TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK VINYL ACETATE MONOMER DARI ETHYLENE, ACETIC ACID DAN OXYGEN KAPASITAS TON / TAHUN

Transkripsi

1 digilib.uns.ac.id TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK VINYL ACETATE MONOMER DARI ETHYLENE, ACETIC ACID DAN OXYGEN KAPASITAS TON / TAHUN Oleh : FERRY SASMITA I JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA commit 2012 to user

2 digilib.uns.ac.id

3 digilib.uns.ac.id KATA PENGANTAR Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat dan kasih-nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen dengan kapasitas ton/tahun. Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun material dari berbagai pihak. Oleh karena itu sudah sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr. Sunu Herwi Pranolo. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta 2. Bapak Ir. Samun Triyoko dan Bapak Ir. Arif Jumari, M.Sc. selaku dosen pembimbing yang telah bersedia membimbing dalam penyusunan tugas akhir. 3. Segenap Civitas Akademika, yang turut membantu dalam penyusunan laporan tugas akhir ini, yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya. Surakarta, Februari 2012 Penulis iii

4 digilib.uns.ac.id DAFTAR ISI Halaman Judul... i Lembar Pengesahan... ii Kata Pengantar... iii Daftar Isi... iv Daftar Tabel... ix Daftar Gambar... Intisari... xi xii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Pendirian Pabrik Kapasitas Perancangan Kebutuhan VAM di Dalam Negeri Kapasitas Pabrik yang sudah ada Ketersediaan Bahan Baku Pemilihan Lokasi Pabrik Tinjauan Pustaka Proses Alasan Pemilihan Proses Kegunaan Produk Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk Tinjauan Proses BAB II DESKRIPSI PROSES iv

5 digilib.uns.ac.id 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk Spesifikasi Bahan Baku Spesifikasi Produk Konsep Proses Dasar Reaksi Mekanisme Reaksi Kondisi Operasi Tinjauan Termodinamika Tinjauan Kinetika Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses Diagram Alir Proses Langkah Proses Neraca Massa dan Neraca Panas Neraca Massa Neraca Panas Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses Lay Out Pabrik Lay Out Peralatan Proses BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES Reaktor Separator Absorber Menara Distilasi v

6 digilib.uns.ac.id 3.5 Decanter Vaporizer Tangki Penyimpanan Akumulator Kondensor Reboiler Heat Exchanger Pompa Compressor BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM Unit Pendukung Proses Unit Pengadaan Air Air Pendingin Air Umpan Boiler Air Konsumsi umum dan Sanitasi Pengolahan Air Kebutuhan Air Unit Pengadaan Steam Unit Pengadaan Udara Tekan Unit Pengadaan Listrik Unit Pengadaan Bahan Bakar Laboratorium Laboratorium Fisik vi

7 digilib.uns.ac.id Laboratorium Analitik Laboratorium Penelitian dan Pengembangan Analisa Air Unit Pengolahan Limbah BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN Bentuk Perusahaan Struktur Organisasi Tugas dan Wewenang Pemegang Saham Dewan Komisaris Dewan Direksi Staf Ahli Penelitian dan Pengembangan Kepala Bagian Pembagian Jam Kerja Karyawan Karyawan Non Shift Karyawan Shift Status Karyawan dan Sistem Upah Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji Kesejahteraan Sosial Karyawan Manajemen Perusahaan Perencanaan Produksi Pengendalian Produksi vii

8 digilib.uns.ac.id BAB VI ANALISIS EKONOMI Pensksiran Harga Peralatan Dasar Perhitungan Penentuan Total Capital Investment (TCI) Hasil Perhitungan Fixed Capital Investment (FCI) Working Capital Investment (WCI) Total Capital Investment (TCI) Manufacturing Cost General Expense Analisa Kelayakan Kesimpulan Daftar Pustaka... xiii Lampiran viii

9 digilib.uns.ac.id DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Data Impor Vinyl Acetate Monomer di Indonesia... 2 Tabel 1.2 Kapasitas Pabrik VAM Yang Sudah Berdiri... 4 Tabel 1.3 Kelebihan dan kekurangan pemilihan proses pembuatan vinyl acetate monomer Tabel 2.1 Harga H o f dan G 0 f masing-masing komponen Tabel 2.2 Nilai Konstanta Kinetika Tabel 2.3 Neraca Massa di Tee Tabel 2.4 Neraca Massa di Tee Tabel 2.5 Neraca Massa di Tee Tabel 2.6 Neraca Massa di Reaktor Tabel 2.7 Neraca Massa di Separator Tabel 2.8 Neraca Massa di Absorber Tabel 2.9 Neraca Massa di Absorber Tabel 2.10 Neraca Massa di Regenerator MEA Tabel 2.11 Neraca Massa di Menara Distilasi Tabel 2.12 Neraca Massa di Dekanter Tabel 2.13 Neraca Massa Total Tabel 2.14 Neraca Panas Reaktor Tabel 2.15 Neraca Panas Separator Tabel 2.16 Neraca Panas Absorber Tabel 2.17 Neraca Panas Absorber ix

10 digilib.uns.ac.id Tabel 2.18 Neraca Panas Menara Distilasi Tabel 2.19 Neraca Panas Regenerator MEA Tabel 2.20 Neraca Panas Dekanter Tabel 2.21 Neraca Panas Vaporizer Tabel 3.1 Spesifikasi Reaktor Tabel 3.2 Spesifikasi Separator Tabel 3.3 Spesifikasi Absorber Tabel 3.4 Spesifikasi Menara Distilasi Tabel 3.5 Spesifikasi Dekanter Tabel 3.6 Spesifikasi Vaporizer Tabel 3.7 Spesifikasi Tangki Penyimpan Tabel 3.8 Spesifikasi Akumulator Tabel 3.9 Spesifikasi Kondensor Tabel 3.10 Spesifikasi Reboiler Tabel 3.11 Spesifikasi Heat Exchanger Tabel 3.12 Spesifikasi Pompa Tabel 3.13 Spesifikasi Kompresor Tabel 4.1 Kebutuhan Air Pendingin Tabel 4.2 Kebutuhan Air Untuk Steam Tabel 4.3 Kebutuhan Air Konsumsi dan Sanitasi Tabel 4.4 Kebutuhan Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas Tabel 4.5 Jumlah Lumen Berdasarkan Luas Bangunan Tabel 4.6 Total Kebutuhan Listrik Pabrik x

11 digilib.uns.ac.id Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift Tabel 5.2 Jumlah Karyawan menurut Jabatannya Tabel 5.3 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan Tabel 6.1 Data Cost Index Chemical Plant Tabel 6.2 Fixed Capital Investment Tabel 6.3 Working Capital Investment Tabel 6.4 Manufacturing Cost Tabel 6.5 General Expense Tabel 6.6 Analisis Kelayakan xi

12 digilib.uns.ac.id DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Grafik Data Impor Vinyl Acetate monomer di Indonesia... 3 Gambar 1.2 Lokasi Pendirian Pabrik... 5 Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif Gambar 2.3 Diagram Alir Proses Gambar 4.1 Diagram Alir Pengolahan Air waduk Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Vinyl Acetate monomer Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index Gambar 6.2 Grafik Analisa Kelayakan xii

13 digilib.uns.ac.id INTISARI Ferry Sasmita, 2012, Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen, Kapasitas ton/tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta Vinyl acetate monomer merupakan salah satu jenis bahan kimia antara yang dipakai dalam pembuatan polyvinyl acetate, vinyl acetate copolymer dan polyvinyl alcohol.vinyl acetate monomer dihasilkan dari reaksi gas-gas antara ethylene, acetic acid dan oxygen. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, maka dirancang pabrik vinyl acetate monomer dengan kapasitas ton/tahun dengan bahan baku ethylene ,53 ton/tahun, acetic acid ,81 ton/tahun dan oxygen ,65 ton/tahun. Dengan memperhatikan faktor ketersediaan bahan baku, transportasi, tenaga kerja, pemasaran, dan utilitas, maka lokasi pabrik yang dipilih adalah di Cilegon, Banten. Peralatan utama untuk pabrik yang digunakan antara lain reaktor, separator, absorber, menara distilasi, regenerator, vaporizer dan decanter. Reaktor yang digunakan adalah reaktor fixed bed multitube pada tekanan 10 atm dan suhu C. Dari reaktor masuk ke dalam separator memisahkan condensable gas yang meliputi asam asetat, air, dan vinyl acetate monomer dari campuran gas keluar dari reaktor. Produk atas separator dialirkan ke absorber I untuk mengambil VAM yang masih terikut di fase gas. Hasil atas absorber I masuk ke absorber II untuk diambil gas karbondioksidanya sebelum di umpankan kembali ke reaktor. Hasil bawah dari separator dan absorber I dialirkan ke menara distilasi untuk memurnikan vinyl acetate monomer. Hasil atas menara distilasi dialirkan ke decanter untuk memurnikan produk sampai 99,9 % vinyl acetate monomer, dan hasil bawahnya berupa asam asetat dan air dialirkan ke vaporizer untuk di uapkan bersama umpan asam asetat fresh sebelum masuk reaktor. Sementara, fraksi berat dari decanter berupa air,asam asetat dan sedikit vam akan diproses di Unit Pengolahan Limbah. Utilitas terdiri dari unit penyediaan air untuk konsumsi sebanyak 1275 kg/jam, steam sebanyak 7798,96 kg/jam, air pendingin sebanyak ,4 kg/jam, udara tekan sebanyak 100 m 3 /jam, tenaga listrik sebesar 1550 kw, bahan bakar batubara sebanyak 5152,13 kg/jam, dan unit pengolahan limbah. Terdapat tiga buah laboratorium, yaitu laboratorium fisik, laboratorium analitik, dan laboratorium penelitian dan pengembangan. Bentuk perusahaan adalah PT (Perseroan Terbatas), struktur organisasi adalah line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift. Pabrik beroperasi selama 24 jam per hari dan 330 hari per tahun. Jumlah kebutuhan tenaga kerja sebanyak 200 orang. Hasil analisa ekonomi terhadap prarancangan pabrik vinyl acetate monomer diperoleh total investasi sebesar US$ ,49 dan total biaya produksi US$ ,61. Hasil analisa kelayakan menunjukkan ROI sebelum pajak 48,67% dan setelah pajak 36,50%. POT sebelum pajak 20 bulan dan setelah pajak 26 bulan, BEP 45,44%, SDP 29,75% dan DCF sebesar 34,02%. Berdasar analisis ekonomi dapat disimpulkan bahwa pendirian pabrik vinyl acetate monomer dengan kapasitas ton/tahun layak dipertimbangkan untuk direalisasikan commit pembangunannya. to user

14 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik Perkembangan industri kimia di Indonesia saat ini terus mengalami peningkatan, baik industi yang menghasilkan produk jadi maupun industri antara. Salah satu diantaranya adalah vinyl asetat. Kebutuhan bahan ini dari tahun ke tahun terus meningkat. Vinyl asetat merupakan bahan kimia produk antara (intermediate product) yang dipakai dalam pembuatan polyvinyl acetate, vinyl acetate copolymer, polyvinyl alcohol dan vinyl chloride. Vinyl asetat dalam bentuk polimer sangat luas kegunaannya antara lain dalam induarti cat, sebagai adhesive, pelapis, lem, film, tinta, tekstil dan industri kertas. Sedangkan bentuk kopolimernya misalnya dengan acrylonitrile dipakai untuk industri acrylic fibers (Othmer,1992). Sampai saat ini kebutuhan vinyl asetat dan kopolimernya masih dipenuhi dengan impor. Oleh karena itu dengan didirikannya pabrik ini di Indonesia diharapkan dapat memberikan keuntungan antara lain: 1. Dapat mengurangi impor vinyl asetat sehingga kebutuhan dalam negeri dapat dipenuhi. 2. Membuka peluang didirikannya pabrik dengan bahan baku vinyl asetat antara lain dalam induarti cat, sebagai adhesive, pelapis, lem, film, tinta, tekstil dan industri kertas. 3. Membuka kesempatan kerja dengan menciptakan lapangan kerja baru. Bab I Pendahuluan 1

15 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id Kapasitas Perencanaan Di dalam menentukan kapasitas produksi pabrik vinyl asetat monomer yang akan didirikan ada beberapa faktor yang menjadi pertimbangan, diantaranya yaitu: jumlah konsumsi produk (kebutuhan dalam negeri), kebutuhan impor, kapasitas pabrik yang sudah ada, pasokan bahan baku yang akan digunakan. Karena di Indonesia belum dibangun pabrik vinyl acetate monomer, maka kebutuhan akan bahan ini dipenuhi dengan impor. Untuk menyusun kapasitas perencanaan pabrik vinyl acetate dilakukan dengan data impor Kebutuhan Vinyl Asetat di Dalam Negeri Berdasarkan data Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia impor, kebutuhan vinyl asetat di Indonesia cukup besar. Dari tabel di bawah ini dapat diketahui kebutuhan vinyl asetat dalam negeri. Tabel 1-1 Data impor vinil asetat di Indonesia Tahun Impor vinil asetat (ton) , , , , , , ,992 (Sumber : Biro Pusat Statistik,2010) Dari data impor tabel 1.1 diatas, kemudian dilakukan regresi secara polinomial untuk mendapatkan commit tren kenaikan to user impor vinyl asetat dan untuk Bab I Pendahuluan

16 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 3 memperkirakan impor vinyl asetat pada tahun 2015 di Indonesia. Data impor dan regresi secara polinomial untuk data impor ditunjukkan dalam gambar 1.1 Impor VAM, ton y = x 2-2,903,883.39x + 2,911,779, R² = Tahun Gambar 1.1 Grafik Data Impor Vinyl Acetate Monomer di Indonesia Dengan membuat grafik kebutuhan vinyl asetat per tahun dapat diperoleh persamaan yang mengikuti persamaan garis polinomial yaitu: Impor = 724,01*tahun ,39*tahun Pabrik vinyl asetat ini akan didirikan pada tahun 2015, dengan prediksi kebutuhan vinyl asetat pada tahun tersebut sekitar ,52 ton Kapasitas Pabrik yang Sudah Ada Penentuan kapasitas minimal berdasar pada kapasitas pabrik yang telah berproduksi dan layak untuk didirikan. Berikut ini adalah tabel industri vinyl acetate monomer di berbagai negara dan kapasitas produksinya. Bab I Pendahuluan

17 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 4 Tabel 1-2 Kapasitas pabrik VAM yang sudah Berdiri Negara Perusahaan Kapasitas (ton/tahun) Amerika Serikat Celanese Kanada Celanese Meksiko Celanese Amerika Serikat Du Pont Amerika Serikat Union Carbide Inggris BP Amoco Jepang Showa Denko (Olsen, 2001) Ketersediaan Bahan Baku Persediaan bahan baku utama pembuatan vinyl acetate monomer yaitu etilena diperoleh dari PT Chandra Asri, Cilegon yang memiliki kapasitas ton/tahun, asam asetat dipasok dari Celanese Chemical Co,Ltd., China dengan kapasitas total ton/tahun dan oksigen dipasok dari PT Air Liquide, Cilegon dengan kapasitas ton/tahun. Semua produk VAM yang dihasilkan akan diprioritaskan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri. Berdasarkan faktor-faktor diatas, maka akan direncanakan pendirian pabrik vinyl acetate monomer. Dengan kapasitas produksi vinyl asetat monomer ton/tahun, diperlukan bahan baku etilena kurang lebih sebanyak ton/tahun, asam asetat sebanyak ton/tahun, dan oksigen ton/tahun. Pemilihan kapasitas tersebut diharapkan dapat memenuhi kebutuhan vinyl acetate monomer dalam negeri. Bab I Pendahuluan

18 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer perpustakaan.uns.ac.id 5 digilib.uns.ac.id 1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik Lokasi suatu pabrik akan sangat mempengaruhi dalam penentuan kelangsungan produksi serta laba yang diperoleh. Idealnya, lokasi yang dipilih harus dapat memberikan kemungkinan memperluas atau memperbesar pabrik dan memberikan keuntungan untuk jangka panjang. Beberapa faktor yang harus dipertimbangkan untuk menentukan lokasi pabrik agar secara teknis dan ekonomis pabrik yang didirikan akan menguntungkan. Faktor tersebut antara lain: sumber bahan baku, pemasaran, penyediaan tenaga listrik, penyediaan air, jenis transportasi, kebutuhan tenaga kerja, tinggi rendahnya pajak, keadaan masyarakat, karakteristik lokasi, kebijaksanaan pemerintah. Pabrik vinyl asetat direncanakan akan didirikan di Krakatau Industrial Estate Cilegon (KIEC), Banten. Pemilihan ini dimaksudkan untuk mendapatkan keuntungan secara teknis maupun ekonomis. Gambar 1.2 Lokasi pendirian pabrik Bab I Pendahuluan

19 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 6 Adapun keuntungan dipilihnya lokasi di Cilegon adalah adanya faktorfaktor berikut: 1. Faktor Primer a. Bahan Baku Bahan baku pabrik vinyl asetat yaitu etilena (C 2 H 4 ) disuplai dari PT Chandra Asri Petrochemical Center ( PT CAPC), yang terletak di desa Sugih, Cilegon. Asam asetat diperoleh dengan cara impor dari Celanese Chemical Co., Ltd, yang terletak di Nanjing, China. Sedangkan oksigen diperoleh dari PT Air Liquide, Cilegon. Pabrik ini direncanakan didirikan di Kawasan Industri Cilegon mendekati bahan baku dan dekat dengan pelabuhan sehingga mempermudah proses transportasi bahan baku. Untuk meningkatkan efektifitas kerja dan menekan biaya produksi maka kota Cilegon sebagai lokasi pendirian pabrik adalah lokasi yang tepat. b. Pemasaran Cilegon berada di kawasan indusri Tangerang, Serang dan Merak yang padat dengan industri kimia sebagai pasar potensial. Mengingat bahan yang diproduksi merupakan bahan antara, yang merupakan bahan baku polimer, maka Cilegon dirasa merupakan tempat yang strategis. c. Utilitas Utilitas yang dibutuhkan adalah keperluan tenaga listrik, air dan bahan bakar. Karena daerah Cilegon merupakan kawasan industri maka kebutuhan utilatas dapat dipenuhi dengan mudah dan disediakan oleh kawasan. Air yang dibutuhkan diperoleh dari waduk Krenceng yang lokasinya tidak jauh dari commit pabrik to user untuk proses, sarana utilitas, dan Bab I Pendahuluan

20 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 7 kebutuhan domestik. Dan apabila tidak mencukupi dapat menggunakan air dari pabrik penyedia air di kawasan industri yaitu PT Krakatau Tirta Industri. Untuk kebutuhan daya listrik, disuplai dari PT Krakatau Daya Listrik dan bila kurang memenuhi menggunakan daya tambahan dari PLN. Sedangkan untuk kebutuhan bahan bakar dipenuhi dari PT Pertamina depot Banten. d. Tenaga Kerja Tenaga kerja dapat dipenuhi dengan mudah dari daerah sekitar lokasi pabrik maupun luar lokasi pabrik sesuai dengan kebutuhan dan kriteria perusahaan. Saat ini banyak tenaga kerja terampil dan terdidik yang membutuhkan lapangan pekerjaan. Hal ini juga dapat mengurangi jumlah pengangguran yang ada. e. Transportasi dan Telekomunikasi Sarana transportasi dan telekomunikasi sangat penting untuk proses penyediaan bahan baku dan pemasaran produk. Transportasi bahan baku menuju Cilegon cukup mudah karena adanya fasilitas jalan tol selain itu juga cukup dekat dengan pelabuhan sehingga arus transportasi juga lancar. Letak Cilegon dengan kawasan industri Merak dan Tangerang juga memudahkan dalam pemasaran produk. 2. Faktor Sekunder a. Buangan Pabrik Buangan limbah cair yang mengandung larutan kimia diolah terlebih dahulu di Water Waste Treatment sebelum dialirkan ke sungai. Bab I Pendahuluan

21 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 8 b. Kebijakan Pemerintah Saat ini pemerintah sedang giat-giatnya meningkatkan iklim investasi di Indonesia sehingga dengan pendirian pabrik ini akan membantu pemerintah dalam meningkatkan kondisi perindustrian di Indonesia. Oleh karena itu maka pendirian pabrik ini akan mendapat dukungan dari pemerintah baik pusat maupun daerah, sehingga fasilitas dan perijinan pendirian pabrik akan dipermudah. c. Tanah dan Iklim Di Krakatau Industrial Estate Cilegon (KIEC) telah disediakan tanah yang relatif cukup luas sehingga memungkinkan adanya perluasan pabrik di masa yang akan datang. Data menyebutkan masih tersedia lahan sebesar 200 hektar yang telah dipersiapkan untuk pembangunan pabrik baru. Lahan ini disebutkan dapat dibeli ataupun disewa dengan masa sewa minimal 20 tahun. Kondisi iklim di Cilegon seperti iklim di Indonesia pada umumnya dan tidak membawa pengaruh yang besar terhadap jalannya proses produksi. d. Keadaan Masyarakat Masyarakat di daerah industri akan terbiasa untuk menerima kehadiran suatu pabrik di daerahnya, selain itu masyarakat juga akan dapat mengambil keuntungan dengan pendirian pabrik ini, antara lain dengan adanya lapangan kerja yang baru maupun membuka usaha kecil di sekitar lokasi pabrik Bab I Pendahuluan

22 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id Tinjauan Pustaka Macam-macam Proses lain: Ada beberapa kemungkinan jalannya proses pembuatan vinyl asetat antara a. Reaksi asam asetat dengan asetilen pada fase cair Reaksi: CH 3 CO 2 H + CH=CH CH 3 CO 2 CH=CH 2 H= -117 kj/mol Proses ini sudah lama tidak digunakan karena asetilen mahal sehingga cara ini dianggap kurang ekonomis. (Ullman s, 1989). b. Reaksi asam asetat dengan asetilen pada fase gas. Reaksi: CH 3 CO 2 H + CH =CH CH 3 CO 2 CH=CH 2 H= -117 kj/mol Reaksi terjadi dengan katalis zinc asetat pada activated charcoal pada suhu C dan tekanan 40 KPa. Asetilen dipanaskan dan dicampur dengan uap asam asetat kemudian diumpankan ke dalam reaktor (reaktor pipa atau fixed bed). Hasil reaksi di quenching dan produk lain dipisahkan. Aliran keluar reaktor berupa vinyl asetat, asam asetat, asetilen, asetaldehid, crotonaldehid, aseton, metil asetat, ethylidene diacetat dan acetit anhidrit. Masing-masing komponen dipisahkan dengan menara distilasi. Proses ini digunakan sampai tahun 1968, setelah itu jarang digunakan bahkan hanya sekitar 20 % kapasitas dunia yang diproduksi dengan proses ini. Hal ini dikarenakan mahalnya asetilen serta diperlukan biaya yang Bab I Pendahuluan

23 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 10 cukup besar untuk memisahkan hasil samping yang banyak (Ullman, 1989). c. Reaksi asam asetat dengan etilen dan oksigen pada fase cair Pembentukan vinyl asetat dari etilen dan asam asetat dengan adanya palladium chloride dan alkali asetat dalam asam asetat glasia dengan reaksi: C 2 H 4 + PdCl 2 + CH 3 CO 2 H CH 3 CO 2 CH=CH 2 + 2HCl + Pd Reaksi terjadi pada tekanan 3-4 MPa dan suhu C. Proses ini sekarang sudah tidak digunakan. (Ullman s, 1989). d. Reaksi etilen dengan asam asetat dan oksigen pada fase gas Reaksi utama adalah reaksi oksidasi antara etilen dan asam asetat yang menghasilkan vinyl asetat dan air, dengan persamaan reksi sebagai berikut: C 2 H 4 + CH 3 CO 2 H + ½ O 2 C 2 H 3 OOCH=CH 2 + H 2 O...(1) Terjadi reaksi samping antara etilen dan oksigen menghasilkan carbon dioksida dan air dengan reaksi: C 2 H 4 + 3O 2 2CO 2 + 2H 2 O...(2) Reaksi pada fase gas tejadi pada C dan tekanan 0,8-1,0 MPa, dengan katalis heterogen yang mengandung Palladium dengan lifetime 1-5 tahun. Tidak terbentuk asam asetat, produk samping berupa air, karbondioksida dan sedikit residu (etil asetat, ethylidene, diacetat dan glikol asetat) (Dimian & Bildea, 2008). Residu dipisahkan dengan menggunakan distilasi. Dengan ini diperoleh kemurnian vinyl asetat yang tinggi. Bab I Pendahuluan

24 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 11 Setelah tahun 1968, proses ini paling banyak digunakan bahkan sekitar 80% kapasitas dunia diproses dangan cara ini. Karena bahan baku etilen lebih murah sehingga proses ini dinilai lebih ekonomis Alasan Pemilihan Proses Dalam proses pembuatan vinyl acetate monomer dipilih proses dengan reaksi antara ethylene, acetic acid dan oxygen pada fase gas. Proses ini dipilih dengan alasan : 1. Tekanan operasi tidak terlalu tinggi antara 0,8 1,0 Mpa dan suhu operasi mulai o C 2. Kemurnian produk yang dihasilkan cukup tinggi, mencapai 99,9 %. 3. Produk samping berupa air dan CO 2 Perbandingan proses-proses pembuatan n-butanol yang mencakup kelemahan dan kelebihan dapat dilihat pada Tabel 1.5 Tabel 1.3 Kelebihan dan kekurangan pemilihan proses pembuatan vinyl acetate monomer No. Macam Proses Kelebihan Kekurangan 1. Reaksi Asam asetat dengan asetilen pada fase cair reaksi berlangsung pada fase cair 1. Proses lama yang sudah tidak digunakan lagi 2. Harga bahan baku asetilen yang mahal 3. Kurang ekonomis Bab I Pendahuluan

25 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id Reaksi Asam asetat dengan Asetilen pada fase gas 3. Reaksi Asam asetat dengan Oksigen dan Etilen fase cair Katalis yang digunakan mudah didapat dan murah Suhu operasi rendah antara C 1. Harga Asetilen mahal 2. Biaya memurnikan produk mahal 3. Hasil samping terlalu banyak 1. Kemurnian Produk kurang tinggi 2. Proses sudah tidak digunakan lagi 3. Tekanan operasi sangat tinggi 3-4 Mpa 4. Reaksi Asam asetat dengan Oksigen dan Etilen fase gas* 1. Tekanan tidak terlalu tinggi 0,8-1,0 Mpa, Suhu antara Celcius 2. Produk samping berupa air dan CO2 3. Diperoleh Kemurnian VAM yang tinggi Reaksi memerlukan katalis palladium dengan harga yang cukup mahal Kegunaan Vinyl Asetat Vinyl asetat merupakan monomer yang sangat penting, kegunaan ini antara lain: a. Merupakan produk antara untuk pembuatan polyvinyl asetat dan kopolimer vinyl asetat serta polyvinyl alcohol. b. Merupakan bahan pendukung dalam pembuatan cat, adhesive, dan industri kertas serta tekstil. c. Bentuk kopolimernya dengan acrilonitrile dipakai untuk industry acrylic fiber. (Othmer, 1992) Bab I Pendahuluan

26 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id Sifat Fisik dan Kimia a. Bahan Baku Etilen Sifat Fisik - Rumus molekul : CH 2 =CH 2 - Berat molekul : 28,05 gr/mol - Titik Didih : -103,9 0 C - Titik kritis : C - Mudah terbakar - Bentuk gas yang tidak berwarna (Chandra Asri PC) Sifat Kimia Reaksi-reaksi etilen - Polimerisasi Etilen murni (>99,9%) bereaksi pada kondisi dan tekanan tertentu dengan bantuan katalis membentuk polyetilen. CH 2 =CH 2 + 0,5O 2 -(-CH 2 -CH 2 -)-n Reaksi eksotermik - Oksidasi Oksidasi etilen membentuk etilen oxide dengan reaksi: CH 2 =CH 2 + 0,5O 2 CH2 - CH2 O Reaksi berlangsung pada C dan tekanan 1-2 MPa dengan katalis metallic silver. Bab I Pendahuluan

27 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 14 Oksida etilen denagn bantuan asam asetat membentuk vinyl asetat dengan katalis palladium pada karbon, alumina atau silika alumina pada suhu C dan tekanan 0,4-1,0 MPa. Reaksi: CH 2 =CH 2 + CH 2 CO 2 H + 1/2 O 2 CH 3 CO 2 CH=CH 2 + H 2 O - Halogenasi Halogenasi etilen membentuk etilen dichloride, etilen dibromide ethyl chloride dan sebagainya. Pembentuk etilen dichloride, dengan reaksi: CH 2 =CH 2 + HCl ClCH 2 - CH 2 Cl + H 2 O.( 1 ) CH 2 =CH 2 + O HCl 2ClCH 2 - CH 2 Cl + H 2 O...( 2 ) Untuk pembentukan ethyl chloride sebagai berikut : ClCH 2 CH 2 Cl + HCl CH 3 CH 2 Cl Reaksi tersebut terjadi pada fase cair ( T = C ) dan pada fase gas ( T = C ) dengan tekanan KPa dan katalis AlCl 3 atau FeCl 3 - Alkilasi Reaksi antara etilen dan benzene menghasilkan ethyl benzene dengan katalis AlCl 3, BF 3 atau FeCl 3 - Hidrasi Hidrasi etilen menghasilkan etanol ClCH 2 CH 2 Cl + H 2 O C 2 H 5 OH Reaksi terjadi pada suhu C dan tekanan 7 MPa dengan katalis H 3 PO 4 -SiO 2. ( Othmer, 1992 ) Bab I Pendahuluan

28 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 15 Asam Asetat Sifat fisik - Rumus molekul : CH3COOH - Berat molekul : 60,05 gr/mol - Titik didih : 111,1 0 C - Titik leleh : 16, 7 0 C - Berupa cairan tidak berwarna dengan bau yang sangat menyengat - Mudah larut dalam air maupun pelarut organic lain Sifat kimia Reaksi pada asam asetat: - Esterifikasi ( Celanese China ) Hampir 93 % asam asetat digunakan untuk memproduksi ester asetat, reaksi esterifikasi atau olefin, baik dengan asam asetat dalam bentuk cair maupun gas. Dengan reaksi: ROH + CH 3 COOH R-CH 2 COOH + H 2 O - Dehidrasi Reaksi dehidrasi sangat penting untuk sintesa selulosa asetat dengan rayon Reaksi : CH 3 COOH CH 2 = CO + CO - Klorinasi Reaksi klorinasi merupakan reaksi antara asam asetat anhidrid dengan gas klor dengan menggunakan katalis asetil klorida pada titik didih Bab I Pendahuluan

29 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 16 campuran. Reaksi ini akan menghasilkan monoklor asam asetat sebagai hasil samping. Reaksi : CH 3 COOH + Cl 2 ClCH 2 COOH + Cl 2 ClCH 2 COOH + HCl Cl 2 CH COOH + HCl - Adisi Asam asetat ditambahkan dengan asetilen membentuk vinyl asetat Reaksi : CH 3 COOH + CH=CH CH 3 COOCH=CH 2 ( Othmer, 1992) Oksigen Sifat fisik - Rumus molekul : O 2 - Berat molekul : 32,0 gr/mol - Titik didih : -183,0 0 C ( Air Liquide ) Sifat kimia Bereaksi hampir dengan semua zat, apabila reaksi melibatkan panas disebut reaksi pembakaran. Merupakan penyusun udara bersama nitrogen. Bab I Pendahuluan

30 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 17 b. Produk Vinyl asetat Sifat fisik - Rumus molekul : C 4 H 6 O 2 - Berat molekul : 86,09 gr/mol - Titik didih : 72,3 0 C - Titik leleh : < C - Berupa cairan tidak berwarna dengan bau yang khas ( Perry, 1999 ) Sifat kimia Reaksi pada vinyl asetat : - Polimerisasi Merupakan reaksi terpenting pada vinyl asetat sebagai monomer, salah satunya adalah pembentukan polyvinyl asetat. Reaksi : nch 3 CO 2 CH=CH 2 -(-CH 2 CH -) n O C CH 3 O - Hidrolisa Vinyl asetat terhidrolisa dengan katalis asam atau basa membentuk vinyl alcohol tidak stabil, kemudian membentuk asetaldehid. Reaksi : CH 3 CO 2 CH=CH 2 CH 2 OH commit CH 3 to OH user CH 2 CHOH Bab I Pendahuluan

31 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 18 - Halogenasi Penambahan chloride dan bromidepada vinyl asetat akan membentuk 1,2 dikloro etil asetat yang dapat didistilasi tanpa terdekomposisi dalam kondisi vakum. - Hidrogenasi Asam asetat dan ethylidene diasetat akan terbentuk jika hydrogen ditambahkan pada vinyl asetat pada suhu 82 0 C dengan adanya 10 % platinum, sedangkan pada 53 0 C dengan 5 % platinum akan menghasilkan etil asetat - Hidroalkilasi katalitik Hydrogen peroksida akan bereaksi dengan vinyl asetat pada 0 0C, dengan menggunakan katalis ossanium tetra oksida menghasilkan glikoaldehid dengan yield 50%. Reaksi: CH 2 =CHOOCH 3 + H 2 O 2 CH 2 CH = COOCH 3 OH OH Karbon dioksida Sifat fisik - Rumus molekul : CO 2 - Berat molekul : 44,01 gr/mol - Titik didih : -56,6 0 C - Titik leleh : subl -78,5 0 C ( Perry, 1999 ) Bab I Pendahuluan

32 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 19 Sifat kimia Stabil pada suhu normal, di dalam air akan membentuk asam karbonat (H 2 CO 3 ). Bereaksi membentuk carbon monoksida ( CO ) pada suhu diatas C 2CO 2 2CO + C 2 Karbon dioksida bereaksi dengan ammonia pada stage pertama pada proses produksi urea menghasilkan ammonium karbonat CO 2 + 2NH 3 NH 2 COONH 4 ( Othmer, 1992 ) Tinjauan Proses Secara Umum Vinyl asetat dapat dihasilkan dari reaksi oksidasi antara etilen, asam asetat dan oksigen dengan katalis palladium. Etilena direaksikan secara eksotermik dengan asam asetat dan oksigen dalam reaktor fixed bed multitube berkatalis, menghasilkan vinyl asetat dan air. Reaksi terjadi pada fase gas berlangsung pada C dan tekanan 0,8-1,0 MPa, dengan katalis heterogen yang mengandung Palladium dengan lifetime 1-5 tahun. Tidak terbentuk asam asetat, produk samping berupa air, karbondioksida dan sedikit residu (etil asetat, ethylidene, diacetat dan glikol asetat). Tidak ada asetaldehid yang terbentuk meskipun asam asetat sebagai bahan baku yang mengandung air. Residu dipisahkan dengan menggunakan distilasi. Dengan ini diperoleh kemurnian vinyl asetat yang tinggi. Yield yang diperoleh adalah 94 % berdasarkan etilena dan % berdasarkan asam asetat (Dimian commit & to Bildea, user 2008). Bab I Pendahuluan

33 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 20 BAB II DESKRIPSI PROSES 2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk Spesifikasi bahan baku a. Ethylene o Bentuk o Berat molekul o Titik didih o Titik kritis : gas : 28,05 g/mol : -103,9 C : 169 C o Kemurnian : 99,99 % o Impuritas : Etana ( 80 ppm ) o Kelarutan : tidak larut dalam air b. Asam asetat o Bentuk o Berat molekul o Titik didih o Titik leleh : cairan tidak berwarna : 60,05 g/mol : 111,1 C : 16,7 C o Kemurnian : 99,85 % o Impuritas : H 2 O ( 0,15 % ) o Kelarutan : terlarut sempurna dalam air c. Oksigen o Bentuk Bab II Deskripsi Proses : gas 20

34 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 21 o Berat molekul o Titik didih : 32,01 g/mol : -183 C o Kemurnian : 100 % o Impuritas : - o Kelarutan : terlarut sempurna dalam air Spesifikasi produk Vinil asetat monomer o Bentuk o Berat molekul o Titik didih o Titik leleh : cairan : 86,09 g/mol : 72,3 C : < -60 C o Kemurnian : 99,9 % o Impuritas : H 2 O ( 0,1% ) o Kelarutan : terlarut dalam asam asetat, dan sangat sedikit larut dalam air ( maks. 1%wt ) 2.2. Konsep Proses Dasar Reaksi Reaksi utama adalah reaksi oksidasi antara etilena dan asam asetat yang menghasilkan vinyl asetat dan air, dengan persamaan reaksi sebagai berikut: C 2 H 4 + CH 3 CO 2 H + ½ O 2 C 2 H 3 OOCH=CH 2 + H 2 O...(1) Terjadi reaksi samping antara etilena dan oksigen menghasilkan karbondioksida dan air dengan reaksi: C 2 H 4 + 3O 2 2COcommit 2 + 2H to 2 user O...(2) Bab II Deskripsi Proses

35 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id Mekanisme Reaksi Reaksi tersebut berjalan dengan mekanisme sebagai berikut. 2CH 3 COOH + ½ O 2 + Pd Pd-(CH 3 COOH) 2 + H 2 O..(3) Pd-(CH 3 COOH) 2 + CH 3 COO - Pd-(OCOCH 3 ) 3 -..(4) Pd-(OCOCH 3 ) 3 - +C 2 H 4 C 2 H 3 OOCH=CH 2 + CH 3 COOH +CH 3 COO - + Pd..(5) Reaksi samping : (Dimian,2008) CH 3 COOH + Pd Pd-OCOCH H +..(6) Pd-OCOCH O 2 + C 2 H 4 2Pd-CO 2 ed + CH 3 COO - + 2H 2 O..(7) 2Pd-CO 2 ed 2Pd + 2CO 2..(8) Kondisi Operasi a. Temperatur Penentuan suhu operasi harus mempertimbangkan fase reaksi dan batasan reaksi serta tinjauan secara termodinamika.suhu operasi harus berada di bawah 200 o C karena pada suhu ini,katalis akan mengalami kerusakan. Selain itu, katalis Palladium baru teraktivasi pada suhu di atas 140 o C (Contreras,2008). Oleh karena itu, suhu operasi ditentukan pada 150 o C. Hal ini didasarkan pada suhu tersebut, reaktan berfase gas dan pada suhu tersebut didapatkan kecepatan reaksi yang optimum (Han et al,2005). Selain itu, katalis Palladium sudah teraktivasi dan dapat bekerja dengan maksimal. Bab II Deskripsi Proses

36 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 23 b. Tekanan Tekanan yang umum digunakan adalah antara 5 atm sampai 12 atm. Tekanan operasi yang direkomendasi yaitu antara 8 atm sampai 10 atm, karena tekanan yang lebih tinggi memberikan produktivitas lebih tetapi berakibat buruk terhadap selektivitas adsorpsi etilena ke permukaan aktif katalis yang mengakibatkan terjadinya reaksi pembakaran yang tak diinginkan (Dimian,2008). Oleh karena itu, diambil tekanan operasi sebesar 10 atm. c. Perbandingan mol umpan Mol umpan yang dimasukkan ke reaktor terdiri dari umpan segar dan recycle. Etilena yang diumpankan lebih banyak dari asam asetat. Umpan dirancang dengan rincian 50% etilena, 16,67% asam asetat, 6% oksigen, 0,01% vinil asetat, 2% air dan 25,32% karbondioksida (%mol). Rasio mol reaktan harus menjamin excess etilen terhadap asam asetat dengan perbandingan 2 : 1 sampai 3 : 1. Konsentrasi oksigen dijaga di bawah 8% mol untuk menghindari terjadinya resiko ledakan (Dimian,2008). d. Pemakaian katalis Dalam reaksi heterogen gas-padat, meskipun katalis tidak berubah pada akhir reaksi, tetapi katalis tetap ikut aktif di dalam reaksi. Katalis dapat memperbesar kecepatan reaksi karena dimungkinkan terjadinya mekanisme alternatif di mana energi aktivasi tiap langkah reaksi akan lebih rendah dibandingkan tanpa katalis. Konversi kesetimbangan tidak dipengaruhi katalis, tetapi selektivitasnya dapat ditingkatkan dengan adanya katalis. Permukaan yang luas lebih baik Karena laju reaksi setara dengan luas permukaan yang ditempati, yaitu dengan adanya struktur porous, commit padatan to user terdiri dari banyak pori. Luas Bab II Deskripsi Proses

37 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 24 permukaan yang besar disebabkan karena adanya pori (situs aktif) ini sehingga menaikkan kecepatan reaksi dan menyebabkan berkurangnya aktivasi sehingga kecepatan reaksi bertambah besar. Pada reaksi pembuatan vinyl asetat dari etilena dan asam asetat digunakan katalis Palladium yang merupakan katalis padat dengan diameter 5 mm. Katalis ditempatkan di dalam reaktor fixed bed di dalam sisi tubenya. Umur dari katalis Palladium adalah 3 tahun lebih (Rase,2000) Tinjauan Termodinamika Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi (eksotermis/endotermis) dan arah reaksi (reversible /irreversible). Untuk menentukan reaksi eksotermis/endotermis panas reaksi dapat dihitung dengan perhitungan panas pembentukan standar ( Hf o ) pada P=1 atm dan T=25 o C. Tabel 2.1 Harga H o f dan G o f masing-masing komponen Komponen H o f, kj/mol G o f, kj/mol Ethylene 52,3 68,12 Acetic acid -434,84-376,69 Water -241,8-228,6 Vinyl acetate monomer -315,7-228,97 Carbondioxide -393,5-243 ( Sumber : Yaws, 1999 ) Perhitungannya adalah sebagai berikut : Reaksi 1 : C 2 H 4 + CH 3 CO 2 H + ½ O 2 C 2 H 3 OOCH=CH 2 + H 2 O Bab II Deskripsi Proses

38 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 25 ΔH R o 1 = ΔHf o produk ΔHf o reaktan = ( ΔHf o VAM+ ΔHf o H2O) (ΔHf o C2H4+ ΔHf o AcOH) = (-315,7 241,8) (52,3 434,84) = -174,96 kj/mol o Karena H R reaksi 1 bernilai negatif maka reaksi bersifat eksotermis. Perubahan energi Gibbs dapat dihitung dengan persamaan : G 298 = -RT ln K ( Smith Van Ness,1987 ) Dimana : G 298 = Energi bebas Gibbs standar suatu reaksi pada 298 K ( kj/mol ) R = konstanta gas ( R = 8,314. kj/kmol.k ) T = temperatur ( K ) K = konstanta kesetimbangan G o (298 K) = G o produk - G o reaktan = ( ΔGf o VAM+ ΔGf o H2O) (ΔGf o C2H4+ ΔGf o AcOH) = -228,97 228,6 (68,12 376,69) = -149 kj/mol G o (298 K) = - R.T. ln K 298 K ln K = G R. T = ( ) 8, = 60,14 ln K = H 1 1 K R T T ln K ln K = , ln K 60,14 = 20,87 Bab II Deskripsi Proses

39 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 26 ln K = 81,01 K 423 K = 1, Karena harga konstanta kesetimbangan relatif besar, maka reaksi berlangsung searah ke arah kanan (irreversible). Reaksi 2 : C 2 H O 2 2 CO H 2 O ΔH R o 2 = ΔHf o produk ΔHf o reaktan = ( 2.ΔHf o CO2+ 2.ΔHf o H2o) (ΔHf o C2H4 ) = ((2.-393,5) +(2.-241,8) (52,3 ) = -1322,9 kj/mol o Karena H R reaksi 2 bernilai negatif maka reaksi bersifat eksotermis. G o (298 K) = G o produk - G o reaktan = ( 2. ΔGf o CO2+ 2. ΔGf o H2O) (ΔGf o C2H4 ) = (( )+( ,6 ) 68,12 = -1011,32 kj/mol G o (298 K) = - R.T. ln K 298 K ln K = G R. T = ( ) 8, = 408,19 ln K = H 1 1 K R T T ln K ln K = , ln K 408,19 = 157,79 Bab II Deskripsi Proses

40 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 27 ln K = 565,98 K 423 K = e 565,98 Karena harga konstanta kesetimbangan sangat besar, maka reaksi berlangsung searah ke arah kanan (irreversible) Tinjauan Kinetika Reaksi pembentukan vinyl asetat dari asam asetat dan etilena dengan katalis Palladium merupakan reaksi heterogen dalam fase gas (pereaktan) dan fase padat (katalis). Persamaan kecepatan reaksi pembentukan vinyl asetat dapat dirumuskan sebagai berikut : Bab II Deskripsi Proses r = k. P. P Di mana P Et merupakan tekanan parsial dari etilen dan P Ox adalah tekanan parsial dari oksigen dan nilai k dapat didefinisi dengan : k = A. exp( E /RT) Nilai dari energi aktivasi E 1, A 1, α, β, dan E 1 dapat dilihat pada Tabel 2-2. Pada reaksi samping (2), kecepatan reaksinya hampir sama, yaitu : r = k. P. P k = A. exp( E /RT) Nilai dari energi aktivasi E 2, A 2, α, β, dan E 2 dapat dilihat pada Tabel 2-2. Tabel 2-2 Nilai konstanta kinetika Reaksi α Β A (molva/liter-cat/s) E (kj/mol) Utama (1) 0,36 0,20 9, Samping (2) -0,29 0,85 5, (Dimian, 2008)

41 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 28 ln k = ln A E RT ln k = ln 0, ,314. T ln k = 4, ,1857 T ln k = ln A E RT ln k = ln 0, ,314. T ln k = T 2.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses Diagram Alir Proses Diagram alir Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer yaitu : a. Diagram Alir Kualitatif ( Gambar 2.1 ) b. Diagram Alir Kuantitatif ( Gambar 2.2 ) c. Diagram Alir Proses ( Gambar 2.3 ) Bab II Deskripsi Proses

42 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer 29 Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif Bab II Deskripsi Proses

43 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer 30 No KOMPONEN Laju Alir Massa Overall ( kg/jam ) Arus 1 Arus 2 Arus 3 Arus 4 Arus 5 Arus 6 Arus 7 Arus 8 Arus 9 Arus 10 Arus 11 Arus 12 Arus 13 Arus 14 Arus 15 Arus 16 Arus 17 Arus 18 Arus 19 Arus 20 Arus 21 Arus 22 Arus 23 1 C2H4 0, ,75 0, , , ,74 0, ,74 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0 0,00 0,00 0, , ,74 0,00 0,00 0,00 2 CH3COOH 9036,15 0,00 0, , , , , , , , ,91 213, , , ,5146 0,00 0,00 0, , ,34 0,00 0,00 213,04 3 O2 0,00 0, , , , ,91 0, ,91 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0 5,47 0,00 0, , ,07 5,47 0,00 0,00 4 VAM 0,00 0,00 0,00 28, , , ,72 28, , ,14 0, ,14 0,00 0,00 0 0,00 0,00 0,00 28,43 28,43 0, ,64 35,51 5 H2O 13,57 0,00 0, , ,86 922, ,90 922,97 76, ,75 329, ,80 76,86 253,09 266, , ,85 218,79 922, ,63 218,79 12, ,18 6 CO2 0,00 0,00 0, , , ,21 0, ,21 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0, ,96 15,99 0, , , ,97 0,00 0,00 7 MEA 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0, , ,56 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0, , , , , , , , , , , , , , , , , ,39 218, , , , , ,73 Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif Bab II Deskripsi Proses

44 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer 31 Laju Alir Massa Overall ( kg/jam ) No KOMPONEN Arus 1 Arus 2 Arus 3 Arus 4 Arus 5 Arus 6 Arus 7 Arus 8 Arus 9 Arus 10 Arus 11 Arus 12 Arus 13 Arus 14 Arus 15 Arus 16 Arus 17 Arus 18 Arus 19 Arus 20 Arus 21 Arus 22 Arus 23 Arus 24 Arus 25 1 C 2 H 4 0,000 0,000 0, ,749 0, , , , ,744 0, ,744 0,000 0, ,744 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0, ,744 0,00 0,000 0,000 2 CH 3 COOH 9036, , ,515 0,000 0,000 0, , , , , , , , , , , , ,044 0,000 0,000 0, ,821 0,00 0, ,044 3 O 2 0,000 0,000 0,000 0, ,959 0, , , ,913 0, ,913 0,000 0, ,913 0,000 0,000 0,000 0,000 5,470 0,000 0, ,444 5,47 0,000 0,000 4 VAM 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 28,425 28, , , , , ,144 28,425 0,000 0,000 0, ,144 0,000 0,000 0,00 28,425 0, ,636 35,507 5 H 2 O 13, , ,666 0,000 0,000 0, , , , , ,966 76, , , ,948 76, , , , , ,79 922, ,79 12, ,177 6 CO 2 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0, , , ,210 0, ,210 0,000 0, ,210 0,000 0,000 0,000 0, ,960 15,990 0, , ,97 0,000 0,000 7 MEA 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0, , ,557 0,00 0,000 0,00 0,000 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,728 Bab II Deskripsi Proses

45 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id Langkah Proses Reaksi pembentukan vinyl asetat dapat dilakukan pada fase cair dan fase gas. Namun, reaksi fasa gas lebih baik dari pada fase cair karena menghasilkan produk dengan kemurnian yang lebih baik dan tidak banyak masalah korosi pada proses (Dimian,2008). Pada proses pembuatan vinyl asetat, umpan berupa etilena, oksigen, dan asam asetat (99,85%wt) yang masing-masing disimpan di dalam tangki TT-01, TT-02 dan TT-03. Asam asetat fresh dicampur dengan asam asetat recycle kemudian diumpankan ke vaporizer (VP-01) untuk mengubah fase menjadi fase gas. Setelah itu, ketiga bahan baku dicampur dengan arus recycle gas. Pada pencampuran gas ini, konsentrasi oksigen dikontrol dengan mengatur aliran oksigen masuk. Hal ini dilakukan agar konsentrasi oksigen yang masuk ke dalam reaktor tidak melebihi 8% mol campuran untuk menghindari resiko ledakan. Rasio mol reaktan harus menjamin excess etilena terhadap asam asetat dengan perbandingan 2 : 1 sampai 3 : 1. Setelah itu, campuran gas etilena, asam asetat, dan oksigen dipanaskan dengan heater (E-102) sampai suhu 150 o C. Hal ini dilakukan untuk menyesuaikan dengan kondisi operasi reaktor (R-01). Reaktor yang digunakan adalah reaktor fixed bed multitube, dengan menggunakan katalis Palladium. Reaktor ini beroperasi pada tekanan 10 atm dan 150 o C, dengan konversi per pass etilen sebesar 10%. Reaksi yang terjadi dalam reaktor : C 2 H 4 + CH 3 CO 2 H + ½ O 2 C 2 H 4 + 3O 2 C 2 H 3 OOCH=CH 2 + H 2 O 2CO 2 + 2H 2 O Bab II Deskripsi Proses

46 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 33 Produk keluaran reaktor adalah etilena, oksigen, nitrogen, karbondioksida, vinyl asetat, asam asetat dan air. Selanjutnya, produk keluaran reaktor dialirkan ke unit pemisahan untuk pemurnian produk. Produk keluaran reaktor dialirkan dan didinginkan dengan heat exchanger (E-201) hingga temperatur 127 o C. Setelah didinginkan, produk terdiri atas 2 fase, yaitu fase gas (etilena, oksigen, karbondioksida) dan fase cair (vinyl asetat, asam asetat dan air). Campuran produk ini kemudian dialirkan ke separator (FG-01) untuk memisahkan fase gas dan fase cair. Produk atas dari FG-01 ini adalah etilena, oksigen, karbondioksida dan sedikit vinyl asetat, sedangkan produk bawahnya merupakan campuran vinyl asetat, asam asetat, dan air. Produk atas yang merupakan campuran gas etilena, oksigen, karbondioksida dan sedikit vinyl asetat dimasukkan absorber (T-101) untuk mengambil vinyl asetat yang masih terikut dalam fasa gas. Selanjutnya, campuran gas ini dimasukkan ke absorber (T-102) untuk mengambil sebagian jumlah gas karbondioksida agar tidak terjadi akumulasi di reaktor dan kemudian gas direcycle kembali. Produk bawah Separator (FG-01) dicampur dengan arus hasil absorber T- 101 yang kemudian dialirkan ke menara destilasi (T-201). Produk atas merupakan vinyl asetat, air dan sedikit asam asetat, sedangkan produk bawah merupakan asam asetat dengan sedikit campuran air. Asam asetat yang diperoleh sebagai produk bawah, direcycle kembali dan dicampurkan dengan asam asetat fresh. Produk atas kolom destilasi didinginkan dengan condensor (E-202). Kemudian dialirkan ke dalam decanter (FL-01) untuk dipisahkan dengan prinsip perbedaan massa jenis komponen. Produk commit atas keluaran to user decanter merupakan vinyl asetat Bab II Deskripsi Proses

47 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 34 99,9%wt yang kemudian akan dialirkan ke tangki penyimpanan produk (TT-04). Produk bawah decanter (FL-01) merupakan campuran air dan sedikit asam asetat yang kemudian akan diolah di unit pengolahan limbah Neraca Massa dan Neraca Panas Produk Kapasitas Satu tahun produksi : Vinil asetat monomer 99,9% berat : ton/tahun : 330 hari Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam Neraca Massa Basis perhitungan Satuan : 1 jam operasi : kg/jam a. Neraca massa di Tee-01 Tabel 2.3 Neraca Massa di Tee-01 Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 1 Arus 17 Arus 2 CH 3 COOH 9036, , ,51 H 2 O 13,58 253,09 266,67 Total 9049, , , , ,18 Bab II Deskripsi Proses

48 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 35 b. Neraca massa di Tee-02 Tabel 2.4 Neraca Massa di Tee-02 Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 2 Arus 22 Arus 7 C 2 H , ,74 CH 3 COOH 30087, , ,34 O , ,44 VAM - 28,43 28,43 H 2 O 266,67 922, ,63 CO , ,24 Total 30354, , , , ,82 c. Neraca massa di Tee-03 Tabel 2.5 Neraca Massa di Tee-03 Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 7 Arus 5 Arus 6 Arus 8 C 2 H , , ,49 CH 3 COOH 33045, ,23 O , , ,40 VAM 28, ,43 H 2 O 1189, ,63 CO , ,24 Total , , , , , ,53 Bab II Deskripsi Proses

49 Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer digilib.uns.ac.id 36 d. Neraca massa di reaktor (R-01) Tabel 2.6 Neraca Massa di Reaktor Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 8 Arus 9 C 2 H , ,74 CH 3 COOH 33045, ,23 O , ,91 VAM 28, ,57 H 2 O 1189, ,86 CO , ,21 Total , ,53 e. Neraca massa di Separator (FG-01) Tabel 2.7 Neraca Massa di Separator Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Arus 9 Arus 10 Arus 11 C 2 H , ,74 CH 3 COOH 24222, , ,82 O , ,91 VAM 12677, , ,85 H 2 O 4490, ,90 922,97 CO , ,21 Total , , , , ,53 Bab II Deskripsi Proses