II. DESKRIPSI PROSES
2.1 Macam – Macam Proses 1. Proses Formaldehid Du Pont Tahap-tahap reaksi formaldehid Du-Pont untuk memproduksi MEG sebagai berikut : CH2O + CO + H2O
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
HOCH2COOH + CH3OH HOCH2COOCH3 + 2H2
HOCH2COOH
700 atm
⎯⎯⎯⎯
HOCH2COOCH3 + H2O
,
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
HOCH2CH2OH + CH3OH
Pada pembuatan EG dengan proses ini, formaldehid direaksikan dengan karbon monoksida dengan air pada suhu 200
o
C dan tekanan 700 atm untuk
menghasilkan asam glikolat. Asam glikolat ini diesterifikasi dengan methanol atau propanol dengan produk alkyl glikolat, dan dihidrogenasi pada fase uap pada suhu 200oC dan tekanan 30 atm dengan menggunakan katalis kromat yang akan menghasilkan EG dan alcohol dengan yield ethylene glycol 75 %. 2005 @docstoc.com)
(Naveed,
13
2. Proses Hidrasi melalui Ethylene Karbonat Dengan metode ini, Ethylene Glikol (EG) dapat dibuat dari hidrasi EO melalui perantara Ethylene Karbonat. CH2OCH2 + CO2
H2C-O C=O H2C-O
Ethylene Oksida
Ethylene Karbonat
H2C-O C=O + H2O
HOCH2CH2OH + CO2
H2C-O Ethylene Karbonat
Ethylene Glikol
Pada tahap pertama proses ini, EO direaksikan dengan CO2 yang akan membentuk ethylene karbonat (temperatur 80–120 °C dan tekanan 51,32 atm (5.2 MPa). Ethylene karbonat ini dihidrasi dalam fase cair pada tekanan 14,5 atm dan temperatur 150 oC sehingga terbentuklah ethylene glycol (EG) dengan selektivitas 99 %. EG yang terlarut dipisahkan dari zat-zat lain yang akan direcycle ke reaksi hidrolisa. Proses ini digunakan pada tahun 1970an dan sekarang sudah tidak digunakan lagi. (Naveed, 2005 @docstoc.com)
3. Proses Hydolysis Ethylene Oxide Proses hydolysis ethylene oxide adalah proses pembuatan ethylene glycol dengan mereaksikan air dan ethylene oxide dalam reaktor fixed bed catalytic nonadiabatik isothermal. Ethylene oxide murni atau campuran air dengan ethylene oxide (keduanya dalam fasa cair), digabungkan dengan air recycle dengan perbandingan mol ethylene oxide dengan air 1 : 5, dikondisikan hingga mencapai
14
kondisi reaksi dalam reaktor yaitu temperature 84,850C dan tekanan 11 atm dengan yield 95 – 96 % . C H
()
+
ethylene oxide
air
()
,
;
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
(
)
............................... (1)
()
mono-ethylene glycol
Dengan Reaksi Samping
Reaksi pembentukan di-ethylene glycol C H
()
+
(
)
()
,
;
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
(
)
()
…….....……….(2)
di-ethylene glycol
Reaksi pembentukan tri-ethylene glycol C H
()
+
(
)
()
,
;
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
(
)
tri-ethylene glycol
()
……… (3)
Selektifitas dari reaksi utama mencapai 90%, dan reaksi samping pembentukan diethylene glycol dan tri-ethylene glycol masing-masing 9% dan 1%. (Weissermel, 1997)
2.2
Pemilihan Proses Dalam pemilihan proses mempertimbangkan beberapa faktor seperti kondisi operasi, jumlah reaksi, panas reaksi pembentukan dan energy bebas gibbs pada keadaan standar, katalis yang digunakan, bahan baku.
15
Pemilihan proses meninjau dari panas reaksi pembentukan pada keadaan standar Data dari : Chem-Cad diperoleh : ΔHf pada 25 oC :
∆
ΔHf CH2O
= -108,57
kJ/mol
ΔHf CO
= -110,525
kJ/mol
ΔHf H2O
= -241,818
kJ/mol
ΔHf C2H4O3
= -585,05
kJ/mol
ΔHf CH4O
= -200,94
kJ/mol
ΔHf C3H6O3
= -465,9
kJ/mol
ΔHf C2H6O2
= -392,201
kJ/mol
ΔHf C2H4O
= -52,6302
kJ/mol
ΔHf CO2
= -393,52
kJ/mol
ΔHf C3H4O3
= -506,9
kJ/mol
Ditinjau dari ∆ =∆
Data : ∆
−∆
(energi bebas gibbs) :
= -109,9
kj/mol
∆
= -137,16
kj/mol
∆
= -228,59
kj/mol
∆
= -506,89
kj/mol
∆
= -162,32
kj/mol
∆
= -337,2
kj/mol
∆
= -301,801
kj/mol
∆
= -13,2301
kj/mol
∆
= -394,41
kj/mol
16
∆
= -410
kj/mol
1. Proses Du-Pont Reaksi : CH2O + CO + H2O
⎯⎯⎯⎯
HOCH2COOH + CH3OH HOCH2COOCH3 + 2H2
HOCH2COOH ⎯⎯⎯⎯
⎯⎯⎯⎯
HOCH2COOCH3 + H2O HOCH2CH2OH + CH3OH
ΔHr (25 C)
= ΔHf produk - ΔHf reaktan
ΔHr-1
= (ΔHf C2H4O3)- (ΔHf CH2O + ΔHf CO + ΔHf H2O ) = (-585,05) – (-241,818-110,525-108,57) = -585,05 – (-460,913) = -124,137 kj/mol
ΔHr-2
=(ΔHf C3H6O3 + ΔHf H2O)- (ΔHf C2H4O3 + ΔHf CH3OH ) = (-465,9-241,818) – (-200,94-585,05) = -707,718-(-785,99) = 78,272 kj/mol
ΔHr-3
= (ΔHf C2H6O2 + ΔHf CH3OH)-(ΔHf C3H6O3 ) = (-392,201-2004,94) – (-465,9) = -127,241 kj/mol
298
= ΔHr-1 +ΔHr-2 + ΔHr-3 = -124,137 + 78,272 + (-127,241) = -173,106 kj/mol
17
∆
=∆
Reaksi-1 ∆
−∆
= -506,89 – (-228,59-137,16-109,9) = -31,24 kj/mol
Reaksi-2 ∆
= (-228,59-337,2) – (-506,89-162,32)
Reaksi-3 ∆
= (-162,32-301,801) – (-337,2)
∆
= 103,42 kj/mol
= -126,921 kj/mol
total = -54,741 kj/mol
2. Proses Hidrasi melalui Ethylene Karbonat Reaksi : CH2OCH2 + CO2
H2C-O C=O H2C-O
H2C-O C=O + H2O
HOCH2CH2OH + CO2
H2C-O
ΔHr (25 C)
= ΔHf produk - ΔHf reaktan
ΔHr-1
= (ΔHf C3H4O3)- (ΔHf C2H4O + ΔHf CO2 ) = - 506,9 – (-393,52-52,6303) = - 60,7497 kj/mol
ΔHr-2
= (ΔHf C2H6O2 + ΔHf CO2)- (ΔHf C3H4O3 + ΔHf H2O ) = (-392,201-393,52) – (-241,818-506,9) = -785,721 – (-748,718) = -37,003 kj/mol
18
298
= ΔHr-1 +ΔHr-2 = - 60,7497 - 37,003 = -97,7527 kj/mol
∆
=∆
Reaksi-1 ∆
Reaksi-2 ∆ ∆
−∆
= -410 – (-394,41-13,2301) = -2,3599 kj/mol
= (- 394,41-301,801) – (-228,59-410) = -57,621 kj/mol
total = -59,9809 kj/mol
3. Proses Hydolysis Ethylene Oxide Reaksi : C H
()
+
()
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
(
= ΔHf produk - ΔHf reaktan
ΔHrx
= (ΔHf C2H6O2)- (ΔHf C2H4O + ΔHf H2O )
= -97,7528 kj/mol
∆
()
ΔHr (250 C)
= (-392,201) – (-52,6302-241,818)
∆
)
=∆
−∆
= (- 301,801) – (-228,59-13,2301) = -59,9809 kj/mol
19
No
KETERANGAN
PROSES 1
PROSES 2
PROSES 3
1
Kondisi Operasi
700 atm, 200 oC
14,5 atm,150 oC
11 atm, 84,85oC
2
Jenis Reaktor
Fixed bed
Fixed bed
Fixed bed
3
Bahan baku
Formaldehid,
Ethylene oksida,
Ethylene oksida
CO,H2O dan
CO2 dan H2O
dan air
methanol 4
298
-173,106 kj/mol
-97,7527 kj/mol
-97,7528 kj/mol
5
Jumlah Reaktor
3
2
1
6
Katalis
Cromat
tellurium
Amberjet4200
7
∆
-54,741 kj/mol
-59,9809 kj/mol -59,9809 kj/mol
Berdasarkan dari tabel diatas maka dipilihlah proses 3 untuk pendirian pabrik ini. Hal ini dikarenakan kondisi operasi tekanan dan temperatur yang rendah sehingga penanganannya mudah, bahan baku yang digunakan sedikit sehingga menghemat biaya pembelian bahan baku, jumlah reactor yang di gunakan satu, menggunakan katalis, reaksi spontan dikarenakan nilai ∆ reaksi eksotermis dengan nilai ∆ 2.3
DIAGRAM ALIR PROSES
2.3.1
Langkah Proses
= −59,9809 kj/mol, dan sifat
= −97,7528 kj/mol.
Ethyleneglycol dari reaksi hidrasi air dan ethylene oksida dapat dibagi menjadi tiga tahapan proses : a. Tahap penyiapan bahan baku b. Tahap reaksi hidrasi c. Tahap pemisahan produk Uraian secara lengkap adalah sebagai berikut :
20
a. Tahap Penyiapan Bahan Baku Tahap penyiapan bahan baku bertujuan untuk mengkondisikan umpan agar sesuai kondisi reaktor, yaitu suhu reaktan masuk reaktor 84,85 oC dan tekanan reaktor 11 atm.
Ethylene oksida (EO) Bahan baku ethylene oksida diambil dari tangki penyimpanan (ST-101) pada kondisi cair dingin, dengan tekanan tangki 2,5 atm dan suhu 30oC. Ethylene oksida dengan kemurnian 99,9% berat dialirkan dengan pompa sentrifugal P101 menuju mix point (MP-1). Air Bahan baku air diambil dari tangki penyimpanan air di unit utilitas yang telah diolah sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan pada fase cair, suhu 30 oC dan tekanan 1 atm dialirkan dan di naikkan tekanan hingga 2,5 atm menggunakan pompa sentrifugal P-102 menuju mix point (MP-1). Ethylene oxide dan air masuk mix point dengan perbandingan air : ethylene oxida = 5 : 1. Selanjutnya campuran reaktan dari mix point pada kondisi cair dengan suhu 73,7267 oC dan
tekanan 2,5 atm dilewatkan pada HE-101 dengan
menggunakan steam sebagai fluida panasnya. Campuran reaktan keluar HE101 pada suhu 84,85 oC masuk ke dalam reaktor.
21
b. Tahap Reaksi Hidrolisis Tahap ini bertujuan untuk mereaksikan ethylene oxide cair dan H2O cair dalam reactor plug flow reaktor. Reaksi hidrasi menghasilkan produk utama monoethyleneglycol, dan produk samping diethyleneglycol dan triethyleneglycol. Di dalam reaktor, reaksi terjadi pada fase cair dengan suhu 84,85 oC dan tekanan 11 atm.
Reaksi berlangsung secara non-adiabatis isothermal, sehingga reaktor memerlukan Pendingin untuk menjaga agar temperatur tetap selama berlangsungnya reaksi. Kondisi suhu dan tekanan reaktor ditetapkan untuk menjaga agar fase reaktan dan produk dalam keadaan cair. Cairan produk reaktor dan reaktan sisa keluar reaktor pada suhu 84,85oC.
Aliran produk keluar dari reaktor masih mengandung sisa reaktan sehingga perlu dilakukan pemurnian untuk memisahkan sisa ethylene oksida, pemekatan larutan produk dan pemisahan produk utama dari produk samping.
c. Tahap Pemurnian Produk Tahap ini dimaksudkan untuk :
Memekatkan dan memisahkan larutan produk reaktor dengan cara menguapkan air berlebih dalam larutan tersebut. Pemisahan ini dilakukan dalam evaporator (EV-301)
22
Memisahkan larutan produk yang telah di pekatkan tadi dari ethylene oxide dan sisa air yang tidak bereaksi dengan menggunakan kolom distilasi I (DC301)
Memisahkan
produk
mono-ethyleneglycol
dari
produk
samping
diethyleneglycol dan triethyleneglycol secara destilasi pada kolom destilasi II (DC-302).
Memisahkan produk samping diethyleneglycol dari triethyleneglycol secara destilasi pada kolom destilasi III (DC-303)
