Tugas PIK 01_13011077

PHENOL Jawahir Asy Mahdy Maro

13011077

Program Studi Teknik Kimia

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Bandung

Maret, 2014

TK3205 - Proses Industri Kimia Phenol

1

Phenol merupakan senyawa dengan gugus hidroksil yang berikatan dengan

benzene maupun cincin benzenoid. Secara terminologi, phenol berasal dari kata

phene yang merupakan nama lama dari benzene. Dengan adanya penambahan

gugus hidroksil, nama senyawa ini berubah menjadi phenol. Struktur senyawa

phenol ini ditunjukkan oleh Gambar 1.

Gambar 1. Struktur Kimia Senyawa Phenol

Karakateristik fisik dari phenol ini sangat dipengaruhi oleh gugus hidroksil

karena adanya ikatan hidrogen. Secara umum, karakteristik fisik dari phenol ini

direpresentasikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Tabel Karakteristik Phenol

Physical Property Nilai

Berat atom molekular 94

Titik leleh 43oC

Titik didih (1 atm) 132oC

Kelarutan di air (25oC) 8,2 g/100 mL

Senyawa phenol ini sendiri memiliki berbagai jenis turunan. Beberapa jenis

turunan dari phenol ini antara lain :

- Cresol

- Xylenol

- Resorcinol

- Bisphenol

Karakteristik fisik dari senyawa phenol dibandingkan dengan senyawa-

senyawa turunannya dapat dilihat pada Tabel 2.


2

Tabel 2. Tabel Karakteristik Senyawa Phenol dan Turunannya

Nama MW MP (oC) BP (oC) pKa 25oC

Phenol 94,1 40,9 181,8 10,00

o-Cresol 108,1 31,0 191,0 10,32

m-Cresol 108,1 12,2 202,2 10,09

p-Cresol 108,1 34,7 201,9 10,27

2,3-Xylenol 122,2 72,6 216,9 10,54

2,4-Xylenol 122,2 24,5 210,90 10,60

2,5-Xylenol 122,2 74,9 211,1 10,41

2,6-Xylenol 122,2 45,6 201,0 10,63

3,4-Xylenol 122,2 65,1 227,0 10,36

3,5-Xylenol 122,2 63,3 221,7 10,19

Resorcinol 110,1 109,8 276,5 -

Bisphenol-A 228,3 157,3 - -

A. BAHAN BAKU PEMBUATAN PHENOL

Phenol pertama kali diisolasi dari coal tar pada awal abad ke-19. Secara

umum, bahan baku dalam proses pembuatan phenol ini berbeda-beda

bergantung dengan metode pembuatannya. Bahan baku dan utilitas pada

pembuatan phenol bersama kapasitasnya dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 2. Kapasitas Bahan Baku dan Utilitas pada Pembuatan Phenol


3

Dapat diperhatikan dari Tabel 3, bahan baku utama yang digunakan ialah

benzene. Hal ini sesuai dengan struktur asal dari phenol itu sendiri yaitu cincin

benzene. Properti fisik dari benzene dapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel 4. Tabel Karakteristik Benzene

Properti Fisik Nilai

Berat molekul 78,1121 g/mol

Densitas (20oC) 0,8786 g/mL

Titik leleh 5,5 oC

Titik didih 80,1 oC

Kelarutan dalam air (15 oC) 0,8 g/L

Viskositas (20oC) 0,652 cP

B. PROSES PEMBUATAN PHENOL

Secara umum, pembuatan phenol dapat melalui 5 jenis proses. Kelima jenis

proses pembuatan phenol tersebut ialah :

a. Proses Preoksidasi Cumene

Cumene merupakan nama umum dari isopropylbenzene. Proses

pembuatan phenol dari cumene ini merupakan metode yang paling umum

digunakan. Hampir 97% industri phenol di dunia, menggunakan proses

pembuatan phenol dari cumene.

Secara umum, proses pembuatan phenol ini dilakukan dengan cara oksidasi

cumene menggunakan oksigen (udara) untuk membentuk cumene

hydroperoxide (CHP). Gugus peroksida dari senyawa tersebut akan

terdekomposisi menjadi phenol dan aseton, menggunaan mineral asam kuat.

Proses tersebut dibantu menggunakan katalis. Reaksi pembuatan phenol dari

cumene ini dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Reaksi Proses Pembuatan Phenol dari Cumene


4

Gambar 2. Reaksi Proses Pembuatan Phenol dari Cumene (lanjutan)

Secara umum, pada proses ini mula-mula cumene diemulsikan kedalam

larutan natrium karbonat menggunakan natrium stearate sebagai emulsifier.

Kemudian emulsi cumen inilah yang dioksidasi dalam oxidizer menggunakan

udara pada tekanan atmosfer selama 3 hingga 4 jam menggunakan katalis

seperti tembaga, kobalt, maupun garam mangan (manganese salt).

Temperatur reaksi tersebut dijaga pada 160-260oC. Sedangkan tingkat

keasamannya dijaga pada 8,5-10,5. Sebagai hasil oksidasi ini, cumene

hydroperoxide terbentuk. Kemudian, peroksida yang terbentuk didekomposisi

menggunakan sulphuric acid 5-50% pada acidifier. Kondisi yang digunakan pada

umumnua berkisar pada 45-46oC di bawha tekanan. Hasil dekomposisi ini

merupakan phenol (15%), acetone (9%) dan cumene (73%). Sisanya merupakan

senyawa-senyawa seperti methylstyrene dan acetophenone. Senyawa-senyawa

tersbeut kemudian dipisahkan pada separator.

Hasil pemisahan tersebut merupakan cumene dan aseton. Untuk

meningkatkan kemurnian dari phenol ini, maka proses yang dilakukan ialah

sebagian dari campuran tersebut didaur ulang menggunakan ekstraktor maupun

distilasi. Sehingga hasil akhir dari produksi phenol ini ialah phenol dengan

kemurnian hingga 92% dan aseton sebagai produk sampingan.

Salah satu industri yang mengguanakan metode ini ialah INEOS phenol.

Diagram alir proses dari pembuatan phenol menggunakan metode preoksidasi

cumene pada industri ini dapat dilihat pada Gambar 3.


5

Gambar 3. Diagram Alir Proses Pembuatan Phenol secara Preoksidasi Cumene

Dari Gambar 3 dapat dilihat bahwa, cumene dioksidasi menggunakan

oksigen menggunakan oksigen dari udara menjadi CHP. Aliran cumene ini

kemudian mengalir kedalam kolom bubble. Udara ditambahkan pada bagian

bawah reaktor. Transfer oksigen terjadi dari gelembung udara menuju cumene.

Pada reaksi ini terjadi autokatalisasi. Kolom bubble ini beroperasi pada tekanan

sekitar 700 kPa dengan rentang temperatur sekitar 80-120oC. Reaksi yang terjadi

ialah -117 kJ/mol. Waktu tinggal dalam reaktor ini terjadi dalam beberapa jam.

Temperatur dari kolom ini diatur menggunakan internal maupun eksternal heat

exchanger. Konsentrasi keluaran dari CHP ini berada pada rentang 20-40%w/w.

Pada proses oksidasi ini, terdapat beberapa produk samping seperti

pembentukan DMBA (dimethylbenzyl alcohol) dan acetophenone (ACP). Selain


6

itu terdapat pula beberapa produk samping seperti asam format dan asam

asetat. Untuk itu ditambahkan beberapa unit untuk menghilangkan pengotor-

pengotor hasil proses oksidasi. Salah satu unit tersebut ialah unit distilasi vakum

multitahap.

Produk dari proses oksidasi setelah melewati unit pemurnian ialah 65-

90%w/w CHP. Selanjutnya setelah melewati beberapa reaksi, produk keluaran

proses ini masuk kedalam plug flow reactor. Kondisi operasi reaktor ini diatur di

atas 100oC. Temperatur dari reaksi ini akan semakin meningkat dengan

penambahan CJP atau mengontakkan reaksi dengan steam. Selanjutnya, proses

berlangsung hingga phenol masuk ke dalam kolom phenol untuk dimurnikan

mendapatkan phenol dengan kemurnian tinggi.

b. Proses Raschig

Proses ini pertama kali dilakukan pada tahun 1932 oleh Khoene-Poulenc.

Pembuatan phenol ini menggunakan chlorobenzene yang dibuat melalui

oksiklorinasi benzene dengan campuran HCl dan udara pada kondisi operasi

tekanan udara dan temperatur 240oC.

Gambar 3. Reaksi pembuatan klorobenzen

Pada proses tersebut katalis yang digunakan ialah CuCl2.FeCl3/Al2O3.

Konversi benzene yanga ada dijaga pada rentang 10-15% untuk mengatur evolusi

panas pada fixed-bed catalyst dan untuk menekan pembentukan diklorobenzen.

Kemudian untuk menghasilkan fenol, maka dilakukan hidrolisis dengan

pemanasan menggunakan steam pada suhu 400 hingga 500oC menggunakan

katalis silika. HCl yang terbentuk pada proses ini kemudian di-recycle .

Selanjutnya phenol yang terbentuk dimurnikan menggunakan distilasi vakum.

Salah satu contoh diagram alir proses dari proses ini dapat dilihat pada Gambar

4.


7

Gambar 4. Diagram Alir Proses Raschig dalam Pembentukan Phenol

c. Proses oksidasi dua tahap toluene

Pada metode ini, toluene dalam fasa cair dioksidasi menggunakan udara

pada reaktor. Kondisi operasi reaksi yaitu pada 40-70 psi dengan kehadiran

katalis kobalt pada temperatur 150oC. Keluaran reaktor ini ialah asam benzoat

dan juga air. Reaksi berlangsung secara eksotermik sehingga untuk menjaga

temperatur, perlu dilakukan pendinginan secara eksternal.

Kemudian asam benzoat pada suhu 150-200oC yang merupakan keluaran

reaktor ini kemudian ditransfer menuju kolom distilasi. Pada kolom distilasi ini

dilakukan pemisahan asam benzoat terhadap toluen dan air. Toluen yang

terpisahkan kemudian didaur ulang menuju reaktor oksidasi yang pertama.

Selanjutnya, asam benzoat murni ini diumpankan kedalam reaktor kedua

untuk dilakukan oksidasi menggunakan udara dan steam pada tekanan 20-25 psi


8

dan temperatur 230oC. Selama reaksi berlangsung katalis yang diguanakn ialah

tembaga benzoat/mangan. Selanjutnya proses berlangsung di dalam extractor

untuk memisahkan tar dan asam benzoat dari reaktor kedua.

Kemudian phenol yang telah terbentuk bersama asam benzoat

dimasukkan ke dalam dua buah kolom distilasi untuk dilakukan pemurnian

secara seri. Phenol yang didapatkan memiliki kemurnian hingga 80%. Reaksi dari

proses ini ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Reaksi Oksidasi Toluene

d. Proses sulfonasi benzene

Metode ini merupakan metode yang paling tua untuk digunakan pada

sintesis fenol. Prosesnya secara umum dibagi menjadi empat tahap yaitu :

- Sulfonasi, dimana benzene direaksikan dengan asam sulfat untuk

membentuk asam benzene sulfonat pada temperatur 150-170 oC

- Neutralisasi, asam benzene sulfonat kemudian direaksikan dengan

natrium sulfat untuk membentuk natrum benzene sulfonat

- Peleburan, natrium benzene sulfonat dilebur dengan natirum hidroksida

untuk membentuk natrium fenoksida

- Asidifikasi, asam suldat dan natrium fenoksida direaksikan untuk

membentuk phenol dan natrium sulfat

Secara umum, proses ini menggunakan tipe proses batch karena reaksi

pada fusionator sangat lambat. Waktu tinggal reaktor yang dibutuhkan pada

proses tersebut ialah 5 hingga 6 jam. Secara umum diagram alir proses dari

proses sulfonasi benzene menjadi phenol ini ditunjukkan pada Gambar 6.


9

Gambar 6. Process Flow Diagram Proses Sulfonasi Benzene Menjadi Phenol


10

e. Hidrolisis kaustik benzene

Diagram alir proses pembuatan phenol melalui metode ini dapat dilihat

pada Gambar 7.

Gambar 7. Process Flow Diagram Pembuatan Phenol melalui Hidrolisis

Kaustik Benzene

Metode pembuatan fenol melalui reaksi hidrolisis kaustik benzene ini

secara umum terbagi menjadi tiga tahap yaitu :

1. Klorinasi

C6H6 + Cl2 ---> 850C , Fe- --> C6H5Cl (klorobenzene)

2. Kaustisasi

C6H5Cl +NaOH (aq)---> C6H5NaO

3. Hidrolisis

C6H5NaO + HCl(aq) ---- > C6H5OH + NaCl(aq)

Mula-mula benzene yang berada pada kondisi keringnya direaksikan

dengan klorin bersama katalis besi maupun besi klorida anhidrat pada

temperatur 85oC. Hasil reaksi ini membentuk klorobenzen pada tower klorinasi.


11

Kemudian benzene yang tidak terkonversi akan didaur ulang. Selanjutnya

klorobenzen ini direaksikan dengan 10% larutan soda kaustik. Hasilnya ialah

senyawa diphenly oxide yang kemudian dipompa menuju preheater dan masuk

ke dalam multi tubes reactor sehingga reaksi kautisasi berlangsung. Kondisi

reaksi yang terjadi ialah pada 425oC dan tekanan 350 atm. Selanjutnya campuran

hasil reaksi ditransfer menuju neutralizer melalui eeffluent heat exchanger. Pada

neutralizer ini phenol dihasilkan.

C. MANFAAT

Dalam kehidupan sehari-hari, fenol biasa dimanfaatkan sebagai berikut :

- Sebagai antiseptik. Hal ini disebabkan oleh sifat fenol yang mampu

mengkoagulasi protein. Dalam hal ini dikenal istilah koefisien fenol (KF),

yaitu perbandingan konsentrasi fenol atau konsentrasi zat untuk

mematikan suatu macam bakteri dalam waktu yang sama

- Sebagai bahan baku dalam pembuatan obat obatan misalnya asam

salisilat, asam pikrat dan lain lain

- Sebagai zat warna, fenol dapat digunakan sebagai pewarna buatan tapi

dengan konsentrasi yang kecil.

- Sebagai lem kayu, fenol mempunyai daya rekat yang kuat jika fenol telah

direduksi menjadi resin, dan lain lain

Jika ditinjau lebih dalam, phenol memiliki peran penting dalam pembuatan

polikarbonat dimana turunan phenol yang digunakan ialah senyawa bisphenol-A.

Selain itu ketika phenol diolah menjadi sikloheksanol, senyawa ini dapat

digunakan untuk produksi poliamida. Phenol juga digunakan untuk membuat

polimer yang thermoset. Gambar 8 menunjukkan penggunaan phenol.

Gambar 8. Diagram Penggunaan Phenol

41%

30%

8%

21%

bisphenol-A

phenolic resins

cyclohexanol

others


12

D. INDUSTRI PEMBUATAN PHENOL

Secara umum, phenol termasuk salah satu bahan kimia yang dibutuhkan

sebagai bahan baku pembuatan senyawa lain. Kebutuhan dunia terhadap phenol

ini diperkirakan pada Gambar 9. Sedangkan kapasitas produksi phenol di dunia

dapat dilihat pada Gambar 10.

Gambar 9. Total Kebutuhan Dunia akan Phenol (2009)

Gambar 10. Kapasitas Produksi Phenol di dunia (2009)

Di Indonesia sendiri masih belum ada pabrik yang secara murni

memproduksi phenol. Menurut Independent Chemical Information Services,

terdapat dua buah perusahaan phenol yang berencena didirikan di Indonesia

seperti pada Tabel 5.


13

Tabel 5. Daftar Perusahaan Phenol di Indonesia

Nama Lokasi Kapasitas

(ton/tahun)

Status

Kumenindo Kridanusa Balongan,

Indramayu

120.000 planned

Makasar Petrosel Barru,

Sulawesi

Selatan

120.000 planned

Sementara itu, secara global, perusahaan yang memegang peran penting

dalam produksi fenol ditunjukkan pada Tabel 6.

Tabel 6. Daftar Produsen Major Phenol di Dunia (2008)

Dapat dilihat dari Tabel 8 bahwa INEOS Phenol merupakan perusahaan

phenol dengan kapasitas terbesar di dunia. Perusahaan ini terletak di Jerman.

Gambar 11 menunjukkan plant phenol perusahaan ini.


14

Gambar 12. Plant Produksi Phenol dari INEOS

Sebagai tambahan, berikut adalah proyeksi kebutuhan dan kapasitas

produksi phenol di dunia, yang ditunjukkan pada Gambar 13.

Gambar 13. Proyeksi Kebutuhan dan Kapasitas Phenol di Dunia (IHS Chemical)


15

DAFTAR PUSTAKA

ACN. 1999. A Healthy Forecast. [online] https://www.icis.com/Articles/1999

/11/01/97986/a-healthy-forecast.html diakses pada 12 Maret 2014 pukul

22.45

Baal, Roger Van. 2012. Phenol Capacity Expansions and Trade Flow Impacts.

Integra : The 2nd ICICS Asian Phenol-Acetone Conference

Pandia, Rajeev M. 2009. Global Phenol Global Phenol- -Acetone Markets.

Cologne, Jerman : Global Petrochemicals Conference

Phenol. The University of York. [online] http://essentialchemicalindustry.org/

chemicals/phenol.html diakses pada 12 Maret 2014 pukul 20.22

Rappoport, Z. 2003. The Chemistry of Phenols. England : John Wiley and Sons,

Inc.

Techonology in Indian Phenol Industry. 2009. India : Ministry of Science and

Technology, Department of Scientific and Industrial Research

Walter,Prahl. dan Mathes Wilhelm. 1933. Manufacture of Phenol. UNITED

STATES PATENT OFFICE number US2035917 A

Warren, Kaeding, Robert, Lindblom, Temple, dan Mahon. 1965. Oxidation of

Toluene and Other Alkylated Aromatic Hydrocarbons to Benzoic Acids and

Phenols. Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev.journal halaman 97-101

Weber, Manfred dan Markus Weber. 2010. Phenols. Phenolic Resins: A Century

of Progress Journal halaman 9-23

Tugas PIK 01_13011077

Documents