BAB II URAIAN PROSES. Benzil alkohol dikenal pula sebagai alpha hidroxytoluen, phenyl methanol,

7

BAB II URAIAN PROSES

2.1. Jenis-Jenis Proses Benzil alkohol dikenal pula sebagai alpha hidroxytoluen, phenyl methanol, atau

phenyl

carbinol.

Benzil

alkohol

mempunyai

rumus

molekul

C6H5CH2OH. Proses pembuatan benzil alkohol dapat dilakukan dengan beberapa macam cara :

1. Reduksi Katalis dengan benzaldehida Reduksi diperoleh dengan menggunakan Raney Nickel atau Sodium Amalgam dan air. Bahan pereaksi yang ekivalen dengan benzaldehid bisa menggunakan asam benzoat atau turunan asam benzoat. Persamaan reaksinya sebagai berikut : C6H5CHO + H2

Sodium amalgam

C6H5CH2OH

Reaksi ini berlangsung pada suhu 25oC dan tekanan 3 atm.

2. Reaksi Cannizaro Pada reaksi ini formaldehida dioksidasi menjadi asam formiat, aldehid aromatik direduksi menjadi alkohol, yang berlangsung pada fase homogen (cair-cair) pada temperatur 207 oC, dan tekanan 6,1 atm.

8

Digunakan benzaldehida sebagai agen pereduksi dengan katalis berupa alkali. Konversi reaksi ini sebesar 60%. Pada reaksi ini hanya setengah dari aldehid yang tereduksi menjadi alkohol, setengahnya lagi teroksidasi menjadi asam. Persamaan reaksinya sebagai berikut : alkali

2C6H5CHO + KOH

C6H5CO2K + C6H5CH2OH

3. Reaksi Hidrolisa Reaksi hidrolisa terjadi antara Benzil Klorida dengan larutan Natrium Karbonat. Kemurnian produk yang dihasilkan 99%. Konversi terhadap produk sebesar 99%, berlangsung pada fase cair pada suhu 110oC dan tekanan 2 atm, tanpa menggunakan katalis. Persamaan reaksinya sebagai berikut : 2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O

2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2

2.2. Pemilihan Proses Pemilihan proses dilakukan dengan membandingkan keuntungan dan kerugian semua proses pembuatan benzil alkohol yang telah diuraikan diatas sebagai berikut :

9

a. Tinjauan Ekonomi Tinjauan ekonomi ini bertujuan untuk mengetahui bruto yang dihasilkan oleh pabrik ini selama setahun dengan kapasitas 50.000 ton/tahun. Berikut ini perbandingan beberapa harga bahan baku dan harga produk pada tahun 2013.

Tabel 2.1 Harga bahan baku dan produk Bahan

Harga dalam $

Harga dalam Rp.

Benzaldehida

4000 USD/ton

40.000.000/ton

Kalium hidoksida

300 USD/ton

3.000.000/ton

Benzil Klorida

1476 USD/ton

14.760.000/ton

Natrium Karbonat

200 USD/ton

2.000.000/ton

Benzil Alkohol

3400 USD/ton

34.000.000/ton

Sumber: * www.alibaba.com,2013

1. Reduksi Katalis dengan benzaldehida Konversi : 75% Kapasitas produk : 50.000 ton benzil alkohol tiap tahun

𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 =

𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑦𝑙 𝑎𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 (𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠) 𝐵𝑀

𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 =

50.000.000 𝑘𝑔 108

𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 = 462,962 𝑘𝑚𝑜𝑙

10

Dengan reaksi : Sodium amalgam

C6H5CHO + H2 Mula

a

Bereaksi Sisa

C6H5CH2OH

b

(462,962) (462,962)

(462,962)

(a-462,962) (b-462,962)

(462,962)

Dari reaksi diatas, untuk menghasilkan 50.000 ton atau 462,962 kmol benzil alkohol dengan konversi reaksi 75% maka dibutukan reaktan sebagai berikut

𝑎: 𝑏 =



100% 𝑥 462,983 𝑘𝑚𝑜𝑙 = 617,31 𝑘𝑚𝑜𝑙 75%

Mol benzaldehida = 617,31 kmol Benzaldehid yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg benzil alkohol = mol benzaldehida * BM benzaldehid = 617,31 kmol x 106 kg/kmol = 65.434,86 kg = 65,434 ton

11



Mol Hidrogen = 617,31 kmol Kalium hidoksida yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg benzil alkohol = mol hidrogen * BM hidrogen = 617,31 kmol x 2 kgr/kmol = 13.234,62 kg = 13,234 ton

Jumlah harga bahan baku: = (65,434 ton x $ 4000/ton) + (13,234 ton x $ 3000/ton) = $ 301.438.000

Harga produk benzi alkohol = (50.000 ton/tahun x $ 3400/ton) = $ 170.000.000 /tahun

Keuntungan per tahun

= Harga Produk – Harga Reaktan = $ 170.000.000 /tahun - $ 301.438.000 = $ -131.438.000 = Rp. – 1.314..438.000

Harga produksi/kg benzil alkohol :

=

ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑢 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑠𝑒𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑏𝑟𝑖𝑘

12

=

$ 301.438.000/tahun 50.000.000 kg/tahun

= $ 6,028/ kg = $ 6028/ ton = Rp. 60.280/ kg ($1 = Rp 10000) Harga pembuatan per kg benzil alkohol dengan menggunakan proses ini sebesar $ 6028/ ton, lebih mahal dibandingkan harga jual benzil alkohol sebesar $ 3400 /ton.

2. Reaksi Cannizaro Konversi : 60% Kapasitas produk : 50.000 ton benzil alkohol tiap tahun

𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 =

𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝑎𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 (𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠) 𝐵𝑀

𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 =

50.000.000 𝑘𝑔 108

𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 = 462,962 𝑘𝑚𝑜𝑙

Dengan reaksi : 2C6H5CHO + KOH Mula

a

Bereaksi Sisa

C6H5CO2K + C6H5CH2OH b

(462,962) (462,962)

(a-462,962) (b-462,962)

(462,962)

(462,962)

(462,962)

(462,962)

13

Dari reaksi diatas, untuk menghasilkan 50.000 ton atau 277,778 kmol benzil alkohol dengan konversi reaksi 60% maka dibutukan reaktan sebagai berikut 𝑏=

100% 𝑥 462,983 𝑘𝑚𝑜𝑙 = 771,638 𝑘𝑚𝑜𝑙 60%%

𝑎: 𝑏 = 2: 1 𝑚𝑎𝑘𝑎 𝑎 = 1543,276 𝑘𝑚𝑜𝑙



Mol benzaldehida = 1543,276 kmol Benzaldehida yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg benzil alkohol = mol benzaldehid * BM benzaldehid = 1543,276 kmol x 106 kg/kmol = 163.587,276 kg = 163,587 ton



Mol Kalium hidoksida = 771,638 kmol Kalium hidoksida yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg benzil alkohol = mol kalium hidoksida * BM kalium hidoksida = 771,638 kmol x 56 kgr/kmol = 43.211,728 kg = 43,211 ton

Jumlah harga bahan baku: = (163,587 ton x $ 2000/ton) + (43,211 ton x $ 4000/ton) = $ 205.561.400

14

Harga produk benzil alkohol = (50.000 ton/tahun x $ 3400/ton) = $ 170.000.000 /tahun

Keuntungan per tahun

= Harga Produk – Harga Reaktan = $ 170.000.000 /tahun - $ 205.561,400 = $ -129.996.000 = Rp. – 1.299.960.000.000

Harga produksi/kg benzil alkohol : =

ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑢 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑠𝑒𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑏𝑟𝑖𝑘

=

$ 205.561.400/tahun 50.000.000 kg/tahun

= $ 6,850/ kg = $ 6850/ ton = Rp. 68.500/ kg ($1 = Rp 10000)

Harga pembuatan per kg benzil alkohol dengan menggunakan proses ini sebesar $ 6850/ ton, lebih mahal dibandingkan harga jual benzil alkohol sebesar $ 3400 /ton.

3. Reaksi Hidrolisa Konversi : 99% Kapasitas : 50.000 ton benzil alkohol tiap tahun

15

𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 =

𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝑎𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 (𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠) 𝐵𝑀

𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 =

50.000.000 𝑘𝑔 108

𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 = 462,962 𝑘𝑚𝑜𝑙 Dengan reaksi : 2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O Mula

a

b

Bereaksi 462,962

462,962

2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2

c 462,962

Setimbang(a-462,962) (b-462,962)(c-462,962)

462,962

462,962 462,962

462,962

462,962 462,962

Dari reaksi diatas, untuk menghasilkan 50.000 ton atau 462,962 kmol benzil alkohol dengan konversi reaksi 99% maka dibutukan reaktan sebagai berikut 𝑎 = 𝑏 = 𝑐 = 2: 1: 1 𝑏, 𝑐 =

100% 99%

𝑥 462,962 𝑘𝑚𝑜𝑙 = 467,638 𝑘𝑚𝑜𝑙

a = 2 x 467,638 = 935,276 kmol



Mol benzil klorida = 935,276 kmol Benzil klorida yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg benzil alkohol = mol benzil klorida * BM benzil klorida = 935,276 kmol x 108 kg/kmol = 101.009,808 kg = 101,009 ton

16



Mol natrium karbonat = 467,438 kmol Natrium karbonat yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg benzil alkohol = mol natrium karbonat * BM natrium karbonat = 467,438 kmol x 106 kg/kmol = 49.569,628 kg = 49,569 ton



Mol H2O = 467,438 kmol H2O yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg benzil alkohol = mol H2O * BM H2O = 467,438 kmol x 18 kg/kmol = 8.413,884 kg = 8,413 ton

Jumlah harga bahan baku: = (101,009 ton/tahun x $ 1476/ton) + (49,569 ton/tahun x $ 200/ton) + (8,413 ton/tahun x $ 100/ton ) = $ 159.003,08/tahun

Harga produk benzil alkohol: = (50.000 ton/tahun x $ 3400/ton) = $ 170.000.000 /tahun

17

Keuntungan per tahun

= Harga Produk – Harga Reaktan = $ 170.000.000 - $ 159.003,08 = $ 169.840.996,9 = Rp. 1.698.409.969.000

Harga produksi per kg benzil alkohol : =

ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑢/𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑏𝑟𝑖𝑘

=

$ 159.003.084 /tahun 50.000.000 kg/tahun

= $ 3,1/ kg = $ 3100/ ton = Rp. 31000/ kg ($1 = Rp 10000)

Harga pembuatan per kg benzil alkohol dengan menggunakan proses ini sebesar $ 3100/ ton, lebih murah dibandingkan harga jual benzil alkohol sebesar $ 3400 /ton.

b. Tinjauan termodinamika Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi (endotermis/eksotermis). Penentuan panas reaksi yang berjalan secara eksotermis atau endotermis dapat dihitung dengan perhitungan panas pembentukan standar (ΔH°f) pada P = 1 atm dan T = 298 K.

18

 Proses 1 ( Reduksi Katalis dengan benzaldehid) Reaksi yang terjadi adalah :

Sodium amalgam

C6H5CHO + H2

C6H5CH2OH

Nilai ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada Tabel 2.2 sebagai berikut :

Tabel 2.2 Nilai ΔH°f masing-masing Komponen ΔHof

Komponen

298

(kJ/mol) C6H5CHO

-86,8

H2 (g)

0

C6H5CH2OH

-352

Sumber : Perry’s Tabel 2-196

Persamaan : ΔH°r 298 K = ΔH°f produk - ΔH°f reaktan ΔH°r 298 K = ΔH°f produk - ΔH°f reaktan = [(ΔH°f C6H5CH2OH) – ( ΔH°f C6H5CHO + ΔH°f H2)] = [(-352) – (-86,8 + 0)] kJ/mol = - 265,2 kJ/mol Karena nilai ΔH°r 298 K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.

19

Dari energi bebas Gibbs dari reaktan dan produk adalah :

Tabel 2.3 Nilai ΔG°f masing-masing Komponen ΔGof

Komponen

298

(kJ/mol) C6H5CHO

9,4

H2 (g)

0

C6H5CH2OH

-27,5

Sumber : Perry’s Tabel 2-196

Persamaan : ΔGo = Σ(nΔGof) produk – Σ(nΔGof) reaktan ΔG°r 298 K

= ΔG°f produk - ΔG°f reaktan = [(ΔG°f C6H5CH2OH) – ( ΔG°f C6H5CHO + ΔG°f H2)] = [(-27,5) – ( 9,4 + 0)] kJ/mol = -36,9 kJ/mol

Berdasarkan nilai ∆Go yang telah di dapatkan sebesar -36,9 kJ/mol menunjukkan bahwa reaksi yang terjadi di dalam reaktor dapat berlangsung tanpa membutuhkan energi yang besar, karena diinginkan nilai ∆Go < 0 agar tidak membutuhkan energi berupa panas yang terlalu besar (konsumsi energi kecil). Dalam parameter perancangan pabrik kimia berupa parameter termodinamika bahwa nilai ∆Go < 0 masih dapat terpenuhi.

20



Proses 2 (Reaksi Cannizaro ) Reaksi yang terjadi adalah : alkali

2C6H5CHO + KOH

C6H5CO2K + C6H5CH2OH

Nilai ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada Tabel 2.4 sebagai berikut :

Tabel 2.4 Nilai ΔH°f masing-masing Komponen

Komponen

ΔHof 298 (kJ/mol)

C6H5CHO

-86,8

KOH

-352

C6H5CH2OH

-161

C6H5CO2K Sumber : Perry’s Tabel 2-196

-385,05

Persamaan : ΔH°r 298 K = ΔH°f produk - ΔH°f reaktan ΔH°r 298 K

= ΔH°f produk - ΔH°f reaktan = [(ΔH°f C6H5CH2OH + ΔH°f C6H5CO2K) – ( ΔH°f C6H5CHO + ΔH°f KOH)] = [(-161 + -385,05) – (-86,8 + -352 ) = -984,25 kJ/mol

Karena nilai ΔH°r 298 K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.

21

Dari energi bebas Gibbs dari reaktan dan produk adalah :

Tabel 2.5 Nilai ΔG°f masing-masing Komponen

ΔGof

Komponen

298

(kJ/mol) C6H5CHO

9,4

KOH

-379

C6H5CH2OH

-27,5

C6H5CO2K

-245,26

Persamaan : ΔG°r 298 K = ΔG°f produk - ΔG°f reaktan ΔG°r 298 K

= ΔG°f produk - ΔG°f reaktan = [(ΔG°f C6H5CH2OH + ΔG°f C6H5CO2K) – ( ΔG°f C6H5CHO + ΔG°f KOH)] = [(-27,5 + -245,26) – (9,4 + -379)] = 96,84 kJ/mol



Reaksi 3 ( Reaksi Hidrolisa ) Persamaan reaksi : 2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O

2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2

Nilai ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada Tabel 2.6 sebagai berikut :

22

Tabel 2.6 Nilai ΔH°f masing-masing Komponen

ΔHof

Komponen

298

(kJ/mol) C6H5CH2Cl

26.136

Na2CO3

-1130,9

H2O

-285,8

C6H5CH2OH

-352

NaCl

-410

CO2

-393,5

Sumber : Perry’s Tabel 2-196

Persamaan : ΔH°r 298 K = ΔH°f produk - ΔH°f reaktan ΔH°r 298 K

= ΔH°f produk - ΔH°f reaktan = [(2 x ΔH°f C6H5CH2OH + 2 x ΔH°f NaCl + ΔH°f CO2 ) – ( 2 x ΔH°f C6H5CH2Cl + ΔH°f Na2CO3 + ΔH°f H2O )] = [((2 x -352) + (2 x -410) + (-393,5)) – ((2 x 26.136) + (-1130,9) + (-285,8))] = - 553,072 kJ/mol

Karena nilai ΔH°r 298 K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.

23

Dari energi bebas Gibbs dari reaktan dan produk adalah :

Tabel 2.7 Nilai ΔG°f masing-masing Komponen ΔGof

Komponen

298

(kJ/mol) C6H5CH2Cl

92.4

Na2CO3

-1047,7

H2O

-237,2

C6H5CH2OH

-27,5

NaCl

-384

CO2

-394,4

Sumber : Perry’s Tabel 2-196

Persamaan : ΔG°r 298 K

= ΔG°f produk - ΔG°f reaktan

ΔG°r 298 K

= ΔG°f produk - ΔG°f reaktan = [( 2 x ΔG°f C6H5CH2OH + 2 x ΔG°f NaCl + ΔG°f CO2 ) – ( 2 x ΔG°f C6H5CH2Cl + ΔG°f Na2CO3 + ΔG°f H2O )] = [((2 x -27,5) + (2 x -384) + (-394,4)) – ((2 x 92.4) + (-1047,7) + (-237,2))] = -117,3 kJ/mol

24

Tabel 2.8 Kriteria penilaian pemilihan proses Kriteria Penilaian

PROSES I (Hidrogenasi)

PROSES II (Cannizaro)

PROSES III (Hidrolisis)

1. Tekanan

3 atm

6,1 atm

2 atm

2. Suhu

25oC

207oC

110oC

-

60%

99%

Ada

Tidak Ada

Tidak Ada

5. Ekonomi

$ -131.438.000

$ -129.996.000

$ 169.840.996

6. Energi Gibbs

-36,9 KJ/mol

96,84 KJ/Mol

-117,3 KJ/Mol

3. Konversi 4. Katalis

Berdasarkan tabel 2.6 tersebut, maka dipilih proses 3, yaitu pembuatan benzil alkohol secara hidrolisis dengan menggunakan benzil klorida, air dan natrium karbonat. Reaksi yang terjadi: 2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O

2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2

2.3. Uraian Proses a. Persiapan Bahan Baku 1. Benzil Klorida Benzil Klorida merupakan bahan baku utama yang diperoleh dengan cara import dari luar negeri yaitu dibeli dari

Shandong Liaocheng Luxi

Chemical Sale Co. Ltd, China, dalam bentuk cair dan disimpan dalam tangki T-01 dengan tekanan 1 atm (14,7 psia) dan suhu 30oC (303 K). Benzil Klorida akan dipompa, dimasukkan ke dalam reaktor, setelah

25

sebelumnya dipanaskan melalui heat exchanger (HE-101) sehingga temperatur Benzil Klorida menjadi 110oC.

2. Natrium Karbonat Natrium Karbonat juga merupakan bahan baku utama. Diperoleh dari Pabrik Aneka Kimia Raya, Surabaya, dalam bentuk serbuk padat dan disimpan dalam solids storage (SS-101) dengan tekanan 1 atm (14,7 psia) dan suhu 30oC (303 K). Natrium Karbonat akan ditampung dalam hopper (HO-101) menggunakan srew conveyor dan bucket elevator (BE-101). Dari hopper kemudian akan dimasukkan ke dalam tangki pencampur (MT101) untuk dilarutkan dengan H2O, lalu dipompa dan dipanaskan dengan pemanas HE-102 sampai suhu 110oC, kemudian dimasukkan ke dalam reaktor RE-201.

b. Tahap Reaksi Reaksi antara Benzil Klorida dan larutan Natrium Karbonat dijalankan dalam Reaktor tangki berpengaduk, dengan waktu reaksi 0,39 jam, suhu reaktor 110oC, dan tekanan 2 atm.

Di dalam reaktor terjadi reaksi sebagai berikut : 2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O

2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2

Reaksi ini merupakan reaksi endotermis, sehingga untuk mempertahankan temperatur diperlukan pemanas. Pemanas yang digunakan adalah steam

26

jenuh pada suhu 210oC yang berada dalam jaket pemanas. Hasil reaksi yang berupa uap akan diolah ke UPL. Sedangkan hasil reaksi dari reaktor 2 didinginkan hingga suhunya menjadi 40oC, kemudian dimasukkan ke dalam decanter (DE) untuk dipisahkan antara fraksi berat dan ringannya.

c. Tahap Pemurnian Produk keluar reaktor yang berupa cairan dipompakan ke cooler (C0-101) untuk menurunkan suhu produk menjadi 40oC, kemudian dipompakan ke dalam decanter (DE-101). Dalam decanter ini larutan Benzil Alkohol sebagai fase ringan dan Na2CO3 dan NaCl, serta sebagian besar air sebagai fase berat akan dipisahkan. Hasil fase berat pada decanter akan dialirkan ke unit pengolahan lanjut (UPL). Fase ringan sebagian besar terdiri dari Benzil Alkohol, dan masih ada sisa reaktan yaitu Benzil Klorida, Toluena, dan H2O. Hasil fase ringan dari decanter (DE-301) akan diumpankan ke dalam menara distilasi (DC-301) untuk memurnikan Benzil Alkohol. Umpan masuk dalam DC-301 pada suhu 143,5oC dan tekanan 1 atm. Dalam DC-301 Benzil Alkohol akan terpisahkan sebagi produk bawah dari campuran larutannya dengan kemurnian 99%, dan didinginkan dalam Cooler (C0-301) dan Cooler (C0-302) dari suhu bawah menara 201,67oC sampai suhu 30oC. Hasil Benzil Alkohol disimpan dalam tangki (ST-401) pada tekanan 1 atm. Hasil atas DC-301 akan dialirkan ke dalam tangki penyimpanan (AC-301) sebagai produk samping.

27

Tinjauan Termodinamika Reaksi : 2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O  2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2 A

+

B

+

C  D

+

E

+

F

Kondisi operasi : T = 110 °C = 383 K P = 2 atm Untuk mengetahui apakah reaksi dapat berlangsung pada suhu 110○C secara spontan maka perlu di cek dengan menggunakan energi Gibbs. ∆G383 = - RT ln K383……………………………………………........ (1) Untuk memastikan suhu operasi, didekatkan dengan hubungan antara neraca panas dan neraca massa pada kondisi adiatatis sehingga : a. Neraca massa Dimana: C A  C AO (1  X e ) ………………………………………………………(2) C B  C BO  C AO

M 

1 X e ……………………...……………………………(3) 2

C BO ………………………………………………………….……(4) C AO

Untuk menghasilkan benzil alkohol 99% maka perbandingan mol antara benzil klorida, natrium karbonat dan air adalah 1 : 0,6 : 24, sehingga : (United States Patent number 5,750,801 )

28

M=

0,6 1

M=

3 5

C B  C A0 ( M 

1 X e ) ………………………………………………..……(5) 2

3 1 C B  C AO (  X e ) …………………………………………….…..……(6) 5 2 CB 

1 6 C A0 (  X e ) …………………………………………….….…….(7) 2 5

C D  C AO X e ………………………………………………..……………...(8)

C E  C AO X e …………………………………….……………….…….…..(9) C F  C AO

1 X e ……………………………………………...…..….……(12) 2

Maka 1 3 3 C A0 X e 2 ……………………………….……….…(13) K 1 2 6 C A0 (  X e )(1  X e ) 2 5

K

C AO X e

3

6 (  X e )(1  X e ) 5

……………………………………………...….…(14)

29

Sehingga , Dengan persamaan arhenius :

k  Ae (  E.RT ) ln k  ln A  T

B T

 ln K   .

……………………………………………...….…(15)

α dan β merupakan konstanta dari kinetika reaksi. b. Neraca Panas Pada Kondisi Adiabatis Tabel I.6 Kapasitas Panas Bahan Cp = A + B.T + C.T2 + D.T3 + E. T4 (Cp = joule/mol.K) Komponen A

B

C

D

E

CO2

-8304300

104370

-433.33

0.60052

0

H2O

276370

-2090.1

8.125

-0.014116

9.3701E-06

T

140140

-152.3

0.695

0

0

BC

106100

257

0

0

0

BA

16030

674.5

0

0

0

Na2CO3

140010

48.571

-0.0016402

0

0

NaCl

51110

72.24

-0.07583

0.00002314

0

Data Cp dari Chemcad H T

Reaktan T = 110oC

Produk H R

25oC

H P

H 25

25oC

T = 110oC

30

Sehingga: ∆HReaktan

= T∫298Cp C5H6CH2Cl dT + T∫298Cp Na2CO3 dT+ T∫298Cp H2O dT

∆Hf298

=

(∆H298 C6H5CH2OH

+

∆H298 NaCl

+

∆H298 CO2)

–

(∆H298C6H5CH2Cl + ∆H298Na2CO3 + ∆H298H2O ) ∆HProduk

T 298∫ Cp

=

C6H5CH2OH dT+

T 298∫ Cp

T 298∫ Cp

NaCl dT+

CO2 dT

(dalam kjoule/kgmol)

Maka : ∆HT

= ∆HReaktan + ∆H298 x Xa + ∆HProduk…………………...….…(16)

∆HT

=0

T = 298 +Cp (f(X,T)) ………………….…….…….…….…….…...….…(17)

c. Hubungan antara Neraca Panas Dan Neraca Massa Dari persamaan 15 dan 17 sehingga didapatkan hubungan konversi (X) dan T (suhu).

Hubungan antara Suhu dan Konversi 490 470

Suhu (K)

450 430 410

cp

390

nm

370 350 0,999

0,9992

0,9994

0,9996

0,9998

1

Konversi

Gambar 1. Grafik Hubungan antara Konversi dan Suhu

31

Dari grafik dapat dilihat pada konversi mendekati 100% didapatkan suhu 383K (1100C) sehingga digunakan suhu reaksi 1100C dan konversi 99%. ∆G423 bernilai negatif sehingga reaksi dapat berlangsung pada suhu 110 oC.

Tinjauan Kinetika Kinetika berhubungan erat dengan kecepatan reaksi kimia. Konsentrasi, suhu dan tekanan sangat berpengaruh pada konstanta kecepatan reaksi maupun pada kecepatan reaksi.

Reaksi yang terjadi pada pembuatan Benzil Alkohol : 2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O  2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2

Ditulis dalam bentuk sederhana : 2A + B  2D + 2E + F

Maka kecepatan reaksi menjadi :

 rA   kCA 2 …………………………………............……..…….(4)

Dengan asumsi bahwa CB berlebih. Maka A sebagai limiting reactant. Digunakan orde satu semu.

32

Penyelesaian persamaan reaksi :

 rA   kCA 2 (  rA )  

dC A dt

dC A 2  k .C A dt dX A 2 C Ao  k .C Ao .(1  X A ) 2 dt CA t dC A    k . 2 0 dt CAo C A 

1 C Ao

XA

 0

t

dX A  k . dt (1  X A ) 2 0

1 1 1 XA   .  k .t CA C Ao C Ao 1  X A

Diketahui : Konversi design = 0,99 dengan waktu reaksi 5 jam atau 300 menit.

C Ao 

FAo 70,1478kgmol   17,178.10 4 kgmol/liter Fv 40835,93liter

Maka :

XA 1 .  k .t C Ao 1  X A 1 0,99 .  k .300 4 17,178.10 (1  0,99) liter k  1829,589 kgmol.menit