II. DESKRIPSI PROSES. Tahap-tahap reaksi formaldehid Du-Pont untuk memproduksi MEG sebagai

Transkripsi

1 II. DESKRIPSI PROSES 2.1 Macam Macam Proses 1. Proses Formaldehid Du Pont Tahap-tahap reaksi formaldehid Du-Pont untuk memproduksi MEG sebagai berikut : CH 2 O + CO + H 2 O HOCH 2 COOH 700 atm HOCH 2 COOH + CH 3 OH HOCH 2 COOCH 3 + H 2 O HOCH 2 COOCH 3 + 2H 2, HOCH 2 CH 2 OH + CH 3 OH Pada pembuatan EG dengan proses ini, formaldehid direaksikan dengan karbon monoksida dengan air pada suhu 200 o C dan tekanan 700 atm untuk menghasilkan asam glikolat. Asam glikolat ini diesterifikasi dengan methanol atau propanol dengan produk alkyl glikolat, dan dihidrogenasi pada fase uap pada suhu 200 o C dan tekanan 30 atm dengan menggunakan katalis kromat yang akan menghasilkan EG dan alcohol dengan yield ethylene glycol 75 %. (Naveed,

2 13 2. Proses Hidrasi melalui Ethylene Karbonat Dengan metode ini, Ethylene Glikol (EG) dapat dibuat dari hidrasi EO melalui perantara Ethylene Karbonat. CH 2 OCH 2 + CO 2 C=O Ethylene Oksida Ethylene Karbonat C=O + H 2 O HOCH 2 CH 2 OH + CO 2 Ethylene Karbonat Ethylene Glikol Pada tahap pertama proses ini, EO direaksikan dengan CO 2 membentuk ethylene karbonat ( temperatur C dan tekanan yang akan 51,32 atm (5.2 MPa). Ethylene karbonat ini dihidrasi dalam fase cair pada tekanan 14,5 atm dan temperatur 150 o C sehingga terbentuklah ethylene glycol (EG) dengan selektivitas 99 %. EG yang terlarut dipisahkan dari zat-zat lain yang akan direcycle ke reaksi hidrolisa. Proses ini digunakan pada tahun 1970an dan sekarang sudah tidak digunakan lagi. (Naveed, 3. Proses Hydolysis Ethylene Oxide Proses hydolysis ethylene oxide adalah proses pembuatan ethylene glycol dengan mereaksikan air dan ethylene oxide dalam reaktor fixed bed catalytic nonadiabatik isothermal. Ethylene oxide murni atau campuran air dengan ethylene oxide (keduanya dalam fasa cair), digabungkan dengan air recycle dengan perbandingan mol ethylene oxide dengan air 1 : 5, dikondisikan hingga mencapai

3 14 kondisi reaksi dalam reaktor yaitu temperature 84,85 0 C dan tekanan 11 atm dengan yield %. C H ( ) + ( ), ; ( ) ( )... (1) ethylene oxide air mono-ethylene glycol Dengan Reaksi Samping Reaksi pembentukan di-ethylene glycol C H ( ) + ( ) ( ), ; ( ) ( )....(2) di-ethylene glycol Reaksi pembentukan tri-ethylene glycol C H ( ) + ( ) ( ), ; ( ) ( ) (3) tri-ethylene glycol Selektifitas dari reaksi utama mencapai 90%, dan reaksi samping pembentukan diethylene glycol dan tri-ethylene glycol masing-masing 9% dan 1%. (Weissermel, 1997) 2.2 Pemilihan Proses Dalam pemilihan proses mempertimbangkan beberapa faktor seperti kondisi operasi, jumlah reaksi, panas reaksi pembentukan dan energy bebas gibbs pada keadaan standar, katalis yang digunakan, bahan baku.

4 15 Pemilihan proses meninjau dari panas reaksi pembentukan pada keadaan standar Data dari : Chem-Cad diperoleh : ΔH f pada 25 o C : ΔH f CH 2 O = -108,57 kj/mol ΔH f CO = -110,525 kj/mol ΔH f H 2 O = -241,818 kj/mol ΔH f C 2 H 4 O 3 = -585,05 kj/mol ΔH f CH 4 O = -200,94 kj/mol ΔH f C 3 H 6 O 3 = -465,9 kj/mol ΔH f C 2 H 6 O 2 = -392,201 kj/mol ΔH f C 2 H 4 O = -52,6302 kj/mol ΔH f CO 2 = -393,52 kj/mol ΔH f C 3 H 4 O 3 = -506,9 kj/mol Ditinjau dari (energi bebas gibbs) : = Data : = -109,9 kj/mol = -137,16 kj/mol = -228,59 kj/mol = -506,89 kj/mol = -162,32 kj/mol = -337,2 kj/mol = -301,801 kj/mol = -13,2301 kj/mol = -394,41 kj/mol

5 16 = -410 kj/mol 1. Proses Du-Pont Reaksi : CH 2 O + CO + H 2 O HOCH 2 COOH HOCH 2 COOH + CH 3 OH HOCH 2 COOCH 3 + H 2 O HOCH 2 COOCH 3 + 2H 2 HOCH 2 CH 2 OH + CH 3 OH ΔHr (25 C) = ΔHf produk - ΔHf reaktan ΔH r-1 = (ΔH f C 2 H 4 O 3 )- (ΔH f CH 2 O + ΔH f CO + ΔH f H2O ) = (-585,05) (-241, , ,57) = -585,05 (-460,913) = -124,137 kj/mol ΔH r-2 =(ΔH f C 3 H 6 O 3 + ΔH f H 2 O)- (ΔH f C 2 H 4 O 3 + ΔH f CH 3 OH ) = (-465,9-241,818) (-200,94-585,05) = -707,718-(-785,99) = 78,272 kj/mol ΔH r-3 = (ΔH f C 2 H 6 O 2 + ΔH f CH 3 OH)-(ΔH f C 3 H 6 O 3 ) = (-392, ,94) (-465,9) = -127,241 kj/mol 298 = ΔH r-1 +ΔH r-2 + ΔH r-3 = -124, ,272 + (-127,241) = -173,106 kj/mol

6 17 = Reaksi-1 = -506,89 (-228,59-137,16-109,9) = -31,24 kj/mol Reaksi-2 = (-228,59-337,2) (-506,89-162,32) = 103,42 kj/mol Reaksi-3 = (-162,32-301,801) (-337,2) = -126,921 kj/mol total = -54,741 kj/mol 2. Proses Hidrasi melalui Ethylene Karbonat Reaksi : CH 2 OCH 2 + CO 2 C=O C=O + H 2 O HOCH 2 CH 2 OH + CO 2 ΔHr (25 C) = ΔHf produk - ΔHf reaktan ΔH r-1 = (ΔH f C 3 H 4 O 3 )- (ΔH f C 2 H 4 O + ΔH f CO 2 ) = - 506,9 (-393,52-52,6303) = - 60,7497 kj/mol ΔH r-2 = (ΔH f C 2 H 6 O 2 + ΔH f CO 2 )- (ΔH f C 3 H 4 O 3 + ΔH f H 2 O ) = (-392, ,52) (-241, ,9) = -785,721 (-748,718) = -37,003 kj/mol

7 = ΔH r-1 +ΔH r-2 = - 60, ,003 = -97,7527 kj/mol = Reaksi-1 = -410 (-394,41-13,2301) = -2,3599 kj/mol Reaksi-2 = (- 394,41-301,801) (-228,59-410) = -57,621 kj/mol total = -59,9809 kj/mol 3. Proses Hydolysis Ethylene Oxide Reaksi : C H ( ) + ( ) ( ) ( ) ΔHr (25 0 C) = ΔHf produk - ΔHf reaktan ΔH rx = (ΔH f C 2 H 6 O 2 )- (ΔH f C 2 H 4 O + ΔH f H 2 O ) = (-392,201) (-52, ,818) = -97,7528 kj/mol = = (- 301,801) (-228,59-13,2301) = -59,9809 kj/mol

8 19 No KETERANGAN PROSES 1 PROSES 2 PROSES 3 1 Kondisi Operasi 700 atm, 200 o C 14,5 atm,150 o C 11 atm, 84,85 o C 2 Jenis Reaktor Fixed bed Fixed bed Fixed bed 3 Bahan baku Formaldehid, CO,H 2 O dan Ethylene oksida, CO 2 dan H 2 O Ethylene oksida dan air methanol ,106 kj/mol -97,7527 kj/mol -97,7528 kj/mol 5 Jumlah Reaktor Katalis Cromat tellurium Amberjet ,741 kj/mol -59,9809 kj/mol -59,9809 kj/mol Berdasarkan dari tabel diatas maka dipilihlah proses 3 untuk pendirian pabrik ini. Hal ini dikarenakan kondisi operasi tekanan dan temperatur yang rendah sehingga penanganannya mudah, bahan baku yang digunakan sedikit sehingga menghemat biaya pembelian bahan baku, jumlah reactor yang di gunakan satu, menggunakan katalis, reaksi spontan dikarenakan nilai = 59,9809 kj/mol, dan sifat reaksi eksotermis dengan nilai = 97,7528 kj/mol. 2.3 DIAGRAM ALIR PROSES Langkah Proses Ethyleneglycol dari reaksi hidrasi air dan ethylene oksida dapat dibagi menjadi tiga tahapan proses : a. Tahap penyiapan bahan baku b. Tahap reaksi hidrasi c. Tahap pemisahan produk Uraian secara lengkap adalah sebagai berikut :

9 20 a. Tahap Penyiapan Bahan Baku Tahap penyiapan bahan baku bertujuan untuk mengkondisikan umpan agar sesuai kondisi reaktor, yaitu suhu reaktan masuk reaktor 84,85 o C dan tekanan reaktor 11 atm. Ethylene oksida (EO) Bahan baku ethylene oksida diambil dari tangki penyimpanan (ST-101) pada kondisi cair dingin, dengan tekanan tangki 2,5 atm dan suhu 30 o C. Ethylene oksida dengan kemurnian 99,9% berat dialirkan dengan pompa sentrifugal P- 101 menuju mix point (MP-1). Air Bahan baku air diambil dari tangki penyimpanan air di unit utilitas yang telah diolah sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan pada fase cair, suhu 30 o C dan tekanan 1 atm dialirkan dan di naikkan tekanan hingga 2,5 atm menggunakan pompa sentrifugal P-102 menuju mix point (MP -1). Ethylene oxide dan air masuk mix point dengan perbandingan air : ethylene oxida = 5 : 1. Selanjutnya campuran reaktan dari mix point pada kondisi cair dengan suhu 73,7267 o C dan tekanan 2,5 atm dilewatkan pada HE-101 dengan menggunakan steam sebagai fluida panasnya. Campuran reaktan keluar HE- 101 pada suhu 84,85 o C masuk ke dalam reaktor.

10 21 b. Tahap Reaksi Hidrolisis Tahap ini bertujuan untuk mereaksikan ethylene oxide cair dan H 2 O cair dalam reactor plug flow reaktor. Reaksi hidrasi menghasilkan produk utama monoethyleneglycol, dan produk samping diethyleneglycol dan triethyleneglycol. Di dalam reaktor, reaksi terjadi pada fase cair dengan suhu 84,85 o C dan tekanan 11 atm. Reaksi berlangsung secara non-adiabatis isothermal, sehingga reaktor memerlukan Pendingin untuk menjaga agar temperatur tetap selama berlangsungnya reaksi. Kondisi suhu dan tekanan reaktor ditetapkan untuk menjaga agar fase reaktan dan produk dalam keadaan cair. Cairan produk reaktor dan reaktan sisa keluar reaktor pada suhu 84,85 o C. Aliran produk keluar dari reaktor masih mengandung sisa reaktan sehingga perlu dilakukan pemurnian untuk memisahkan sisa ethylene oksida, pemekatan larutan produk dan pemisahan produk utama dari produk samping. c. Tahap Pemurnian Produk Tahap ini dimaksudkan untuk : Memekatkan dan memisahkan larutan produk reaktor dengan cara menguapkan air berlebih dalam larutan tersebut. Pemisahan ini dilakukan dalam evaporator (EV-301)

11 22 Memisahkan larutan produk yang telah di pekatkan tadi dari ethylene oxide dan sisa air yang tidak bereaksi dengan menggunakan kolom distilasi I (DC- 301) Memisahkan produk mono-ethyleneglycol dari produk samping diethyleneglycol dan triethyleneglycol secara destilasi pada kolom destilasi II (DC-302). Memisahkan produk samping diethyleneglycol dari triethyleneglycol secara destilasi pada kolom destilasi III (DC-303)