Phenol Synthesis Process Method.docx

PHENOL SYNTHESIS PROCESS METHOD Written by: Shella Putri

Introduction Phenol merupakan senyawa organik yang memiliki gugus hidroksil (―OH) yang terikat pada atom C cincin aromatic. Phenol juga memiliki nama lain yaitu monohydroxybenzene (C6H5OH) yang juga dekenal dengan benzenol atau carbolic acid. Phenol sebenarnya mirip dengan alkohol namum memiliki ikatan hidrogen yang lebih kuat, oleh karena itu phenol dapat larut dalam air sedangkan alkohol tidak. Phenol juga memiliki titik didih yang lebih tinggi dibandingkan dengan alkohol. Secara fisik phenol memiliki bentuk seperti kristal berwarna putih ketika dalam bentuk solid dan ketika dalam bentuk liquid membentuk larutan yang berwarna bening pada temperatur ruang, namun phenol dapat juga memungkinkan bersifat highly toxic dan caustic. Kegunaan Phenol Phenol banyak digunakan untuk keperluan rumah tangga maupun industri. Misalnya dengan konsentrasi yang rendah phenol dapat digunakan sebagai desinfectant dan untuk mouthwash. Phenol juga dapat digunakan sebagai antiseptic, pada tahun 1865 ahli bedah Joseph Lister menggunakan phenol sebagai antiseptic untuk mensterilkan peralatan operasinya. Sebenarnya phenol cukup toxic namun dengan konsentrasi yang tepat dapat dimanfaatkan dalam kehidupan kita ini. Ada senyawa phenol yang tingkat toxic nya rendah dibandingkan dengan senyawa phenol lainnya yaitu :  

n-hexylresorcinol digunakan sebagai antiseptic Butylated hydroxytoluene (BHT) digunakan sebagai antioksidan pada makanan

Diindustri phenol dapat digunakan sebagai starting material untuk membuat plastik, peledak seperti piric acid dan obat – obatan seperti aspirin misalnya. Jenis – Jenis Senyawa Phenol Banyak senyawa phenolic ditemukan dan digunakan jauh sebelum para kimiawan menemukan struktur dan memberi namanya. Senywa phenol yang sering digunakan dan paling umum adalah vanillin, salicylic acid, pyrocatechol, resorcinol, cresol, hydroquinone, and eugenol

Synthesis Phenol Beberapa metode yang digunakan di laboratorium untuk mensintesis phenol diantaranya dapat dilakukan melalui: 

Melalui ester rearrangement prosesnya disebut dengan Fries rearrangement



Melalui rearrangement n-phenylhydroxylamines prosesnya disebut dengan Bamberger rearrangement



Melalui hydrolis phenolic ester atau senyawa ester lainnya



Melalui reduksi quinones



Melalui penggantian gugus aromatic amine dengan gugus hydroxyl menggunakan air dan sodium bisulfate melalui rekasi Bucherer reaction



Melalui hydrolysis garam diazonium



Melalui oligomerasi dengan reaksi formaldehyde + katalis basa dengan epiepichlorohydrin menjadi komponen epoksi resin



Melalui reaksi acetone / ketone menjadi bisophenol A yang merupakan monomer untuk pembuatan resin (epoksi resin)



Melalui reaksi rearrangement dienones dalam dienone phenol rearrangement



Melaui oksidasi aryl silanes melalui variasi oksidasi Fleming– Tamao

Namun yang paling umum digunakan dalam proses sintesis phenol yaitu ada 5 metode yaitu : Phenol Production by Benzene Sulfonation Process Proses pembuatan phenol berbahan dasar benzene dengan proses sulfonasi ini merupakan metode yang paling tua diantara metode pembuatan phenol yang lainnya dan teknologi prosesnya dikenal dengan teknologi proses Mosanto. Proses secara umumnya yaitu benzene direaksikan dengan asam sulfat untuk membentuk benzene sulfonic acid pada temperatur 150oC samapi 170 oC, pada tahap ini prosesnya disebut dengan sulfonation process. Kemudian benzene sulfonic acid direaksikan dengan sodium sulfite sehingga benzene sulfonic acid berubah menjadi benzene sulonate, pada tahap ini prosesnya disebut dengan neutralization process. Setelah itu sodium suphonate dimasukan kedalam fusinator untuk difusi-kan dengan sodium hydroxide pada suhu diatas 300oC sehingga menghasilkan sodium penoxide, pada tahap ini prosesnya disebut dengan fusion process. Kemudian sodium phenoxide direaksikan dengan sulfuric acid dan sulphur dioxide didalam acidifier sehingga menghasilkan phenol. Phenol yang dihasilkan belumlah murni, maka untuk meningkatkan kemurniannya digunakan stripper untuk memisahkan phenol dengan garam yang terbentuk sebagai by-product. Karena dikhawatirkan masih terdapat garam terlarut dalam phenol maka sekali lagi untuk meningkatkan kemurnian phenol digunakan kolom distilasi vakum untuk memisahkan dari garam terlarut dalam phenol. By-product yang dihasilkan adalah sodium sulfite yang merupakan garam yang terbentuk dari hasil reaksi, garam yang sudah dipisahkan dari produk utama phenol kemudian di alirkan ke dalam crystalizer untuk dikristalisasi dan selanjutnya akan di recycle ke unit neutralizer. Berikut adalah reaksinya dan prosesnya dalam bentuk PFD. Reaksi yang terjadi :

Process Flow Diagram:

Phenol Production by Benzene Chlorination Process (Dow Process) Proses pembuatan phenol dari benzene dengan proses chlorination sebenarnya melibatkan 3 proses utama diantaranya proses chlorination yaitu mengubah dry benzene menjadi chlorobenzene, kedua proses causticization dan terakhir adalah hydrolisis. Proses lengkapnya yaitu, benzene dalam kondisi dyr basis artinya sudah tidak ada kandungan air lagi direaksikan dengan gas Cl2 dengan menggunakan katalis FeCl3 pada temperatur 85 oC membentuk chlorobenzene didalam chlorination tower, kemudian benzene yang tidak terkonversi direcycle untuk masuk ke chlorination tower kembali. Setelah itu chlorobenzene tersebut direaksikan dengan 10% larutan basa NaOH dimana Cl yang berikatan dengan benzene akan bereaksi dengan atom hydrogen pada larutan basa sehingga dapat menghilangkan tail gas dan menghasilkan water vapour, produknya adalah senyawa oksida yaitu diphenyl oxide atau sodium phenoxide yang kemudian dipompakan ke preheater dan dialirkan kedalam multi tube reactor dimana reaksi causticization berlangsung pada temperatur 425oC dan tekanan 350 atm, kemudian hasil reaksi causticization tersebut dialirkan ke HE dan kemudian ke neutralizer, dimana pada alat neutralizer proses netralisasi berlangsung dimana hasil reaksi causticization direaksikan dengan HCl membentuk phenol dan garam NaCl sebagai by-product. By-product kemudian dipisahkan dari phenol menggunakan separator, top product separator dialirkan ke kolom distilasi untuk memurnikan phenol dari dephenyl oxide pada phenol yang belum terkonversi dan bottom productnya adalah diphenyl oxide direcycle ke unit neutralizer. Untuk reaksi dan PFD-nya adalah sebagai berikut :

1. Chlorination 𝐶6𝐻6 + 𝐶𝑙2 → 85℃ , 𝐹𝑒 → 𝐶6 𝐻5 𝐶𝑙 (𝐶ℎ𝑙𝑜𝑟𝑜𝑏𝑒𝑛𝑧𝑒𝑛𝑒) 2. Causticization 𝐶6 𝐻5 𝐶𝑙 + 𝑁𝑎𝑂𝐻 (𝑎𝑞) → 𝐶6 𝐻5 𝑁𝑎𝑂 (𝑆𝑜𝑑𝑖𝑢𝑚 𝑃ℎ𝑒𝑛𝑜𝑥𝑖𝑑𝑒) 3. Hydrolysis 𝐶6 𝐻5 𝑁𝑎𝑂 + 𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑞) → 𝐶6 𝐻5 𝑂𝐻 + 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑎𝑞)

Process Flow Diagram :

Phenol Production by Benzene Hydrochlorination / Catalytic Process Proses synthesis phenol menggunakan metode ini adalah metode yang melibatkan oksidasi langsung pada benzene. Pada prosesnya awalnya feed benzene dan recycled phenol (phenol + water) dimasukan ke unit ekstraktor, dimana pada unit ini benzene dan phenol akan dipisahkan dari water. Benzene + phenol menjadi top product dan bottom product nya adalah water, dimana bottom product water tersebut akan dialirkan kedalam scrubber unit. Kemudian top product akan dialirkan ke kolom distilasi untuk dipisahkan antara benzene dan phenol dimana phenol dan impuritis lainnya berada pada bottom product dan top productnya adalah benzene. Kemudian phenol + impurities tersebut dialirkan ke unit fractinator untuk lebih memurnikan phenol yang dihasilkan. Sedangkan benzene akan dialirkan ke reaktor untuk proses hydrochloronation yaitu dengan mereaksikan benzene, HCl dan O2 pada temperatur 220oC dengan konversi sebesar 20% benzene yang terkonversi menjadi benzly chloride. Kemudian hasil reaksi tersebut dipisahkan dari reaktan yang tidak terkonversi di unit fractinator, dimana reaktan yang tidak terkonversi tersebut akan di recycle kembali. Benzyl chloride kemudian dialirkan kedalam reaktor lagi untuk reaksi hydrolisis yaitu dengan mereaksikan benzyl chloride dengan katalis silika dan air, reaktor yang digunakan adalah multitube reactor yang

didalam shell nya dialiri pemanas untuk mencapai temperatur reaksi. Setelah selesai dengan proses hydrolisis dihasilkan phenol dan HCl dalam kondisi vapour. Produk tersebut didinginkan menggunakan partial condenser sehingga phenol dan HCl dapat terpisah. Kemudian HCl direcycle menuju ke reaktor hydrochlorination. Phenol yang dipisahkan dari HCl kemudian dialirkan ke unit scribber untuk memurnikan dari impuritis baik itu HCl maupun benzyl chloride yang tidak terkonversi menjadi phenol, proses pemisahan menggunakan scrubber dilakukan dalam beberapa stage untuk menghasilkan phenol yang benar – benar murni. Berikut adalah reaksi dan PFD-nya First reaction • Benzene + HCl + Oxygen → Benzyl chloride + Water • Catalyst: FeCl3 + CuCl2 • Operating conditions: 240°C and atmospheric pressure Second reaction • Benzyl chloride + water → Phenol + HCl • Catalyst: SiO2 • Here, HCl is regenerated and will be recycled. • Operating conditions: 350°C and atmospheric pressure Process Flow Diagram

Phenol Production by Toluene 2 Stage Oxidation Process Untuk proses produksi phenol menggunakan metode ini prosesnya yaitu, toluene liquid dioksidasi oleh udara (O2) di reaktor dibawah tekanan 40 psi sampai 70 psi dengan menggunakan katalis soluble cobalt yang dijaga suhu reaktornya pada 15 oC. Hasil dari reaksi tersebut adalah benzoic acid dan air, reaksi di reaktor tersebut bersifat eksotermik dan temperatur dijaga dengan menggunakan external cooling yang dialirkan melaui jaket reaktor. Kemudian benzoic acid yang bersuhu 150 – 200 oC dialirkan ke kolom distilasi untuk dipisahkan dari reaktan yang tidak terkonversi dan air. Toluene yang sudah terpisahkan kemudian direcycle untuk dikembalikan ke reaktor pertama yaitu oxidizing reactor 1. Setelah diperoleh pure benzoic acid kemudian dialirkan ke oxidizing reactor 2 yaitu direaksikan dengan oksigen untuk membentuk phenol, air dan steam pada tekanan 20 – 25 psi dengan temperatur 230 oC dengan bantuan katalis manganese. Produk dari oxidizing reactor 2 kemudian dialirkan ke unit ekstraktor untuk dipisahkan dari benzoic acid yang tidak terkonversi dan air, steam yang dihasilkan kemudian di recycle untuk masuk ke oxidizing reactor 2. Setelah melewati extractor maka kemudian dialirkan lagi ke kolom distilasi 2 stage, untuk stage pertama phenol dipisahkan dari benzoic acid yang masih ada kemudian benzoic acid direcycle ke reactor 2 dan pada stage 2 phenol dipisahkan dari senyawa aromatik yang mungkin masih terbawa oleh phenol sehingga menghasilkan pure phenol. Untuk yield keseluruhan berkisar 75-80%. Untuk reaksi dan PFD – nya adalah

Oxidation to Benzoic acid.  Toluene + Oxygen → Benzoic acid + Water.  Catalyst: Cobalt Naphthenate.  Operating conditions: 150°C and 3 atms.  Exothermic reaction. Oxidation of Benzoic acid to phenol  Benzoic acid + Oxygen → Phenol + CO2.  Catalyst: Cupric Benzoate.  Operating conditions: 220°C and 1.3 – 1.7 atms.  This reaction is also exothermic.

Process Flow Diagram

Phenol Production From Cumene (Isopropylbenzene) Phenol dapat dibuat dari senyawa benzene, awalnya senyawa benzene diubah terlebih dahulu menjadi senyawa isopropylbenzene (cumene) dengan mereaksikan senyawa benzene dengan propilen dan asam asetat. Kemudian hasilnya dioksidasi sehingga menghasilkan senyawa cumene hydroperoxide (CHP) kemudian untuk mengubahnya menjadi phenol cumene hydroperoxide direaksikan dengan katalis dengan mengasilkan produk samping yaitu acetone. Berikut adalah reaksi dan PFD -nya

Process Flow Diagram

Kesimpulan pemilihan metode didasarkan pada tabel berikut berdasarkan sumber [11][12]

DAFTAR PUSTAKA

[1] https://www.britannica.com/science/phenol [2] https://www.researchgate.net/publication/228896642_Sample_preparation_in_the_determ ination_of_phenolic_compounds_in_fruits [3] http://rushim.ru/books/mechanizms/chemistry-of-phenols.pdf [4] https://nptel.ac.in/courses/103103029/22 [5] https://study.com/academy/lesson/phenol-preparation-reactions.html [6] https://www.cliffsnotes.com/study-guides/chemistry/organic-chemistry-ii/phenols-andaryl-halides/synthesis-of-phenols [7] https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Organic_Chemistry/Supplemental_Modules_(Or ganic_Chemistry)/Phenols/Synthesis_of_Phenols [8] https://www.toppr.com/guides/chemistry/alcohols-phenols-and-ethers/preparation-ofphenols/ [9] https://www.kullabs.com/classes/subjects/units/lessons/notes/note-detail/9613 [10]

http://enggyd.blogspot.com/2010/09/phenol-production-by-benzene.html

[11]

http://enggyd.blogspot.com/2010/09/cholorobenzene-caustic-process-for.html

[12]

http://www.greener-industry.org.uk/pages/phenol/8PhenolProdMethods3.htm