TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ETILBENZENA DARI ETILEN DAN BENZENA DENGAN PROSES MOBIL-BADGER KAPASITAS TON/TAHUN

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ETILBENZENA DARI ETILEN DAN BENZENA DENGAN PROSES MOBIL-BADGER KAPASITAS TON/TAHUN Oleh : Diah Kusumastuti I Fhariest Chrissanto Putra I JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2012

2

3 KATA PENGANTAR Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul dari Etilen dan Benzena dengan Proses Mobil-Badger Kapasitas Ton/Tahun. Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Dr. Sunu Herwi Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret 2. Endang Kwartiningsih, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Bregas S. T. Sembodo, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing II, atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir 3. Inayati S.T., M.T., Ph.D. selaku Pembimbing Akademik 4. Kedua Orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan semangat yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah 5. Teman - teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya angkatan 2008 Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian. Surakarta, Juli 2012 Penulis iii Kata Pengantar

4 DAFTAR ISI Halaman Judul... Lembar Pengesahan... Kata Pengantar... Daftar Isi... Daftar Tabel... i ii iii iv x Daftar Gambar... xii Intisari... xiii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Pendirian Pabrik Kapasitas Perancangan Pemilihan Lokasi Pabrik Tinjauan Pustaka Macam-macam Proses Pembuatan Etilbenzena Proses AlCl Proses Alkar Proses Mobil/Badger Kegunaan Produk Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk Bahan Baku Benzena (C 6 H 6 ) Bahan Baku Etilen (C 2 H 2 ) Produk Etilbenzena (C 8 H 10 ) Tinjauan Proses Daftar Isi iv

5 BAB II DESKRIPSI PROSES Spesifikasi Bahan Baku dan Produk Spesifikasi Bahan Baku Spesifikasi Katalis Spesifikasi Produk Konsep Dasar Proses Dasar Reaksi Pemakaian Katalis Mekanisme Reaksi Fase Reaksi Kondisi Operasi Tinjauan Termodinamika Tinjauan Kinetika Perbandingan Mol Reaktan Reaksi Samping Diagram Alir Proses Diagram Alir Kualitatif Diagram Alir Kuantitatif Diagram Alir Proses Langkah Proses Tahap Persiapan Bahan Baku Tahap Pembentukan Etilbenzena Tahap commit Pemisahan to user dan Pemurnian Hasil v Daftar Isi

6 2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas Neraca Massa Neraca Panas Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES Tangki Penyimpanan Benzena Tangki Penyimpanan Etilbenzena Reaktor Alkilasi Reaktor Transalkilasi Menara Distilasi Menara Distilasi Heater Vaporizer Heater Heater Kondenser Parsial Kondenser Reboiler Kondenser Reboiler Vaporizer Heater Kondenser vi Daftar Isi

7 3.19 Cooler Accumulator Accumulator Pompa Pompa Pompa Pompa Pompa Pompa Pompa Kompresor BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM Unit Pendukung Proses Unit Pengadaan Air Air Pendingin Air Umpan Boiler Air Konsumsi Umum dan Sanitasi Unit Pengadaan Steam Unit Pengadaan Udara Tekan Unit Pengadaan Listrik Listrik untuk Keperluan Proses dan Utilitas Listrik untuk Penerangan Listrik commit untuk to user AC vii Daftar Isi

8 Listrik untuk Laboratorium dan Instrumentasi Unit Pengadaan Bahan Bakar Unit Pengadaan Nitrogen Laboratorium Laboratorium Fisik dan Analitik Laboratorium Penelitian dan Pengembangan Analisa Air Unit Pengolahan Limbah Keselamatan dan Kesehatan Kerja BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN Bentuk Perusahaan Struktur Organisasi Tugas dan Wewenang Pemegang Saham Dewan Komiaris Dewan Direksi Staf Ahli Penelitian dan Pengembangan (LITBANG) Kepala Bagian Kepala Seksi Pembagian Jam Kerja Karyawan Karyawan Non Shift/Harian Karyawan Shift commit... to user 113 viii Daftar Isi

9 5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan, dan Gaji Penggolongan Jabatan Jumlah Karyawan dan Gaji Kesejahteraan Sosial Karyawan Manajemen Perusahaan Perencanaan Produksi Pengendalian Produksi BAB IV ANALISA EKONOMI Dasar Perhitungan Penafsiran Harga Alat Penentuan Total Capital Investment (TCI) Penentuan Manufacturing Cost (TCI) Direct Manufacturing Cost (DMC) Indirect Manufacturing Cost (IMC) Fixed Manufacturing Cost (FMC) Penentuan Total Poduction Cost (TPC) General Expense (GE) Total Production Cost (TPC) Keuntungan Analisa Kelayakan Daftar Pustaka Lampiran Daftar Isi ix

10 DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Perkembangan Import Etilbenzena Tahun Tabel 1.2 Pabrik Penghasil Etilbenzena... 4 Tabel 1.3 Data Impor Etilbenzena di Negara Polandia dan China... 6 Tabel 1.4 Kelebihan dan kekurangan berbagai proses pembuatan etilbenzena 11 Tabel 2.1 Neraca Massa Tee Tabel 2.2 Neraca Massa Vaporizer Tabel 2.3 Neraca Massa Tee Tabel 2.4 Neraca Massa ReaktorAlkilasi Tabel 2.5 Neraca Massa Kondenser Parsial Tabel 2.6 Neraca Massa Tee Tabel 2.7 Neraca Massa Menara Distilasi Tabel 2.8 Neraca Massa Menara Distilasi Tabel 2.9 Neraca Massa Tee Tabel 2.10 Neraca Massa Vaporizer Tabel 2.11 Neraca Massa Reaktor Transalkilasi Tabel 2.12 Neraca Massa Total Tabel 2.13 Neraca Panas Reaktor Alkilasi Tabel 2.14 Neraca Panas Reaktor Transalkilasi Tabel 2.15 Neraca Panas Menara Distilasi Tabel 2.16 Neraca Panas Menara Distilasi Tabel 2.17 Neraca Panas Kondenser Parsial Tabel 2.18 Neraca Panas Overall Daftar Tabel x

11 Tabel 4.1 Kebutuhan Air Pendingin Tabel 4.2 Kebutuhan Air untuk Steam Tabel 4.3 Jumlah Kebutuhan Air 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 Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift Tabel 5.2 Jumlah Karyawan Menurut Jabatan Tabel 5.3 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan Tabel 6.1 Indeks Harga Alat Tabel 6.2 Fixed Capital Investment Tabel 6.3 Working Capital Investment Tabel 6.4 Total Capital Investment Tabel 6.5 Direct Manufacturing Cost Tabel 6.6 Indirect Manufacturing Cost Tabel 6.7 Fixed Manufacturing Cost Tabel 6.8 Manufacturing Cost Tabel 6.9 General Expense Tabel 6.10 Total Production Cost Tabel 6.11 Variable Cost Tabel 6.12 Regulated Cost Tabel 6.13 Analisa Kelayakan xi Daftar Tabel

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Grafik Impor Etilbenzena di Indonesia... 2 Gambar 1.2 Pemilihan Lokasi Pabrik... 8 Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif Gambar 2.3 Diagram Alir Proses Gambar 2.4 Layout Pabrik Gambar 2.5 Layout Peralatan Proses Gambar 4.1 Diagram Alir Pengolahan Air Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Etilbenzena Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index Gambar 6.2 Grafik Analisa Kelayakan xii Daftar Gambar

13 INTISARI Diah Kusumastuti dan Fhariest Chrissanto Putra, 2012, Prarancangan Pabrik Etilbenzena dari Etilen dan Benzena dengan Proses Mobil-Badger, Kapasitas Ton/Tahun, Program studi S1 Reguler, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta Etilbenzena merupakan bahan intermediate yang digunakan untuk proses pembuatan Styrene Monomer. Proses pembuatan etilbenzena dengan proses Mobil-Badger adalah proses pembuatan etilbenzena menggunakan bahan baku benzena dan etilen dengan katalis zeolit tipe AB-97. Prarancangan pabrik etilbenzena kapasitas ton/tahun dengan bahan baku benzena ton/tahun dan etilen ton/tahun. Pabrik direncanakan berdiri di Cilegon, Jawa Barat pada tahun 2016 dan beroperasi pada tahun Reaksi pembentukan etilbenzena dari benzena dan etilen melalui proses alkilasi dan transalkilasi fase gas-gas dengan katalis padat. Reaksi alkilasi berlangsung di reaktor fixed bed pada suhu 350 C ~ 449 C dan tekanan 16,4 atm. Reaksi transalkilasi berlangsung di reaktor fixed bed pada suhu 420 C ~ 452 C dan tekanan 6 atm. Produk yang dihasilkan adalah etilbenzena dengan kadar etilbenzena sebesar 99,5%. Tahapan proses meliputi persiapan bahan baku, pembentukan etilbenzena di dalam reaktor, dan pemurnian produk. Pemurnian produk dilakukan di dalam menara distilasi. Unit pendukung proses pabrik meliputi unit kebutuhan air, steam, udara tekan, tenaga listrik dan bahan bakar. Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan. Selain itu terdapat unit pengolahan limbah yang menangani limbah baik padat, cair, maupun gas yang dihasilkan dari proses produksi. Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non-shift. Dari hasil analisis ekonomi diperoleh, ROI (Return on Investment) sebelum dan sesudah pajak sebesar 40,84% dan 32,67%, POT (Pay Out Time) sebelum dan sesudah pajak selama 1,97 dan 2,34 tahun, BEP (Break Event Point) 58,54% dan SDP 44,33%. Sedangkan DCF (Discounted Cash Flow) sebesar 18,36%. Jadi dari segi ekonomi pabrik tersebut layak untuk didirikan. xiii Intisari

14 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Industri petrokimia di Indonesia dewasa ini terus berkembang secara meluas dan terintegrasi. Perkembangan industri dan juga bahan setengah jadi yang pesat selama ini merupakan faktor pendorong dibangunnya unit-unit industri. Dengan demikian, baik penyediaan maupun kebutuhan akan bahan baku di dalam industri petrokimia akan selalu saling berkaitan. Etilbenzena dengan rumus kimia (C 6 H 5 ) C 2 H 5 merupakan cairan yang jernih dan tidak berwarna serta memiliki bau yang khas. Etilbenzena merupakan senyawa intermediate pada proses pembuatan styrene monomer. Sekitar 85% konsumsi etilbenzena dunia adalah untuk pembuatan styrene monomer. Styrene Monomer sendiri merupakan bahan baku Polystyrene, Styrene Butadiene Rubber,Unsaturated Poliester Resin (UPR) dan Styrene Acrylonitril Polimer (SAP) yang banyak digunakan untuk industri plastik dan industri otomotif. Kebutuhan Etilbenzena dalam negeri dan luar negeri terus meningkat setiap tahunnya. Kebutuhan etilbenzena dunia meningkat 2,9% per tahun. Pemenuhan kebutuhan dalam negeri saat ini dipenuhi dari PT Styrindo Mono Indonesia dan sebagian kecil dengan cara impor. Oleh karena itu pabrik etilbenzena ini perlu didirikan di Indonesia untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri maupun diekspor untuk meningkatkan devisa negara, membuka lapangan kerja baru untuk penduduk di sekitar wilayah yang didirikan, serta mendorong berdirinya industri-industri yang menggunakan bahan baku etilbenzena. BAB I Pendahuluan 1

15 2 1.2 Kapasitas Perancangan Pemilihan kapasitas pabrik etilbenzena ini didasarkan dari beberapa pertimbangan, yaitu: 1. Proyeksi Kebutuhan Etilbenzena di Indonesia Berdasarkan data yang diperoleh dari UNdata record view, kebutuhan etilbenzena di Indonesia dari tahun 2006 sampai dengan tahun 2010 adalah sebagai berikut : Tabel 1.1 Perkembangan ImporEtilbenzenaTahun No. Tahun Impor (Kg/Tahun) (United Nations Statistics Division, 2011) Kebutuhan (Kg/tahun) y = x R² = 0, Tahun Gambar 1.1 Grafik commit ImporEtilbenzena to user di Indonesia BAB I Pendahuluan

16 3 Dari Tabel 1.1 di atas dapat dilihat bahwa secara umum permintaan etilbenzena di Indonesia masih cenderung fluktuatif. Kebutuhan utama etilbenzena dalam negeri saat ini disuplai oleh PT. Styrindo Mono Indonesia dengan kapasitas produksi ton/tahun. Untuk mengetahui kebutuhan pada tahun 2017, dilakukan regresi dari data yang ada pada Tabel 1.1, didapatkan persamaan seperti pada Gambar 1.1 : y = x dengan y = jumlah impor etilbenzena x = tahun ke-n Pada perancangan pabrik etilbenzena yang direncanakan akan didirikan dan berproduksi di Indonesia pada tahun 2017, maka dari persamaan empiris hubungan antara kapasitas dan tahun diperoleh kebutuhan etilbenzena pada tahun 2017 adalah sebesar kg ( 203,314 ton). 2. Kebutuhan Etilbenzena Dunia Berdasarkan data yang diperoleh dari Chemical Economics Handbook SRI Consulting, kebutuhan global etilbenzena terus berkembang mencapai 2,9% per tahun. Kebutuhan etilbenzena pada 2013diperkirakan sejumlah ton. Dengan kenaikan yang dianggap konstan, kebutuhan etilbenzena dunia pada tahun 2017 akan mencapai ton. Di Eropa, kebutuhan akan terus berkembang mencapai 3%~4% per tahun. Untuk kebutuhan Asia, diperkirakan akan meningkat hingga 3,5% per tahun mencapai ton (Davis, 2009). BAB I Pendahuluan

17 4 3. Ketersediaan Bahan Baku Bahan baku untuk memproduksi etilbenzena adalah benzena dan etilen. Benzena didapatkan dari Pertamina UP IV Cilacap yang memproduksi benzena sebesar ton/tahun dan PT Trans-Pasific Petrochemical Indotama Tubansebesar ton/tahun. Bahan baku etilen didapatkan dari PT. Chandra Asri yang memproduksi etilen sebesar ton/tahun. Dari kapasitas produksi tersebut, kebutuhan bahan baku pabrik etilbenzena berupa benzena dan etilen dapat terpenuhi. 4. Kapasitas Produksi Minimum Data kapasitas pabrik penghasiletilbenzena telah beroperasi di Dunia dapat dilihat pada tabel 1.2. Tabel 1.2 Pabrik Penghasil Etilbenzena No Pabrik Lokasi Kapasitas (ton/tahun) 1. Pars Petrochemical Iran Chevron Phillips Saudi Arabia Petrochina Daqing Petrochemical Co. China Chevron Phillips Chemical USA PT Styrindo Mono Indonesia Indonesia Plant 1 = Plant 2 = Idemitsu SM Malaysia (Davis, 2009) BAB I Pendahuluan

18 5 Pabrik direncanakan akan beroperasi pada tahun 2017 dengan kapasitas ton/tahun. Kapasitas ini ditentukan sesuai dengan kapasitas minimal pabrik yang sudah berdiri menggunakan proses Mobil-Badger dan dapat memberikan keuntungan yaitu ton/tahun. Selain itu pada tahun 2007, PKN Orlen dan SYNTHOS mengadakan kerja sama untuk mendirikan pabrik etilbenzena di Polandia dengan kapasitas ton/tahun. Penentuan kapasitas ini didasarkan pada kebutuhan etilbenzena di Polandia. Namun pada Maret 2009 terjadi pembatalan perjanjian pembangunan antara kedua belah pihak dikarenakan masalah ekonomi. Hal ini membuat Polandia masih terus bergantung pada impor untuk memenuhi kebutuhan etilbenzenanya. Oleh karena itu diharapkan dengan kapasitas ton/tahun, pabrik akan dapat memenuhi kekurangan dari total kebutuhan etilbenzena di Indonesia dan memenuhi kebutuhan etilbenzena di Polandia. Hasil produksi direncanakan akan di ekspor ke Negara Polandia dan China sehingga dapat menambah devisa negara. Kebutuhan etilbenzena di Negara Polandia dan China dapat dilihat pada tabel 1.3. BAB I Pendahuluan

19 6 Tabel 1.3 Data Impor Etilbenzena di Negara Polandia dan China Negara Tahun Impor (Ton) Polandia China (United Nations Statistics Division, 2011) 1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik Lokasi suatu pabrik akan menentukan kedudukan pabrik dalam persaingan maupun penentuan kelangsungan produksinya. Dalam perancangan pabrik etilbenzena ini dipilih lokasi Kawasan Industri Cilegon, Banten. Adapun faktorfaktor yang harus diperhatikan, adalah : 1. Faktor Primer a. Keberadaan Bahan Baku Bahan baku etilbenzena adalah etilen yang diperoleh dari PT. Chandra Asri yang berlokasi di Cilegon. Benzena yang diperoleh dari Pertamina UP IV Cilacapdan PT Trans-Pasific Petrochemical Indotama Tuban.Letak antara pabrik dan sumber bahan baku yang dekat diharapkan dapat memperlancar proses penyediaan bahan baku. BAB I Pendahuluan

20 7 b. Pemasaran Produk dan Sarana Transportasi Produk ditargetkan untuk dipasarkan baik di dalam negeri maupun diekspor ke luar negeri. Untuk kebutuhan dalam negeri produk akan dipasarkan ke beberapa industri cat, antara lain PT. Internasional Paint Indonesia dan PT. Jotun Indonesia. Untuk ekspor ditujukan ke negara China dan Polandia. Sarana transportasi untuk penyediaan bahan baku dan pemasaran produk dapat dilakukan lewat jalur darat maupun jalur laut. Untuk jalur laut, digunakan Pelabuhan Krakatau Steel Bandar Samudera Cigading, Banten yang jaraknya sekitar ± 10 km dari lokasi pabrik yang direncanakan. c. Utilitas Dalam hal penyediaan air sudah tersedia di dalam kawasan Industri Cilegon, Banten yang diproduksi oleh PT Krakatau Tirta Industri. Sedangkan untuk kebutuhan energi listrik akan dipenuhi oleh generator listrik milik pabrik dengan daya sebesar 1000 kw. d. Tenaga Kerja Tersedianya tenaga kerja yang diperlukan baik untuk proses produksi, pemasaran, dan administrasi. Tenaga kerja didapatkan dengan cara memanfaatkan sumber daya manusia yang berada di daerah Jawa Barat dan sekitarnya. 2. Faktor Sekunder a. Karakteristik Lokasi Karakteristik lokasi commit adalah to menyangkut user iklim di daerah tersebut, BAB I Pendahuluan

21 8 kemungkinan terjadinya banjir, serta kondisi sosial masyarakat. Kondisi iklim di Cilegon seperti iklim di Indonesia pada umumnya dan tidak membawa pengaruh besar pada proses produksi. b. Sarana Penunjang Lain Cilegon sebagai kawasan industri yang telah ditetapkan oleh pemerintah sehingga hal-hal yang sangat dibutuhkan dalam kelangsungan proses produksi suatu pabrik telah tersedia dengan baik seperti sarana transportasi, keamanan lingkungan, energi, faktor sosial, serta perluasan pabrik. Lokasi Pabrik Jalan Raya Anyer Waduk Krakatau Steel Gambar 1.2Pemilihan Lokasi Pabrik 1.4. TINJAUAN PUSTAKA Macam macam Proses Pembuatan Etilbenzena Ada beberapa macam proses utama yang digunakan dalam proses pembuatan etilbenzena, yaitu: BAB I Pendahuluan

22 Proses AlCl 3 Proses ini merupakan proses alkilasi pertama yang dikembangkan untuk memproduksi etilbenzena berdasarkan proses Fiedel-Crafts. Proses ini terjadi pada fase cair-cair dengan katalis AlCl 3. Pada proses alkilasi terbentuk hasil samping berupa dietilbenzena yang nantinya akan direaksikan kembali menjadi etilbenzena melalui reaksi transalkilasi. Reaksi alkilasi lebih cepat dibandingkan dengan transalkilasi sehingga untuk mencapai kondisi optimum keduanya dilakukan dalam dua buah reaktor yang terpisah. Reaksi alkilasi dan transalkilasi dijalankan pada 150 o C ~ 180 o C dan 6 ~ 11 atm. Komposisi aliran utama berupa aromatik cair, gas etilen dan fase cair dari katalis komplek yang mengandung faktor korosif tinggi, sehingga diperlukan pemilihan konstruksi alat yang benarbenar tepat. Kekorosifan disebabkan oleh promotor dari katalis AlCl 3 yaitu HCl.Yieldyang diperoleh cukup besar yaitu sekitar 99,7%. AlCl Reaksi: C 6 H 6 + (H 2 C=CH 2 ) 3 C 6 H 5 C 2 H 5 (1.1) Benzena Etilen Etilbenzena (McKetta, 1984) Proses Alkar Proses ini dikembangkan oleh UOP dengan katalis BF 3 yang disupport menggunakan Al 2 O 3. Reaksi berlangsung pada fase cair serta tekanan tinggi mengggunakan reaktor fixed bed. Pada proses Alkar, reaksi alkilasi dijalankan pada suhu operasi 95 o C ~ 150 o C dan tekanan mencapai 35 atm. Sedangkan untuk reaksi transalkilasi dijalankan pada suhu operasi 180 o C ~ 230 o C dan tekanan mencapai 28 atm. Yield yang diperoleh commit bisa to lebih user dari 99 %. BAB I Pendahuluan

23 10 BF Reaksi : C 6 H 6 + (H 2 C=CH 2 ) 3 C 6 H 5 C 2 H 5 (1.2) Benzena Etilen Etilbenzena (McKetta, 1984) Katalis BF 3 yang digunakan merupakan katalis yang bersifat asam, sangat beracun, korosif, dan sulit dalam penanganan serta transportasinya (Gerzeliev et al., 2011) Proses Mobil-Badger Proses ini dikembangkan oleh Mobil Oil Corporation dengan katalis zeolit (ZSM-5) dan berlangsung pada fase gas. Katalis yang dipakai bersifat non korosif, inert terhadap lingkungan, dan memiliki masa aktif yang cukup lama antara 2 ~ 3 tahun. Reaksi pada proses Mobil-Badger adalah sebagai berikut : C 6 H 6 + (H 2 C=CH 2 ) ZSM 5 C 6 H 5 C 2 H 5 (1.3) Benzena Etilen Etilbenzena Kondisi operasi suhu 350 o C ~ 450 o C dan tekanan berkisar antara 8 ~ 28 atm. Benzena dan etilen direaksikan pada reaktor fixed bed. Yield yang dihasilkan mencapai lebih dari 99,5 %. Panas yang dihasilkan dari reaksi cukup besar karena berlangsung pada suhu tinggi sehingga dapat dimanfaatkan kembali untuk pemanas maupun pembuatan steam. Pada proses ini, perbandingan antara etilen dan benzena mencapai 1:7. Hal ini memberikan keuntungan tersendiri karena dapat mengurangi presentase pembentukan dietilbenzena (Kirk and Othmer, 1998). Kelebihan dan kekurangan dari masing-masing proses pembuatan etilbenzena dapat dilihat pada tabel commit 1.4. to user BAB I Pendahuluan

24 11 Tabel.1.4 Kelebihan dan kekurangan berbagai proses pembuatan etilbenzena No. Proses Kelebihan Kekurangan 1. Proses AlCl 3 1. Suhu operasi rendah 1. Katalis AlCl 3 - HCl antara 150 o C ~ 180 o C bersifat korosif 2. Memerlukan proses pemurnian katalis yang kompleks 2. Proses Alkar 1. Suhu operasi rendah 1. Katalis BF 3 bersifat antara 95 o C ~ 150 o C asam, beracun, korosif. 2. Memerlukan proses pemurnian katalis yang kompleks 3. Tidak dapat digunakan untuk bahan baku dengan impuritas tinggi karena dapat meracuni katalis 3. Proses Mobil-Badger 1. Katalis yang digunakan 1. Suhu operasi tinggi adalah zeolit yang antara 350 o C ~ 450 o C merupakan zat yang tidak beracun dan tidak korosif 2. Energi panas yang dihasilkan dapat digunakan kembali 3. Proses sederhana dan tidak memerlukan recovery katalis 4. Tidak menghasilkan limbah yang berbahaya bagi lingkungan. 5. Dietilbenzena yang terbentuk commit sedikit to user BAB I Pendahuluan

25 12 Pada pendirian pabrik etilbenzena ini dipilih proses Mobil-Badger dengan pertimbangan sebagai berikut : 1. Katalis yang digunakan tidak beracun dan tidak korosif. 2. Panas yang dihasilkan dari reaksi dapat dimanfaatkan kembali untuk pemanasan umpan awal maupun pembuatan steam. 3. Proses sederhana dan tidak memerlukan seleksi recovery katalis. 4. Tidak menghasilkan limbah yang berbahaya bagi lingkungan. 5. Dietilbenzena yang terbentuk sedikit Kegunaan produk Etilbenzena merupakan bahan intermediate yang sebagian besarnya digunakan untuk proses produksi Styrene Monomer. Styrene Monomer sendiri merupakan bahan baku dari Polystyrene, Styrene Butadiene Rubber, Styrene Acrylonitril Polymer (SAP), Unsaturated Polyester Resin (UPR) yang banyak digunakan untuk industri polimer dan industri otomotif. Selain itu sebagian kecil produk etilbenzena digunakan sebagai solvent pada industri cat dan industri karet SifatFisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk Bahan baku Benzena (C 6 H 6 ) a. Sifat Fisis : Rumus Molekul = C 6 H 6 Berat molekul, (g/mol) = 78,115 Titik leleh, (pada 1 atm), [ o C] = 5,530 BAB I Pendahuluan

26 13 Titik didih (pada 1 atm), [ o C] = 80,094 Densitas (pada 25 o C), [g/cm 3 ] = 0,8736 Tekanan kritis, (atm) = 48,351 Temperatur kritis, ( o C) = 289,01 b. Sifat Kimia : Ada tiga (3) tipe reaksi benzena yang terpenting yaitu : a. Reaksi subtitusi Reaksi substitusi benzena biasanya terjadi pada cincin aromatik benzena. Contoh reaksi substitusi yaitu pada konversi klorobenzena menjadi fenol dengan bantuan NaOH pada 400 o C. Reaksi : C 6 H 5 Cl b. Oksidasi 10% NaOH C 6 H 5 OH Reaksi yang paling penting adalah oksidasi katalitik Benzena menjadi maleic anhidrid. Sedangkan oksidasi pada fase gas menjadi fenol pada suhu o C tanpa adanya katalis. c. Alkilasi Beberapa reaksi alkilasi benzena yang dijumpai dalam industri kimia diantaranya: 1) Reaksi alkilasi benzena dengan propilena membentuk cumene baik pada fase gas maupun cair dengan menggunakan katalis BF 3 ataupun AlCl 3. 2) Reaksi alkilasi benzena dengan etilena membentuk etilbenzena yang berlangsung pada suhu commit diatas 370 to user o C dengan adanya katalis zeolit. BAB I Pendahuluan

27 14 C 6 H 6 + (H 2 C=CH 2 ) C 6 H 5 C 2 H 5 Benzena (g) Etilen (g) Etilbenzena (g) (Kirk and Othmer, 1998) Bahan Baku Etilen(C 2 H 2 ) a. Sifat Fisis : Zeolit >370oC, atm Rumus Molekul = CH 2 = CH 2 Berat molekul, (g/mol) = 28,0536 Titik didih (pada 1 atm), ( o C) = Titik leleh (pada 1 atm), ( o C) = -169,15 Densitas, (g/cm 3 ) = 0,214 Tekanan kritis, (atm) = 49,74 Temperatur kritis, ( o C) = 9,194 b. Sifat Kimia : a. Polimerisasi Etilen dapat bergabung dengan etilen yang lain membentuk molekul yang lebih besar (polimer) dengan cara memutuskan ikatan rangkapnya. Reaksi : n (H 2 C=CH 2 ) ( H 2 C CH 2 ) n b. Oksidasi Etilen merupakan bagian dari gugus Alkena, dimana gugus ini dapat dioksidsi menjadi beraneka ragam produk tergantung pada BAB I Pendahuluan

28 15 reagensia yang digunakan. Salah satu contohnya adalah reaksi oksidasi etilen menjadi suatu gugus epoksi menggunakan oksigen. CH 2 = CH 2 + O 2 CH 2 CH 2 O Etilen Oksigen Etilen oksida c. Alkilasi Reaksi alkilasi oleh Friedel Craft sangat efektif untuk mereaksikanetilen dengan benzena menggunakan katalis AlCl 3. Reaksi : ( H 2 C = CH 2 ) + C 6 H 6 C 6 H 5 C 2 H 5 (Kirk and Othmer, 1998) ProdukEtilbenzena (C 8 H 10 ) a. Sifat Fisik : Rumus Molekul =(C 6 H 5 ) - C 2 H 5 Berat molekul, (g/mol) = 106,167 Titik didih (pada 1 atm), [ o C] = 136,19 Titik leleh (pada 1 atm), [ o C] = - 94,975 Densitas ( pada 25 o C), [g/cm 3 ] = 0,8671 Temperatur kritis ( o C) = 343,05 Tekanan kritis (atm) = 36,54 Sifat Kimia : Reaksi yang paling utama dari etilbenzena adalah reaksi dehidrogenasi menghasilkan styrene. Pada reaksi ini digunakan bahan BAB I Pendahuluan

29 16 baku etilbenzena dengan kemurnian tinggi. Reaksi etilbenzena menjadi styrene terjadi pada suhu 550 o C~ 680 o C dengan katalis Fe 2 O 3. C 6 H 5 CH 2 CH 3 C 6 H 5 CH = CH 2 + H 2 Etilbenzena Styrene Hidrogen (Kirk and Othmer, 1998) Tinjauan Proses Proses pembuatan etilbenzena dari etilen dan benzena termasuk dalam reaksi alkilasi. Reaksi alkilasi adalah penggabungan satu atau lebih gugus alkil ke dalam senyawa hidrokarbon. Proses alkilasi benzena menjadi etilbenzena terdiri dari tiga tahapan, yaitu : 1. Tahap alkilasi, yaitu reaksi alkilasi antara benzena dan etilen 2. Tahap transalkilasi, yaitu konversi dietilbenzena menjadi etilbenzena yang direaksikan kembali dengan benzena melalui reaksi transalkilasi. 3. Tahap pemisahan, yaitu proses pemisahan benzena yang tidak bereaksi, dietilbenzena dan komponen lain dari produk etilbenzena sehingga menghasilkan kemurnian yang diinginkan (Ganji et al., 2004). Reaksi alkilasi berlangsung pada suhu 350 o C ~ 450 o Cdan tekanan 8-28 atm. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : C 6 H 6 (g) + (H 2 C=CH 2 ) (g) ZSM 5 C 6 H 5 C 2 H 5 (g) (1.4) Benzena Etilen Etilbenzena BAB I Pendahuluan

30 17 Pada reaksi ini terdapat juga reaksi samping berupa pembentukan dietilbenzena. Dietilbenzena kemudian akan direaksikan kembali menjadi etilbenzena melalui reaksi transalkilasi (Kirk and Othmer, 1998). Reaksi transalkilasi berlangsung pada suhu 420 o C ~ 460 o C dengan reaksi sebagai berikut : C 6 H 6(g) + C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2 (g) ZSM 5 2 C 6 H 5 C 2 H 5 (g) (1.5) Benzena Dietilbenzena Etilbenzena (Lim,1999) Gas keluaran reaktor alkilasi dan transalkilasi kemudian dikondensasikan dan diumpankan ke menara distilasi pertama untuk memisahkan benzena yang tidak bereaksi. Sebelumnya, fraksi hidrokarbon ringan berupa etana dan metana yang merupakan impuritas bahan baku etilen dipisahkan terlebih dahulu dan dapat digunakan sebagai bahan bakar. Hasil atas menara distilasi pertama berupa benzena dialirkan kembali menuju reaktor alkilasi dan transalkilasi untuk direaksikan kembali. Hasil bawah kemudian diumpankan ke menara distilasi kedua untuk pemurnian produk etilbenzena dari dietilbenzena hingga mencapai kadar 99,5% berat. Hasil bawah menara distilasi kedua berupa dietilbenzena kemudian diumpankan ke reaktor transalkilasi untuk direaksikan kembali menjadi etilbenzena (Kirk and Othmer, 1998). BAB I Pendahuluan

31 BAB II DESKRIPSI PROSES 2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk Spesifikasi Bahan Baku 1. Benzena Wujud Warna Bau : Cairan : tidak berwarna : khas benzena Titik didih, [ o C] : 80,1 Densitas : 873,7 kg/m 3 Komposisi : a. Benzena : minimal 99,9 % berat b. Toluena : maksimal 0,1 % berat (PT. Pertamina, 2011) 2. Etilen Wujud : Gas (6,8 atm, 30 o C) Warna Bau : tidak berwarna : khas Komposisi : a. Etilen : minimal 99,5 % mol b. Metana : maksimal 0,3 % mol 18 BAB II Deskripsi Proses

32 19 c. Etana : maksimal 0,2 % mol Spesifikasi Katalis (PT. Chandra Asri Petro Chemical, 2009) Jenis Bentuk Warna Wujud Ukuran (diameter) Bulk density : Zeolit AB-97 : Bola : Abu-abu : Padat : 1,5 mm : 0,6 g/ml (Sinopec Petrochemical, 2008) Spesifikasi Produk Etilbenzena Wujud Bau : cairan : khas Titik didih,[ o C] : 136,9 Densitas : 862,6 kg/m 3 Komposisi : a. Etilbenzena : minimal 99,5 % berat b. Benzena : 0,1%-0,4 % berat c. Toluena : 0,1%-0,3 % berat d. Dietilbenzena : 200 mg/kg (Ulmann s, 2005) BAB II Deskripsi Proses

33 Konsep Proses Dasar Reaksi Proses pembuatan etilbenzena dari benzena dan etilen merupakan proses alkilasi benzena pada fase gas yang dilakukan di dalam reaktor fixed bed sehingga menghasilkan produk etilbenzena dengan katalis Zeolit AB-97. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : Reaksi Alkilasi : C 6 H 6 (g) + C 2 H 4 (g) Zeolit AB o C, 16,4 atm C 6 H 5 C 2 H 5 (g) Reaksi Samping : C 6 H 5 C 2 H 5 (g) + 2C 2 H 4(g) Zeolit AB o C, 16,4 atm C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2 (g) Reaksi Transalkilasi : Zeolit AB-97 C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2 (g) + C 6 H 6 (g) o C, 6 atm 2 C 6 H 5 C 2 H 5 (g) Pemakaian Katalis Katalis yang digunakan adalah zeolit AB-97 yang dapat membantu dalam reaksi alkilasi dan transalkilasi. Alasan penggunaan katalis zeolit AB-97 adalah karena katalis ini lebih ramah lingkungan dibandingkan katalis AlCl 3 dan BF 3. Selain itu, katalis ini tidak terlarut di dalam produk sehingga tidak memerlukan proses pemisahan katalis. BAB II Deskripsi Proses

34 Mekanisme Reaksi Reaksi pembentukan etilbenzena dengan proses Mobil-Badger adalah termasuk reaksi heterogen yang melibatkan dua fase yaitu reaktan dalam fase gas dan katalis dalam fase padat. Mekanisme reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: 1. Transfer massa reaktan dari badan utama fluida ke permukaan luar katalis (external diffusion) 2. Transfer massa reaktan dari permukaan luar ke permukaan dalam pori pori katalis (internal diffusion). 3. Adsorbsi reaktan pada permukaan katalis (chemisorbsion). 4. Reaksi pada permukaan katalis. 5. Desorbsi produk reaksi dari permukaan dalam katalis. 6. Transfer massa produk dari permukaan dalam ke permukaan luar katalis. 7. Transfer massa produk dari permukaan luar ke badan utama fluida. Langkah proses nomor 1, 2, 6, 7 sangat cepat dibandingkan langkah nomor 3, 4, 5 sehingga kecepatan reaksi tidak dipengaruhi oleh transfer massa. Jadi langkah yang menentukan adalah reaksi pada permukaan katalis (Fogler, 1999). Kondisi reaksi pada proses alkilasi benzena dengan suhu tinggi dan katalis AB-97 adalah bahwa etilen yang teradsorbsi akan bereaksi dengan benzena yang teradsorbsi dan etilbenzena yang terbentuk. Reaksi pada permukaan katalis merupakan pengendali reaksi pada proses ini (You and Pan, 2006). BAB II Deskripsi Proses

35 Fase Reaksi Kondisi umpan sebelum masuk reaktor alkilasi maupun reaktor transalkilasi dalam fase gas gas dengan katalis padat. Reaksi Alkilasi : C 2 H 4 (g) + C 6 H 6 (g) C 6 H 5 C 2 H 5(g) + C 2 H 4 (g) C 6 H 5 C 2 H 5 (g) C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2 (g) Reaksi transalkilasi : C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2(g) + C 6 H 6 (g) 2C 6 H 5 C 2 H 5 (g) Kondisi Operasi Proses pembuatan etilbenzena terdiri dari reaksi alkilasi dan transalkilasi yang dilakukan dalam dua reaktor fixed bed yang terpisah. Kondisi operasi dalam pembuatan etilbenzena ini dipengaruhi oleh perbandingan mol benzena dan etilen, temperatur, tekanan, dan jenis katalis yang digunakan. Proses alkilasi benzena menjadi etilbenzena dilakukan pada fase gas dengan tekanan 16,4 atm dan suhu reaksi 350 o C~449 o C menggunakan katalis zeolit AB-97. Proses transalkilasi dietilbenzena menjadi etilbenzena dilakukan pada fase gas dengan tekanan 6 atm dan suhu reaksi 420 o C~452 o C menggunakan katalis zeolit AB-97. Hal ini dilakukan dengan melihat pertimbangan pengaruh kondisi suhu dan tekanan yang tinggi di dalam tahapan reaksi heterogen katalitik gas-padat agar reaksi berjalan sempurna. Semakin tinggi tekanan dan temperatur akan menyebabkan kecepatan reaksi bertambah cepat. Selain itu, katalis zeolit AB-97 digunakan agar lebih cepat mengarahkan reaksi bergeser ke kanan dengan BAB II Deskripsi Proses

36 23 konstanta kecepatan reaksi yang tinggi dimana katalis ini aktif pada kondisi suhu dan tekanan tinggi Tinjauan Termodinamika Pada reaksi dipermukaan katalis, terjadi reaksi alkilasi antara etilen dengan benzena menghasilkan etilbenzena. Dengan tinjauan termodinamika, untuk mengetahui reaksi tersebut eksotermis atau endotermis dapat diketahui dari perhitungan H 298. Reaksi alkilasi : Pembentukan etilbenzena: C 2 H 4 (g) + C 6 H 6 (g) Pada C, H o f C 2 H 4 H o f C 6 H 6 C 6 H 5 C 2 H 5 (g) = 52,23 kj/mol = 82,93kJ/mol H o f C 6 H 5 C 2 H 5 = 17,24 kj/mol (Yaws, 1999) H o r = H o f C 6 H 5 C 2 H 5 - ( H o f C 2 H 4 + H o f C 6 H 6 ) = 17,24 - ( 82,93+ 52,23 ) = -117,92 kj/mol Pembentukan dietilbenzena: C 6 H 5 C 2 H 5 (g) + C 2 H 4 (g) C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2 (g) Pada C, H o f C 2 H 4 = 52,23 kj/mol H o f C 6 H 5 C 2 H 5 = 17,24 kj/mol H o f C 6 H 5 (C 2 H 5 ) 2 = -22,26 kj/mol (Yaws, 1999) BAB II Deskripsi Proses

37 24 H o r = H o f C 6 H 5 (C 2 H 5 ) 2 - ( H o f C 2 H 4 + H o f C 6 H 5 C 2 H 5 ) = -22,26 (17, ,23) = -91,73 kj/mol Reaksi transalkilasi : C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2(g) + C 6 H 6 (g) 2C 6 H 5 C 2 H 5 (g) Pada C, H o f C 6 H 6 = 82,93 kj/gmol H o f C 6 H 5 (C 2 H 5 ) 2 = -22,26 kj/gmol H o f C 6 H 5 C 2 H 5 = 17,24 kj/gmol (Yaws, 1999) H o r = 2 x H o f C 6 H 5 C 2 H 5 - ( H o f C 6 H 5 (C 2 H 5 ) 2 + H o f C 6 H 6 ) = 2x (17,24) (-22, ,93) = -26,19 kj/gmol Karena H yang dihasilkan negatif maka reaksi di atas merupakan reaksi eksotermis. Dalam tinjauan termodinamika, hubungan antar panas reaksi, suhu dan konstanta kesetimbangan adalah sebagai berikut : d ln K dt H RT 0 2 Bila persamaan tersebut diturunkan menjadi : ln K K' H R 0 1 T 1 ' T (Smith and Van Ness,2001) Sifat reaksi yang reversibel atau irreversibel dapat diketahui dari harga konstanta kestimbangan. BAB II Deskripsi Proses

38 25 Reaksi alkilasi : Pembentukan etilbenzena: C 2 H 4(g) + C 6 H 6 (g) C 6 H 5 C 2 H 5 (g) Pada C, G o f C 2 H 4 G o f C 6 H 6 G o f C 6 H 5 C 2 H 5 = 68,12 kj / gmol = 129,66 kj / gmol = 120,58 kj / gmol (Yaws, 1999) G o = G o f C 6 H 5 C 2 H 5 - ( G o f C 2 H 4 + G o f C 6 H 6 ) = 120,58 - ( 68, ,66 ) = - 77,2 kj / gmol Harga konstanta kesetimbangan pada keadaan standar (T=298 K) G K = - RT ln K - G / RT = e = e ( / 8,314 x 298 ) = 3,41x Harga konstanta kesetimbangan pada keadaan temperatur 723 K ln K 723 K 298 =- H 0 R R 1 T 2-1 T 1 ln K 723 -K 298 = -( ) 8,314 lnk 723 = -( ) 8,314 K 723 = 2,08 x Pembentukan dietilbenzena: lnk 298 C 2 H 4(g) + C 6 H 5 C 2 H 5(g) commit Cto 6 Huser 4 (C 2 H 5 ) 2 (g) BAB II Deskripsi Proses

39 26 Pada C, G o f C 2 H 4 G o f C 6 H 5 C 2 H 5 G o f C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2 = 68,12 kj / gmol = 120,58 kj / gmol = 137,86 kj / gmol (Yaws, 1999) G o = G o f C 6 H 4 (C 2 H 5 ) - ( G o f C 2 H 4 + G o f C 6 H 5 C 2 H 5 ) = 137,86 - ( 68, ,58) = - 50,84 kj / gmol Harga konstanta kesetimbangan pada keadaan standar (T=298 K) G K = - RT ln K = e - G / RT = e ( / 8,314 x 298 ) = 8,16 x 10 9 Harga konstanta kesetimbangan pada keadaan temperatur 723 K ln K 723 K 298 = H 0 R R 1 T 2-1 T 1 ln K 723 -K 298 = -(-91730) 8, lnk 723 = -(-91730) 8, lnk 298 K 723 = 9,26 x 10 8 Reaksi transalkilasi : Pembentukan etilbenzena : C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2(g) + C 6 H 6 (g) 2C 6 H 5 C 2 H 5 (g) BAB II Deskripsi Proses

40 27 Pada C, G o f C 6 H 6 = 129,66 kj / gmol G o f C 6 H 5 C 2 H 5 G o f C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2 = 120,58 kj / gmol = 137,86 kj / gmol (Yaws, 1999) G o = 2 x G o f C 6 H 5 C 2 H 5 - ( G o f C 6 H 5 (C 2 H 5 ) 2 + G o f C 6 H 6 ) = 2x (120,58) (137,86+129,66) = -26,36 kj/gmol G = - RT ln K 298 K 298 = 4,18 x 10 4 Harga konstanta kesetimbangan pada keadaan temperatur 743 K ln K 743 K 298 =- H 0 R R 1 T 2-1 T 1 ln K 743 -K 298 = -(-26190) 8, lnk 743 = -(-26190) 8, lnk 298 K 743 = 2,22 x 10 4 Dari perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa reaksi alkilasi dan transalkilasi yang terjadi adalah reaksi searah ke kanan Tinjauan Kinetika Reaksi alkilasi pembuatan etilbenzena merupakan reaksi eksotermis sehingga selama reaksi berlangsung akan terjadi pelepasan panas dan ini akan BAB II Deskripsi Proses

41 28 mempengaruhi kecepatan reaksi. Adapun harga k (konstanta kecepatan reaksi) pada pembuatan etilbenzena dari etilen dan benzena adalah sebagai berikut: Reaktor Alkilasi: C 6 H 6(g) + C 2 H 4 (g) C 6 H 5 C 2 H 5 (g) B + E EB r 1 = k 1 P B P E -k -1 P EB 1+K B P B +K E P E +K EB P EB +K DEB P DEB 2 C 6 H 5 C 2 H 5 (g) + C 2 H 4 (g) C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2(g) EB + E DEB r 2 = k 2 P EB P E -k -2 P DEB 1+K B P B +K E P E +K EB P EB +K DEB P DEB 2 Dengan : k 1 =245,3exp( RT) k -1 =5,13exp( RT) k 2 =52,41exp( RT) k -2 =2,667exp( RT) K E =0,457exp( RT) K B =6, exp( RT) K EB =3, exp( RT) K DEB =8, exp( RT) Keterangan : k i = konstanta kecepatan reaksi ke arah produk k -i = konstanta kecepatan reaksi ke arah reaktan K x = konstanta kesetimbangan adsorpsi i = nomor reaksi x = Etilen, Benzena, Etilbenzena, Dietilbenzena (You and Pan, 2006) BAB II Deskripsi Proses

42 29 Reaktor Transalkilasi: C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2(g) + C 6 H 6 (g) 2C 6 H 5 C 2 H 5 (g) DEB + B 2 EB r=k.pdeb.pb k=5,45 x 10 4 e x 4,12 RT (Lim, 1999) Perbandingan Mol Reaktan Pada reaksi alkilasi pembentukan etilbenzena digunakan perbandingan reaktan antara benzena dan etilen adalah sebesar 7 : 1. Umpan benzena dibuat berlebih karena dengan perbandingan tersebut dapat meminimalisir terjadinya reaksi samping yaitu, reaksi pembentukan dietilbenzena Reaksi Samping Reaksi samping yang terjadi pada proses pembentukan etilbenzena adalah reaksi antara umpan etilen dengan etilbenzena yang terbentuk membentuk dietilbenzena : Reaksi Alkilasi : C 2 H 4 (g) + C 6 H 6 (g) C 6 H 5 C 2 H 5 (g) C 6 H 5 C 2 H 5(g) + C 2 H 4 (g) C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2 (g) Konversi total etilen pada reaksi ini adalah sebesar 99,7%. Sebanyak 97% etilen bereaksi membentuk etilbenzena dan sisanya, 2,7% bereaksi membentuk dietilbenzena. Untuk meminimalisir pembentukan dietilbenzena, maka digunakan BAB II Deskripsi Proses

43 30 perbandingan umpan benzena yang berlebih sehingga umpan etilen akan lebih cenderung bereaksi dengan umpan benzena daripada etilbenzena yang terbentuk (U.S. Patent 6,252,126 B1) Diagram Alir Proses Diagram Alir Kualitatif Diagram alir kualitatif dapat dilihat pada gambar Diagram alir Kuantitatif Diagram alir kuantitatif dapat dilihat pada gambar Diagram alir Proses Diagram alir proses dapat dilihat pada gambar 2.3. BAB II Deskripsi Proses

44 TANGKI BENZENA ETILENA P = 1 atm T = 30 o C P = 6,8 atm T = 30 o C REAKTOR ALKILASI T = 350 o C P = 15,9 atm T = 449 o C KONDENSER PARSIAL P = 1 atm T = 57 o C P = 1 atm T = 82 o C P = 1 atm T = 57 o C P = 5,9 atm T = 452 o C P = 1,2 atm T = 58 o C MENARA DISTILASI 1 REAKTOR TRANSALKILASI P = 1,3 atm T = 148 o C P = 1 atm T = 82 o C MENARA DISTILASI 2 T = 420 o C P = 1 atm T = 40 o C P = 1,4 atm T = 192 o C TANGKI ETILBENZENA perpustakaan.uns.ac.id 31 C6H6 C7H8 C8H10 C10H14 C8H10 C10H14 C6H6 C7H8 C8H10 C6H6 C7H8 C8H10 C10H14 P = 6 atm C6H6 C7H8 C8H10 C10H14 C6H6 C7H8 C8H10 CH4 C2H4 C2H6 C6H6 C6H6 C7H8 C7H8 C8H10 C8H10 C10H14 C10H14 C6H6 C7H8 C8H10 C10H14 C6H6 C7H8 C8H10 Gambar 2.1 Diagram alir Kualitatif CH4 C2H4 C2H6 C6H6 C7H8 P = 16,4 atm CH4 C2H4 C2H6 C6H6 C7H8 C8H10 C10H14 C6H6 C7H8 CH4 C2H4 C2H6 BAB II Deskripsi Proses

45 TANGKI BENZENA ETILENA REAKTOR ALKILASI KONDENSER PARSIAL MENARA DISTILASI 1 REAKTOR TRANSALKILASI MENARA DISTILASI 2 TANGKI ETILBENZENA perpustakaan.uns.ac.id 32 C6H6 = 11216,87 kg/jam C7H8 = 11,23 kg/jam CH4 = 8,61 kg/jam C2H4 = 3998,75 kg/jam C2H6 = 6,89 kg/jam CH4 = 8,61 kg/jam C2H4 = 12,00 kg/jam C2H6 = 6,89 kg/jam C6H6 = 67170,50 kg/jam C7H8 = 17,91 kg/jam C8H10 = 14301,98 kg/jam C10H14 = 516,70 kg/jam C6H6 = 66758,84 kg/jam C7H8 = 6,68 kg/jam C8H10 = 26,72 kg/jam C6H6 = 737,98 kg/jam C7H8 = 0,07 kg/jam C8H10 = 0,30 kg/jam CH4 = 8,61 kg/jam C2H4 = 12,00 kg/jam C2H6 = 6,89 kg/jam C6H6 = 61,50 kg/jam C7H8 = 0,01 kg/jam C8H10 = 1,82 kg/jam C10H14 = 0,01 kg/jam C6H6 = 54,97 kg/jam C7H8 = 11,22 kg/jam C8H10 = 15075,76 kg/jam C10H14 = 9,56 kg/jam C6H6 = 67109,00 kg/jam C7H8 = 17,90 kg/jam C8H10 = 4300,16 kg/jam C10H14 = 1516,69 kg/jam C6H6 = 442,79 kg/jam C7H8 = 0,07 kg/jam C8H10 = 850,63 kg/jam C8H10 = 48,02 kg/jam C10H14= 507,12 kg/jam C6H6 = 442,79 kg/jam C7H8 = 0,07 kg/jam C8H10 = 850,63 kg/jam Gambar 2.2 Diagram alir Kuanitatif BAB II Deskripsi Proses

46 33 BAB II Deskripsi Proses

47 Langkah Proses Langkah proses pembuatan etilbenzena dapat dikelompokan dalam tiga tahapan proses : 1. Tahap persiapan bahan baku 2. Tahap pembentukan etilbenzena 3. Tahap pemisahan dan pemurnian hasil Tahap Persiapan Bahan Baku Tahap persiapan bahan baku ini bertujuan untuk mengkondisikan keadaan bahan baku benzena dan gas etilen sehingga siap untuk diumpankan ke dalam reaktor alkilasi. Bahan baku etilen diperoleh dari PT. Chandra Asri Petro Chemical yang dialirkan langsung pada kondisi 30 o C, tekanan 6,8 atm. Etilen dinaikkan tekanannya terlebih dahulu menjadi 16,4 atm menggunakan kompresor (C-01). Setelah dinaikkan tekanannya, suhu etilen akan naik menjadi 85 o C, setelah itu suhunya dinaikkan lagi menjadi 171 o C menggunakan heat exchanger (E-04). Etilen siap diumpankan ke dalam reaktor alkilasi. Benzena disimpan dalam tangki silinder (TT-01) pada suhu 30 o C dan tekanan 1 atm dengan kapasitas penyimpanan 30 hari. Umpan segar benzena dicampur dengan recycle benzena dari hasil atas menara distilasi 1 (T-01) yang bersuhu 82 o C. Campuran benzena ini mempunyai suhu akhir sebesar 74 o C. Kemudian menggunakan pompa (J-01) benzena akan dinaikan tekanannya menjadi 16,4 atm. Benzena kemudian dinaikkan suhunnya hingga suhu bubble point, yaitu 209 o Cmenggunakan heat exchanger (E-01). Benzena kemudian BAB II Deskripsi Proses

48 35 diuapkan menggunakan vaporizer 1 (E-02). Uap benzena yang dihasilkan dinaikkan suhunya lagi menggunakan heat exchanger (E-03) hingga suhu 360 o C. Benzena siap diumpankan ke dalam reaktor alkilasi Tahap Pembentukan Etilbenzena Tahap pembentukan produk ini bertujuan untuk : a. Mereaksikan benzena dengan etilen membentuk produk utama etilbenzena dan produk samping dietilbenzena. b. Mereaksikan dietilbenzena dengan benzena membentuk etilbenzena c. Memanfaatkan panas keluaran dari tahap pembentukan produk sebagai pemanas benzena di dalam heat exchanger. Benzena dan etilen diumpankan dari tahap persiapan bahan baku menuju bagian puncak reaktor secara kontinyu. Di dalam reaktor alkilasi (R-01) jenis fixed bed yang dioperasikan pada suhu 350 o C dan tekanan 16,4 atm, reaksi terjadi antara benzenadengan etilen membentuk etilbenzenadan reaksi antara etilen sisa dengan etilbenzena membentuk dietilbenzena. Reaksi alkilasi pada reaktor alkilasi (R-01) bersifat eksotermis sehingga suhu keluaran reaktor akan naik menjadi 449 o C dan tekanannya akan turun menjadi 15,9 atm. Sebelum diproses lebih lanjut, produk keluaran reaktor alkilasi (R-01) akan diturunkan tekanannya terlebih dahulu menggunakan throttling valve hingga tekanan keluaran menjadi 1 atm dan suhunya turun menjadi 444 o C. Panas keluaran reaktor yang tinggi dimanfaatkan sebagai media pemanas bahan baku benzena pada heat exchanger (E-01), (E-03). Setelah melewati throttling valve, produk keluaran reaktor alkilasi (R-01) kemudian dilewatkan melalui heat BAB II Deskripsi Proses

49 36 exchanger (E-03), suhu keluarannya turun menjadi sebesar 318 o C.Dari heat exchanger (E-03), keluaran reaktor kemudian dilewatkan heat exchanger (E-01). Suhu awal masuk media pemanas adalah sebesar 318 o C dan suhu keluarannya sebesar 173 o C. Sedangkan padareaktor transalkilasi terjadi reaksi antara recyclebenzena dari hasil atas menara distilasi 1 (T-01) dan dietilbenzenadari hasil bawah menara distilasi 2 (T-02) membentuk etilbenzena. Pada reaktor transalkilasi, jenis reaktor yang digunakan adalah fixed bed yang dioperasikan pada suhu 420 o C o C dan tekanan 6 atm. Sebelum masuk ke reaktor transalkilasi, umpan dietilbenzena dari hasil bawah menara distilasi 2 (T-02) yang bersuhu 192 o C dicampur dengan recycle benzena dari hasil atas menara distilasi 1 (T-01) yang bersuhu 82 o C. Suhu dari hasil campuran kedua umpan ini adalah sebesar 132 o C. Kemudian campuran umpan inidinaikkan tekanannya dari 1 atm menjadi 6 atm menggunakan pompa sentrifugal (J-07). Kemudian campuran umpan ini akan diuapkan menggunakan vaporizer 2 (E-10), dengan suhu masuk sebesar 148 o C dan suhu keluaran vaporizer 2 (E-10) sebesar 227 o C. Sebelum masuk ke reaktor transalkilasi (R-02), terlebih dahulu campuran ini dinaikkan suhunya menjadi 420 o C menggunakan heat exchanger (E-11). Campuran uap siap diumpankan masuk reaktor transalkilasi (R-02). Reaksi transalkilasi bersifat eksotermis sehingga pada keluaran reaktor transalkilasi (R-02) suhu produk keluaran reaktor akan naik menjadi 452 o C dan tekanannya akan turun menjadi 5,9 atm. Seperti halnya pada reaktor alkilasi (R-01), sebelum diproses lebih lanjut produk keluaran reaktor akan diturunkan tekanannya terlebih commit dahulu to user dari 5,9 atm menjadi 1 atm dan BAB II Deskripsi Proses

50 37 suhunya akan turun menjadi 450 o C. Setelah diturunkan tekanannya, panas produk keluaran reaktor transalkilasi dimanfaatkan sebagai media pemanasumpan masuk reaktor transalkilasi (R-02). Pemanasan awalumpan masuk reaktor transalkilasi menggunakan heat exchanger (E-11) dengan suhu masuk 450 o C dan suhu keluarnya sebesar 264 o C. Dari heat exchanger (E-11), produk kemudian dilewatkan melalui heat exchanger (E-12) untuk dikondensasi menjadi suhu 103 o C sehingga dapat dicampur dengan keluaran kondenser parsial (E-05) Tahap Pemisahan dan Pemurnian Hasil Tahap pemurnian produk ini bertujuan untuk : a. Memisahkan inertberupa metana, etana dan sisa etilen pada kondenser parsial. b. Memisahkan sisa benzena dan etilbenzena serta dietilbenzena pada menara distilasi I (T-01). Benzena ini digunakan sebagai recycle pada umpan reaktor alkilasi (R-01) dan umpan pada reaktor transalkilasi (R-02). c. Memisahkan etilbenzena sebagai hasil atas, dari dietilbenzena pada menara distilasi 2. Dietilbenzena ini digunakan sebagai umpan pada reaktor transalkilasi (R-02). Produk keluaran reaktor alkilasi (R-01) yang telah dimanfaatkan panasnya sebagai media pemanas umpan, kemudian akan dikondensasikan menggunakan kondenser parsial (E-05)untuk memisahkan inert yang berupametana, etana dan sisa etilen yang tidak bereaksi. Suhu masuk kondenser parsial (E-05) adalah sebesar 173 o C dan dikondensasikan hingga suhu keluarnya mencapai 57 o C. Gas metana, etana dan etilen yang tidak terkondensasi dikeluarkan melalui vent yang terdapat pada kondensar parsial (E-05). Sedangkan BAB II Deskripsi Proses

51 38 cairan hasil keluaran dari kondenser parsial (E-05) dicampur dengan cairan hasil keluaran dari keluaran kondenser (E-12) untuk diumpankan menuju menara distilasi 1 (T-01). Umpan masuk pada menara distilasi 1 (T-01) dalam kondisi subcooled yaitu pada suhu 58 o C dan tekanan 1,2 atm. Hasil atas menara distilasi 1 (T-01) adalah berupa benzena yang akan digunakan kembalisebagai umpan reaktor alkilasi (R-01) dan sebagai umpan reaktor transalkilasi (R-02). Sedangkan hasil bawah berupa produk etilbenzena dan produk samping dietilbenzena. Umpan masuk menara distilasi 2 (T-02) dalam kondisi cair jenuh yaitu pada suhu 148 o C. Hasil atas menara distilasi berupa produk etilbenzena. Sedangkan hasil bawah berupa produk samping berupa dietilbenzena yang nantinya digunakan sebagai umpan pada reaktor transalkilasi (R-02). Produk etilbenzena dari hasil atas menara distilasi 2 (T-02) sebelum disimpan pada tangki penyimpanan (TT-02) pada suhu 40 o C dan tekanan 1 atm, diturunkan dahulu suhunya dengan cara dilewatkan padaheat exchanger (E-13) Neraca Massa dan Neraca Panas Produk Kapasitas perancangan Waktu operasi selama 1 tahun Waktu operasi selama 1 hari : Etilbenzena 99,5% berat : ton/tahun : 330 hari : 24 jam BAB II Deskripsi Proses