II. PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES

Transkripsi

1 II. PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES Usaha produksi dalam pabrik kimia membutuhkan berbagai sistem pemroses yang dirangkai dalam suatu sistem proses produksi yang disebut teknologi proses. Secara garis besar, unit-unit proses dari sebuah pabrik kimia adalah reaksi kimia, unit pemisahan dan unit pemurnian. Proses perubahan bahan baku menjadi produk terjadi dalam reaksi kimia. Unit pemroses utama dalam reaksi adalah reaktor. Unit pemisahan dan unit pemurnian bertujuan agar hasil dari unit reaksi sesuai dengan permintaan pasar sehingga layak dijual. Demikian halnya dengan pabrik sodium styrene sulfonat, yang unit proses pemisahan, pemurnian dan kondisi operasi yang terlibat dijelaskan sebagai berikut. A. Jenis-jenis Proses Proses pembuatan sodium styrene sulfonat ada dua macam, yaitu: 1. Sulfonasi SO 2-Bromo Ethyl Benzene (C H 9 SO Br) dan Methyelene Chlorida (CH 2 Cl 2 ) dipompa masuk ke dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB). Sulfur Trioksida dimasukkan ke dalam RATB tempat terjadinya reaksi sulfonasi. Proses sulfonasi berlangsung pada kisaran suhu 20-0 C. Proses ini

2 menghasilkan konversi sebesar 90%. Setelah ditambahkan inhibitor 10 % larutan sodium styerene sulfonat (Yield 5%), dikrisrtalisasi. Analisis hasil akhir Sodium Styrene Sulfonat 95%-9 % dan air 2% - 5%. 2. Sulfonasi H 2 SO 4 Pada sulfonasi H 2 SO 4, asam sulfat yang digunakan adalah H 2 SO 4 9 %. 2-Bromo Ethyl Benzene (C H 9 SO Br) dan Methyelene Chloride (CH 2 Cl 2 ) dioperasikan dalam Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB). Reaksi terjadi pada suhu yang rendah antara 0-55 C. Proses ini menghasilkan konversi 55-65%, dan yield sebesar 5%. (Goodshaw, C.T., 196) B. Pemilihan Proses Pemilihan proses dilakukan dengan membandingkan keuntungan dan kerugian semua proses pembuatan sodium styrene sulfonat yang telah diuraikan di atas sebagai berikut: Tabel 2.1. Perbandingan proses pembuatan sodium styrene sulfonat No Keterangan Jenis Proses Sulfonasi Sulfonasi H 2 SO 4 SO 1 Kondisi Operasi 1 atm, o C 1 atm, 0-55 o C Yield 5% 5% 4 Konversi Reaktor I : 90 % % 5 G Reaksi Btu/lbmol Btu/lbmol

3 9 Pemilihan proses dilakukan dengan membandingkan keuntungan dan kerugian semua proses pembuatan sodium styrene sulfonat yang telah diuraikan di atas. Berdasarkan dua metode proses produksi tersebut, maka dipilih menggunakan metode proses yang pertama yaitu proses produksi Sodium Styrene Sulfonat dengan menggunakan metode Sulfonasi SO Preparation, karena pertimbangan konversi dan kemurnian Sodium Styrene Sulfonat yang dihasilkan lebih besar dari metode proses yang kedua. C. Uraian Proses Proses pembuatan Sodium Styrene Sulfonat dari 2-Bromo Ethyl benzene dengan proses Sulfonasi SO dapat dilihat pada diagram alir berikut :

4 10 Tahap Penyiapan Bahan Baku 2-Bromo Ethyl Benzene Methylene Chloride Sulfur Trioksida Mixing Tank I Heat Exchanger Heat Exchanger Tahap Pembentukan Produk Reaktor I Recycle CH 2 Cl 2 H 2 O Mixing Tank II Dekanter I Dekanter III Dekanter II H 2 SO 4 Mixing Tank III Dekanter IV Heat Exchanger NaOH Reaktor II Tahap Pemurnian & Pengepakan Produk Setler Crystalizer Centrifuge Rotary Dryer Silo Ware House

5 11 Mula-mula 2-Bromo Ethyl benzene dari tangki penyimpanan dilarutkan dengan Methylene Chloride yang berasal dari tangki penyimpanan di dalam Mixing Tank I dengan tujuan untuk melarutkan 2-Bromo Ethyl benzene, kemudian 2 Bromo Ethyl benzene dan Metylene Chloride yang keluar dari Mixing Tank I dan SO yang keluar dari tangki penyimpan dipompa menuju reaktor I. Kondisi reaksi pada reaktor adalah pada suhu 50 C, tekanan 1 atm, dan konversi 90 % terhadap C H 9 SO Br. Sulfur Trioksida yang digunakan dalam proses sulfonasi pada reaktor tidak hanya mensulfonasi 2-Bromo Ethyl benzene tapi juga mengakibatkan terjadinya reaksi samping. Reaksi samping ini biasanya terjadi pada suhu diatas 50 C, karena alasan tersebut di atas maka dalam proses ini reaksi sulfonasi biasanya dilakukan pada pada kisaran suhu antara 10 C-50 C. Reaktor yang diapakai adalah Reaktor Alir Tangki Berpengaduk yang dilengkapi dengan pendingin karena reaksi bersifat eksotermis yaitu dengan nilai H Reaksi = - 6,5 kkal/gmol, sehingga untuk menjaga suhu agar selalu konstan maka pada reaktor I dilengkapi dengan sistem pendingin. Nilai k pada reaktor I sebesar 67,9 m kmol.jam Dimana : k = konstanta kecepatan reaksi kimia Reaksi Pada Reaktor I : C H Br (l) + SO (l) C H 9 SO Br (l) Hasil reaksi dari Reaktor I dipompa ke Mixing Tank II dan ditambahkan H 2 O, untuk merubah SO menjadi H 2 SO 4 pekat. Hasil dari tangki pencampur dipompa

6 12 ke dekanter I kemudian dipisahkan, hasil atas berupa fraksi ringan dari dekanter I dipompa masuk ke dekanter II, sedangkan hasil bawah berupa fraksi berat dari decanter I menuju dekanter III. Di dalam dekanter II terjadi pemisahan untuk memisahkan CH 2 Cl 2 yang akan di recycle ke tangki bahan baku CH 2 Cl 2 dan dipisahkan dari komponen lain yang tidak diinginkan untuk dikirim ke unit pengolahan limbah (UPL). Hasil atas dekanter III masih mengandung komponen C H 9 Br yang tidak diinginkan kemudian dicampur dengan H 2 SO 4 pekat di dalam Mixing Tank III untuk mengikat C H 9 Br yang masih ada. Keluaran Mixing Tank III kemudian dipompa menuju dekanter IV untuk memisahkan C H 9 Br dengan C H 9 SO Br yang akan di reaksikan di dalam Reaktor II. Nilai k pada Reaktor II sebesar 1,02 m kmol.jam Reaksi Pada Reaktor II : C H 9 SO Br (l) + 2 NaOH (s) C H 7 SO Na (l) + 2H 2 O (l) + NaBr (l) Reaktor yang dipakai adalah Reaktor Alir Tangki Berpengaduk yang dilengkapi dengan pemanas karena reaksi bersifat endotermis dengan nilai H Reaksi = 417 kkal/gmol. Kondisi reaksi pada reaktor yang kedua adalah pada suhu 75 C, tekanan 1 atm, dan konversi 0 %. Kemudian hasil dari Reaktor II dipompa ke dalam settler. Hasil dari Reaktor II dipompa ke settler untuk memisahkan antara sodium styrene sulfonat dengan komponen lain. Selanjutnya hasil bawah dari settler berupa slurry C H 7 SO Na akan dikristalkan di dalam crystallizer. Keluaran crystallizer berupa Kristal dan

7 1 mother liquor, kemudian mother mother liquor akan dikembalikan sebagai umpan crystallizer, sedangkan kristal akan dikeringkan di dalam Rotary Dryer sampai kemurnian 9% sesuai dengan kebutuhan pasar. D. Kelayakan Ekonomi Reaksi Pada Reaktor I : C H 9 Br (l) + SO (l) C H 9 SO Br (l) 1 : 1 : 1 BM Produk yang terbentuk pada reaksi diatas adalah C H 9 SO Br. Jika pada reaksi tersebut C H 9 SO Br yang terbentuk sebanyak 1 kilogram, maka : Mol C H 9 SO Br yang terbentuk = 1000g C H 9 SO Br x CH 9SO Br 265 g C H SO Br 9 =,775 mol C H 9 SO Br Berdasarkan perbandingan stoikiometri, maka : Mol C H 9 Br yang bereaksi =,775 mol C H 9 SO Br x 1 mol C H9Br C H SO Br 9 =,775 mol Massa C H 9 Br yang bereaksi =,775 mol x 15 g/mol = 69,0975 g = 0, kg

8 14 1 mol SO Mol SO yang bereaksi =,775 mol C H 9 SO Br x C H SO Br =,775 mol Massa SO yang bereaksi =,775 mol x 0 g/mol = 01, g = 0,01 kg Reaksi Pada Reaktor II : 9 C H 9 SO Br (l) + 2 NaOH (s) C H 7 SO Na (l) + 2H 2 O (l) + NaBr (l) 1 : 2 : 1 : 2 : 1 BM ,9 Produk yang terbentuk pada reaksi diatas adalah C H 7 SO Na. Jika pada reaksi tersebut C H 7 SO Na yang terbentuk sebanyak 1 kilogram, maka : Mol C H 7 SO Na yang terbentuk = 1000g C H 7 SO Na x CH 7SO Na 206 g C H SO Na 7 = 4,54 mol C H 7 SO Na Berdasarkan perbandingan stoikiometri, maka : CH Mol C H 9 SO Br yang bereaksi = 4,54 mol C H 7 SO Na x C H = 4,54 mol Massa C H 9 SO Br yang bereaksi = 4,54 mol x 265g/mol = 126,95 g = 1,2695 kg 9 7 SO Br SO Na

9 15 2 mol NaOH Mol NaOH yang bereaksi = 4,54 mol C H 7 SO Na x C H SO Na = 9,706 mol Massa NaOH yang bereaksi = 9,706 mol x 40 g/mol =,44 gram = 0,44 kg Dari perhitungan reaksi I, untuk membentuk 1 kg C H 9 SO Br, diperlukan C H 9 Br sebanyak 0, kg dan SO sebanyak 0,01 kg. Perhitungan reaksi II, untuk membentuk 1 kg C H 7 SO Na diperlukan C H 9 SO Br sebanyak 1,2695 kg dan NaOH sebanyak 0,44 kg. 7 Harga : C H 9 Br SO C H 7 SO Na = Rp /kg = Rp /kg = Rp /kg Jadi untuk menghasilkan 1 kg C H 7 SO Na dibutuhkan biaya bahan baku sebesar : C H 9 Br = Rp /kg x 0, kg = Rp SO = Rp /kg x 0,01 kg = Rp. 55 Jadi selisih harga = harga produk harga bahan baku = Rp (Rp Rp. 55) = Rp

10 16 E. Kelayakan Teknik Biasanya kelayakan teknik terhadap suatu reaksi kimia yang di tinjau adalah energi bebas gibbs ( G). Untuk reaksi isotermal : GR = HR T SR GReaksi = Gº f Produksi Gº f Reaktan C H 9 Br (l) + SO (l) C H 9 SO Br (l) 2-Bromo ethyl benzene Sulfur trioxide 2-Bromo ethyl benzene sulfonat C H 9 Br (l) + SO (l) C H 9 SO Br (l) C H 9 Br SO C H 9 SO Br Pada 29 K Gº f Btu/lbmol C H 9 SO Br (l) + 2 NaOH (s) C H 7 SO Na (l) + 2H 2 O (l) + NaBr (l) C H 9 SO Br NaOH C H 7 SO Na NaBr Pada 29 K Gº f Btu/lbmol Perubahan entalpi, enrtopi, dan energi Gibb dapat dihitung masing-masing proses: Reaksi Pada Reaktor I : C H 9 Br (l) + SO (l) C H 9 SO Br (l) G Reaksi = Gº f CH9SOBr - Gº f CH9Br - Gº f SO

11 17 Pada 29 K G Reaksi = Gº f CH9SOBr - Gº f CH9Br - Gº f SO = (-4507) (-4497) (-12921) = Btu/lbmol Reaksi Pada Reaktor II : C H 9 Br (l) + H 2 SO 4(l) C H 9 SO Br (l) + H 2 O (l) G Reaksi = Gº f CH9SOBr - Gº f CH9Br - Gº f SO - Gº f H2O Pada 29 K G Reaksi = Gº f CH9SOBr - Gº f CH9Br - Gº f SO = (-4507)- (-1172)] (-4497) (-12921) = Btu/lbmol