BAB II DESKRIPSI PROSES

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

BAB II DESKRIPSI PROSES

II.1

Spesifikasi Bahan Baku, Bahan Pendukung, dan Produk Spesifikasi Bahan Baku 1. Metanol a.

Bentuk

: Cair

b.

Warna

: Tidak berwarna

c.

Densitas

: 789-799 kg/m3

d.

Viskositas

: 0,0541 Ns/m2

e.

Kemurnian

: 99,5%

f.

Impuritas (H2O)

: 0,5% (PT. Kaltim Methanol Industri)

2. Isobutilena a.

Bentuk

: Cair

b.

Warna

: Tidak berwarna

c.

Densitas

: 589 kg/m3

d.

Viskositas

: 0,0179 Ns/m2

e.

Kemurnian

: 99,9%

f.

Impuritas

: - N-butana

0,05%

- Butena

0,05%

commit to user

11

(Linan Euro-China Co. Ltd)


digilib.uns.ac.id

Spesifikasi Bahan Pendukung (Katalis) 1. Amberlyst 15 a.

Bentuk

: Pellet

a.

Diameter

: 0,00074 m

b.

Porositas (ε)

: 0,32

c.

Bulk density

: 1012 kg/m3 (PT. Dow Chemical)

Spesifikasi Produk 1. Metil Tersier Butil Eter a.

Bentuk

: Cair

b.

Warna

: Tidak berwarna

c.

Densitas

: 743-746 kg/m3

d.

Viskositas

: 0,0310 Ns/m2

e.

Kemurnian

: 99%

f.

Impuritas

: - Isobutilena - Metanol

0,05% 0,05%

(Lyondellbasell Industries N.V.)

commit to user

12


II.2.

digilib.uns.ac.id

Konsep Proses Dasar Reaksi Pembuatan Metil Tersier Butil Eter dengan bahan baku Metanol dan

Isobutilena merupakan reaksi eterifikasi. Reaksinya adalah sebagai berikut :

+

Methanol

Isobutilena

Metil Tersier Butil Eter

Reaksi berlangsung dalam fase cair - cair dengan katalis padat. Oleh karena itu reaktor yang dipilih adalah reaktor fixed bed. Katalis yang digunakan pada reaksi eterifikasi metanol dengan isobutilen menjadi MTBE adalah Amberlyst 15. Reaksi bersifat eksotermis, tetapi panas yang dihasilkan reaktor relatif kecil maka tidak memerlukan sistem khusus pemindahan panas. Reaksi ini dijalankan pada suhu 333,15 K dan tekanan 6,06 bar (Ziyang, 2001). Mekanisme Reaksi Reaksi pembentukan Metil Tersier Butil Eter termasuk reaksi heterogen yang melibatkan dua fase yaitu reaktan dalam fase cair dan katalis dalam fase padat. Reaktan berfase cair berupa metanol dan isobutilena bersifat saling melarutkan karena alkohol merupakan salah satu pelarut isobutilena (Matheson Tri-Gas Inc., 2008). Oleh karena itu, mekanisme yang terjadi mengikuti mekanisme reaksi fase gas dengan katalis padat. Maka mekanisme yang terjadi

commitberikut to user: pada reaksi secara umum adalah sebagai

13


digilib.uns.ac.id

1. Adsorpsi reaktan A ke permukaan, kemudian molekul reaktan A berikatan dengan sisi aktif katalis. 2. Reaksi dipermukaan antara reaktan A dan B menghasilkan produk. 3. Desorpsi produk dari permukaan aktif katalis. Kondisi Operasi Reaksi berlangsung dalam reaktor fixed bed yang dioperasikan pada suhu sekitar 333,15-338,43 K dan tekanan 6,06 bar. Pada kondisi tersebut, konversi isobutilena menjadi metil tersier butil eter mencapai 95%. Suhu dan tekanan yang digunakan pada perancangan ini adalah 333,15 K dan 6,06 bar. Pemilihan suhu dan tekanan tersebut mempertimbangkan beberapa hal sebagai berikut: 1.

Reaksi pembuatan metil tersier butil eter merupakan reaksi reversible, pemilihan suhu operasi pada suhu 333,15 K karena merupakan suhu yang menghasilkan konversi maksimal.

2.

Reaksi pembentukan metil tersier butil eter bersifat eksotermis dimana akan terjadi kenaikan suhu pada saat reaksi berlangsung sehingga suhu perlu dijaga agar tetap pada rentang yang ditentukan. Tinjauan Kinetika Persamaan kecepatan reaksi eterifikasi isobutilena dengan metanol

menghasilkan metil tersier butil eter (MTBE) seperti berikut: CH 3OH  (CH3)2 C  CH 2 (CH3 )3 C  O  CH 3

commit to user

14


digilib.uns.ac.id

Pada umumnya, model kinetika pada reaksi antara isobutilen dan metanol reaksi yang paling menentukan adalah reaksi permukaan sehingga persamaan reaksi dapat dituliskan sebagai berikut -r =

Dengan nilai,

=

dan

Sehingga persamaan dapat diubah menjadi seperti berikut

dimana, =

, kecepatan pembentukan MTBE , konstanta kesetimbangan / min 130.147 J/mol = -56,4444 J/(mol.K) = 24.418 J/mol

, kecepatan pembentukan MTBE pada 25oC , energi aktivasi , perubahan entropy pada reaksi , enthalpy adsorbsi (Ziyang,2001)

Tinjauan Termodinamika Tinjauan secara termodinamika ditujukan guna mengetahui sifat reaksi (endotermis/eksotermis) dan arah reaksi (reversible/ irreversible).

Penentuan

panas reaksi berjalan secara eksotermis atau endotermis dapat dihitung dengan commit to user perhitungan panas pembentukan standart (Hfo) pada P= 1,01 bar dan T= 15


digilib.uns.ac.id

298,15oK. Pada proses pembentukan Metil Tersier Butil Eter terjadi reaksi sebagai berikut: Ditinjau dari segi termodinamika dengan harga-harga ΔHf masing-masing komponen pada suhu 25 °C (298,15 K) dapat dilihat pada Tabel II.1 Tabel II.1 Harga ΔH°f Masing-masing Komponen Komponen

Harga ΔH°f (J/mol)

CH3OH

-201.170

C4H8

-16.900

C5H12O

-292.880 (Yaws,1999)

Maka, ΔHR(298,15K)

= ΣΔHof produk – ΣΔHof reaktan = ( ΔHof C5H12O ) – ( ΔHof CH3OH + ΔHof C4H8 ) = (-292.880) – ( (-201.170) – (-16.900) ) J/mol = -108.610 J/mol

Karena harga ΔHR

298,15 K

bernilai negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.

Sifat reaksi kimia yang reversible atau irreversible dapat diketahui dari harga konstanta kesetimbangan. Data energi Gibbs pada 298,15 K dapat dilihat pada Tabel II.2 Tabel II.2 Harga ΔG°f Masing-masing Komponen Komponen

Harga ΔG°f (J/mol)

CH3OH

-162.510

C4H8

58.070

C5H12O

-125.440

commit to user

16

(Yaws,1999)


ΔGof (298,15K)

digilib.uns.ac.id

= Σ ΔGof produk – Σ ΔGof reaktan = (ΔGof C5H12O ) – (ΔGof CH3OH + ΔGof C4H8 ) = (-125.440) – ( (-162.510) + (58.070) ) J/mol = -21.000 J/mol

II.3.

Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses Proses pembuatan Metil Tersier Butil Eter dari metanol dan isobutilena

dengan proses eterifikasi menggunakan katalis Amberlyst 15 dapat dibagi menjadi tiga tahap, yaitu: 1. Tahap Persiapan Bahan Baku Tahap ini bertujuan menyiapkan metanol dan isobutilena sebelum direaksikan di dalam reaktor. Isobutilena dari tangki penyimpanan (T-01) yang bersuhu 303,15 K dan tekanan 4,05 bar dialirkan dan bertemu dengan isobutilena recycle dari menara distilasi 1 (MD-01). Kemudian cairan dinaikkan tekanannya mencapai 6,06 bar. Metanol dari tangki penyimpanan (T-02) yang bersuhu 303,5 K dan tekanan 1 atm dinaikkan tekanannya mencapai 6,06 bar. Kemudian metanol dan isobutilena bertemu pada Tee 1 sebelum masuk heater (HE01). Heater berfungsi menaikkan suhu sampai 333,15 K agar sesuai dengan kondisi operasi reaktor (R-01). 2. Tahap Pembentukan Produk Metanol dan isobutilena dialirkan ke reaktor agar bereaksi menghasilkan metil tersier butil eter. Tahap reaksi terjadi dalam reaktor commit to user

17


digilib.uns.ac.id

Fixed Bed Singletube, reaksi berlangsung pada suhu 333,15 K dan tekanan 6,06 bar. Reaksi yang terjadi sebagai berikut: CH3OH + CH2=C(CH3)2

CH3OC(CH3)3

Reaksi berlangsung secara eksotermis, non-isotermal, adiabatis. Karena reaksi eksotermis, reaktor dioperasikan pada suhu rendah. Pada reaktor yang bekerja secara non isotermal akan terjadi kenaikan suhu reaksi, yang menyebabkan konversi semakin berkurang. Sehingga pada reaksi tersebut, konversi optimum yang bisa dicapai adalah 95%. Hasil reaksi berupa MTBE dan sisa isobutilen, butana, butena, metanol, dan air keluar dari reaktor (R-01) pada suhu 338,43 K dengan tekanan 5,99 bar. 3. Tahap Pemurnian dan Pemisahan Produk Tahap ini bertujuan memisahkan produk dari sisa-sisa reaktan sampai memenuhi spesifikasi produk yang ada dipasaran. Tahap pemisahan dan pemurnian produk terdiri dari : a. Produk keluaran reaktor sebagai umpan menara distilasi 1 (MD01), dipanaskan terlebih dahulu dalam heater (HE-02) sampai mencapai suhu 370,65 K dan tekanan 4,05 bar. Kemudian umpan dialirkan menuju menara distilasi 1 (MD-01) guna memisahkan MTBE dengan isobutilena. Hasil atas menara distilasi 1 berupa isobutilena, butena, butana, dan MTBE dikondensasi dalam condenser 1 (CD-01) sampai suhu 307,75 K. Dari condenser 1, cairan di pompa ke accumulator 1 (ACC-01) dimana sebagian direfluks. Sedangkan sisanya diumpankan kembali ke reaktor (Rcommit to user 01) dan sebagian disimpan dalam tangki penyimpanan (T-03). Dan 18


digilib.uns.ac.id

hasil bawah berupa MTBE, air, metanol, isobutilena, butena, dan butana dialirkan ke menara distilasi 2 (MD-02). b. Hasil bawah keluaran menara distilasi 1 (MD-01) sebagai umpan menara distilasi 2 (MD-02), didinginkan terlebih dahulu dalam cooler (HE-03) hingga mencapai suhu 334,61 K dan tekanan 1,22 bar. Kemudian umpan dialirkan menuju menara distilasi 2 (MD02) guna memisahkan MTBE dengan metanol. Hasil atas menara distilasi 2 berupa MTBE, isobutilena, dan metanol dikondensasi dalam condenser 2 (CD-02) sampai suhu 333,89 K. Dari condenser 2, cairan di pompa ke accumulator 2 (ACC-02) dimana sebagian direfluks.

Sedangkan

sisanya

dialirkan

ke

dalam

tangki

penyimpanan (T-04) sebagai produk. Sementara hasil bawah berupa metanol, air, dan sedikit MTBE disimpan dalam tangki penyimpanan (T-05). Dari perhitungan neraca massa, dibutuhkan bahan baku isobutilena sebanyak 4926,09 kg/jam dan metanol sebanyak 2911,76 kg/jam yang menghasilkan metil tersier butil eter 7575,76 kg/jam dengan kemurnian 99,9% (w/w) sehingga dalam 1 tahun produksi metil tersier butil eter sebanyak 60.000 ton. Neraca massa dapat dilihat pada Tabel II.3. Perhitungan neraca massa dan tabel neraca massa per alat dapat dilihat pada Lampiran B. Tabel neraca panas per alat dapat dilihat pada Lampiran C.

commit to user

19


digilib.uns.ac.id

Tabel II.3 Neraca Massa Total Masuk Komponen

Arus 1

Keluar Arus 2

Arus 8

Arus 9

Arus 11

-

-

7569,798

0,008

0,003

4921,164

-

3,785

0,000

99,916

C4H8

2,463

-

1,449

143,412

2,353

C4H10

2,463

-

0,110

0,000

1,847

CH3OH

-

2897,206

0,616

0,000

0,000

H2O

-

14,559

0,000

14,559

0,000

4926,090

2911,765

7575,758

157,978

104,119

C5H12O i-C4H8

Sub total Total

7837,855 Diagram alir terdapat tiga macam, yaitu: a. Diagram alir proses b. Diagram alir kualitatif (Gambar II.1) c. Diagram alir kuantitatif (Gambar II.2)

commit to user

20

7837,855


T-01

P= 4,05 bar T= 30C

P= 6,06 bar T= 60C

Arus 1 i-C4H8 C4H8 C4H10

Arus Tee i-C4H8 C4H8 C4H10 CH3OH H2O

P= 1,22 bar T= 30C

digilib.uns.ac.id

P= 4,05 bar T= 34,6C

P= 4,05 bar T= 34,6C

Arus 8 MTBE i-C4H8 C4H8 C4H10

Arus 9 MTBE i-C4H8 C4H8 C4H10

P= 4,05 bar T= 34,6C Arus 4 MTBE i-C4H8 C4H8 C4H10

T-03 P= 1,22 bar T= 60,7C Arus 6 MTBE i-C4H8 CH3OH C4H8 C4H10

T-04

P= 4,05 bar T= 97,5C

R-01

Arus 3 MTBE i-C4H8 C4H8 C4H10 CH3OH H2O

MD-01

MD-02

T-02 Arus 2 CH3OH H2O P= 1,22 bar T= 61,1C Arus 5 MTBE i-C4H8 C4H8 C4H10 CH3OH H2O

Gambar II.1

Diagram Kualitatif

commit to user

21

P= 1,22 bar T= 72,4C T-05 Arus 7 CH3OH H2O MTBE


digilib.uns.ac.id

Gambar II.2

Diagram Kuantitatif

commit to user

22


digilib.uns.ac.id

commit to user

23


II.4.

digilib.uns.ac.id

Lay Out Pabrik dan Peralatan Lay out Pabrik Tata letak pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari

seperangkat fasilitas-fasilitas dalam pabrik, tata letak yang tepat sangat penting agar mendapatkan efisiensi, keselamatan kerja dan proses, serta kelancaran kerja para pekerja, tata letak pabrik Metil Tersier Butil Eter dapat dilihat pada Gambar II.4. Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian, yaitu : a.

Daerah administrasi / perkantoran, laboratorium, dan ruang kontrol Merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran operasi, Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang akan dijual.

b.

Daerah proses Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung.

c.

Daerah penyimpanan bahan baku dan produk, Merupakan daerah untuk tangki bahan baku dan produk.

d.

Daerah gudang, bengkel, dan garasi Merupakan daerah penampungan bahan-bahan yang diperlukan oleh pabrik dan keperluan perawatan peralatan proses.

e.

Daerah utilitas Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses berlangsung dipusatkan. commit to user

24


digilib.uns.ac.id

A

A

15 14

13

9

10

11

16

12

8

7

17

18 3

A

2

A

6

A

A

5

A

1

4

A

A

A

A

A

19

A

A

A

A

Pintu utama

Skala 1 : 1000 Keterangan : 1. Kantor Pusat 2. Kantor Produksi 3. Mushola 4. Laboratorium 5. Poliklinik

6. Kantin 7. Area Proses 8. Area Utilitas 9. Area Perluasan 10. Ruang Generator

11. Kantor Utilitas 12. Control room 13. Penyimpanan Batubara 14. Gudang 15. Bengkel

Gambar II.4. Tata Ruang Pabrik

commit to user

25

16. Garasi 17. Pemadam Kebakaran 18. Parkir 19. Pos Keamanan


digilib.uns.ac.id

Lay out Peralatan Tata letak alat menampilkan letak alat-alat di pabrik. Penyusunan tata letak peralatan pabrik harus diperhatikan dengan baik dan mempertimbangkan ukuran, mobilitas, keamanan, serta kemampuan pengawasan. Tata letak alat ditampilkan pada Gambar II.5.

T-02

T-03

P-01 P-03 MD -01

R

CD-01 ACC-01

P-02 HE-01

HE-02

RB-01

CD-02

HE-03

MD02

ACC-02

P-04 T=04 RB-02 P-05

T-01

T-05

Skala 1 : 100

Keterangan: CD-01 CD-02 CL-01 H-01 H-02 MD-01 MD-02 P-01 P-02 P-03

P-04 P-05 R RB-01 RB-02 T-01 T-02 T-03 T-04 T-05

= Condenser 01 = Condenser 02 = Cooler 01 = Heater 01 = Heater 02 = Menara Distilasi 01 = Menara Distilasi 02 = Pompa 01 = Pompa 02 = Pompa 03

= Pompa 04 = Pompa 05 = Reaktor = Reboiler 01 = Reboiler 02 = Tangki Isobutilena = Tangki Metanol = Tangki Isobutilena Sisa = Tangki MTBE = Tangki Metanol Sisa

Gambar II.5. Tata Letak Alat Proses commit to user

26

BAB II DESKRIPSI PROSES

Recommend Documents