II. PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES

Transkripsi

1 II. PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES Usaha prduksi dalam pabrik kimia membutuhkan berbagai sistem prses dan sistem pemrses yang dirangkai dalam suatu sistem prses prduksi yang disebut teknlgi prses. Secara garis besar, sistem prses utama dari sebuah pabrik kimia adalah sistem reaksi serta sistem pemisahan dan pemurnian. Prses perubahan bahan baku menjadi prduk terjadi dalam sistem reaksi. Sistem pemrses bagi sistem reaksi adalah reaktr. Sistem pemisahan dan pemurnian bertujuan agar hasil dari sistem pereaksian sesuai dengan permintaan pasar sehingga layak dijual. A. Macam-Macam Prses Ada dua macam reaksi untuk membentuk furfuril alkhl. Yaitu reaksi Cannizar dan reaksi hidrgenasi. Berikut masing-masing uraian prses: A.1. Reaksi Cannizar (Disprpsinasi aldehida dengan NaOH) Reaksi ini ditemukan pada tahun 1853 dan dinamai dari nama penemunya, Stanisla Cannizar. Merupakan reaksi kimia yang melibatkan disprpsinasi aldehida yang di ksidasi-reduksi menggunakan basa menjadi alkhl dan garam. Dalam hal pembuatan furfuril alkhl, furfural

2 15 (C 5 H 4 O 2 ) di reduksi menggunakan sdium hidrksida (NaOH) menghasilkan furfural alkhl (C 5 H 6 O 2 ) dan asam furat (C 5 H 3 O 3 Na). Berikut reaksinya : 2C 5 H 4 O 2 (l) + NaOH(l) C 5 H 6 O 2 (l) + C 5 H 3 O 3 Na(l) Furfural Sdium hidrksida Furfuril alkhl Asam furat Prses ini dilakukan dalam skala labratrium pada tahun 1864 menggunakan sistem batch. Berlangsung pada fasa cair dengan temperatur 70 C dan tekanan 10 atm. Prses ini tidak kmersil digunakan pada skala industri karena yields maksimal hanya 45% dengan knversi sebesar 50% (US Patent 2,374,149). A.2 Reaksi Hidrgenisasi Reaksi ini merupakan reaksi reduksi furfural menggunakan hidrgen (hidrgenasi) dengan penambahan katalis lgam. Prses ini banyak dilakukan pada skala industri dengan sistem cntinue yang kemudian dikembangkan leh FN Peters dari Quaker Oats Cmpany dari H. Adkinds dan R.Cnnr dari Universitas Wincnsin. Reaksi ini berlangsung ekstermis pada temperatur yang relatif tinggi atau tekanan tinggi namun dihasilkan knversi yang tinggi. Prses hidrgenasi untuk memprduksi furfuril alkhl merupakan reaksi katalitik dan dapat dijalankan pada 2 kndisi, yaitu furfural fasa cair dan furfural fasa uap (Mc. Ketta, 2003). Pada metde fasa cair reaksi

3 16 berlangsung pada suhu antara 150 O C-250 O C dan tekanan sangat tinggi (25 50 atm). Sedangkan pada vapr-phase reaksi berlangsung pada suhu 170 O C -250 O C dan pada tekanan hingga 3 atm. Oleh karena itu, pada prses hidrgenasi furfural lebih kmersil menggunakan metde vapr-phase sehingga mudah dalam penanganan alat dan murah dalam hal pembiayaan energi. (US.Patent 2,754,304) A.2.1. Hidrgenasi pada fasa cair Hidrgenasi furfural fase cair dapat dilakukan dimana furfural pada fase cair direaksikan dengan gas hidrgen dengan menggunakan katalis lgam cpper, nikel dan alumina. Kndisi perasi reaktr berlangsung dalam rentang 150 O C-250 O C dan tekanan atm. Selama prses reaksi berlangsung, kndisi fase cair furfural harus dikntrl agar tidak terjadi perubahan fase. Terjadinya penguapan furfural mengakibatkan perubahan reaksi akan sulit untuk di kntrl. Untuk menjaga kndisi tersebut maka dipilih tekanan yang tinggi ini (US.Patent 4,251,396). Tingginya tekanan perasi mengakibatkan biaya perasinal menjadi cukup mahal. Prses ini biasanya menggunakan katalis Cpper Chrmite. Penggunaan katalis ini sangatlah baik jika ditambah Calcium Oxide sebagai prmtr karena bisa menghasilkan knversi maksimum

4 17 hingga 99%. Sintesis katalis tersebut menghasilkan Cpper Chrmite Calcium Oxide (CuO-Cr 2 O 3.CaO). Katalis tersebut dipakai pada reaksi dengan ukuran 200 mesh dan bisa di simpan hingga 1 bulan tanpa mengurangi aktivitas nya. Katalis ini sangat beracun sehingga penyimpanan haruslah hati-hati agar tidak mencemari lingkungan. Sebelum digunakan katalis harus di cuci dengan demineralized water disertai pengadukan, dan setelah itu katalis dikeringkan menggunakan udara panas pada temperatur 95 O C. Pada temperatur antara 271 O C dan 310 O C katalis akan terdekmpsisi sehingga temperatur reaksi haruslah sangat dijaga agar tidak merusak aktivitas katalis ini. Luas permukaan katalis ini adalah 88 m 2 /gram. Katalis ini belum diprduksi di Indnesia, sehingga untuk mendapatkannya perlu didatangkan impr dari Jepang atau Krea. Berikut reaksi yang terjadi : C5H4O2(l) + H2(g) CuO-Cr 2 O 3.CaO C5H6O2(l) Furfural hidrgen P = 29 atm furfuril alkhl T = 180 C Karena bersifat hetergen (cair-gas), maka ketika keluar reaktr membutuhkan prses separasi untuk memisahkan prduk dengan reaktan yang tidak bereaksi. Kntrl temperatur perasi pada reaktr autclave juga cukup rumit untuk menjaga agar tidak terbentuknya by-prduct. Karena ketika temperatur tidak sesuai

5 18 maka reaksi juga akan membentuk white prduct (methylfuran) dan plimernya. Selain itu tekanan yang digunakan selama perasi juga sangat tinggi. Sehingga, selain kebutuhan energi tinggi, material yang digunakan untuk peralatan prses juga harus bahan yang terbaik sehingga membutuhkan investasi yang tinggi (US.Patent 4,251,396). A.2.2 Hidrgenasi pada fasa uap Hidrgenasi furfural fase uap dapat dilakukan dimana furfural cair (feedstck) diuapkan terlebih dahulu sebelum masuk reaktr. Sama seperti halnya pada hidrgenasi fasa cair, pada reaktr furfural direaksikan dengan gas hidrgen menggunakan katalis cpper, nikel alumina pada temperatur antara 170 O C dan 250 O C. Namun, karena direaksikan pada fasa uap maka kndisi perasi di reaktr berada pada rentang tekanan 1 5 atm. Prses ini biasanya menggunakan katalis Cpper sillicate atau Cpper xida. Furfural diumpankan ke dalam reaktr tubular fixed bed reactr yang didalamnya terdapat katalis cpper xide berbentuk extrudate CuO di dalam pipa-pipa tubular reaktr. Sebelum masuk reaktr furfural diuapkan leh vaprizer dan bersamaan dengan gas hidrgen diumpankan ke dalam reaktr.

6 19 Reaksi dapat berlangsung pada tekanan 2 atm dan temperatur 190 O C. Reaksi bersifat ekstermis, sehingga untuk menjaga temperatur reaksi reaktr harus dilengkapi leh sistem pendingin dengan knversi sebesar 80%. Pada kndisi ini furfural harus dijaga dalam fase uap lewat jenuh agar tidak terjadi plimerisasi yang akan menghasilkan white water prduct serta mencegah pengembunan furfural di dalam pipa katalis sehingga tidak terbentuk clured prduct. Oleh karena itu, reaktr diperasikan pada temperatur reaksi (190 O C) namun tidak bleh lebih dari 200 O C agar tidak terbentuk methylfuran (Swadesh. S, 1956). Berikut reaksi yang terjadi : C 5 H 4 O 2 (g) + H 2 (g) CuO C 5 H 6 O 2 (g) Furfural hidrgen P = 2 atm furfuril alkhl T = 190 C (US.Patent 2,754,304) B. Pemilihan Prses Pemilihan prses bertujuan untuk menentukan prses mana yang akan dipilih sehingga menguntungkan baik dari segi eknmi, energi dan investasi alat. B.1 Tinjauan Eknmi Tinjauan eknmi ini bertujuan untuk mengetahui keuntungan yang dihasilkan leh pabrik per kg prduk yang dihasilkan pada masing-masing

7 20 prses yang akan digunakan. Berikut perbandingan keuntungan yang diperleh melalui kedua prses di atas. Disprpsinasi aldehida (dengan NaOH) Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : 2C 5 H 4 O 2 (l) + NaOH(l) C 5 H 6 O 2 (l) + C 5 H 3 O 3 Na(l) Furfural Sdium hidrksida Furfuril alkhl Asam furat Basis : 1 kg C 5 H 6 O 2 (prduk/furfuril alkhl) BM C 5 H 6 O 2 : 98 g/ml dan BM C 5 H 3 O 3 Na (by prduct) = 134,24 g/ml BM C 5 H 4 O 2 (bahan baku): 96 g/ml dan BM NaOH = 39,99 g/ml Jumlah Prduk C 5 H 6 O 2 : gram 98,1 gr / ml = 10,194 ml Knversi : 50 % terhadap furfural (C 5 H 4 O 2 ) Reaksi : 50% 2C 5 H 4 O 2 (l) + NaOH(l) C 5 H 6 O 2 (l) + C 5 H 3 O 3 Na(l) Mula-mula x 0,5x - - Bereaksi 20,388 10,194 10,194 10,194 Sisa x-20,388 0,5x-10,194 10,194 10,194 Ml mula-mula: x-0,5 x = x-20,388 0,5 x = x-20,388 = 40,776 ml C 5 H 4 O 2 = x = 40,776 ml NaOH = 0,5 x = 20,388 ml

8 21 Jumlah Reaktan yang dibutuhkan C 5 H 4 O 2 96,085gram 1 kg 40,776ml = 3,92 kg 1 ml 1000 gram NaOH 39,99gram 1 kg 20,388 ml = 0,814 kg 1 ml 1000 gram Jumlah Prduk yang terbentuk C 5 H 6 O 2 98,1 gram 1 kg 10,194ml = 1, kg 1 ml 1000 gram C 5 H 3 O 3 Na 134,24gram 1 kg 10,194 ml = 1,36 kg 1 ml 1000 gram Tabel II.1 Harga bahan baku dan prduk prses disprpsinasi aldehid Bahan Baku Prduk 1. Furfural (C 5 H ) 2. Sdium Hidrksida (NaOH) 3. Furfuril alkhl(c 5 H ) 4. Sdium Furat (C 5 H 3 O 3 Na) $/tn 1.100* 460** 2.500*** 430**** Sumber : */*** web f Puyang Dingxin Chemical C., Ltd. 12 Feb 2012 **/**** alibaba.cm. 9 Feb 2013 Untuk menghitung perlehan keuntungan kasar dapat digunakan persamaan berikut ini : EP = Harga Prduk Harga Bahan Baku EP = ( Harga Furfuril alkhl+ harga sdium furat) - ( harga furfural + harga hidrgen)

9 22 EP = {(1, kg) ( $ 2,5/kg) + (1,36 kg) ( $ 0,43/kg)} {(3,92 kg) ($ 1,1/kg) + (0,814) ($ 0,46/kg)} EP = $ (3,585-5,078)/kg prduk = - $ 1,493 /kg prduk (-41%) Prses Hidrgenasi Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : C 5 H 4 O 2(g) + H 2(g) C 5 H 6 O 2(g) Basis : 1 kg C 5 H 6 O 2 (prduk/furfuril alkhl) BM C 5 H 6 O 2 : 98,1 g/ml BM C 5 H 4 O 2 (bahan baku): 96,085 g/ml dan BM H 2 = 2 g/ml Jumlah Prduk C 5 H 6 O 2 : ,1 = 10,194 ml Knversi : 80% terhadap furfural Reaksi : 80% C 5 H 4 O 2(g) + H 2(g) C 5 H 6 O 2(g) Mula-mula x - Bereaksi 10,194 10,194 10,194 Sisa x-10,194 10,194 Ml mula-mula : x-0,8000 x = x-10,194 0,2000 x = x-10,194 x = 12,7425 ml C 5 H 4 O 2 = x = 12,7425 ml H 2 = x = 10,1940 ml

10 23 Jumlah Reaktan yang dibutuhkan C 5 H 4 O 2 96gram 1 kg 12,7425ml = 0,995 kg 1 ml 1000 gram H 2 2gram 1 kg 10,194 ml = 0,0204 kg 1 ml 1000 gram Jumlah Prduk yang terbentuk C 5 H 6 O 2 98,1 gram 1 kg 10,194ml = 1, kg 1 ml 1000 gram Tabel II.2 Harga bahan baku dan prduk prses hidrgenasi Bahan Baku Prduk 1. Furfural (C 5 H ) 2. Hidrgen (H 2 ) 3. Furfuril alkhl(c 5 H ) $/tn 1.100* 3.000** 2.500*** Sumber : */*** web f Puyang Dingxin Chemical C., Ltd. 12 Feb 2012 ** web f PT Samatr Gas Indnesia. 9 Feb 2013 Untuk menghitung perlehan keuntungan kasar dapat digunakan persamaan berikut ini : EP = Harga Prduk Harga Bahan Baku EP = ( Harga furfuril alkhl) { ( harga furfural + harga hidrgen)} EP = (1, kg) ( $ 2,5/kg) {(0,995 kg) ($ 1,1/kg) + (0,0204) ($ 3/kg)} EP = $ (3, (1,194+0,0714))/kg prduk = $ 1,7347 /kg prduk (137%)

11 24 B.2 Tinjauan Termdinamika Perubahan entalpi (ΔH) menunjukkan panas reaksi yang dihasilkan ataupun panas reaksi yang dibutuhkan selama prses berlangsungnya reaksi kimia. Dalam hal ini, pada reaksi pembentukkan Furfuril alkhldari furfural. Besar atau kecil nilai ΔH tersebut menunjukkan jumlah energi yang dibutuhkan maupun dihasilkan. ΔH bernilai psitif (+) menunjukkan bahwa reaksi tersebut membutuhkan panas agar berlangsungnya reaksi sehingga semakin besar ΔH maka semakin besar juga energi yang dibutuhkan dan cst yang harus dikeluarkan. Sedangkan ΔH bernilai negatif (-) menunjukkan bahwa reaksi tersebut menghasilkan panas selama prses berlangsungnya reaksi sehingga tidak membutuhkan energi selama prses namun membutuhkan energi untuk penyerapan panas agar reaksi tetap berlangsung pada temperatur reaksinya. Penentuan panas reaksi yang berjalan secara ekstermis atau endtermis dapat dihitung dengan perhitungan panas pembentukan standar (ΔH f) pada P = 1 atm dan T = 298 K. B.2.1 Disprpsinasi aldehida (dengan NaOH) Reaksi yang terjadi : 2C 5 H 4 O 2 (l) + NaOH(l) C 5 H 6 O 2 (l) + C 5 H 3 O 3 Na(l) Furfural Sdium hidrksida Furfuril alkhl Asam furat Nilai ΔH f masing-masing kmpnen pada suhu 298 K dapat dilihat pada Tabel II.3. sebagai berikut:

12 25 Tabel II.3 Nilai ΔH f disprpsinasi aldehid Kmpnen ΔH f, kj/ml C 5 H 4 O 2 (l) -201,6 NaOH(l) -425,8 C 5 H 6 O 2 (l) -276,2 C 5 H 3 O 3 Na(l) -365,8 Sumber: Yaws, Thermdynamic chemical data ΔH r 298 K = ΔH f prduk - ΔH f reaktan = [ΔH f C 5 H 6 O 2 (l)+ C 5 H 3 O 3 Na(l) ] [ 2 x ΔH f C 5 H 4 O 2 (l) + (NaOH(l) ] = [ (-276,2 + (-365,8) ] [ (2 x -201,6) + (-425,8) ] = +187 kj/ml Karena nilai ΔH r 298 K psitif, maka reaksi bersifat endtermis Untuk panas reaksi pada suhu 343 K ΔH (343K) = ΔH 298 +( ΔC pmh ΔT) (Smith, pers. 4.21) Kmpnen C 5 H 4 O 2 (l) NaOH(l) C 5 H 6 O 2 (l) C 5 H 3 O 3 Na(l) Selisih (prduk-reaktan) Kefisien A B C D 2 66,792 7, , , ,639-4, , , ,353 9, , , ,639 4, , , ,231-0, , , Sumber: Yaws, Thermdynamic chemical data Untuk T am = 320,5 K

13 26 = -91,231 + ((-0,05846) x (320,5) + ((-0, /3) x ( 4 x 320, x 343)) + 0, / (298 x 343) ΔC pmh = 580,347 kj/ml K ΔHrx = (580,347 x ( ) ) ΔHrx = ,615 kj/ml B.2.2 Prses Hidrgenasi Fasa cair Reaksi yang terjadi : C 5 H 4 O 2 (l) + H 2 (g) C 5 H 6 O 2 (l) Furfural Hidrgen Furfuril alkhl Nilai ΔH f masing-masing kmpnen pada suhu 298 K dapat dilihat sebagai berikut : Tabel II.4 Nilai ΔH f prses hidrgenasi cair Kmpnen ΔH f, kj/ml C 5 H 4 O 2 (l) -201,6 H 2 (g) 0 C 5 H 6 O 2 (l) -276,2 Sumber: Yaws, Thermdynamic chemical data ΔH r 298 K = ΔH f prduk - ΔH f reaktan = [ ΔH f C 5 H 6 O 2 (l)] [ΔH f C 5 H 4 O 2 (l) + H 2 (g) ] = [(-276,2) (-201,6)] kj/ml = -74,6 kj/ml Karena nilai ΔH r 298 K negatif, maka reaksi bersifat ekstermis Untuk panas reaksi pada suhu 453 K

14 27 ΔH (453K) = ΔH 298 +( ΔC pmh ΔT) (Smith, pers. 4.21) Kmpnen C 5 H 4 O 2 (l) H 2 (g) C 5 H 6 O 2 (l) Selisih (prduk-reaktan) Kefisien A B C D 1 66,792 7, , , ,399 2, , , ,353 9, , , ,960 0, , , Sumber: Yaws, Thermdynamic chemical data Untuk T am = 375,5 K = 30,960 + ((0,09125) x (375,5) + ((-0,007689/3) x ( 4 x 375, x 453)) + -0, / (298 x 453) ΔC pmh = -115,122 kj/ml K ΔHrx = -74,6+ (-115,122 x ( ) ) ΔHrx = ,51 kj/ml Fasa uap Reaksi yang terjadi : C 5 H 4 O 2 (g) + H 2 (g) C 5 H 6 O 2 (g) Furfural Hidrgen Furfuril alkhl Nilai ΔH f masing-masing kmpnen pada suhu 298 K dapat dilihat sebagai berikut:

15 28 Tabel II.5 Nilai ΔH f prses hidrgenasi uap Kmpnen ΔH f, kj/ml C 5 H 4 O 2 (g) -151 H 2 (g) 0 C 5 H 6 O 2 (g) -211,8 Sumber: Yaws, Thermdynamic chemical data ΔH r 298 K = ΔH f prduk - ΔH f reaktan = [ ΔH f C 5 H 6 O 2 (g)] [ΔH f C 5 H 4 O 2 (g) + H 2 (g) ] = [(-211,8) (-151)] kj/ml = -60,8 kj/ml Karena nilai ΔH r 298 K negatif, maka reaksi bersifat ekstermis Untuk panas reaksi pada suhu 463 K ΔH (463 K) = ΔH 298 +( ΔC pmh ΔT) (Smith, pers. 4.21) Kmpnen Kefisien A B C D C 5 H 4 O 2 (g) 1 15,470 2, , , C 5 H 6 O 2 (g) 1-7,696 5, , , H 2 (g) 1 25,399 2, , , Selisih (prduk-reaktan) -1 2,233-0, , , Sumber: Yaws, Thermdynamic chemical data Untuk T am = 380,5 K

16 29 = 2,233 + ((-0,01569) x (370,5) + ((0,000861/3) x ( 4 x 370, x 443)) + -0, / (298 x 443) ΔC pmh = -96,743 kj/ml K ΔHrx = -60,8 + (96,743 x ( ) ) ΔHrx = ,355 kj/ml B.3 Tinjauan termdinamika berdasarkan energi Gibbs (ΔG ) Energi Gibbs standar 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 (-) menunjukan 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 untuk berlangsung spntan energi yang dibutuhkan semakin kecil. B.3.1 Disprpsinasi aldehida (dengan NaOH) Reaksi yang terjadi : 2C 5 H 4 O 2 (l) + NaOH(l) C 5 H 6 O 2 (l) + C 5 H 3 O 3 Na(l) Furfural hidrksida Furfuril alkhl Asam furat Nilai ΔG f masing-masing kmpnen pada suhu 298 K dapat dilihat pada Tabel II.6. sebagai berikut :

17 30 Tabel II.6 Nilai ΔG f prses disprpsinasi aldehida Kmpnen ΔG f, kj/ml C 5 H 4 O 2 (l) -102,87 NaOH(l) -419,2 C 5 H 6 O 2 (l) -154 C 5 H 3 O 3 Na(l) -275,8 Sumber: Yaws, Thermdynamic chemical data ΔG 298 K = ΔG f prduk - ΔG f reaktan = [ ΔG f C 5 H 6 O 2 (l)+ C 5 H 3 O 3 Na(l) ] [ 2 x ΔG f C 5 H 4 O 2 (l) + (NaOH(l) ] = [ ( (-275,8) ] [ (2 x -102,87) + (-419,2) ] = +195,14 kj/ml Karena nilai ΔG 298 K psitif, maka reaksi bersifat tidak spntan. Untuk energi Gibbs pada suhu ΔG (343 K) Cp R T T R dt = A (T-T) + (T 2 -T 2 ) + (T 3 -T 3 ) + (T 4 -T 4 ) = -91,231 ( ) + (-0,05846/2)( )+( - 0, /3)( )+( 0, /4)( ) = +322,098 Kj/kml Cp dt R T T R T = A(ln T ln T ) + B(T-T ) + (T 2 - T 2 ) + (T 3 - T 3 ) = -91,231(ln 343-ln 298)+( -0,05846)( )+( - 0, /2)( )+( 0, /3)( ) = +21,355 kj/kml

18 31 G R( T ) H R( T0 ) R T T Cp H dt T R R( T0 ) G T R( T0 ) RT T T Cp R dt T G R(T ) = (322, (( ,14)/298)) -21,355 = +54 kj/kml B.3.2 Prses Hidrgenasi Reaksi yang terjadi (fasa uap) : C 5 H 4 O 2 (g) + H 2 (g) C 5 H 6 O 2 (g) Furfural Hidrgen Furfuril alkhl Nilai ΔG f masing-masing kmpnen pada suhu 298 K dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel II.7 Nilai ΔG f prses hidrgenasi uap Kmpnen ΔG f, kj/ml C 5 H 4 O 2 (g) -102,87 H 2 (g) 0 C 5 H 6 O 2 (g) -154 Sumber: Yaws, Thermdynamic chemical data ΔG 298 K = ΔG f prduk - ΔG f reaktan = [ ΔG f C 5 H 6 O 2 (g)] [ΔG f C 5 H 4 O 2 (g) + H 2 (g) ] = [(-154) - (-102,87)] kj/ml = -51,13 kj/ml Karena nilai ΔG 298 K negatif, maka reaksi bersifat spntan Untuk energi Gibbs pada suhu ΔG (443 K)

19 32 Cp R T T R dt = A (T-T) + (T 2 -T 2 ) + (T 3 -T 3 ) + (T 4 -T 4 ) = 2,233 ( ) + (-0,01569/2)( )+( - 0,007689/3)( )+( -0, /4)( ) = -89,398 Kj/kml Cp dt R T T R T = A(ln T ln T ) + B(T-T ) + (T 2 - T 2 ) + (T 3 - T 3 ) = 2,233(ln 443-ln298)+ (-0,01569)( )+( - 0,007689/2)( ( )+( -0, /3)( ) = -17,323 kj/kml G R( T ) T Cp H R( T G R T 0 ) ( 0 ) H R( T R T dt T RT R T 0 ) = -60,8+(-89,398)-443(-60,8-(-51,13))/298)-(-17,323) = -141,390 kj/kml T T Cp R dt T Reaksi yang terjadi (fasa cair) : C 5 H 4 O 2 (l) + H 2 (g) C 5 H 6 O 2 (l) Furfural Hidrgen Furfuril alkhl Nilai ΔG f masing-masing kmpnen pada suhu 298 K dapat dilihat pada tabel berikut :

20 33 Tabel II.8 Nilai ΔG f prses hidrgenasi cair Kmpnen ΔG f, kj/ml C 5 H 4 O 2 (l) -134,14 H 2 (g) 0 C 5 H 6 O 2 (l) -206,5 Sumber: Yaws, Thermdynamic chemical data ΔG 298 K = ΔG f prduk - ΔG f reaktan = [ ΔG f C 5 H 6 O 2 (l)] [ΔG f C 5 H 4 O 2 (l) + H 2 (g) ] = [(-206,5) (-134,14)] kj/ml = -71,46 kj/ml Karena nilai ΔG 298 K negatif, maka reaksi bersifat spntan. Untuk energi Gibbs pada suhu ΔG (453 K) Cp R T T R dt = A (T-T) + (T 2 -T 2 ) + (T 3 -T 3 ) + (T 4 -T 4 ) = 30,960( )+(0,09125/2)( )+(- 0,007689/3)( )+(-0, /4)( ) = -102,472 kj/kml Cp dt R T T R T = A(ln T ln T ) + B(T-T ) + (T 2 - T 2 ) + (T 3 - T 3 ) = 30,960(ln453-ln298)+0,09125( )+ ( -0,007689/2)( )+( -0, /3)( ) = -31,889 kj/kml G R( T ) H R( T0 ) R T T Cp H dt T R R( T0 ) G T R( T0 ) RT T T Cp R dt T = -74,5+(-102,472)-453(-74,5-(-71,46))/298)-(-31,889) = -149,704 kj/kml

21 34 Berikut matrik dalam mempertimbangkan pemilihan metde yang akan digunakan: Tabel II.9 Matrik pemilihan prses N 1 Parameter Temperatur reaksi Diprpsinasi dengan NaOH 70 C Hidrgenasi (Fasa cair) C Hidrgenasi (fasa uap) C 2 Tekanan perasi 10 atm atm 1-5 atm 3 Fasa reaksi Cair-Cair Cair-Gas Vapr-Gas 4 Knversi 50% Hingga 99% 80%-99% 5 Katalis - Cpper, nickle, Cpper, nickle, titanium titanium 6 Kemurnian prduk 97% 99% 7 Jenis reaktr Batch/CSTR 90% Fixed bed multitube Autclave 8 Keuntungan - $ 1,493/kg prduk $ 1,7347 /kg prduk $ 1,7347 /kg prduk (-41%) (137%) (137%) 9 Panas reaksi (ΔH 0 ) ,615 kj/ml ,51 kj/ml ,355 kj/ml 10 Energi Gibbs (ΔG ) +54 kj/ml -149,704 kj/ml -141,390 kj/ml 11 Prduk samping - Methylfuran - Berdasarkan matrik metde prses hidrgenasi di atas, maka di pilih prses hidrgenasi dengan katalis Cpper xide (CuO) pada fasa uap untuk memprduksi furfuril alkhl dari furfural dan/hidrgen karena pertimbangan memberikan kndisi perasi yang relatif aman dan kemurnian yang dihasilkan lebih baik dari metde yang lain.

22 35 C. Deskripsi Prses Prses pembuatan furfuril alchl melalui beberapa tahap sebagai berikut :. 1. Tahap penyiapan bahan baku 2. Tahap pembentukan prduk 3. Tahap pemurnian prduk C.1 Tahap penyiapan bahan baku Bahan baku furfural cair diperleh dari PT Sree Internatinal Indnesia dan langsung diangkut menuju pabrik menggunakan transprtasi darat. Furfural yang dibeli terdiri dari 99,4% furfural dan 0,6% air (persen berat) disimpan dalam tangki penyimpanan bahan baku (ST-101) pada temperatur ruangan 30 0 C dan tekanan 1 atm. Dari tangki penyimpanan, furfural dialirkan leh pmpa (P-101) menuju Adsrber (AD-101) untuk menghilangkan kandungan 100% air didalamnya agar memperleh kemurnian prduk yang tinggi dan peralatan seperti reaktr tidak mudah terksidasi dengan menggunakan adsrben zelit dan dalam kndisi istermal (tidak ada perubahan suhu). Setelah itu bahan diumpankan menuju vaprizer (VP-101) dimana furfural cair akan diubah fasanya menjadi uap. Kemudian leh separatr drum (SD-101) keluaran vaprizer akan dipisahkan antara fasa uap dan fasa cair nya. Fasa uap langsung diumpankan ke dalam reaktr dan fasa cair (kndensat) diumpankan kembali ke vaprizer setelah dicampur dengan fresh feed untuk diuapkan kembali.

23 36 Gas hidrgen 99,24% (persen ml) dibeli dari PT Air Liquid melalui sistem piping. Setelah tekanan nya diturunkan leh Expander (EV-101) bahan baku gas ini dipanaskan leh Heater (HT-101) untuk kemudian bercampur dengan bahan baku lain di mixing pint (MP-103). Dari MP-103 bahan diumpankan ke dalam reaktr fixed bed multitube (RE-201) melalui bagian atas reaktr yang didalamnya telah terdapat katalis-katalis. C.2 Tahap pembentukan prduk dan pemisahan prduk Di dalam reaktr terdapat tube-tube yang berisi tumpukan katalis cpper silicate, kemudian umpan akan melewati katalis dan terjadi reaksi hidrgenasi furfural sebagai berikut : Reaksi utama : C 5 H 4 O 2(g) + H 2(g) C 5 H 6 O 2(g) Reaksi terjadi pada fase gas-uap dengan katalis cpper silicate pada kisaran temperatur C dan tekanan 2 atm. Karena reaksi bersifat ekstermis, untuk mempertahankan temperatur dalam reaktr maka diberi pendingin. Hasil keluaran reaktr berupa uap furfuril alkhl dan furfural juga gas hidrgen, nitrgen dan ksigen. Bahan yang keluar dari reaktr ini dialirkan menuju kndensr (CD- 201) untuk mengkndensasikan seluruh furfuril alkhl dan furfural. Kemudian keluaran CD-201 ini akan dialirkan menuju Separatr Drum (SD- 201) untuk dipisahkan antara gas dan cairan nya. Gas sebagian di recycle ke

24 37 reaktr dan sebagian lagi di purge. Sedangkan cairan dialirkan menuju heater untuk kemudian diumpankan ke dalam menara distilasi untuk dimurnikan. C.3 Tahap pemurnian prduk Untuk mendapatkan kemurnian sesuai dengan yang diharapkan cairan dimurnikan dengan menggunakan distilasi. Cairan furfural dan furfuril alkhl dipanaskan leh heater (HT-301) hingga suhunya sesuai dengan suhu perasi menara distilasi. Aliran bttm prduct kaya akan furfuril alkhl dialirkan menuju tangki penampungan prduk (ST-301) dalam wujud cair setelah didinginkan leh Cler (HE-301). Sedangkan tp prduct sebagian diembunkan leh Cndensr (CD-301) dan dipisahkan antara fasa uap dan fasa cair nya leh Separatr Drum (SD-301) dimana fasa uap prduk inilah yang akan dikembalikan ke reaktr (RE-201).