BAB II DESKRIPSI PROSES

Transkripsi

1 BAB II DESKIPSI POSES A. Prses Pembuatan Carbn Black Menurut prinsip dasarnya metde pembuatan Carbn Black ini pada jaman dahulu sangat sederhana, yaitu dengan cara pembakaran gas penerangan dengan jumlah udara yang terbatas sehingga terbentuk jelaga yang berfungsi sebagai Carbn Black dari gas alam yang pertama kali di New Cumberland, Amerika Serikat pada tahun 87 dengan Channel Prses. (Kirk and Otmer,949 ). Dengan adanya permintaan Carbn Black yang meningkat, metde prduksi Carbn Black mengalami perkembangan. Dua prses yang paling banyak digunakan di dunia adalah Furnace Black Prses dan hermal Black Prses. Furnace Black Prses lebih banyak digunakan daripada hermal Black Prses ( Annim,0) A.. Prses Furnace Black atau Oil Furnace Prses ini ditemukan pada tahun 99. Umpannya berupa gas alam atau minyak residu. eaksi yang terjadi fase gas, yaitu :

2 6 eaksi pembakaran: C 0 H O 0 CO + H O eaksi perengkahan: C 0 H 4 0 C + H Minyak residu bersama sama dengan udara dibakar dalam furnace dengan nyala api yang terbuka. Pemanasan dalam furnace pada suhu C. Minyak residu sebagai bahan baku dibakar dalam furnace dengan mengatur perbandingan jumlah massa antara udara dan minyak residu agar dihasilkan asap carbn sebanyak mungkin ( Kirk Otmer, 968 ). Asap carbn didinginkan dalam quencher, kemudian dimasukkan ke dalam Cyclne untuk memisahkan Carbn Black dengan gas-gas prduk sampingnya, yang kemudian prduk di masukkan ke dalam pelletizer agar prduk carbn black memiliki ukuran yang sama dan disimpan dalam strage tank yang kemudian siap dikemas ( Annim,0 ). ata rata ukuran diameter partikel carbn black Å. Yield yang dihasilkan berkisar % ( Kirk Otmer, 968 ). A.. Prses ermal Black Prses ini ditemukan pada tahun 96. Umpannya dipakai gas alam, reaksi yang terjadi : CH 4 C + H erdiri dari dua furnace yang berbentuk silinder berlapis batu tahan api yang disebut generatr dan digunakan untuk reaksi. Alat ini hanpir terisi dengan checker wrk yang suhunya dipertahankan 00 C. Apabila satu generatr dipanasi dengan membakar campuran stikimetri udara dan bahan bakar, gas alam dibiarkan masuk ke dalam

3 7 generatr lain di mana akan terjadi peruraian gas alam menjadi C dan H ketika melewati Checker. Pemanasan valve tmatis dan kntrl aliran akan mengubah ubah tiap generatr dari siklus prduksi ke siklus re - heat ( pemanasan kembali ) setiap lima menit sehingga aliran prduksi knstan. Gas dari generatr dilewatkan pendingin agar carbn black nya tersuspensi, sehingga suhunya turun menjadi 5 C, kemudian disingkirkan dengan cycln cllecktrs yang diikuti dengan bag filter untuk pemisahan. Carbn black yang terkumpul diprses melalui separatr magnetis, screen, hammer mill dan pelletizer kemudian dikemas. ata rata ukuran diameter partikel Carbn - Black Å. Yield yang dihasilkan pada prses ini yaitu 60 90% ( Kirk Otmer, 968 ). B. Pemilihan Prses Pemilihan prses dilakukan dengan membandingkan keuntungan dan kerugian semua prses pembuatan carbn black yang telah diuraikan di atas sebagai berikut: abel.. Perbandingan prses pembuatan carbn black N. Keterangan Jenis Prses. Bahan baku utama Minyak residu Gas Alam. Kndisi Operasi C 00 C. Yield 65 98% 60 90% Sumber : Kirk Otmer, 968; US Patent

4 8 B.. Kelayakan Eknmi Harga-harga bahan baku dan prduk untuk kedua prses diatas dapat dilhat pada abel.. abel. Harga Prduk, dan bahan baku N Nama Bahan Harga ( $)/Kg Harga (p)/kg Carbn Black* 0, Metana* 0, Minyak esidu** 0,5.500 Keterangan : *Alibaba.cm dan **P. PEAMINA Kurs $ p (Bank Indnesia) angal akses: 9 Juli 0 Untuk menghitung perlehan keuntungan kasar dapat digunakan persamaan berikut ini : Keuntungan Harga Jual Prduk Harga Beli Bahan Baku. eaksi yang menggunakan bahan baku minyak residu dengan prses Furnace Black C 0 H 4 (l) 0 C (s) + H (g) : 0 : BM 8

5 9 Prduk yang terbentuk pada reaksi diatas adalah C. Jika pada reaksi tersebut C yang terbentuk sebanyak kg, maka : Ml C yang terbentuk massa BM 000 gr gr / ml 8, ml Berdasarkan perbandingan stikimetri, maka : Ml C 0 H 4 yang bereaksi Ml C yang terbentuk 4,7 ml Massa C 0 H 4 yang bereaksi 4,7 ml x 8 gr/ml 0 0 x8, ml 75,94 gr,76 kg Jadi untuk menghasilkan kg C dibutuhkan biaya bahan baku sebesar : C 0 H 4 p..500/kg x,76 kg p. 4.5,79,- Jadi keuntungan harga prduk harga bahan baku p p. 4.5 p eaksi yang menggunakan bahan baku gas alam dengan prses hermal Black CH 4 (g) C (s) + H (g) : : BM 6 Prduk yang terbentuk pada reaksi diatas adalah C.

6 0 Jika pada reaksi tersebut C yang terbentuk sebanyak kg, maka : Ml C yang terbentuk massa BM 000 gr gr / ml 8, ml Berdasarkan perbandingan stikimetri, maka : Ml CH 4 yang bereaksi Ml C yang terbentuk 8, ml Massa CH 4 yang bereaksi 8, ml x 6 gr/ml, gr, kg Jadi untuk menghasilkan kg C dibutuhkan biaya bahan baku sebesar : CH 4 p /kg x, kg p Jadi keuntungan harga prduk harga bahan baku p p p..600 B. Pemilihan prses meninjau dari panas reaksi (ΔH ) ΔH menunjukkan panas reaksi yang dihasilkan selama prses berlangsungnya reaksi kimia, seperti pada reaksi pembentukkan prduk berupa etrahydrfuran. Besar atau kecil nilai ΔH tersebut menunjukkan jumlah energi yang dibutuhkan maupun dihasilkan. ΔH bernilai psitif (+) menunjukkan bahwa reaksi tersebut membutuhkan panas untuk berlangsungnya reaksi sehingga semakin besar ΔH maka semakin besar juga energi yang dibutuhkan. Sedangkan ΔH bernilai negatif (-) menunujukkan bahwa reaksi tersebut menghasilkan panas selama prses berlangsungnya reaksi. Sehingga

7 nilai ΔH tiap reaksi perlu dihitung untuk menentukan apakah reaksi tersebut bersifat menghasilkan panas atau membutuhkan panas. Data dari : Culsn Appendix C 4 th editin diperleh ΔH f pada 98 K: ΔH C 0 H 4-45,87 kj/ml ΔH CH 4-74,86 kj/ml ΔH C 76,70 kj/ml ΔH H 0 kj/ml. Prses Furnace Black C 0 H 4(l) 0 C + H ΔH (98 K) ΔH prduk - ΔH reaktan (ΔH C + ΔH H ) - (ΔH C 9 H 60 ) (76,70) (-45,87) 7, 7 kj/kml (endterm) ΔH ΔH prduk reak tan ΔH (87,5K) ΔH (98,5 K) 87,5 98,5 prduk 57,5 98,5 reaktan Menghitung : A B C D A ( 87,5 98,5 ) B ( C prduk ( s ) ) C ( ) D ( )

8 -7,5 x (87,5 98,5) + 6,95 x 0 - / x (87,5 98,5 ) + (-6,4 x 0-5 /) x (87,5 98,5 ) + (,85x0-8 ) x (/87,5-98,5 ) 55,9 Kj/ml 87,5 98,5 prduk H ( g ) 5,99 x (87,5 98,5) +,0 x 0 - / x (87,5 98,5 ) + (-,85 x 0-5 /) x (87,5 98,5 ) + (,9x0-8 ) x (/87,5-98,5 ) 88, 4 Kj/ml 57,5 98,5 reak tan C 0 H 4 ( l ) -,8 x (87,5 98,5) +,94 x 0 - / x (87,5 98,5 ) + (-, x 0 - /) x (87,5 98,5 ) + (,5x0-7 ) x (/87,5-98,5 ), Kj/ml ΔH (87,5K) ΔH (98,5 K) 87,5 98,5 prduk 57,5 98,5 reaktan 7, 7 kj/ml + 55,9 88,4 (, ) kj/ml.,9 Kj/ml. Prses hermal Black CH 4 (g) C (s) + H (g)

9 ΔH (98 K) ΔH prduk - ΔH reaktan (ΔH C + ΔH H ) - (ΔH CH 4 ) (76,70) (-74,86) 79,56 kj/kml ΔH ΔH prduk reak tan ΔH (87,5K) ΔH (98,5 K) 57,5 98,5 prduk 0,5 98,5 reaktan Menghitung : A B C D A ( ) B ( ) C ( ) D ( ) 57,5 98,5 C prduk ( s ) -7,5 x (57,5 98,5) + 6,95 x 0 - / x (57,5 98,5 ) + (-6,4 x 0-5 /) x (57,5 98,5 ) + (,85x0-8 ) x (/57,5-98,5 ) 4,576 Kj/ml 57,5 98,5 prduk H ( g ) 5,99 x (57,5 98,5) +,0 x 0 - / x (57,5 98,5 ) + (-,85 x 0-5 /) x (57,5 98,5 ) + (,9x0-8 ) x (/57,5-98,5 ) 55, 50 Kj/ml

10 4 0,5 98,5 reak tan C H 4 ( g ) -,8 x (0,5 98,5) +,94 x 0 - / x (0,5 98,5 ) + (-, x 0 - /) x (0,5 98,5 ) + (,5x0-7 ) x (/0,5-98,5 ) -7,4 Kj/ml ΔH (87,5K) ΔH (98,5 K) 87,5 98,5 prduk 57,5 98,5 reaktan 79,56 kj/ml + 4,576 55,50 ( 7,4 ) kj/ml.54,79 Kj/ml B.. Pemilihan prses meninjau dari energi Gibbs (ΔG ). ΔG menunjukkan spntan atau tidak spntannya suatu reaksi kimia. ΔG bernilai psitif (+) menunjukkan bahwa reaksi tersebut tidak dapat berlangsung secara spntan, sehingga dibutuhkan energi tambahan dari luar. Sedangkan ΔG bernilai negatif (-) menunujkkan bahwa reaksi tersebut dapat berlangsung secara spntan dan hanya sedikit membutuhkan energi. Oleh karena itu, semakin kecil atau negatif ΔG maka reaksi tersebut akan semakin baik karena energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya reaksi semakin kecil. Maka, perlu ditentukan ΔG masing masing reaksi untuk mengetahui apakah reaksi tersebut dapat berlangsung spntan atau tidak. Data dari : Culsn Appendix C 4 th editin diperleh : ΔG pada 98 K : ΔG C 0 H 4 6,4 kj/ml ΔG CH 4-50,87 kj/ml

11 5 ΔG C 67,0 kj/ml ΔG H 0 kj/ml. Prses Furnace Black C 0 H 4(l) 0 C (s) + H (g) ΔG (98 K) ΔG prduk - ΔG reaktan (ΔG C + ΔG H ) - (ΔG C 9 H 60 ) (67,0) (6,4) 508,89 kj/kml ΔG (87,5 K) B ΔA (-) + ( - C ) + ( - D ) + ( 4-4 ) 445, (87,5-98,5) ,7 (87,5 98,5 ) (87,5 98,5 )+ (87,5 4 98,5 4 ) ,78 Kj/kml C ΔA(ln ln ) + ΔB(- )+ ( - D ) + ( - ) 445, (ln 87,5 ln 98,5) + -97,7 (87,5-98,5) (67-98 ) + (67-98 ) -665,65 kj/km G ( ) H ( 0 ) H ( 0 ) G ( 0 ) 7,7 508,89 508, , (-665,65) 98,5

12 , kj/kml. Prses hermal Black CH 4(l) C (s) + H (l) ΔG (98 K) ΔG prduk - ΔG reaktan (ΔG C + ΔG H ) - (ΔG CH 4 ) (67,0- (-50,87) 7,7 kj/kml ΔG (57,5 K) B ΔA (-) + ( - C ) + ( - D ) + ( 4-4 ) 7,68 (57,5-98,5) + (57,5 98,5 ) + 8,005x0 (57,5 98,5 )+ (57,5 4 98,5 4 ) ,65 Kj/kml C ΔA(ln ln ) + ΔB(- )+ ( - D ) + ( - ) 7,68 (ln 57,5 ln 98,5) + 0,058 (57,5-98,5) ,005x0 (57,5 98,5 ) + (57,5 98,5 ) -8 45,47 kj/kml G ( ) H ( 0 ) H ( 0 ) G ( 0 ) 7, , (45,47) 67.,45 kj/kml 79,67 7,7 98,5

13 7 abel.. Perbandingan prses prduksi Carbn Black N Keterangan Furnace Black hermal Black Bahan baku Minyak esidu Gas Alam Biaya Bahan Baku p..500 p (/kg prduk) 4 5 Keuntungan (/kg prduk) ΔH reaksi ΔG reaksi p ,-., , p..600,-.54,79 67.,45 6 Yield 65-98% 60-90% Dari tabel. diatas dapat disimpulkan bahwa dari kedua prses pembuatan Carbn Black metde yang dipilih menggunakan prses Furnace Black. Pemilihan prses ini berdasarkan atas beberapa pertimbangan berikut:. Dari hasil perhitungan eknmi kasar paling menguntungkan.. Biaya bahan baku paling murah.. Nilai entalpi reaksi paling kecil sehingga energi yang dibutuhkan paling sedikit. 4. Yield yang dihasilkan lebih besar. Oleh sebab itu prses yang dipilih adalah prses kedua, yakni prses furnace black pada temperatur 600 C menggunakan bahan baku Minyak esidu (C 0 H 4 ).

14 8 C. Uraian Prses Kegiatan prduksi dimulai dengan tahap penyiapan bahan baku, yaitu pengaliran bahan utama yaitu minyak residu dari umpan stck strage tank (S-0) ke reaktr dengan menggunakan pmpa (PP-0). Sedangkan bahan bakar berupa minyak residu juga disuplai dari Pertamina Cilacap yang di simpan di fuel strage tank (S-0). Sebelum memasuki reaktr, minyak residu dan udara memerlukan pemanasan awal terlebih dahulu. Hal ini bertujuan untuk meningkatkan yield dari carbn black yang dihasilkan. Dalam prses ini, suhu untuk keluaran preheater minyak residu (HE-0) sebesar 00 C. Udara juga dikntakkan dengan aliran prduk yang keluar dari reaktr sebagai pemanasan awal melalui preheater (HE-0). Setelah dilakukan pemanasan awal, untuk memasuki reaktr perlu penginjeksian umpan dengan menggunakan peralatan atmized. emperatur di dalam zna pembakaran pada reaktr dengan prses pirlisis ini sebesar 600 C. Setelah mengalami prses perengkahan, air primer sebagai pemadam (quenching) pada quencher primer (Q-0) dibutuhkan untuk menghentikan reaksi serta mendinginkan gas menjadi 400 C. Selanjutnya aliran gas yang mengandung carbn black yang dihasilkan dari prses pembakaran bahan baku dengan udara dalam reaktr dialirkan ke cyclne (CY-0) untuk memisahkan udara/gas dari prduk, yang bertujuan untuk menghindari terbuangnya carbn black ke lingkungan. ail gas yang keluar dari cyclne dibakar agar tidak terbuang dan mencemari lingkungan. Hasil energi pembakaran ini dapat digunakan untuk memprduksi steam. Carbn black yang halus keluar dari Cyclne (CY-0) dibantu dengan blwer untuk menurunkan suhu prduk menuju ke Cyclne kedua untuk memisahkan kembali udara dengan prduk. Kemudian prduk dengan kemurnian 99,76% dimasukkan kedalam slid strage yang berbentuk sil (SL-0).

15 9 O,N HE-0 Cling water Air ail Gas S-0 HE-0 E-0 Q-0 BP-0 CY-0 Air S-0 BP-0 Prduct t packing sectin SL-0 CY-0 Gambar.. Blk Diagram Prses Pembuatan Carbn Black