Pembuatan Metil Klorida dari Metanol dan Asam Klorida-BAB I

1.1. Latar Belakang
Metil klorida merupakan senyawa klorometana selain metilen klorida dan karbon tetraklorida. Senyawa metil klorida dapat diproduksi dengan proses hidroklorinasi fase gas metanol, sehingga bahan baku utama metil klorida adalah metanol dan asam klorida. Metanol dan asam klorida, keduanya adalah reaktan berharga murah. Oleh karena itu akan lebih menguntungkan jika dijadikan bahan baku untuk membuat metil klorida, karena metil klorida adalah pelarut yang harganya lebih mahal. Penggunaan proses hidroklorinasi dari metanol akan lebih menguntungkan jika produk yang diinginkan hanya metil klorida dan dengan kapasitas pabrik yang kecil (Mc Ketta).

92% metil klorida yang dihasilkan di Amerika Serikat digunakan sebagai feedstock dalam pembuatan bahan lanjutan metil klorosilane. Metil klorosilane digunakan dalam produksi fluida silikon, elastomer, dan resin. Namun paling besar digunakan sebagai fluida silikon, dimana digunakan dalam tingkatan yang luas dari produk termasuk proses pembantu seperti agen antifoaming, agen pelepasan, dan pelumas ringan. Metil klorida juga digunakan dalam bidang kimia untuk produk konsumsi seperti kosmetik, auto polishes, pelitur furniture, dan lapisan kertas (www.OxyChem.com). Pembuatan tertramethyl lead dan tripatane (2,2,3,-trimethylbutane) sebagai bahan tambahan anti ketukan untuk bensin, adalah penggunaan paling luas dari metil klorida (www.cdc.gov). Metil klorida juga digunakan dalam sintesis berbagai senyawa, dan sebagai pengekstraks untuk lemak, minyak, dan resin. Metil klorida juga telah digunakan sebagai bahan pembakar dalam aerosol dan pembuatan obat (drugs) terlarang (www.inchem.org).
Dalam pembuatan metil klorida diperlukan ketelitian karena kondisi reaksi tidak menyukai kompetisi reaksi untuk 2 molekul metanol yang bergabung untuk membentuk dimetil eter. Akan tetapi reaksi utama pembentukan metil klorida tetap dominan karena dimetil eter yang terbentuk sangat sedikit (Rase).

1.2. Tinjauan Pustaka
1.2.1. Macam-macam Proses
Macam-macam proses pembuatan metil klorida secara komersial yang dikembangkan dewasa ini adalah :
1. Klorinansi metana
Menurut Mc Ketta (1972), secara umum metil klorida dengan metode klorinasi metana dapat dibuat dengan beberapa cara, antara lain :
1. Proses thermal chlorination
2. Proses photochlorination
3. Proses klorinasi metana dengan katalis alumina
Pada proses klorinasi metana, metil klorida bukan merupakan produk tunggal, karena terbentuk produk lain seperti karbon tetraklorida dan kloroform.
Pada klorinasi metana digunakan klorin dan metana sebagai bahan baku, dengan reaksi berjalan eksotermis.
Reaksi :
CH4 + Cl2 --------> CH3Cl + HCl
CH3Cl + 2Cl2 --------> CH2Cl + HCl
CH2Cl2 + Cl2 --------> CHCl3 + HCl
2CH3Cl2 + 3Cl2 --------> 2CCl4 + HCl
Proses klorinasi metana menghendaki kemurnian metana tinggi, sehingga diperlukan alat cryogenic destilasi untuk treatment gas alam, yang investasi peralatan ini cukup mahal, yield proses klorinasi metana 80-85% (Kirk Othmer, Vol5, 1993).
2. Hidroklorinasi metanol
Dari Weissermel, pembuatan metil klorida dengan metode hidroklorinasi metanol dapat dibuat dengan dua cara :
1. Pembuatan metil klorida dari metanol dan asam klorida pada fase gas.
CH3OH + HCl-------->CH3Cl + HCl
Reaksi ini dilakukan pada suhu 100-150oC dengan kelebihan tekanan yang tipis baik tanpa katalis maupun dengan katalis homogen seperti ZnCl2 atau FeCl3.
2. Pembuatan metil klorida dari metanol dan asam klorida pada fase cair.
CH3OH + HCl-------->CH3Cl + HCl
Reaksi ini dilakukan pada suhu 300-380oC dan pada tekanan 3-6 bar dengan katalis heterogen seperti ZnCl2, CuCl2, H3PO4 dengan bantuan SiO2, atau dengan Al2O3 pada fixed atau fluidized bed.
Dari www.freepatentonline.com, reaksi berlangsung pada fase gas dan menggunakan katalis dalam bentuk padat atau cair. Kondisi reaksi harus dijaga, karena dapat membentuk dimetil eter. Reaksi :
CH3OH-------->CH3OCH3 + H2O
Metanol-------->dimetil eter air

1.2.2. Pemilihan Proses
Dari kedua proses yang ada dipilih proses hidroklorinasi metanol dengan pertimbangan :
a. Produk yang diinginkan hanya metil klorida, sedangkan klorinasi metana selain metil klorida juga menghasilkan produk lain seperti metilen klorida, kloroform, dan karbon tetraklorida (Othmer,1993). Pada hidroklorinasi metanol, selain produk metil klorida, juga dihasilkan produk samping dalam jumlah sangat sedikit yaitu dimetil eter. Akan tetapi dimetil eter dapat direduksi dengan melakukan proses paling tidak pada dua reaktor operasi dengan memasukkan seluruh umpan asam klorida yang dibutuhkan ke dalam reaktor pertama sementara memisahkan pemasukan umpan metanol terutama sebagai uap, diantara reaktor (www. patentstorm.us).
b. Yield pada proses hidroklorinasi metanol dapat mencapai 95% sedangkan proses klorinasi metana sebesar 80-85% (Kirk Othmer,1993).
c. Pada proses klorinasi metana, metana sebagai bahan baku harus memiliki kemurnian tinggi sehingga diperlukan biaya yang mahal (Mc Ketta).
1.2.3. Kegunaan Produk
Penggunaan metil klorida dewasa ini adalah untuk antara lain untuk :
a. Bahan baku untuk pembuatan silikon.
b. Bahan baku untuk pembuatan kosmetik, produk rumah tangga, dan makanan.
c. Komponen penting dalam butyl rubber.
d. Bahan baku untuk memproduksi cationic polymer yang digunakan sebagai flokulan dalam pengolahan air
1.2.4. Sifat Fisis dan Kimia Bahan dan Produk
1.2.4.1. Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku Utama

a. Metanol (CH3OH)
Sifat-sifat fisis
Berat molekul, gram/mol : 32,042
Titik didih (1atm), oC : 64,7
Suhu kritis,oC : 239,43
Tekanan kritis, kPa : 8096
∆Hf (liquid) pada 25oC, J/mol : -201.170
∆Gf(liquid) oada 25oC, J/mol : -162.620
Densitas pada 25oC, g/ml : 0,787
Kapasitas panas cair, J/mol oK
Cp = 40,125 + 3,1046E-01T+(-1,0291E-03)T2+1,4598E-06T3
Kapasitas panas gas, J/mol oK
Cp = 40,046+(3,8287E-02)T+(-2,4529E-04)T2+(-2,1679E-07)T3+(5,9909E-11)T4
( Yaws, 1999 )
Sifat-sifat kimia
a. Pembuatan eter
Dimetil eter terbentuk dengan dehidrasi metanol dengan katalis alumina pada suhu 300oC.
2CH3OH + RCOOH --------> CH3OCH3 + H2O
b. Reaksi dengan asam klorida
Metanol dapat bereaksi dengan asam klorida melalui reaksi hidroklorinasi secara substitusi :
CH3OH + HCl --------> CH3Cl + H2O
c. Dekomposisi
Metanol dapat terdekomposisi menjadi CO dan H2
CH3OH --------> CO + H2
d. Dehidrogenasi dan oksidasi parsial
Reaksi secara komersial dari metanol adalah dehidrogenasi dan oksidasi menjadi formaldehid. Reaksi bisa dijalankan menggunakan katalis dengan adanya udara :
CH3OH --------> HCHO + H2
2CH3OH + O2 --------> HCCHO + 3H2O
( Kirk Othmer, 1993 )
b. Asam Klorida ( HCl )
Sifat-sifat fisis
Berat molekul, g/mol : 36,5
Titik didih ( 1 atm), oC : -83,0314
Suhu kritis, oC : 51,55
Tekanan kritis, atm : 82,5
ΔHf (liquid) pada 25oC, J/mol : -92.300
ΔGf (liquid) pada 25oC, J/mol : -95.30
Densitas pada 25oC, g/ml : 1,268
Viskositas, 20oC, cp : 0,0156
( Yaws, 1999 )
Sifat-sifat kimia
a. Reaksi dengan oksida logam
Fe2O3 bereaksi pada suhu temperatur 300 C menghasilkan FeCl2 dan H2O.
b. Reaksi dengan zat pengoksidasi
HCl dan O2 bereaksi dalam fasa gas menghasilkan klorin.
HCl + O2 --------> 2Cl2 + 3 H2O
c. Reaksi substitusi dan hidroksil alifatik dengan asam klorida
ROH +HCl --------> RCl + H2O
Untuk alkil yang lebih tinggi, katalis ZnCl digunakan untuk kontak reaksi dalam fasa cair. Untuk alkohol rendah seperti metanol dapat direaksikan dengan HCl melalui reaksi hidroklorinasi menggunakan katalis padat.

(Perry, 1996 )
1.2.4.2. Sifat Fisis dan Kimia Bahan Pembantu
Katalis Alumina gel
- Bentuk : padat spheris
- Warna : putih
- Ukuran : 1,68-2,38 mm
- Bulk density : 0,85-0,92 g/ml
- Porositas : 58,4-58,9
(www.indonetwork.co.id)
1.2.4.3. Sifat Fisis dan Kimia Produk
a. Metil Klorida (CH3Cl)
Sifat-sifat Fisis
Berat molekul, g/mol : 50,53
Titik didih ( 1 atm), C : -25,73
Suhu kritis, C : 143
Tekanan kritis, atm : 65,9
ΔHf (liquid) pada 25 C, J/mol : -86.320
ΔGf (liquid) pada 25 C, J/mol : -62.890
Viskositas, 20 C, cp : 0,244
( Yaws, 1999 )
Sifat-sifat Kimia
a. Metil klorida mempunyai kemampuan metilasi melalui reaksi Friedel Crafis, Grignard reagent dan Wurtz synthesis.
CH3Cl + C6H6 --------> C6H5 + HCl (Crafis)
CH3Cl + Mg --------> CH3MgCl (Grignard)
2CH3Cl + 2Na --------> CH6 + 2NaCl
(Wurtz)
b. Metil klorida akan bereaksi kuat dengan Al menghasilkan metal alumina klorida yang digunakan sebagai katalis untuk polimerisasi dan hidrogenasi dari hidrokarbon.
3CH3Cl + Al -------->(CH3)3AlCl3
c. Silikon bereaksi dengan metal klorida dengan adanya Cu akan menghasilkan dimetil klorida silane.
2CH3Cl + Si-------->(CH3)2SiCl2
Reaksi ini adalah tahap intermediet dalam penyediaan silikon.
d. Tetramethyl lead digunakan sebagai bahan pencampur bensin, dibuat dengan mereaksikan metil klorida dengan campuran Pb monosodium sebagai katalis digunakan AlCl3.
4CH3Cl + 4NaPb-------->(CH3)4Pb + 4NaCl + 3Pb
e. Metil klorida akan bereaksi dengan amina tersier membentuk quartenary ammonium klorida. Senyawa ini sangat penting dalam produksi detergen, fungisida, dan desinfektan.
(Kirk Othmer, Vol 5, 1993)
b. Air (H2O)
Sifat-sifat fisis
Berat molekul, g/mol : 18
Titik didih : 100
Suhu Kritis : 647,13
Tekanan kritis : 220,5
∆Hf (liquid) pada 25oC, J/mol : -241.800
∆Gf (liquid) pada 25oC, J/mol : -228.600
Densitas pada 25oC : 1
Kapasitas panas cair, J/mol.K :
Cp=92,053+(-3,9953E-02)T+(-2,1103E-04)T2+(5,3469E-07)T3
Kapasitas panas gas(J/mol.K) :
Cp=33,933+(-8,4186E-03)T+2,9906E-05T2+(-1,7825E-08)T3+3,6934E-12T4
Sifat-sifat kimia
a. Dibentuk melalui reaksi: H+ + OH- → H2O
b. Mampu menghidrolisis ester menjadi senyawa-senyawa pembentuknya:
2RCOOR + H2O-------->RCOOH + ROH
c. Mudah melarutkan zat-zat,baik cair,padat maupun gas.
(Vogel, 1985)

1.2.5. Tinjauan Proses Secara Umum
Proses hidroklorinasi adalah suatu proses dengan atom halogen yang berasal dari asam klorida bergabung dengan suatu senyawa organik.Proses hidroklorinasi meliputi:
1. Reaksi adisi
2. Reaksi substitusi
Senyawa yang dapat dibuat pada proses hidroklorinasi dengan reaksi adisi adalah kloroolefin dan diolefin.Pembuatan kloroolefin dalam hal ini adalah vinil klorida dengan bahan bakunya adalah gas asetilen dan HCl.
HC Ξ CH + HCl → H2C = CHCl
Proses hidroklorinasi dengan reaksi substitusi terjadi pada pembuatan metal klorida
CH3OH + HCl → CH3Cl + H2O
metanol asam klorida metal klorida air
Pada reaksi ini ion hidroksil digantikan oleh ion klorin dari asam klorida. Pada proses hidroklorinasi ini, tidak hanya penambahan klorida saja yang spesifik tapi juga katalisnya. Kebanyakan katalis yang digunakan adalah pembawa halogen seperti Pb, Sb, dan P dengan valensi dua,namun sebagai katalis kurang stabil jika dibandingkan dengan valensi yang lebih tinggi. Karbon aktif, clay dan alumina dapat digunakan sebagai katalis pada proses ini (Kirk Othmer, Vol 5, 1993).

Posted in: perancangan proses,teknik kimia