismutasi dan kombinasi. Reaksi dismutasi yaitu reaksi terminasi yang menghasilkan produk yang jenuh dan tidak jenuh. RMm· + RMn· → RMm + RMn (Rm = produk jenuh, Rn = produk tak jenuh). Reaksi kombinasi yaitu reaksi terminasi yang merupakan gabungan

dari kedua radikal yang bertumbuh. RMm· + RMn· → RMm+nR

3. Polimerisasi Ionik Polimerisasi ionik berlangsung pada suhu rendah, melibatkan pembentukan ion oleh katalis dan ion yang dibentuk dapat berupa ion karbanion (anion) atau ion karbonium (kation). a. Polimerisasi kationik Dalam polimerisasi kationik monomer CH2=CHX, pembawa rantai adalah ion karbanion. Melibatkan penyerangan monomer vinil oleh spesies/katalis asam (elektrofilik) dan katalis Friedel-craft, misalnya AlCl3, AlBr3, TiCl4, SnCl4, H2SO4, dan asam kuat lainnya. Polimerisasi kation paling baik belangsung pada suhu rendah dan sering kali terjadi pada monomer yang mengandung gugus pelepas elektron, sangat dipengaruhi oleh pelarut, dengan pelarut polar ion karbonium mengalami solvasi sehingga terjadipolimerisasi. b. Polimerisasi anionik Pada polimerisasi anion monomer CH2=CHX bertindak sebagai pembawa rantai. Polimerisasi anionik melibatkan penyerangan monomer oleh spesies (nukleofil) menghasilkan pemutusan ikatan rangkap membentuk karbanion. Polimerisasi anion paling baik berlangsung pada suhu rendah. Kestabilan karbanion ditingkatkan oleh gugus penarik elektron seperti gugus siano,nitro, fenil atau karbonil.

4. Polimerisasi Kondensasi Polimerisasi kondensasi adalah reaksi yang terjadi antara dua molekul bergugus fungsi banyak yan menghasilkan molekul besar dengan disertai pelepasan molekul kecil seperti air melalui reaksi kondensasi. Berikut gambar yang merupakan salah satu contoh polimerisasi kondensasi.

Gambar Salah satu contoh reaksi polimerisasi kondensasi

5.2 Faktor- faktor yang mempengaruhi kepolimerisasian: Keberhasilan proses kopolimerisasi sangat dipengaruhi oleh beberapafaktor antara lain konsentrasi monomer. Umumnya semakin tinggi konsentrasisuatu monomer maka hasil grafting semakin meningkat.Konsentrasi monomer memberi pengaruh pada persen grafting karenaberkaitan dengan difusibilitas monomer atau kemampuan monomer berdifusike dalam matriks polimer. Umumnya, difusibilitas monomer akan meningkat dengan meningkatnya konsentrasi monomer. Hal ini disebabkan semakin meningkatnya konsentrasi monomer pada daerah situs aktif polimer. Konsentrasi monomer yang tinggi juga dapat meningkatkan viskositas dan terbentuknya homopolimer. Peningkatan viskositas larutan polimer atau peningkatan pembentukan homopolimer dapat menghalangi difusi monomer ke dalam substrat polimer. Homopolimerisasi adalah peristiwa polimerisasi monomer dengan monomer sejenisnya. Aspek lain yang berkaitan erat dengan proses kopolimerisasi cangkok adalah suhu. Suhu grafting memberikan pengaruh secara bersamaan terhadap laju atau kecepatan propagasi dan kecepatan terminasi rantai yang merupakan kontrol pada proses difusi monomer. Hal itu menunjukan bahwa laju dapat meningkat atau menurun tergantung pada kecepatan reaksi propagasi, sedangkan kecepatan terminasi menjadi tahap pengontrol laju pencangkokan. Dengan demikian, semakin tinggi suhu, kecepatan terminasi rantai juga semakin meningkat. Selain konsentrasi monomer dan suhu, proses kopolimerisasi cangkok juga dipengaruhi oleh waktu. Waktu yang sangat mempengaruhi keleluasaan pusat aktif untuk bereaksi dengan monomer dan difusi monomer ke matriks polimer. Proses kopolimerisasi akan meningkat dengan semakin bertambahnya waktu reaksi. Hal ini disebabkan radikal bebas masih lebih banyak dan lebih berleluasa untuk bereaksi dengan monomer. Faktor lainnya yang turut berperan dalam proses kopolimerisasi adalah pengaruh pelarut, dimana pelarut merupakan media pembawa yang dapat mempengaruhi proses difusi monomer ke dalam bagian aktif matriks polimer. Selain itu, pelarut seperti halnya pelarut organik dapat menggembungkan (swelling) polimer sehingga meningkatkan laju pencangkokan. Konsentrasi pelarut

yang berlebihan diketahui dapat meningkatkan pembentukan homopolimer sehingga menurunkan laju pencangkokan.

5.3 Peralatan yang digunakan pada Proses Polimerisasi 1. Teflon 2. Termometer 3. Neraca 4. Gelas ukur 5. Pipet tetes

5.4 Bahan-bahan atau Senyawa yang direaksikan A. Fosgen (COCl2) B. Bisfenol-a (C15H16O2) C. Metilen Klorida (CH2Cl2) D. Piridin (C5H5N) E. Natrium Hidroksida (NaOH) 50% F. Air (H2O)

Produk yang dihasilkan 1. Polietilena 2. Polipropilena 3. Teflon 4. Polivinil klorida (PVC) 5. Bakelit 6. Polimer Akrilat 7. Polmetilmetakrilat (PMMA) 8. Poliester 9. Karet sintetik

Contoh Industri dan Produk - Polypropylene (PP) – Karpet, jok - Polietilena densitas rendah (LDPE) – tas Grocery

- Polietilen kerapatan tinggi (HDPE) – botol Deterjen, mainan - Poli (vinil klorida) (PVC) – Pipa, decking - Polystyrene (PS) – Mainan, busa - Politetrafluoroetilen (PTFE, Teflon) – panci non-stick, isolasi listrik - Poli (metil metakrilat) (PMMA, Lucite, Plexiglas) – Wajah perisai, skylight - Poli (vinil asetat) (PVAc) – Cat, perekat - Polikloropren (cis trans +) (Neoprene) – Pakaian selam

KARBONASI 6.1

Mekanisme Reaksi Karbonasi Karbonisasi atau pengarangan adalah suatu proses pemanasan pada suhu

tertentu dari bahan-bahan organik dengan jumlah oksigen sangat terbatas, biasanya dilakukan dalam furnace. Proses ini menyebabkan terjadinya penguraian senyawa organik yang menyusun struktur bahan membentuk metanol, uap asam asetat, tar-tar, dan hidrokarbon. Material padat yang tinggal setelah karbonisasi adalah karbon dalam bentuk arang dengan pori-pori yang sempit. Pada proses karbonisasi, arang yang dihasilkan mempunyai daya serap rendah karena masih ada senyawa pengotor diantaranya hidrokarbon, air, dan oksida-oksida. Proses karbonisasi sempurna adalah pemanasan bahan baku tanpa adanya udara sampai temperatur cukup tinggi untuk mengeringkan dan menguapkan senyawa. Selama karbonisasi banyak elemen nonkarbon, hidrogen, dan oksigen diubah menjadi gas oleh dekomposisi pirolisis dari bahan mula-mula, dan atom-atom karbon bebas mengelompok dalam formasi kristalografis yang dikenal sebagai kristal grafit.

Adapun Mekanisme Reaksinya adalah sebagai berikut: 1. Pada suhu 100–120 oC terjadi penguapan air dan sampai suhu 270 oC mulai terjadi peruraian selulosa. Distilat mengandung asam organik dan sedikit metanol. Asam cuka terbentuk pada suhu 200-270 oC. 2. Pada suhu 270-310 oC reaksi eksotermik berlangsung dimana terjadi peruraian selulosa secara intensif menjadi larutan piroligant, gas kayu dan sedikit tar. Asam

merupakan asam organik dengan titik didih rendahseperti asam cuka dan metanol sedang gas kayu terdiri dari CO dan CO2. 3. Pada suhu 310-500 oC terjadi peruraian lignin, dihasilkan lebih banyak tar sedangkan larutan pirolignat menurun, gas CO2 menurun sedangkan gas CO, CH4 dan H2 meningkat. 4. Pada suhu 500-1000 oC merupakan tahap dari pemurnian arang atau kadar karbon. 6.2

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Karbonasi Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi proses karbonasi yaitu :

1.

Waktu karbonisasi. Bila waktu karbonisasi diperpanjang maka reaksi pirolisis semakin sempurna sehingga hasil arang semakin turun tetapi cairan dan gas makin meningkat. Waktu karbonisasi berbeda beda tergantung pada jenisjenis dan jumlah bahan yang diolah. Misalnya : tempurung kelapa 3 jam, sekam padi kira-kira 2 jam dan tempurung kemiri 1 jam.

2.

Suhu karbonisasi. Suhu karbonisasi yang berpengaruh terhadap hasil arang karena semakin tinggi suhu, arang yang diperoleh makin berkurang tapi hasil cairan dan gas semakin meningkat. Hal ini disebabkan oleh makin banyaknya zat-zat terurai dan yang teruapkan. Untuk tempurung kemiri suhu karbonisasi 400 oC, dan tempurung kelapa suhu karbonisasi 600 oC.

3.

Ukuran Bahan Baku Semakin kecil ukuran bahan, maka semakin cepat perataan panas keseluruh umpan, sehingga proses karbonisasi berjalan sempurna.

6.3.1

Proses Karbonasi Proses

karbonisasi

reaksi endotermik atau eksotermik tergantung

dapat pada

suhu

merupakan dan

proses reaksi

kimia yang sedang terjadi. Secara umum hal ini dipengaruhi oleh hubungan suhu karbonisasi, sifat reaksi, dan perubahan fisik/kimiawi yang terjadi. Proses karbonisasi dilakukan melalui dua cara, pertama dengan pemanasan secara langsung dalam tungku yang berbentuk kubah. Pemanasan menggunakan tungku merupakan cara yang paling tua dimana batubara dibakar pada kondisi udara terbatas, sehingga hanya zat terbang saja yang akan terbakar. Jika zat terbang terbakar habis, proses

pemanasan dihentikan. Kelemahannya antara lain terdapat produk samping berupa gas dan cairan yang tidak dapat dimanfaatkan atau habis terbakar, disamping itu produktivitas sangat rendah. Cara kedua adalah karbonisasi batubara dengan pemanasan tak langsung atau sistem distilasi kering.Dalam hal ini batubara ditempatkan pada ruang tegak sempit dan dipanaskan dari luar (pemanasan tak langsung).Melalui dinding baja, panas disalurkan ke dalam tanur bakar yang berisi batubara. Pada suhu sekitar 375 °C 475 °C, batubara mengalami dekomposisi membentuk lapisan plastis di sekitar dinding. Ketika suhu mencapai 475 °C - 600 °C, terlihat munculnya cairan tar (aspal) dan senyawa hidrokarbon(minyak), dilanjutkan dengan pemadatan massa plastis menjadi semi-kokas. Pada suhu 600 °C - 1100 °C, proses stabilitas kokas dimulai. Cara ini selain menghasilkan kokas juga diperoleh produk samping berupa aspal, amonia, gas metana, gas hidrogen dan gas lainnya.Gas-gas tersebut dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar.sedangkan produk cair berupa aspal, amonia dan lain-lain dapat diproses lebih lanjut untuk menghasilkan bahan-bahan kimia, umumnya berupa senyawa aromatik. Adapun Mekanisme Reaksinya adalah sebagai berikut: 1. Pada suhu 100–120 oC terjadi penguapan air dan sampai suhu 270 oC mulai terjadi peruraian selulosa. Distilat mengandung asam organik dan sedikit metanol.Asam cuka terbentuk pada suhu 200-270 oC. 2. Pada suhu 270-310 oC reaksi eksotermik berlangsung dimana terjadi peruraian selulosa secara intensif menjadi larutan piroligant, gas kayu dan sedikit tar. Asam merupakan asam organik dengan titik didih rendahseperti asam cuka dan metanol sedang gas kayu terdiri dari CO dan CO2. 3. Pada suhu 310-500 oC terjadi peruraian lignin, dihasilkan lebih banyak tar sedangkan larutan pirolignat menurun, gas CO2 menurun sedangkan gas CO, CH4 dan H2 meningkat. 4. Pada suhu 500-1000 oC merupakan tahap dari pemurnian arang atau kadar karbon. 6.1

Pengujian Karbonasi Beberapa pengujian untuk karbonisasi adalah sebagai berikut:  Free Swelling Index

Tes ini dilakukan untuk menentukan angka peleburan dengan cara memanaskan sejumlah sampel pada temperatur peleburan normal (kira-kira 800 °C). Lalu setelah pemanasan atau sampai volatil dikeluarkan, sejumlah kokas tersisa dari peleburan. Swelling numberdipengaruhi oleh distribusi ukuran partikel dan kecepatan pemanasan.  Tes karbonisasi Gray-king Tes

Gray-king menentukan

jumlah

padatan,

larutan

dan gas yang

diproduksikan akibat karbonisasi. Tes dilakukan dengan memanaskan sampel di dalam tabung tertutup dari temperatur 300 °C menjadi 600 °C selama 1 jam untuk karbonisasi. Temperatur rendah dan dari 300 °C menjadi 900 °C selama 2 jam untuk karbonisasi temperatur tinggi.  Tes Karbonisasi Fischer Prinsipnya sama dengan metode Gray-king, perbedaan terletak pada peralatan dan kecepatan pemanasan. Pemanasan dilakukan di dalam tabung alumanium selama 80 menit.Aspal dan liquor dikondensasikan kedalam air dingin. Akhirnya didapatkan persentase kokas, aspal, dan air. Sedangkan jumlah gas didapat dengan cara mengurangkannya. Tes fischer umum digunakan untuk batubara dengan rentang rendah (Brown coal lignite) untuk karbonisasi temperatur rendah.  Plastometer gieseler Plastometer gieseler adalah viskometer yang memantau viskositas sampel batubara yang lebih telah dileburkan.Briket batubara yang dikarbonisasi lebih sehat, higienis dan mudah digunakan.Selain itu, harganya relatif murah.Keuntungan

dari

briket

terletak

pada

penggunaan

batubaranya.Batubara yang digunakan untuk briket justru batubara yang berkualitas rendah. Proses karbonisasi akan memengaruhi karakteristik pembakaran.

6.2

Aplikasi dalam Industri Dalam salah satu studi, karbonisasi digunakan untuk membuat katalis baru

untuk

generasi biodiesel dari etanol serta asam

lemak.Katalis

dibuat

oleh

karbonisasi gula sederhana seperti glukosa serta sukrosa. Gula diproses selama 15

jam pada 400 °C di bawah aliran nitrogen hingga residu karbon hitam yang terdiri dari campuran kompleks dari lembaran karbon polisiklik aromatik. Bahan ini kemudian diolah dengan asam sulfat, yang memfungsikan lembaran dengan situs katalitik sulfonit, karboksil, serta hidroksil.

HALOGENASI 7.1

Mekanisme Reaksi Halogenasi Mekanisme reaksi halogenasi dapat dijelaskan sebagai berikut : 1. Reaksi halogenasi terjadi dengan mekanisme radikal. Pada mekanisme reaksi ini digunakan contoh reaksi klorinasi metana

2. Tahap pertama yaitu fragmentasi molekul klorin oleh panas atau cahaya menjadi dua atom klorin. Frekuensi cahaya yang memulai terjadinya reaksi halogenasi pada suatu senyawa adalah frekuensi cahaya yang diserap oleh halogen itu sendiri. Pada tahap ini, masing-masing atom klorin akan mengambil elektron yang terdapat pada ikatan keduanya dan menghasilkan atom klorin yang sangat reaktif.

3. Tahap kedua yaitu atom klorin akan menyerang ikatan hidrogen dari metana dan mengambil hidrogen tersebut, sehingga dihasilkan hidrogen klorida dan metil radikal.

4. Pada tahap ketiga metil radikal akan mengambil satu atom klorin dari molekul klorin yang belum terputus ikatannya dan menghasilkan molekul metil klorida dan atom klorin sehingga atom klorin yang terbentuk akan mengakibatkan repetisi tahap kedua.

7.2

Bahan-Bahan / Senyawa yang Dapat di Halogenasi 1. Alkana secara substitusi, biasanya sebagai hasil antara untuk memperoleh hasil akhir. Reaksi:

RH

+

CH4

+Cl2 CH3Cl + CH2Cl2 + HCl

Cl2 RCl + HCl

2. Olefin, secara addisi dan substitusi Reaksi:

RCH = CH2 +

X2 RCHX – CH2X

RCH = CH2 +

HX RCH2– CH2X

3. Alkohol Reaksi:

ROH + HX

RX + H2O

RCH2OH + X2

RCHXOH + HX

4. Aldehid, keton dan asam Reaksi:

5. Halogenida

6. Senyawa aromatik, secara addisi atau substitusi Reaksi:

7. Senyawa aromatik yang mempunyai rantai cabang Halogenasi bisa terhadap inti dan bisa terhadap cabang.

a. Substitusi pada inti, secara katalitik Reaksi:

b. Substitusi pada cabang,secara termal dan foto reaksi Reaksi:

8. Naphtalin, secara addisi akan diperoleh octachlor naphtalen Reaksi:

9. Karbon disulfida

7.3

Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Reaksi Halogenasi 1. Kereaktifan halogen yang digunakan Kereaktifan halogen akan menurun dari fluorin menuju astatine. Hal ini disebabkan karena energi aktivasi halogen yang semakin besar dari fluorin menuju astatine. Sehingga hal ini akan mempengaruhi keberlangsungan reaksi halogenasi yaitu apabila semakin reaktif maka akan lebih mudah bereaksi dan sebaliknya apabila halogen yang diapakai tidak reaktif maka untuk sulit untuk mencapai keadaan agar dapat bereaksi.

2. Selektivitas

Selektivitas

mempengaruhi

produk

yang

dihasilkan

dari

reaksi

halogenasi.Hal ini dapat mempengaruhi bentuk molekul dan sifat fisika dan kimia prioduk. 3. Zat yang digunakan untuk merekasikan Seperti diketahui pada bagian di atas terdapat beberapa jenis zat yang dapat digunakan untuk melangsungkan reaksi halogenasi. Kegunaan zat halogen yang molekuler akan berbeda dengan kegunaan zat halogen yang terkandung dalam senyawa misalnya NaOX. Penggunaan senyawa tertentu dipengaruhi oleh kecenderungan bereaksi dan biaya.Selain itu, fasa zat halogen juga mempengaruhi jalannya reaksi. 4. Temperatur dan tekanan Pada temperatur dan tekanan kamar, iodine dan bromine tidak bersifat reaktif sehingga hal ini akan menghambat jalannya reaksi halogenasi, sehingga agar dapat menjalankan reaksi diperlukan temperatur dan tekanan tertentu agar reaksi dapat dijalankan.

7.4

Peralatan yang digunakan dalam Halogenasi 1. Reaktor alir berfungsi alat proses tempat di mana terjadinya suatu reaksi berlangsung.

2. Kondensor

alat

penukar

kalor,

menurunkan

temperatur

danmengubah wujud refrigeran dari bentuk gas menjadi cair.

refrigeran,

3. Refluks Kondensor untuk

mengekstraksi sampel

- sampel yang

mempunyai tekstur kasar dan tahan pemanasan.

4. Klorinator berfungsi untuk melarutkan klorin

5. Tangki yang tinggi digunakan untuk penampungan material – material selama proses

7.5.1

Contoh Produk / Proses dalam Industri Produk yang dihasilkan dari reaksi halogenasi adalah Halogenated Butyl

Rubber (Halobutyl). Produk ini merupakan salah satu material yang paling penting dalam pembuatan ban tubeless. Reaksi halogenasi ini dilakukan pada larutan hidrokarbon dengan menggunakan klorin atau bromine dalam perbandingan 1:1 rasio molar dengan

enchained isoprene. Reaksi berlangsung cepat; klorinasi lebih cepat. Baik butyl rubber yang terklorinasi ataupun terbrominasi dapat diproduksi pada pabrik yang sama. Tetapi terdapat perbedaan dalam peralatan dan kondisi operasi. Waktu reaksi yang lebih lama diperlukan untuk reaksi brominasi. Larutan butyl rubber direaksikan dengan klorin dan bromine pada reactor berpengaduk cepat dengan temperature 40 – 60 oC. untuk masalah keamanan, klorin dimasukkan dalam fasa gas atau fasa cair encer karena dalam fasa cair klorin bereaksi hebat dengan larutan butyl rubber. Akan tetapi, bromine dapat digunakan baik dalam fasa cair ataupun uap karena laju reaksi yang rendah. Produk samping reaksi halogenasi, HCl atau HBr, dinetralisasi dngan larutan kaustik encer pada mixer dengan intensitas tinggi. Antioksidan dan penstabil seperti kalsium stearat dan minyak kedelai yang terepoksidasi juga ditambahkan. Kemudian larutan tersebut diumpan ke sistem solvent-removal dimana steam dan air menguapkan solven dan menghasilkan partikel karet yang berbentuk serpihan dalam air. Secara umum, lead flash drum dioperasikan pada lOS-120 °C dan 200-300 kPa (2-3 atm). Kondisi pada tahap stripping akhir adalah 101°C dan 105 kPa (1.04 atm). Heksana dapat dihilangkan sampai 0,5 – 1 % berat dengan menggunakan steam. Karet yang telah dipisahkan dalam air dimasukkan pada unit finishing. Temperatur ekstrusi dijaga tetap rendah untuk mencegah dehydrohalogenasi dari halogenated butyl rubber.