OPTIMASI KOLOM DISTILASI REAKTIF- EKSTRAKTIF UNTUK PROSES PEMBUATAN METHYLAL

Transkripsi

1 OPTIMASI KOLOM DISTILASI REAKTIF- EKSTRAKTIF UNTUK PROSES PEMBUATAN METHYLAL Theresia, Herry Santoso Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Parahyangan Jalan Ciumbuleuit 94, Bandung INTISARI Metyhlal (dimetoksimetana) merupakan salah satu bahan kimia yang banyak digunakan sebagai pelarut pada industri makanan, kosmetik, farmasi, dan pewarna. Methylal dapat dibuat dengan mereaksikan metanol dan formaldehid dengan katalis asam di dalam kolom distilasi reaktifekstraktif. Pada kolom tersebut, reaksi, ekstraksi, dan pemisahan dilakukan secara simultan dalam satu kolom. Pada kolom distilasi reaktif biasa, kemurnian methylal sebagai produk atas rendah karena adanya azeotrop antara methylal dan metanol (92% methylal dan 8% metanol). Dengan menambahkan ekstraktan pada zona rectifying, azeotrop methylal-metanol dapat diatasi sehingga kemurnian methylal 99% dapat tercapai. Pada simulasi ini, jumlah tahap reaktif, rectifying, dan stripping serta letak ekstraktan masuk dioptimasi secara bertahap dengan memaksimumkan nilai NPV. Rasio refluks dan reboiler duty diubah-ubah agar spesifikasi produk tercapai. Nilai NPV sebagai fungsi objektif kemudian dihitung. Dari hasil simulasi dan optimasi, didapatkan kondisi yang optimum untuk proses pembuatan methylal, yaitu 13 tahap reaktif, 4 tahap rectifying, dan 5 tahap stripping. Lokasi ekstraktan masuk yang optimum adalah pada bagian bawah tahap rectifying. Kata kunci : distilasi reaktif-ekstraktif, methylal, pemisahan azeotrop ABSTRACT Methylal (dimethoxymethane) is an important chemical primarily used as solvent in food, cosmetic, pharmaceutical, and paint industries. Methylal can be produced from methanol and formaldehyde in the presence of acid catalyst in a reactive extractive distillation column. In this column, reaction, distillation, and extraction processes are superimposed in a single apparatus. In a regular reactive distillation column, the purity of top product is limited by the azeotrope of 92% methylal and 8% methanol. By feeding water as extractant in the rectifying section, the methylalmethanol azeotrope can be cleaved to obtain a higher purity of 99% methylal in the top product. In this study, the number of stages for reactive, rectifying, and stripping sections as well as the location of extractant feed is optimized sequentially. In each optimization point, the reflux ratio and the reboiler duty are adjusted accordingly to achieve the design specification of 99% methylal in the top product. The value of NPV as the objective function is then evaluated.it is found that the optimum reactive extractive distillation column consists of 13 reactive stages, 4 rectifying stages, and 5 stripping stages. The optimum location of extractant feed is found at the bottom of rectifying stages. Keyword : azeotrop separation, methylal, reactive-extractive distillation

2 PENDAHULUAN Semakin lama dunia industri semakin berkembang pesat. Peningkatan produksi tidak pernah mati. Salah satu persoalan yang muncul dari perkembangan dunia industri ini adalah masalah global warming dan kerusakan lingkungan. Sisa-sisa bahan kimia yang terbuang ke udara dapat terakumulasi dan menyebabkan global warming. Sisa bahan kimia berbahaya dapat merusak lingkungan. Disisi lain, perkembangan dunia industri tidak dapat ditekan karena kebutuhan manusia yang juga meningkat. Karena itu digunakan alternatif lain, seperti dengan penggunaan bahan kimia yang ramah lingkungan. Dengan menggunakan bahan kimia yang ramah lingkungan maka masalah global warming dan pencemaran lingkungan dapat ditekan. Methylal adalah bahan kimia yang banyak digunakan dalam bidang industri dan terus berkembang, terutama di wilayah Eropa dan Asia. Methylal atau dimetoksimetana banyak digunakan sebagai pelarut yang ramah lingkungan, tidak menyebabkan global warming, dan tidak merusak lapisan ozon. Nilai ODP (Ozone Depletion Potential) pada methylal adalah nol dan GWP (Global Warming Potential) pada methylal dapat diabaikan. Methylal banyak dipakai sebagai pelarut pada industri pewarna, pestisida, diesel, farmasi, kosmetik, dan lainnya. Methylal juga merupakan salah satu sumber untuk memproduksi fuel additives. Selain sifatnya yang ramah lingkungan, methylal juga memiliki parameter pelarut yang unik sehingga dapat digunakan juga dalam proses ekstraksi. Methylal terbentuk dari reaksi antara metanol dan formaldehid. Reaksi ini menghasilkan methylal sebagai produk utama dan air sebagai produk samping. Kemudian produk dipisahkan dengan proses distilasi. Untuk menekan biaya operasi dan investasi maka proses reaksi dan proses distilasi dapat digabung menjadi satu yang disebut distilasi reaktif. Distilasi reaktif merupakan proses yang mengkombinasikan reaksi kimia dengan pemisahan yang terjadi secara simultan dalam suatu kolom distilasi tunggal. Kolom distilasi reaktif terbagi menjadi 3 zona, yaitu zona rectifying, zona reaktif, dan zona stripping. Pada zona rectifying dan stripping terjadi proses pemisahan, sedangkan pada zona reaktif terjadi reaksi (Luyben and Yu, 2009). Beberapa keuntungan kolom distilasi reaktif adalah: 1. Mengurangi capital cost karena jumlah unit operasi yang lebih sedikit 2. Meningkatkan selektivitas dan konversi 3. Mengatasi masalah azeotrop 4. Mengurangi emisi gas CO 2 karena membutuhkan energi yang lebih sedikit. Masalah yang dihadapi dalam pembuatan methylal adalah masalah azeotrop. Terbentuknya azeotrop antara metanol dengan methylal akan menyebabkan konversi methylal hanya sekitar 92%. Di dalam dunia industri, diperlukan methylal dengan kemurnian 98-99% sehingga perlu ditambahkan proses untuk mengatasi masalah azeotrop ini. Kolom distilasi reaktif ternyata masih tidak mampu mengatasi masalah azotrop tersebut. Salah satu cara yang dapat digunakan untuk mengatasi masalah azotrop adalah dengan menambahkan proses ekstraktsi. Ekstraktan akan ditambahkan pada kolom distilasi reaktif untuk memecah azeotrop methylalmetanol. Proses ini disebut distilasi reaktif-ekstraktif. Proses reaksi, ekstraksi, dan pemisahan tersebut dilangsungkan dalam satu kolom. METODOLOGI PENELITIAN Deskripsi Proses Pembuatan Methylal Methylal dibentuk dari reaksi antara metanol dan formladehid dengan rasio pelarut sebesar 2:1. Pembuatan methylal menemui masalah azeotrop pada 39,1 C (684mmHg) dengan komposisi akhir methylal sebesar 92,2% dan metanol sebesar 7,8%wt, sehingga tidak bisa diatasi hanya dengan distilasi reaktif saja, melainkan harus ditambah dengan proses ekstraksi. Proses reaksi, ekstraksi, dan pemisahan dilakukan di dalam satu kolom sekaligus yang disebut kolom distilasi reaktif-ekstraktif. 2 CH 3 OH + HCHO CH 2 (OCH 3 ) 2 + H 2 O Ada 2 ekstraktan yang dapat digunakan dalam proses ini, yaitu air dan formalin. Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan oleh Liu, et al. (2011), maka dipilih air sebagai ekstraktan. Ekstraktan air dapat menghasilkan methylal yang memiliki kemurnian lebih tinggi dibandingkan dengan menggunakan formaldehid sebagai ekstraktan (Hongzhong Liu, 2011). Kinetika reaksi dan kesetimbangan dari pembuatan methylal didapat dari literatur. Katalis yang digunakan adalah Amberlyst 15. Tabel 1 adalah tabel yang menunjukkan parameter model kinetika reaksi dan konstanta kesetimbangan untuk reaksi pembentukan methylal dengan temperatur reference T 0 =333,15K. Tabel 1 Parameter kinetika reaksi dan kesetimbangan pembentukan methylal (T 0 =333,15K) (Jan-Oliver Drunsel, 2011) k f (T o ) (mol/(mol H+ S)) 0,322 k b (T o ) (mol/(mol H+ S)) 0,0125 E f (kj/mol) 54,65 E b (kj/mol) 54,74 A (-) 3,22 B (-) 11 Laju reaksi overall merupakan selisih dari laju reaksi maju dan mundurnya. Laju reaksi tersebut menggunakan pendekatan orde dua sehingga persamaan yang didapat adalah:

3 r = k f (T) a HF1 a MeOH k b (T) a Mal a H2O Keterangan: HF = formaldehid, Mal = methylal, MeOH = metanol. Dengan menggunakan persamaan Arrhenius, maka nilai k f (T) dan k b (T) dapat dicari dengan persamaan berikut ini: k f (T) = k f T 0 exp E f R k b (T) = k b T 0 exp E b R 1 1 (1) T T (2) T T 0 k f (T 0 ) adalah konstanta laju reaksi untuk reaksi maju (forward) dan k b (T 0 ) adalah konstanta laju reaksi untuk reaksi mundur (backward) pada temperatur reference. Sedangkan k f (T) dan k b (T) adalah konstanta laju reaksi untuk reaksi maju dan mundur pada temperatur tertentu. Alternatif Proses Reaktan yaitu metanol dan formaldehid akan masuk ke kolom distilasi reaktif-ekstraktif pada zona reaksi. Ekstraktan yaitu air akan masuk melalui zona rectifying. Produk atas adalah methylal, sedangkan produk bawah adalah air. Gambar 1 menunjukkan alternatif proses yang dilakukan pada penelitian ini. Gambar 1 Kolom distilasi reaktif-ekstraktif untuk proses pembuatan methylal Analisis Ekonomi Desain kolom ini akan dioptimasi dengan mencari nilai Net Present Value (NPV) yang paling besar. Pada percobaan ini dilakukan simulasi dengan jumlah dan kualitas bahan baku dan laju alir umpan yang sama. Kemurnian produk atas (methylal) ditentukan sebesar 99%, sedangkan laju alir produknya berbedabeda. Methylal yang diijinkan terbuang melalui produk bawah sebesar 0,1%. Biaya investasi akan dibagi sesuai umur pabrik, yaitu 10 tahun. Pada tahun pertama hingga tahun ke- 10, profit yang didapatkan diasumsikan sama. Profit ini didapatkan dari selisih antara penjualan dengan biaya bahan baku dan biaya energi yang digunakan. Nilai discount factor (i) yang digunakan adalah 10%. Penentuan biaya investasi dilakukan dengan menghitung alat seperti heat exchanger, tray, dan kolom distilasi. Penentuan biaya energi dilakukan dengan menghitung kebutuhan reboiler dan kondensor. Biaya bahan baku diperoleh dari perhitungan jumlah metanol dan formaldehid yang dibutuhkan, sedangkan penjualan diperoleh dari banyaknya methylal yang diproduksi. Prosedur Optimasi Simulasi ini menggunakan simulator ASPEN PLUS. Simulasi akan dilakukan pada reaksi asetalisasi pembentukan methylal dari formaldehid dan metanol. Spesifikasi tentang methylal, air, formaldehid, dan metanol ada dalam database ASPEN PLUS. Kolom yang digunakan adalah radfrac. Tabel 2 menunjukkan kondisi umpan dan kondisi kolom yang digunakan dalam simulasi ini. Tabel 2 Kondisi umpan dan kondisi kolom Metanol 1. Temperatur 55 C (Yoshio Tanaka, 2000) 2. Tekanan 1,5 atm (Seinosuke Satoh, 1999) 3. Laju alir 2 kmol/hr (Hongzhong Liu, 2011) Formaldehid 1. Temperatur 40 C (Yoshio Tanaka, 2000) 2. Tekanan 1,5 atm (Seinosuke Satoh, 1999) 3. Laju alir 1 kmol/hr (Hongzhong Liu, 2011) Ekstraktan (air) 1. Temperatur 50 C 2. Tekanan 1,5 atm 3. Laju alir 1 kmol/hr Tekanan kolom 1 atm (Seinosuke Satoh, 1999) Pressure drop 0,05 psi/tray (Chew Yin Hoon, 2013) Optimasi kolom distilasi reaktif ekstraktif dilakukan dengan memaksimumkan nilai NPV. Rasio refluks dan reboiler duty divariasikan hingga mencapai kemurnian produk methylal sebesar 99%. Optimasi tersebut dilakukan secara bertahap dengan urutan sebagai berikut: 1. Jumlah tahap reaktif (Nrx) 2. Jumlah tahap rectifying (Nr) dan stripping (Ns) 3. Letak ekstraktan masuk PEMBAHASAN Simulasi ini menggunakan Aspen Plus. Jenis kolom yang digunakan adalah radfrac. Gambar 2 adalah desain kolom pada Aspen Plus. Gambar 2 Desain kolom distilasi reaktif-ekstraktif pada Aspen Plus

4 Simulasi Pendahuluan Simulasi pendahuluan ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana pengaruh penambahan ekstraktan ke dalam kolom distilasi reaktif pada proses pembuatan methylal. Selain itu, simulasi juga dilakukan untuk menentukan letak umpan masuk yang paling baik. Letak umpan masuk yang menghasilkan komposisi produk methylal paling tinggi akan digunakan untuk simulasi selanjutnya. Simulasi pendahuluan ini dilakukan pada jumlah tahap yang sama, yaitu 6 tahap rectifying, 6 tahap stripping, dan 11 tahap reaktif. Rasio refluks yang digunakan adalah 5, sedangkan reboiler duty yang digunakan sebesar 0,02347 Gcal/h. Ekstraktan masuk pada tahap rectifying. Pengaruh Ekstraktan Pada kolom distilasi tanpa menggunakan ekstraktan, didapatkan komposisi keluaran methylal sebagai distilat adalah 88,233%. Jika ekstraktan digunakan, maka komposisi keluaran methylal meningkat menjadi 99,088%. Hal ini membuktikan bahwa ekstraktan dapat mengatasi masalah azeotrop dan meningkatkan kemurnian methylal. Gambar 3 menunjukkan profil komposisi methylal tanpa ekstraktan dan dengan ekstraktan. Tabel 3 Komposisi methylal pada variasi letak umpan masuk Letak umpan masuk Komposisi methylal tahap ke 1 dari tahap reaktif 0, tahap ke 2 dari tahap reaktif 0, tahap ke 3 dari tahap reaktif 0, tahap ke 4 dari tahap reaktif 0, tahap ke 5 dari tahap reaktif 0, tahap ke 6 dari tahap reaktif 0, tahap ke 7 dari tahap reaktif 0, tahap ke 8 dari tahap reaktif 0, tahap ke 9 dari tahap reaktif 0, tahap ke 10 dari tahap reaktif 0, tahap ke 11 dari tahap reaktif 0, Optimasi Kolom Distilasi Reaktif-Ekstraktif Simulasi dilakukan pada jumlah tahap reaktif, stripping, dan rectifying, serta letak umpan masuk ekstraktan yang bervariasi. Optimasi dilakukan dengan memaksimalkan nilai Net Present Value (NPV). Biaya investasi, biaya energi, biaya bahan baku, dan hasil penjualan dihitung untuk mendapatkan nilai NPV. Optimasi Jumlah Tahap Reaktif (Nrx) Simulasi jumlah tahap reaktif dilakukan pada jumlah tahap 9 sampai 16. Rasio refluks dan reboiler duty diubah-ubah hingga tercapai kemurnian methylal sebesar 99%. Berikut ini adalah pengaruh perubahan jumlah tahap reaktif terhadap biaya investasi, biaya energi, dan NPV. Gambar 3 Profil komposisi methylal Penentuan Letak Umpan Masuk Reaksi antara formaldehid dan metanol berlangsung cepat sehingga kedua umpan dimasukkan pada tahap yang sama untuk mendapatkan konversi methylal yang besar. Letak umpan masuk divariasikan. Umpan masuk pada tahap reaktif. Tabel 3 merupakan hasil dari simulasi penentuan letak umpan masuk. Hasil simulasi menunjukkan bahwa komposisi produk methylal paling besar dicapai ketika umpan masuk pada tahap ke 10 atau tahap ke-3 dari zona reaktif. Oleh karena itu, untuk simulasi selanjutnya formaldehid dan metanol akan dimasukkan pada tahap ke-3 dari zona reaktif. Pengaruh Jumlah Tahap Reaktif terhadap Biaya Investasi Perubahan jumlah tahap reaktif (Nrx) mempengaruhi biaya kolom, tray, dan heat exchanger. Tabel 4 menunjukkan besarnya biaya investasi per kg methylal yang dihasilkan pada jumlah tahap reaktif yang berbeda-beda. Kurva perbandingan biaya investasi terhadap jumlah tahap reaktif ditunjukkan oleh gambar 4. Tabel 4 Biaya investasi pada masing-masing jumlah tahap reaktif Nrx Biaya Investasi 9 0, , , , , , , ,

5 Gambar 4 Kurva biaya investasi terhadap jumlah tahap reaktif Semakin meningkat jumlah tahap reaktif, maka biaya investasinya semakin meningkat juga. Hal ini disebabkan karena jumlah tahap yang semakin banyak akan meningkatkan biaya kolom, tray, dan heat exchanger yang digunakan. Pengaruh Jumlah Tahap Reaktif terhadap Biaya Energi Biaya energi kolom distilasi reaktif-ekstraktif dipengaruhi oleh beban reboiler dan kondensor yang dibutuhkan untuk menghasilkan produk dengan kemurnian tertentu. Tabel 5 menunjukkan perbandingan biaya energi per kg methylal yang dihasilkan pada masing-masing jumlah tahap reaktif,. Gambar 5 menunjukkan kurva perbandingan besarnya biaya energi terhadap jumlah tahap reaktif. Tabel 5 Biaya energi pada masing-masing jumlah tahap reaktif Biaya Energi Nrx 9 0, , , , , , , , Berdasarkan simulasi tersebut, dapat terlihat bahwa peningkatan jumlah tahap reaktif dapat meningkatkan konsumsi energi. Pada jumlah tray reaktif yang semakin banyak, dibutuhkan vapor boilup yang semakin besar untuk mendorong komponen-komponen keluar dari kolom. Produksi methylal mengalami peningkatan seiring dengan bertambahnya jumlah tahap reaktif. Namun peningkatan produksi tersebut tidak seimbang dengan biaya energi yang dibutuhkan. Hal ini mengakibatkan meningkatnya biaya energi. Gambar 5 Kurva biaya energi terhadap jumlah tahap reaktif Pengaruh Jumlah Tahap Reaktif terhadap NPV Biaya investasi, energi, bahan baku, dan penjualan diakumulasi dengan menggunakan metode NPV untuk mengetahui jumlah tahap reaktif yang optimum. Tabel 6 merupakan hasil yang didapat dari perhitungan NPV. Grafik perbandingan nilai NPV terhadap perubahan jumlah tahap reaktif dapat dilihat pada gambar 6. Tabel 6 NPV pada masing-masing jumlah tahap reaktif Nrx NPV 9 $ $ $ $ $ $ $ $ Gambar 6 Kurva NPV terhadap jumlah tahap reaktif Peningkatan jumlah tahap reaktif akan meningkatkan nilai NPV. Hal ini dipengaruhi oleh jumlah methylal yang dihasilkan. Jumlah tahap reaktif yang semakin banyak akan meningkatkan produksi methylal. Biaya investasi dan biaya energinya semakin besar, namun hal ini diikuti oleh

6 meningkatnya produksi methylal, sehingga nilai NPV juga meningkat. Tabel 7 menunjukkan biaya investasi, biaya energi, biaya bahan baku, dan penjualan yang didapatkan dari perhitungan. Jumlah tahap reaktif yang semakin banyak tidak selalu meningkatkan nilai NPV. Pada suatu titik, peningkatan jumlah tahap reaktif tidak lagi memberikan kenaikan nilai NPV. Nilai NPV cenderung stagnant. Jumlah produksi methylal setiap tahunnya sudah tidak lagi mengalami peningkatan yang signifikan. Biaya investasi dan biaya energinya terus meningkat. Peningkatan produksi methylal ini tidak lagi signifikan. Hal ini mengakibatkan menurunnya nilai NPV. Jumlah tahap reaktif optimum untuk proses pembuatan methylal adalah 13 tahap, dimana pada tahap tersebut didapatkan nilai NPV yang maksimum. Tabel 7 Biaya investasi, energi, bahan baku, dan penjualan Biaya Biaya Bahan Baku Produk Methylal Nrx Investasi ($/10year) Energi Metanol Formaldehid X methylal Laju alir (kg/hr) Methylal , , , ,77 0, , , , , ,77 0, , , , , ,77 0, , , , , ,77 0, , , , , ,77 0, , , , , ,77 0, , , , , ,77 0, , , , , ,77 0, , Optimasi Jumlah Tahap Rectifying dan Stripping Optimasi jumlah tahap rectifying (Nr) dan stripping (Ns) dilakukan pada jumlah tahap reaktif yang optimum, yaitu 13 tahap. Simulasi jumlah tahap rectifying dilakukan dari 4 sampai 6. Kemurnian methylal tidak dapat mencapai 99% jika simulasi dilakukan dengan tahap rectifying dibawah 4. Simulasi jumlah tahap stripping dilakukan dari 5 sampai 9. Simulasi jumlah tahap stripping dibawah 5 tidak dapat dilakukan karena komposisi methylal yang terbuang lewat bagian bawah kolom cukup besar. Pengaruh Nr dan Ns terhadap Biaya Investasi Perubahan Nr dan Ns mempengaruhi biaya investasi. Tabel 8 menunjukkan pengaruh Nr dan Ns terhadap biaya investasi. Kurva perbandingan variasi Nr dan Ns terhadap biaya investasi per kg produk methylal yang dihasilkan ditunjukkan oleh gambar 7 dan gambar 8. Gambar 7 Kurva perbandingan biaya investasi terhadap Nr pada Ns tertentu Gambar 4.8 Kurva perbandingan biaya investasi terhadap Ns pada Nr tertentu Tabel 8 Biaya Investasi pada Nr dan Ns tertentu Ns Nr Biaya Investasi 5 4 0, , , , , , , , , , , , , , ,

7 Dari segi biaya investasi, peningkatan jumlah tahap stripping dan rectifying akan memperbesar biaya investasi. Penambahan jumlah tahap tersebut akan meningkatkan biaya alat seperti tray, kolom, dan heat exchanger yang dibutuhkan untuk menghasilkan methylal 99%. Pada 4 tahap rectifying dan 5 tahap stripping, biaya investasi yang dibutuhkan lebih kecil dibandingkan jumlah tahap lainnya. Pengaruh Nr dan Ns terhadap Biaya Energi Pada simulasi yang dilakukan pada proses pembuatan methylal, jumlah tahap rectifying (Nr) dan stripping (Ns) mempengaruhi kebutuhan energi kolom. Tabel 9 menunjukkan pengaruh Nr dan Ns terhadap biaya energi per kg methylal yang dihasilkan. Kurva perbandingan variasi Nr dan Ns terhadap biaya energi ditunjukkan oleh gambar 9 dan gambar 10. Tabel 9 Biaya energi pada masing-masing Nr dan Ns Ns Nr Biaya Energi 5 4 0, , , , , , , , , , , , , , , Gambar 9 Kurva perbandingan biaya energi terhadap Nr pada Ns tertentu Jumlah tahap rectifying (Nr) yang semakin besar akan menurunkan biaya energi yang dibutuhkan oleh kolom untuk mencapai konversi methylal sebesar 99%. Hal ini disebabkan karena semakin sedikitnya beban reboiler dan kondensor yang dibutuhkan untuk memurnikan methylal, seperti yang terlihat pada tabel 10. Semakin banyak jumlah tahap rectifying, produk akan semakin mudah dimurnikan, sehingga menurunkan beban reboiler dan kondensor yang dibutuhkan. Oleh karena itu, penambahan jumlah tahap rectifying akan menurunkan biaya energi. Tabel 10 Beban reboiler (Qr) dan kondensor (Qc) pada masing-masing Nr dan Ns Ns Nr Qr (kw) Qc (kw) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Gambar 10 Kurva perbandingan biaya energi terhadap Ns pada Nr tertentu Jumlah tahap stripping (Ns) mempengaruhi perolehan keluaran produk bawah. Semakin banyak jumlah tahap stripping, komposisi air sebagai produk bawah semakin besar, sehingga komposisi methylal yang terbawa sebagai produk bawah semakin kecil. Komposisi methylal yang diperbolehkan keluar sebagai produk bawah ini adalah kurang dari 0,1%. Beban kondensor dan reboiler pada variasi jumlah tahap stripping dapat dilihat pada tabel Berbeda dengan jumlah tahap rectifying, penambahan jumlah tahap stripping justru akan meningkatkan biaya energi. Beban kondensor yang dibutuhkan semakin kecil dengan meningkatnya jumlah tahap stripping. Namun dari hasil simulasi, laju alir methylal sebagai produk atas akan menurun

8 seiring dengan bertambahnya jumlah tahap stripping. Hal ini mengakibatkan biaya energi per kg methylal yang diproduksi akan meningkat. Oleh karena itu, jumlah tahap stripping yang semakin besar akan meningkatkan biaya energi yang dibutuhkan. Pengaruh Nr dan Ns terhadap NPV Optimasi jumlah tahap stripping (Ns) dan rectifying (Nr) dilakukan dengan metode NPV. Jumlah tahap stripping dan rectifying yang optimum adalah jumlah tahap dengan nilai NPV paling besar.. Tabel 11 menunjukkan nilai NPV pada masing-masing Nr dan Ns yang didapatkan dari hasil simulasi dan perhitungan. Biaya investasi, biaya energi, biaya bahan baku, dan penjualan ditunjukkan oleh tabel 12. Kurva perbandingan nilai NPV terhadap Nr dan Ns ditunjukkan oleh gambar 11dan gambar 12. Ns Tabel 11 NPV pada masing-masing Nr dan Ns Nr=4 Nr=5 Nr=6 Ns = 5 $ $ $ Ns = 6 $ $ $ Ns = 7 $ $ $ Ns = 8 $ $ $ Ns = 9 $ $ $ Tabel 12 Biaya investasi, biaya energi, biaya bahan baku, dan penjualan pada variasi Nr dan Ns Nr Biaya Investasi ($/10year) Biaya Energi Metanol Formaldehid Methylal , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,4 Gambar 11 Kurva perbandingan NPV terhadap Nr pada Ns tertentu Gambar 12 Kurva perbandingan NPV terhadap Ns pada Nr tertentu

9 Semakin besar jumlah tahap rectifying (Nr), maka nilai NPV semakin kecil. Tabel 12 menunjukkan bahwa peningkatan jumlah tahap rectifying menyebabkan produksi methylal menurun, biaya energi yang semakin kecil, dan biaya investasi yang semakin besar. Meskipun biaya energinya semakin kecil, namun nilai NPV yang dihasilkan tetap lebih kecil dikarenakan jumlah methylal yang didapatkan lebih sedikit dan biaya investasinya semakin besar. Berdasarkan simulasi tersebut, jumlah tahap rectifying yang optimum untuk proses pembuatan methylal adalah 4 tahap. Peningkatan jumlah tahap stripping (Ns) pada proses pembuatan methylal menyebabkan penurunan nilai NPV. Pada tabel 12 dapat dilihat bahwa jumlah tahap stripping yang semakin besar akan meningkatkan biaya investasi dan menurunkan produksi methylal. Oleh karena itu, nilai NPV akan semakin kecil seiring dengan meningkatnya jumlah tahap stripping. Berdasarkan simulasi tersebut, jumlah tahap stripping yang optimum untuk proses pembuatan methylal adalah 5 tahap. Optimasi Letak Ekstraktan Masuk Setelah mendapatkan jumlah tahap reaktif, rectifying (Nr), dan stripping (Ns) yang optimum, maka selanjutnya dilakukan optimasi terhadap letak ekstraktan masuk. Simulasi ini dilakukan pada jumlah tahap reaktif sebanyak 13 tahap, jumlah tahap rectifying sebanyak 4 tahap, dan jumlah tahap stripping sebanyak 5 tahap. Esktraktan masuk pada tahap rectifying. Karena jumlah tahap rectifying optimum adalah 4 tahap, maka simulasi letak ekstraktan masuk dilakukan pada tahap ke-2, 3, 4, dan 5. Pengaruh Letak Ekstraktan Masuk terhadap Biaya Investasi Letak ekstraktan masuk mempengaruhi biaya investasi yang dibutuhkan, terutama biaya alat heat exchanger. Tabel 13 menunjukkan besarnya biaya investasi untuk setiap variasi letak ekstraktan masuk, sedangkan gambar 13 menunjukkan kurva perbandingan biaya investasi terhadap letak ekstraktan masuk. yang lebih besar dibandingkan ekstraktan yang masuk dari bagian bawah tahap rectifying. Besarnya alat heat exchanger yang dibutuhkan akan meningkat jika ekstraktan dimasukkan melalui bagian atas tahap rectifying. Jika dilihat dari segi biaya investasinya, maka letak ekstraktan masuk yang paling baik adalah pada tahap ke-4 dari tahap rectifying, dimana pada tahap tersebut biaya investasinya minimum. Gambar 13 Kurva perbandingan biaya investasi terhadap letak ekstraktan masuk Pengaruh Letak Ekstraktan Masuk terhadap Biaya Energi Biaya energi yang dibutuhkan pada setiap variasi letak ekstraktan masuk berbeda-beda. Hal ini ditunjukkan oleh tabel 14. Gambar 14 menunjukkan kurva perbandingan biaya energi pada setiap letak ekstraktan masuk. Tabel 14 Biaya energi pada variasi letak ekstraktan masuk Letak ekstraktan Masuk Biaya Energi Tahap ke-1 dari tahap rectifying 0, Tahap ke-2 dari tahap rectifying 0, Tahap ke-3 dari tahap rectifying 0, Tahap ke-4 dari tahap rectifying 0, Tabel 13 Biaya investasi pada masing-masing letak ekstraktan masuk Letak ekstraktan Masuk Biaya Investasi Tahap ke-1 dari tahap rectifying 0, Tahap ke-2 dari tahap rectifying 0, Tahap ke-3 dari tahap rectifying 0, Tahap ke-4 dari tahap rectifying 0, Menurut perhitungan yang didapat, biaya investasi paling rendah adalah ketika ekstraktan masuk pada tahap ke-4. Ekstraktan yang masuk dari tahap atas rectifying membutuhkan biaya investasi Gambar 14 Kurva perbandingan biaya energi terhadap letak ekstraktan masuk

10 Letak ekstraktan masuk juga berpengaruh terhadap kebutuhan energi kolom. Ekstraktan yang masuk pada bagian atas rectifying menghasilkan biaya energi yang lebih besar dibandingkan dengan ekstraktan yang masuk pada bagian bawah rectifying. Dari gambar 14 terlihat bahwa saat ekstraktan masuk pada tahap ke-1, maka biaya energinya jauh lebih besar daripada tahap lainnya. Hal ini disebabkan karena sulitnya memisahkan ekstraktan (air) dari produk sehingga membutuhkan beban reboiler dan kondensor yang lebih besar untuk mencapai kemurnian tertentu. Jika ditinjau dari segi biaya energi, maka letak ekstraktan yang menghasilkan biaya energi paling kecil adalah pada tahap ke-4 dari tahap recitifying. Pengaruh Letak Ekstraktan Masuk terhadap NPV Optimasi letak ekstraktan masuk dilakukan dengan metode NPV, dimana letak ekstraktan masuk yang optimum adalah letak ekstraktan dengan nilai NPV yang paling besar. Tabel 15 menunjukkan pengaruh letak ekstraktan masuk terhadap biaya investasi, energi, bahan baku, dan penjualan. Pengaruh letak ekstraktan masuk terhadap NPV ditunjukkan oleh tabel 16. Hubungan antara NPV terhadap letak ekstraktan masuk dapat dilihat pada gambar 15. Tabel 15Pengaruh letak ekstraktan masuk terhadap biaya investasi, energi, bahan baku, dan penjualan Biaya Biaya Letak Metanol Formaldehid Methylal Investasi Energi ekstraktan ($/10year) tahap ke , , , , ,2 tahap ke , , , , ,9 tahap ke , , , , ,4 tahap ke , , , , Tabel 16 NPV pada variasi letak ekstraktan masuk Ektraktan Masuk NPV Tahap ke-1 dari tahap rectifying $ Tahap ke-2 dari tahap rectifying $ Tahap ke-3 dari tahap rectifying $ Tahap ke-4 dari tahap rectifying $ Hasil Optimasi Kolom Distilasi Reaktif-Ekstraktif Berdasarkan simulasi dan hasil perhitungan yang dilakukan, maka dapat ditentukan jumlah tahap reaktif, rectifying, dan stripping, serta letak ekstraktan masuk yang optimum untuk proses pembuatan methylal. Kolom distilasi reaktifekstraktif tersebut membutuhkan 22 tahap, yang terdiri dari 13 tahap reaktif, 4 tahap rectifying, dan 5 tahap stripping. Ekstraktan berupa air dimasukkan melalui tahap rectifying, pada tahap ke-4 dari tahap rectifying. KESIMPULAN Gambar 15 Kurva perbandingan NPV terhadap letak ekstraktan masuk Semakin bawah letak ekstraktan masuk, maka nilai NPV yang didapatkan semakin tinggi. Hal ini disebabkan karena biaya investasi dan biaya energi yang dibutuhkan semakin rendah. Jumlah methylal yang dihasilkan juga semakin banyak, sehingga nilai NPV yang didapatkan semakin meningkat. Dari hasil perhitungan NPV tersebut, maka letak ekstraktan masuk yang optimum adalah pada tahap ke-4 dari tahap rectifying atau pada tahap paling bawah dari zona rectifying. 1. Ekstraktan berupa air yang dimasukkan ke dalam kolom dapat meningkatkan kemurnian methylal hingga 99%. 2. Jumlah tahap reaktif yang optimum untuk proses pembuatan methylal adalah 13 tahap 3. Jumlah tahap rectifying yang optimum adalah 4 tahap 4. Jumlah tahap stripping yang optimum adalah 5 tahap 5. Letak ekstraktan masuk yang optimum adalah pada bagian paling bawah tahap rectifying (tahap ke-4 dari zona rectifying) DAFTAR PUSTAKA CHEW YIN HOON, A. L. L., APRILIA JAYA, MOCHAMAD ADHA FIRDAUS Engineering Design Guidelines. Distillation Column and Sizing. Malaysia: KLM Technology Group.

11 HONGZHONG LIU, H. G., YUBO MA, ZHIXIAN GAO, WUMANJIANG ELI Synthesis of High-Purity Methylal via Extractive Catalytic Distillation. Chemical Engineering Technology JAN-OLIVER DRUNSEL, M. R., HANS HASSE Experimental study and model of reaction kinetics of heterogeneously catalyzed methylal synthesis. Chemical Engineering Research and Design. LUYBEN, W. L. & YU, C.-C Reactive distillation design and control, Wiley-AIChE. SEINOSUKE SATOH, Y. T Process for Producing Methylal. Japan patent application. YOSHIO TANAKA, S. Y Process For Purification of Methylal. Japan patent application 08/831,285.