37 BAB II DESKIPSI POSES A. Macam-macam Proses Pembuatan Isopropanolamin Secara umum, isopropanolamin dapat diproduksi melalui beberapa proses, yaitu: 1. Proses aqueous Prosedur aqueous phase merupakan proses pembuatan isopropanolamin yang ekonomis dan paling aman. Proses ini tanpa menggunakan katalis, namun menggunakan air yang cukup banyak. eaksi dijalankan pada temperatur 32 C dan tekanan 1 atm dengan rasio mol amoniak : propilen oksida = 5 : 1. eaksi yang terjadi adalah: NH3(l) + C3H6O(l) C3H9NO(l) (Amoniak) (PO) (MIPA) C3H9NO(l) + C3H6O(l) C6H15NO2(l) (MIPA) (PO) (DIPA) C6H15NO2(l) + C3H6O(l) C9H21NO3(l) (DIPA) (PO) (TIPA)
9 Konversi terhadap propilen oksida adalah sebesar 98,8%, dan distribusi produk yang dihasilkan yaitu monoisopropanolamin 49,3%, diisopropanolamin 45,5%, dan triisopropanolamin 5,2%. (Huang et.al., 2001) 2. Proses anhydrous Propilen oksida direaksikan dengan ammonia dalam fase cair dengan rasio molar 1:10 sampai 1:80 pada tekanan 40 atm sampai 200 atm dan pada temperatur antara 20 C sampai 250 C. Kondisi operasi yang disarankan dalam proses anhydrous ini adalah pada tekanan 110 atm dan temperatur 150 C, dengan rasio molar propilen oksida dan ammonia 1:40. Konversi propilen oksida sebesar 95%. amoniak dan propilen oksida dalam storage tank dipompa ke dalam mixer untuk dicampur, kemudian dipompa menuju preheater untuk dipanaskan dari 35 C menjadi 75 C. Campuran ini kemudian diumpankan ke dalam reaktor yang berisi katalis cation exchange resin. Keluaran reaktor yang berisi campuran monoisopropanolamin, diisopropanolamin, triisopropanolamin, dan amoniak yang tidak bereaksi diumpankan ke dalam menara distilasi untuk dipisahkan. (United States Patent, 1972)
10 B. Pemilihan Proses 1. Berdasarkan Tinjauan Ekonomi Tabel 2.1. Harga bahan baku dan produk Bahan Harga dalam $ Harga dalam p. PO(l) (Propilen Oksida) 1.702,00/ton 26.989.914,00 /ton NH3(l) (Amoniak) 385,81/ton 4.728.873,17 /ton MIPA(l)(Monoisopropalamin) 4.000,00/ton 49.028.000,00 /ton DIPA(l) (Diisopropalamin) 3.000,00/ton 36.771.000,00/ton TIPA(l) (Triisopropalamin) 2.600,00/ton 25.739.700,00/ton a. Proses aqueous Selektivitas: - MIPA : 49,3 % - DIPA : 45,5 % - TIPA : 5,2 % Konversi PO : 98,8 % Kapasitas produk : 15.000 ton Isopropanolamin tiap tahun. Dengan reaksi I : NH3 (l) + PO (l) MIPA (l) Mula 1143564,1 228712,8 - Bereaksi 111402,4 111402,4 111402,4
11 Sisa 1032161,8 117310,5 111402,4 Dengan reaksi II : MIPA (l) + PO (l) DIPA (l) Mula 111402,4 117310,5 - Bereaksi 102815,6 102815,6 102815,6 Sisa 8586,8 14494,9 102815,6 Dengan reaksi III : DIPA (l) + PO (l) TIPA (l) Mula 102815,6 14494,9 - Bereaksi 11750,4 11750,4 11750,4 Sisa 91065,2 2744,6 11750,4 Untuk menghasilkan isopropanolamin 15.000 ton diperlukan 228712,8 kmol PO. Menentukan NH3 masuk reaktor A (NH3)umpan = 5 x (PO)umpan A = 5 x 228712,8 kmol A = 1143564,1 kmol Bahan baku yang dibutuhkan: Mol PO = 228712,8 kmol
12 Massa PO yang dibutuhkan untuk menghasilkan 15.000 ton isopropanolamin = 13.265.344 kg = 13.265,3 ton Harga PO = 1.702,00 $ /ton x 13.265,3 ton = 22.577.615,5 $ Mol NH3 mula-mula = 1.143.564,1 kmol Massa NH3 yang dibutuhkan untuk menghasilkan 15.000 ton isopropanolamin = 19.440.590,32 kg = 19.440,590 ton Harga NH3 = 385,81 $/ ton x 19.440,590 ton = 7.500.374 $ Jumlah harga bahan baku: = (22.577.615,5 $ + 7.500.374 $)= 30.077.989,7 $ Massa produk MIPA Mol MIPA = 8.586,8 kmol Massa MIPA = 644.009,58 kg = 644,009 ton Harga produk MIPA = 4.000 $/ ton x 644,009 ton = 2.576.038,3 $ Massa DIPA yang dihasilkan : Mol DIPA = 91.065,2 kmol Massa DIPA = 12.111.674 kg = 12.111,67 ton Harga produk DIPA = 3.000 $/ ton x 12.111,67 ton = 36.335.021 $ Massa TIPA yang dihasilkan : Mol TIPA = 11.750,4kmol Massa TIPA = 2.244.316,9 kg = 2.244,3 ton
13 Harga produk TIPA = 2.600 $/ ton x 2.244,3 ton = 5.835.223,9 $ Jumlah harga produk: = 2.576.038,3 $ + 36.335.021 $ + 5.835.223,9 $ = 44.746.283 $ Keuntungan per tahun = Harga Produk Harga eaktan = 44.746.283 $ - 30.077.989,7 $ = 14.668.293 $ = p 181.270.766.374,79 b. Proses anhydrous Selektivitas: - MIPA : 95,6 % - DIPA : 4,3 % - TIPA : 0,1 % Konversi PO : 95% Kapasitas produk : 15.000 ton MIPA tiap tahun Mol MIPA = Mol MIPA = Massa MIPA (kapasitas) BM 15.000.000 kg 75 = 200.000 kmol Mol DIPA = 0,043 x 200.000 = 8.995,82 kmol 0,956 Mol TIPA = 0,002 x 200.000 = 82,15 kmol 0,924
14 Dengan reaksi I : NH3 (l) + PO (l) MIPA (l) Mula A B - Bereaksi 209.077,96 209.077,96 209.077,96 Sisa A-209.077,96 B-209.077,96 209.077,96 Dengan reaksi II : MIPA (l) + PO (l) DIPA (l) Mula 209.077,96 B-209.077,96 - Bereaksi 9.077,96 9.077,96 9.077,96 Sisa 200.000 B-218.155,93 9.077,96 Dengan reaksi III : DIPA (l) + PO (l) TIPA (l) Mula 9.077,96 B-218.155,93 - Bereaksi 82,15 82,15 82,15 Sisa 8.995,82 B-218.238,08 82,15 Menentukan Propilen Oksida PO sisa reaksi = (100% - 95%) x PO umpan B-218.238,08 = 0,05 x B 0,95b = 218.238,08 B = 229.724,29 kmol
15 Menentukan NH3 masuk reaktor A (NH3)umpan = 40 x (PO)umpan A = 40 x 229.724,29 kmol A = 9.188.971,68 kmol Bahan baku yang dibutuhkan: Mol PO = 229.724,29 kmol Massa PO yang dibutuhkan untuk menghasilkan 200.000 kmol MIPA = mol PO x BM PO = 229.724,29 kmol x 58 kg/kmol = 13.324.009 kg = 13.324 ton Harga PO = 2.202,00 $ /ton x 13.324 ton = 29.339.448 $ Mol NH3 mula-mula = 8.431.480,84 kmol Massa NH3 yang dibutuhkan untuk menghasilkan 200.000 kmol MIPA = mol NH3 x BM NH3 = 9.188.971,68 kmol x 17 kg/kmol = 156.212.519 kg = 156.212,5 ton Harga NH3 = 385,81 $/ ton x 156.212,5 ton = 60.268.344,63 $ Jumlah harga bahan baku: = (29.339.448 $ + 60.268.344,63 $)= 89.607.792,63 $
16 Massa produk MIPA = 15.000.000 kg = 15.000 ton Harga produk MIPA = 4.000 $/ ton x 15.000 ton = 60.000.000 $ Massa DIPA yang dihasilkan : Mol DIPA = 8.995,82 kmol Massa DIPA = 8.995,82 kmol x 133 kg/kmol = 1.196.444,06 kg = 1.196,44 ton Harga produk DIPA = 3.000 $/ ton x 1.196,44 ton = 3.589.320 $ Massa TIPA = 82,15 kmol x 191 kg/kmol = 15.690,65 kg = 15,69 ton Harga produk TIPA = 2.100 $/ ton x 15,69 ton = 32.949 $ Jumlah harga produk: = 60.000.000 $ + 3.589.320 $ + 32.949 $ = 63.622.269 $ Keuntungan per tahun = Harga Produk Harga eaktan = 63.622.269 $ - 89.607.792,63 $ = - 25.985.523,63 $ Harga reaktan yang dibutuhkan lebih besar daripada harga produk yang dihasilkan maka dapat disimpulkan bahwa tidak ada keuntungan yang didapat (rugi).
17 2. Berdasarkan Tinjauan Termodinamika Panas reaksi ( H) Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi (endotermis/eksotermis) dan reaksi berlangsung secara spontan atau tidak. Penentuan sifat reaksi eksotermis atau endotermis dapat ditentukan dengan perhitungan panas pembentukan standar ( H f) pada P= 1 atm dan T = 298,15 K. Pada proses pembentukan isopropanolamin terjadi reaksi sebagai berikut: a. Proses aqueous eaksi 1 : NH3 + PO MIPA Harga ΔH f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat pada Tabel 2.2. sebagai berikut : Tabel 2.2. Nilai Hf (298) bahan baku dan produk Komponen Hf (298) (kj/kmol) NH3(l) -4,59E+01 C 3H6O(l) C3H9NO(l) -9,29E+01-2,39E+02 (eid and Prauznitz, 1897) H x = H + H x(298) o + H p... (2.6) T 2 H = ni Cpig dt... (2.7) T 1 H = ΔCpmh x Δt... (2.8)
18 = A + BT am + C (4T 3 am 2 T 1 T 2 ) + D T 1 T 2... (2.9) ΔH o (298) = ΔH o f produk - ΔH o f reaktan... (2.10) T = 330 K T =330 K ΔH 1 ΔH 2 T = 298 K T = 298 K H = H1 + H o + H2 ΔH 298 Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat dihitung dengan persamaan: Dari persamaan reaksi (2.1) ΔH o (298 o K) = ΔHf o C3H9NO(l)- (ΔHf o C3H6O + ΔHf o NH3) = -2,39.10 2 (-92,9+(-45,9)) = -1,00.10 2 kj/kmol H1 = ΔCpmh x Δt NH3= 1,82. 102 + (3,36 x 301,5) + ((-1,44.10-2 /3) x ((4x301,5 2 ) -(298x330))) + (( 2,04.10-5 ) / (298x330)) NH3= -4,77.10 2 kj/kmol ΔCpmh NH3 = -3,97.10 3 kj/kmol K H NH3 = -27.786,3 kj/kmol C3H6O = 53,3 + (5,15.10-1 x 301,5) + ((1,8.10-3 /3) x ((4x301,5 2 ) -(298x330))) + ((2,78.10-6 ) / (298x330)) C3H6O = 46,1 kj/kmol
19 ΔCpmh C3H6O = 3,84.10 2 kj/kmol K H C3H6O = 2.685,092 kj/kmol H1= H NH3 + H C3H6O H1= -27.786,3 kj/kmol + 2.685,092 kj/kmol H1= -25101,2 kj/kmol H2 = ΔCpmh x Δt C3H9NO= 12 + (1,26 x 301,5) + ((-3,32. 10-03 /3) x (( 4 x 301,5 2 ) (298 x 330)) + (3,39.10-06 )/ (298 x 330) C3H9NO =90,6 kj/kmol ΔCpmh C3H9NO = 7,53.10 2 kj/kmol K ΔH C3H9NO = -5.270,49 kj/kmol H = H1 + H o + H2 H = -25101,2 kj/kmol +( -1,00.10 2 kj/kmol)+ (-5.270,49 kj/kmol) H = -3,05.10 4 kj/mol eaksi 2 : MIPA + PO DIPA Harga ΔH f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat pada Tabel 2.3 sebagai berikut :
20 Tabel 2.3. Harga ΔH o f Masing-Masing Komponen Komponen Harga ΔH o f (J/mol) PO -9,29E+01 MIPA -2,39E+02 DIPA -4,54E+02 Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat dihitung dengan persamaan: Dari persamaan reaksi (2.1) ΔH o (298 o K) = ΔHf o C6H15NO(l)- (ΔHf o C3H6O + ΔHf o C3H9NO) =-92,9 (-2,39.10 2 +(-4,54.10 2 )) = -1,22.10 2 kj/kmol H1 = ΔCpmh x Δt C3H6O = -53,3 + (5,15.10-1 x 301,5) + ((-1,8.10-3 /3) x ((4x301,5 2 ) -(298x330))) + ((2,78.10-6 ) / (298x330)) C3H6O = 44,9 kj/kmol ΔCpmh C3H6O = 3,73.10 2 kj/kmol K H C3H6O = 2.610,42 kj/kmol C3H9NO= 12 + (1,26 x 301,5) + ((-3,32. 10-03 /3) x (( 4 x 301,5 2 ) (298 x 330)) + (3,39.10-06 )/ (298 x 330) C3H9NO = 92,9 kj/kmol
21 ΔCpmh C3H9NO = 7,7310 2 kj/kmol K ΔH C3H9NO = 5.408,092kJ/kmol H1= H C3H6O + H C3H9NO H1= 2.610,42 kj/kmol + 5.408,092kJ/kmol H1= 8018,511 kj/mol H2 = ΔCpmh x Δt C6H15NO= -9,46 + (2,38 x 301,5) + ((-5,61. 10-03 /3) x (( 4 x 301,5 2 ) (298 x 330)) + (5,07.10-06 )/ (298 x 330) C6H15NO = 197 kj/kmol ΔCpmh C6H15NO = 1,64.10 3 kj/kmol K ΔH C6H15NO = -11.487,4kJ/kmol H = H1 + H o + H2 H = 8018,511 kj/mol +( -1,22.10 2 kj/kmol)+( -11.487,4kJ/kmol) H = -3,59.10 3 kj/mol eaksi 3 : DIPA + PO TIPA Harga ΔH o f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat pada Tabel 2.4. sebagai berikut :
22 Tabel 2.4. Harga ΔH o f Masing-Masing Komponen Komponen Harga ΔH o f (J/mol) PO -9,29E+01 DIPA -4,54+02 TIPA -6,64E+02 Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat dihitung dengan persamaan: Dari persamaan reaksi (2.1) ΔH o (298 o K) = ΔHf o C9H21NO3(l)-(ΔHf o C3H6O +ΔHf o C9H15NO2) =-92,9 (-4,54.10 2 +(-6,64.10 2 )) = -1,17.10 2 kj/kmol H1 = ΔCpmh x Δt C3H6O = 53,3 + (5,15.10-1 x 301,5) + ((-1,8.10-3 /3) x ((4x301,5 2 ) -(298x330))) + ((2,78.10-6 ) / (298x330)) C3H6O = 44,9 kj/kmol ΔCpmh C3H6O = 3,73.10 2 kj/kmol K H C3H6O = 2.610,42 kj/kmol C6H15NO= -9,46 + (2,38.10-01 x 301,5) + ((-5,61. 10-3 /3) x (( 4 x 301,5 2 ) (298 x 330)) + (5,07.10-06 )/ (298 x 330) C6H15NO = 1,97.102 kj/kmol
23 ΔCpmh C6H15NO = 1,64.10 3 kj/kmol K ΔH C6H15NO = 11487,37 kj/kmol H1= H C3H6O + H C6H15NO2 H1= 2.610,42 kj/kmol + 11487,37 kj/kmol H1= 14097,79 kj/mol H2 = ΔCpmh x Δt C6H15NO2 = -30,9 + (3,49 x 301,5) + ((-7,9. 10-3 /3) x (( 4 x 301,5 2 ) (298 x 330)) + (6,75.10-06 )/ (298 x 330) C9H21NO3 = 3,03.102 kj/kmol ΔCpmh C9H21NO3 = 2,52.10 3 kj/kmol K ΔH C9H21NO3 = -17656,6 kj/kmol H = H1 + H o + H2 H = 14097,79 kj/mol +( -1,17.10 2 kj/kmol)+(-17656,6 kj/kmol) H = 3,68.10 3 kj/kmol Karena harga ΔH298.15K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis. b. Proses anhydrous eaksi 1 : NH3 + PO MIPA Harga ΔH f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat pada Tabel 2.5. sebagai berikut :
24 Tabel 2.5. Nilai Hf (298) bahan baku dan produk Komponen Hf (298) (J/mol) NH3(l) -4,59E+04 C 3H6O(l) C3H9NO(l) C6H15NO2(l) C9H21NO3(l) -9,29E+04-2,39E+06-4,54E+06-6,64E+06 (eid and Prauznitz, 1897) H x = H + H x(298) o + H p... (2.6) T 2 H = ni Cpig dt... (2.7) T 1 H = ΔCpmh x Δt... (2.8) = A + BT am + C (4T 3 am 2 T 1 T 2 ) + D T 1 T 2... (2.9) ΔH o (298) = ΔH o f produk - ΔH o f reaktan... (2.10) T = 373K T =448K ΔH 1 ΔH 2 T = 298 K T = 298 K ΔH 298 H = H1 + H o + H2 Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat dihitung dengan persamaan: Dari persamaan reaksi (2.1)
25 ΔH o (298 o K) = ΔHf o C3H9NO(l)- (ΔHf o C3H6O + ΔHf o NH3) = -2,39E+06 (-9,29E+04+(-4,59E+04)) = -100.350 J/kmol = -100,35 kj/kmol H1 = ΔCpmh x Δt NH3= 2,73 + (2,38.10-2 x 335,5) + ((-1,71.10-5 /3) x ((4x335,5 2 ) -(298x373))) + (( -1,19.10-8 ) / (298x373)) NH3= 29,24 J/mol ΔCpmh NH3 = 243,1 J/mol K H NH3 = -1121297 J/mol = -1121,297 kj/mol C3H6O = -8,46 + (3,26.10-1 x 335,5) + ((1,71.10-5 /3) x ((4x335,5 2 ) -(298x373))) + ((4,82.10-8 ) / (298x373)) C3H6O =-30,83 J/mol ΔCpmh C3H6O = -256,34 J/mol K H C3H6O = -93636,8 J/mol = -93,6368 kj/mol H1= H NH3 + H C3H6O H1= -1121,297 kj/mol + -93,6368 kj/mol H1= -1214,9338 kj/mol H2 = ΔCpmh x Δt C3H9NO= -7,49 + (4,1.10-01 x 335,5) + ((-2,83. 10-04 /3) x (( 4 x 335,5 2 ) (298 x 373)) + (8,35.10-08 )/ (298 x 373) C3H9NO = -47,16J/mol ΔCpmh C3H9NO = -392,08 J/mol K
26 ΔH C3H9NO = -58.812,5,96J/mol = -58,81 kj/mol H = H1 + H o + H2 H = -1214,9338 kj/mol + (-100,35 kj/kmol) + (-58,81 kj/mol) H = -1374,09 kj/mol eaksi 2 : MIPA + PO DIPA Harga ΔH f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat pada Tabel 2.3 sebagai berikut : Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat dihitung dengan persamaan: Dari persamaan reaksi (2.1) ΔH o (298 o K) = ΔHf o C6H15NO2(l)- (ΔHf o C3H6O + ΔHf o C3H9NO) = -4,54E+06 (-9,29E+04+(-2,39E+06)) = -122270 J/kmol = -122,27 kj/kmol H1 = ΔCpmh x Δt C3H6O = -8,46 + (3,26.10-1 x 335,5) + ((1,71.10-5 /3) x ((4x335,5 2 ) -(298x335,5))) + ((4,82.10-8 ) / (298x335,5)) C3H6O =-30,83 J/mol ΔCpmh C3H6O = -256,34 J/mol K H C3H6O = -93636,8 J/mol = -93,6368 kj/mol
27 C3H9NO= --7,49 + (4,1.10-01 x 335,5) + ((-2,83. 10-04 /3) x (( 4 x 335,5 2 ) (298 x 373)) + (8,35.10-08 )/ (298 x 373) C3H9NO = -39,25 J/mol ΔCpmh C3H9NO = -326,36 J/mol K ΔH C3H9NO = 225678 J/mol = 225,678 kj/mol H1= H C3H6O + H C3H9NO H1= -93,6368 kj/mol + 225,678 kj/mol H1= 132,0412 kj/mol H2 = ΔCpmh x Δt C6H15NO2= -18,4 + (7,16.10-01 x 301,5) + ((-4,39. 10-04 /3) x (( 4 x 371 2 ) (298 x 448)) + (1,09.10-07 )/ (298 x 448) C6H15NO2 = -80,35 J/mol ΔCpmh C6H15NO2 = -668,11 J/mol K ΔH C6H15NO2 =-498853 J/mol = -498,853 kj/mol H = H1 + H o + H2 H = 132,0412 kj/mol + (-122,27 kj/kmol) + (-498,853 kj/mol) H = -489,0818 kj/mol eaksi 3 : DIPA + PO TIPA
28 Harga ΔH f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat pada Tabel 2.3 sebagai berikut : Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat dihitung dengan persamaan: Dari persamaan reaksi (2.1) ΔH o (298 o K) =ΔHf o C9H21NO3(l)-(ΔHf o C3H6O + ΔHf o C6H15NO2) = -6,64E+06 (-9,29E+04 +(-4,54E+06)) = -116534,3 J/kmol = -116,5343 kj/kmol H1 = ΔCpmh x Δt C3H6O = -8,46 + (3,26.10-1 x 335,5) + ((1,71.10-5 /3) x ((4x335,5 2 ) -(298x335,5))) + ((4,82.10-8 ) / (298x335,5)) C3H6O =-30,83 J/mol ΔCpmh C3H6O = -256,34 J/mol K H C3H6O = -93636,8 J/mol = -93,6368 kj/mol C6H15NO2= -18,4 + (7,16.10-01 x 335,5) + ((-4,39. 10-04 /3) x (( 4 x 335,5 2 ) (298 x 373)) + (1,09.10-07 )/ (298 x 373) C6H15NO2 = -68,07 J/mol ΔCpmh C6H15NO2 = -565,95 J/mol K ΔH2 C6H15NO2 = -401000 J/mol = -401 kj/mol H1= H C3H6O + H C6H15NO2 H1= -93,6368 kj/mol + -401 kj/mol H1= -494,6368 kj/mol
29 H2 = ΔCpmh x Δt C9H21NO3= -8,457 + (0,33 x 335,5) + ((-1,98. 10-04 /3) x (( 4 x 335,5 2 ) (298 x 448)) + (9,81.10-08 )/ (298 x 448) C6H15NO2 = -65,49 J/mol ΔCpmh C6H15NO2 = -544,54 J/mol K ΔH C9H21NO3 =-1410000 J/mol = -1410 kj/mol H = H1 + H o + H2 H = -494,6368 kj/mol + (-116,5343 kj/kmol) + (-1410 kj/mol) H = -2021,17 kj/mol Karena harga H negatif, maka reaksi bersifat eksotermis. Energi Bebas Gibbs ( G) Perhitungan energi bebas gibbs ( G) digunakan untuk meramalkan arah reaksi kimia cenderung spontan atau tidak. ΔG o bernilai positif (+) menunjukkan bahwa reaksi tersebut tidak dapat berlangsung secara spontan, sehingga dibutuhkan energi tambahan dari luar yang cukup besar. Sedangkan ΔG o bernilai negatif (-) menunjukkan bahwa reaksi tersebut dapat berlangsung secara spontan dan tidak membutuhkan energi. ΔG o (298 o K) = ΔG o produk - ΔG o reaktan... (2.10) ΔG = ΔH TΔS... (2.11) G o ( T ) H o x H T o (298) G T 298 o (298) T 2 T1 Cp dt T T 2 T1 Cp... dt (2.12) T
30 a. Proses aqueous Tabel 2.6. Nilai Gf (298) bahan baku dan produk Komponen Hf (298) (J/mol) NH3(l) -1,62E+04 C 3H6O(l) C3H9NO(l) C6H15NO2(l) C9H21NO3(l) -2,57E+04-1,08E+05-1,15E+05-1,33E+05 (eid and Prauznitz, 1897) eaksi 1 : NH3 + PO MIPA ΔG o (298 o K) = (ΔG o C3H9NO(l) ) - (ΔG o NH3(l) + (ΔG o C 3H6O(l)) = (-1,08E+05) ((-1,62E+04) + (-2,57E+04)) = -6,61E+4 J/mol = -66,1 kj/kmol 699 + 66,1 ΔG = ( 699) 301,5 x (( ) + (4,73 + 131)) 298 = 40981,26 kj/kmol eaksi 2 : MIPA + PO DIPA ΔG o (298 o K) =(ΔG o C6H15NO2(l))-(ΔG o C3H9NO(l)+ (ΔG o C 3H6O(l)) = (-1,15E+05) ((-1,08E+05) + (-2,57E+04)) = -1,73E+5 J/mol = -173 kj/kmol 65,5 + 173 ΔG = ( 65,1) 301,5 x (( ) + (7,623 + 63,2) 298
31 = 21526,99 kj/kmol eaksi 3 : DIPA + PO TIPA ΔG o (298 o K) =(ΔG o C9H21NO3(l))-(ΔG o C6H15NO2(l)+ΔG o C 3H6O(l)) = (-1,33E+05) ((-1,15E+05) + (-2,57E+04)) = -9,18E+4 J/mol = -918 kj/kmol 77 + 918 ΔG = ( 194) 301,5 x (( ) + ( 10,67 + 39,07) 298 = 7905,72 kj/kmol b. Proses anhydrous eaksi 1 : NH3 + PO MIPA ΔG o (298 o K) = (ΔG o C3H9NO(l) ) - (ΔG o NH3(l) + (ΔG o C 3H6O(l)) = (-1,08E+05) ((-1,62E+04) + (-2,57E+04)) = -6,61E+4 J/mol = -66,1 kj/kmol 222,36 + 66,1 ΔG = ( 222,36) 373 x (( ) + ( 71,7 378,84) 298 = 794,125 kj/kmol eaksi 2 : DIPA + PO TIPA ΔG o (298 o K) =(ΔG o C6H15NO2(l))-(ΔG o C3H9NO(l)+ (ΔG o C 3H6O(l)) = (-1,15E+05) ((-1,08E+05) + (-2,57E+04)) = -1,73E+5 J/mol = -173 kj/kmol
32 276,29 + 173 ΔG = ( 276,29) 373 x (( ) + ( 72,2 378,84) 298 = 2190,759 kj/kmol eaksi 3 : DIPA + PO TIPA ΔG o (298 o K) =(ΔG o C9H21NO3(l))-(ΔG o C6H15NO2(l)+ΔG o C 3H6O(l)) = (-1,33E+05) ((-1,15E+05) + (-2,57E+04)) = -9,18E+4 J/mol = -918 kj/kmol 222,36 + 918 ΔG = ( 579,67) 373 x (( ) + ( 71,7 277,74) 298 = 3262,343 kj/kmol Tabel 2.7. Perbandingan Proses Proses Proses aqueous (Proses I) Proses anhydrous (Proses II) Langkah proses Kondisi Operasi Pembuatan isopropalamin membutuhkan bahan baku amoniak dan propilen oksida dengan rasio mol 5:1dan menggunakan air sebagai katalis. P = 1,3 atm T = 32 C Pembuatan isopropalamin membutuhkan bahan baku amoniak dan propilen oksida dengan rasio mol 40:1 dan menggunakan katalis P = 80 atm T = 140 C Konversi 98,8% 95% Panas eaksi MIPA: -6,99. 10 5 kj/kmol MIPA: -1374,09 kj/mol
33 ( H) DIPA: -6,51. 10 4 kj/kmol TIPA: -1,94. 10 5 kj/kmol DIPA: -489,0818 kj/kmol TIPA: -2021,17 kj/mol Energi Bebas Gibbs ( G) MIPA: -40.981,26 kj/kmol DIPA: -21.526,99 kj/kmol TIPA: -7.905,72 kj/kmol MIPA: -794,125 kj/kmol DIPA: -2190,759 kj/kmol TIPA: -918 kj/kmol Mengalami kerugian karena membutuhkan ammonia yang Keuntungan p 181.270.766.374,79 banyak yang menyebabkan biaya bahan baku lebih besar dari produknya Dari Tabel 2.7. dapat dilihat bahwa proses pembuatan isopropanolamin dengan metode aqueous phase adalah proses yang paling baik untuk dipilih. Kelebihan proses ini adalah: 1. Konversi terhadap Propilen Oksida tinggi. 2. Kondisi operasi sangat menguntungkan jika ditinjau dari segi keamanan dan perancangan alat. eaktor bekerja pada suhu dan tekanan yang mudah dicapai. 3. Biaya investasi dan biaya operasi rendah. C. Uraian Proses Proses pembuatan monoisopropanolamin dapat dibagi dalam empat tahap yaitu :
34 1. Tahap penyimpanan bahan baku 2. Tahap penyiapan bahan baku 3. Tahap pembentukan produk 4. Tahap pemurnian produk 1. Tahap penyimpanan bahan baku Bahan baku isopropanolamin yaitu amoniak dan propilen oksida disimpan dalam fasa gas dan fasa cair. 2. Tahap penyiapan bahan baku Amoniak dari tangki penyimpanan (ST-101) diumpankan ke mix point (MP-101) untuk dicampur dengan air dan hasil recycle yang berasal dari split point dan menara distilasi pertama. Kemudian keluaran mix point 1 didinginkan dalam cooler 101 (CO-101) hingga suhu 32 o C sebelum diumpankan ke reaktor (E-201). Propilen oksida dari ST-102 langsung diumpankan ke dalam reaktor untuk direaksikan dengan amoniak. 3. Tahap pembentukan produk Di dalam reaktor terjadi reaksi yang bersifat eksotermis dan irreversible sebagai berikut : NH3(l) + C3H6O(l) C3H9NO(l) (MIPA) C3H9NO(l) + C3H6O(l) C6H15NO2(l) (DIPA) C6H15NO2(l) + C3H6O(l) C9H21NO3(l) (TIPA) eaksi terjadi pada fasa cair - cair. Amoniak terpecah dan bergabung dengan propilen oksida melalui reaksi ammonolisis membentuk MIPA, DIPA, TIPA dan besarnya konversi propilen oksida mencapai 98,8%.
35 Karena reaksi bersifat eksotermis maka untuk mempertahankan kondisi operasi diperlukan pendingin. 4. Tahap pemurnian produk Produk reaktor berupa cairan yang terdiri atas amoniak dan propilen oksida yang belum bereaksi, air, monoisopropanolamin, diisopropanolamin, dan triisopropanolamin. Campuran cairan diumpankan ke dalam heater (HE-201), dipanaskan sehingga keluaran heater akan menjadi campuran dua fasa yang kemudian diumpankan ke dalam menara distilasi 1 (DC-301) untuk dipisahkan fasa uap dan fase cairnya. Air, amoniak dan sedikit monoisopropanolamin yang mempunyai titik didih lebih rendah dari diisopropanolamin dan triisopropanolamin akan diperoleh sebagai hasil atas DC-301. Hasil atas dari DC-301 keluar kemudian dikondensasi dalam CD-301 sehingga menjadi cairan dan dikembalikan ke reaktor melalui mix point 1. Sebagian kecil air, sebagian besar monoisopropanolamin serta disopropanolamin, dan triisopropanolamin yang mempunyai titik didih lebih tinggi akan diperoleh sebagai hasil bawah DC-301. Hasil bawah DC-301 kemudian diumpankan ke menara distilasi 2 (DC-302) untuk memisahkan monoisopropanolamin dari diisopropanolamin dan triisopropanolamin. Hasil atas DC-302 yang terdiri dari monoisopropanolamin dan sedikit diisopropanolamin, lalu didinginkan di dalam CO-301, kemudian disimpan dalam tangki ST-301. Hasil bawah DC-302 yang terdiri atas sebagian kecil monoisopropanolamin serta diisopropanolamin dan triisopropanolamin diumpankan ke menara distilasi 3 (DC-303) yang berfungsi untuk
36 memisahkan diisopropanolamin dengan triisopropanolamin. Hasil atas DC-303 yaitu diisopropanolamin dan sebagian kecil triisopropanolamin kemudian didinginkan di dalam CO-302 dan disimpan dalam ST-302. Hasil bawah DC-303 yaitu triisopropanolamin dan sebagian kecil diisopropanolamin kemudian didinginkan di dalam CO-303 dan disimpan dalam ST-303.
37 F3 H2O ST- 101 F1 F 11 ST- 301 F 15 F7 F11 MP-01 F 4 F19 ST- 302 ST- 102 F 2 E- 201 F 5 E- 202 F6 M-02 MD 01 MD 02 MD 03 F8 F12 F16 F20 ST- 303 Gambar 2.1 Diagram Alir