Pembuatan Phthalic Anhidryde dari Orto-xylene

Phthalic anhidrida, isobenzofuran-1,3-dion, telah diproduksi secara komersial terus menerus sejak 1872 ketika BASF mengembangkan proses oksidasi naftalena. Itu adalah anhidrida pertama dari asam dikarboksilat untuk digunakan secara komersial dan pentingnya sebanding dengan asam asetat. Turunan yang paling penting dari anhidrida phthalic adalah plasticizer dan, pada tingkat lebih rendah, resin dan pewarna poliester. Sekitar 60 tahun setelah penemuannya pada tahun 1836 oleh A.LAURENT, proses komersial yang lebih efektif untuk produksi diperkenalkan, yang didasarkan pada oksidasi naftalena fase cair dengan katalisator merkuri. Terobosan yang menyebabkan produksi komersial dari produk yang berkualitas adalah pengembangan oksidasi fase gas naftalena atau o-xilena dalam aliran udara dengan vanadium oksida sebagai katalisnya. 

Phthalic anhydride adalah senyawa organik sintetis, yang merupakan produk intermediate sebagai bahan baku pembuatan DOP (dioctyl phthalate) yang lazim digunakan sebagai zat pelunak / plasticizer yang dipakai pada proses pembuatan PVC, kulit sintetis  dan lain sebagainya. Selain itu phthalic anhydride juga digunakan dalam pembuatan UPR (unsaturated polyester resin), alkyd resin, bahan pewarna tertentu serta digunakan sebagai bahan campuran dalam pembuatan herbisida, polyester polyol, diallyl phthalates dan isotonic anhydride. 

REAKSI KIMIA

Saat ini oksidasi o-xylene dan naftalena dilakukan di dalam reaktor fixedbed yang didinginkan oleh garam cair (molten salt). Rasio massa udara terhadap  o-xylene harus besar umumnya di atas 25 : 1 untuk mencegah terjadinya ledakan. Reaksi terjadi pada suhu 350-450°C dan tekanan operasi 2.5 atm. Konversi o-xylene sekitar 95%.

Selain pembentukan phthalic anhidrid ada banyak reaksi samping yang tidak diinginkan yang dapat menurunkan yield, termasuk reaksi oksidasi phthalic anhidrid menjadi carbon dioksida dan air. Ada juga reaksi  samping pembentukan maleat anhidrid. Jika suhu naik maka kemungkinan reaksi samping akan semakin membesar.Yield phthalic anhidrid sekitar 50%. 

Persamaan reaksi oksida o-xylene dapat digambarkan sbb:

URAIAN PROSES

Ortho xylene dari tangki  penyimpan dipompa ke vaporizer untuk menguapkan ortho xylene pada tekanan 3 atm dan suhu sekitar 190⁰C. Uap o-xylene kemudian dipanaskan  lebih lanjut di heat exchanger (HE) memanfaatkan gas panas hasil reaksi dari Reaktor sehingga suhu menjadi 350°C,

Pada saat yang sama udara sekeliling dialirkan dan ditekan dengan kompresor sehingga tekanan naik menjadi 2.7 atm suhu sekitar 155°C kemudian dipanaskan  lebih lanjut di heat exchanger (HE) memanfaatkan gas panas hasil reaksi dari Reaktor sehingga suhu menjadi 350°C,

Uap o-xylene dan udara diumpankan ke dalam Reaktor pada suhu umpan 350°C dan tekanan 2.6 atm. Reaktor yang digunakan adalah Reaktor Fixedbed Multitubular dengan katalisator vanadium pentaoksida (V₂O₅) dan pendingin berupa molten salt HITEC. Panas reaksi yang terjadi sangat besar sehingga dibutuhkan pendinginan yang efektif agar suhu tidak naik ekstrim dan menimbulkan ledakan. Untuk itu juga dibutuhkan udara umpan yang sangat besar agar bisa meratakan panas reaksi yang terjadi.

Hasil reaksi dimanfaatkan panasnya dengan memanaskan umpan udara dan o-xylene sebelum didinginkan di condensor parsial. Hasil pendinginan dari CD parsial kemudian ditampung di separator untuk memisahkan embunan yang terjadi dari gas-gas. Embunan yang terdiri atas air, xylene, maleat anhidrid dan phthalic anhidrid kemudian diumpankan ke dalam menara distilasi 01 (MD-01).

Menara distilasi 01 (MD-01) memisahkan air dan xylene dari maleat anhidrid dan phthalic anhidrid pada kondisi vakum 0.1 atm.  Hasil atas berupa air dan xylene diumpankan ke dalam unit pengolah lanjut. Hasil bawah berupa maleat anhidrid dan phthalic anhidrid dipisahkan lagi di menara distilasi 02 (MD-02).

Menara distilasi 02 (MD-02) beroperasi pada tekanan vakum 0.01 atm.  Hasil atas MD-02 berupa maleat anhidrid 99% yang kemudian didinginkan di flaker 01 (FL-01) sehingga membentuk padatan maleat anhidrid. Phthalic anhidrid diperoleh sebagai hasil bawah MD-02 dengan kemurnian 99.7%, selanjutnya didinginkan di flaker 02 (FL-02) sehingga membentuk padatan.

DIAGRAM ALIR

DATA UNTUK REAKTOR

Jenis : Reaktor Fixedbed Multutubular

☻Kondisi operasi
Suhu	: 350-450°C
Tekanan	: 2.6 atm
Sifat reaksi	: eksotermis
Kondisi proses	: non adiabatis–isothermal
Pendingin	: HITEC ( molten salt )

☻Katalisator
Jenis	:  V2O5 (vanadium pentaokside)
Bentuk	:  silinder
Ukuran	:  0.22 in x 0.40 in
Bulk density	:  576 576 kg/m3
Partical density	:  1173 kg/m3

  ☻ Kinetika reaksi

       ( Chemical Reactor Design For Process Plants; vol.2; Howard F.Rase, 1977 )

Persamaan kecepatan reaksi :       

r1	=  k1.pA.pO
r2	=  k2.pB.pO
r3	=  k3.pA.pO
r4	= 15 % (r1 – r2)

 ln k₁ = -27000/RT + 19.837

 ln k₂ = -31000/RT + 20.86

 ln k₃ = -28600/RT + 18.97 

r1 = C8H10 menjadi C8H4O3 dan H2O	,  kmol/kg kat.jam
r2 = C8H4O3 menjadi CO2 dan H2O	,  kmol/kg kat.jam
r3 = C8H10 menjadi CO2 dan H2O	,  kmol/kg kat.jam
r4 = C8H10 menjadi C4H2O3, CO2 dan H2O	,  kmol/kg kat.jaml
k1,k2,k3 = konstanta kecepatan reaksi	,  kmol/j.kg kat.atm²

pA = tekanan parsial C₈H₁₀                      ,  atm

pB = tekanan parsial C₈H₄O₃                  ,  atm

pO = tekanan parsial O₂                         ,  atm

Data US Patent untuk pembuatan phthalic anhidrid dari o-xylene adalah United States Patent 4077984,  7 Maret 1978 dengan label Manufacture of phthalic anhydride from o-xylene or naphthalene.

Download United States Patent 4077984