PRARANCANGAN PABRIK BENZENE DARI TOLUENE DAN HIDROGEN KAPASITAS 300.000 TON TAHUN

Gratis

69
190
203
2 years ago
Preview
Full text
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK BENZENE DARI TOLUENE DAN HIDROGEN KAPASITAS 300.000 TON/TAHUN Oleh: Tutuk Laksana Wati I 0506050 Vina Vikryana I 0506051 JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2011 commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id LEMBAR PENGESAIIAN TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK BENZENE DARI TOLAENE DAN HIDROGEN KAPASITAS 3OO.OOO TON/TAHUN Oleh: Tutuk Laksana Wati I 0506050 Vina Vikryana r 0506051 Pembimbing II Bresas S.T. Sembodo" S.T.. M.T. NrP. 1971nA6 t99903 | 002 NrP.19721 t26 200003 2 001 Dipertahankan di depan tim penguji: 1. YC. Danarto, S.T., M.T. NrP. 19730827 200012 | A0l 2. Wusana Agung W., S.T., M.T. ffift^n , NIP. 19801005 200501 I 001 2. $ffi commit to user 4-tt e perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id KATA PENGANTAR Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Benzene dari Toluene dan Hidrogen Kapasitas 300.000 Ton / Tahun” ini. 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. Kedua orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan semangat yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah. 2. Enny Kriswiyanti A., 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. Y.C. Danarto, S.T., M.T. selaku Pembimbing Akademik dan Dosen Penguji dalam ujian pendadaran tugas akhir. 4. Wusana Agung Wibowo, S.T., M.T. selaku Dosen Penguji dalam ujian pendadaran tugas akhir. 5. Ir. Arif Jumari, M.Sc. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FT UNS. 6. Segenap Civitas Akademika atas semua bantuannya. 7. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya tekimers ’06. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh karena itu, penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian. Surakarta, Maret 2011 Penulis commit to user ii perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id DAFTAR ISI Halaman Judul ............................................................................................... i Kata Pengantar................................................................................................ ii Daftar Isi ........................................................................................................ iii Daftar Tabel ................................................................................................... viii Daftar Gambar ............................................................................................... xi Intisari ........................................................................................................... xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik .............................................. 1 1.2 Kapasitas Rancangan .............................................................. 2 1.2.1 Kebutuhan Benzene di Indonesia .................................. 2 1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku ............................................. 4 1.2.3 Kapasitas Pabrik Minimal dan Maksimal di Luar Negeri 4 1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik ......................................................... 5 1.4 Tinjauan Pustaka ..................................................................... 7 1.4.1 Macam-macam Proses Pembuatan Benzene ................. 7 1.4.2 Kegunaan Produk ........................................................ 10 1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk ............. 11 1.4.3.1 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku ................... 11 1.4.3.2 Sifat Fisis dan Kimia Produk ............................ 14 1.4.4 Tinjauan Proses ........................................................... 17 commit to user iii perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id BAB II DESKRIPSI PROSES 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk ........................................ 19 2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku ............................................... 19 2.1.2 Spesifikasi Produk Utama............................................. 19 2.1.3 Spesifikasi Produk Samping ......................................... 20 2.2 Konsep Proses ......................................................................... 20 2.2.1 Mekanisme Reaksi ....................................................... 20 2.2.2 Kondisi Operasi ............................................................ 21 2.2.3 Tinjauan Termodinamika ............................................. 22 2.2.4 Tinjauan Kinetika Reaksi.............................................. 27 2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses ................................ 28 2.3.1 Diagram Alir Proses ..................................................... 28 2.3.2 Tahapan Proses............................................................. 32 2.3.2.1 Tahap Penyimpanan Bahan Baku ..................... 32 2.3.2.2 Tahap Penyiapan Bahan Baku .......................... 32 2.3.2.3 Tahap Pembentukan Produk ............................. 33 2.3.2.4 Tahap Pemurnian Produk ................................. 34 2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas ............................................. 35 2.4.1 Neraca Massa .............................................................. 36 2.4.2 Neraca Panas ............................................................... 42 2.5 Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses ........................................ 46 2.5.1 Lay Out Pabrik ............................................................. 46 2.5.2 Lay Out Peralatan Proses .............................................. 50 commit to user iv perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id BAB III SPESIFIKASI ALAT PROSES 3.1 Reaktor ...................................................................................... 53 3.2 Flash Drum ................................................................................ 54 3.3 Menara Destilasi......................................................................... 55 3.4 Vaporizer.................................................................................... 56 3.5 Tangki ........................................................................................ 57 3.6 Condenser .................................................................................. 58 3.7 Reboiler...................................................................................... 60 3.8 Accumulator ............................................................................... 61 3.9 Heat Exchanger.......................................................................... 62 3.10 Furnace ..................................................................................... 63 3.11 Pompa ........................................................................................ 64 3.12 Kompresor.................................................................................. 66 BAB IV UNIT PENDUKUNG PROSES DAN LABORATORIUM 4.1 Unit Pendukung Proses ........................................................... 67 4.1.1 Unit Pengadaan Air ...................................................... 68 4.1.1.1 Air Pendingin dan Air Pemadam Kebakaran ... 68 4.1.1.2 Air Konsumsi.................................................. 69 4.1.1.3 Pengolahan Air ............................................... 69 4.1.1.4 Kebutuhan Air................................................. 72 4.1.2 Unit Pengadaan Pendingin Reaktor ............................... 73 4.1.3 Unit Pengadaan Udara Tekan........................................ 74 4.1.4 Unit Pengadaan Listrik ................................................ 75 commit to user v perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 4.1.4.1 Listrik untuk keperluan proses dan utilitas........ 75 4.1.4.2 Listrik untuk penerangan .................................. 77 4.1.4.3 Listrik untuk AC .............................................. 79 4.1.4.4 Listrik untuk laboratorium dan instrumentasi.... 79 4.1.5 Unit Pengadaan Bahan Bakar ....................................... 80 4.2 Laboratorium .......................................................................... 81 4.2.1 Laboratorium Fisik .................................................... 83 4.2.2 Laboratorium Analitik ............................................... 83 4.2.3 Laboratorium Penelitian dan Pengembangan .............. 84 4.3 Unit Pengolahan Limbah.......................................................... 84 BAB V MANAJEMEN PERUSAHAAN 5.1 Bentuk Perusahaan .................................................................. 88 5.2 Struktur Organisasi ................................................................. 89 5.3 Tugas dan Wewenang ............................................................. 94 5.3.1 Pemegang Saham ........................................................ 94 5.3.2 Dewan Komisaris ........................................................ 94 5.3.3 Dewan Direksi ............................................................. 95 5.3.4 Staf Ahli ...................................................................... 96 5.3.5 Penelitian dan Pengembangan (Litbang) ...................... 96 5.3.6 Kepala Bagian .............................................................. 97 5.3.7 Kepala Seksi ................................................................. 100 5.4 Pembagian Jam Kerja Karyawan ............................................. 101 5.4.1 Karyawan Non Shift ..................................................... 101 commit to user vi perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 5.4.2 Karyawan Shift............................................................. 101 5.5 Status Karyawan dan Sistem Upah .......................................... 103 5.6 Penggolongan Jabatan, Jumlah Karyawan dan Gaji ................. 104 5.6.1 Penggolongan Jabatan .................................................. 104 5.6.2 Jumlah Karyawan dan Gaji .......................................... 104 5.7 Kesejahteraan Sosial Karyawan ............................................... 107 BAB VI ANALISIS EKONOMI 6.1 Penaksiran Harga Peralatan ..................................................... 110 6.2 Penentuan Total Capital Investment (TCI) .............................. 113 6.2.1 Modal Tetap (Fixed Capital Investment)......................... 114 6.2.2 Modal Kerja (Working Capital Investment) .................... 115 6.3 Biaya Produksi Total (Total Poduction Cost) ......................... 116 6.3.1 Manufacturing Cost....................................................... 116 6.3.1.1 Direct Manufacturing Cost (DMC) ................ 116 6.3.1.2 Indirect Manufacturing Cost (IMC) ................ 116 6.3.1.3 Fixed Manufacturing Cost (FMC) .................. 117 6.3.2 General Expense (GE) .................................................. 117 6.4 Keuntungan Produksi ............................................................... 118 6.5 Analisis Kelayakan .................................................................. 118 Daftar Pustaka ............................................................................................... xiii Lampiran commit to user vii perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id DAFTAR TABEL Tabel 1.1 Data Impor Benzene Indonesia ..................................................... 3 Tabel 1.2 Data Pabrik Penghasil Benzene di Indonesia ................................ 4 Tabel 2.1 Harga Hfo dan Gfo .................................................................... 22 Tabel 2.2 Neraca Massa pada Tee1 .............................................................. 36 Tabel 2.3 Neraca Massa pada Vaporizer 1 (VP-01) ..................................... 36 Tabel 2.4 Neraca Massa pada Tee2 .............................................................. 37 Tabel 2.5 Neraca Massa pada Tee3 .............................................................. 37 Tabel 2.6 Neraca Massa pada Tee4 .............................................................. 38 Tabel 2.7 Neraca Massa pada Reaktor ......................................................... 38 Tabel 2.8 Neraca Massa pada Flash drum 1 (FD-01).................................... 39 Tabel 2.9 Neraca Massa pada Tee5 .............................................................. 39 Tabel 2.10 Neraca Massa pada Flash drum 2 (FD-02).................................... 40 Tabel 2.11 Neraca Massa pada Tee6 .............................................................. 40 Tabel 2.12 Neraca Massa pada Menara Distilasi 1 (MD-01)........................... 41 Tabel 2.13 Neraca Massa pada Menara Distilasi 2 (MD-02)........................... 41 Tabel 2.14 Neraca Massa Total ..................................................................... 42 Tabel 2.15 Neraca Panas pada Vaporizer........................................................ 42 Tabel 2.16 Neraca Panas pada Furnace .......................................................... 43 Tabel 2.17 Neraca Panas pada Reaktor........................................................... 43 Tabel 2.18 Neraca Panas pada Condensor 1 (CD-01) ..................................... 43 Tabel 2.19 Neraca Panas pada Flash Drum 1 (FD-01).................................... 44 commit viiito user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Tabel 2.20 Neraca Panas pada Flash Drum 2 (FD-02).................................... 44 Tabel 2.21 Neraca Panas pada Menara Destilasi 1 (MD-01) ........................... 45 Tabel 2.22 Neraca Panas pada Menara Destilasi 2 (MD-02) ........................... 45 Tabel 2.23 Neraca Panas pada Total .............................................................. 46 Tabel 3.1 Spesifikasi Reaktor ...................................................................... 53 Tabel 3.2 Spesifikasi Flash Drum ................................................................ 54 Tabel 3.3 Spesifikasi Menara Destilasi ........................................................ 55 Tabel 3.4 Spesifikasi Vaporizer ................................................................... 56 Tabel 3.5 Spesifikasi Tangki ....................................................................... 57 Tabel 3.6 Spesifikasi Condensor ................................................................. 58 Tabel 3.7 Spesifikasi Reboiler ..................................................................... 60 Tabel 3.8 Spesifikasi Accumulator .............................................................. 61 Tabel 3.9 Spesifikasi Heat Exchanger ......................................................... 62 Tabel 3.10 Spesifikasi Furnace ..................................................................... 63 Tabel 3.11 Spesifikasi Pompa ........................................................................ 64 Tabel 3.12 Spesifikasi Kompresor ................................................................. 66 Tabel 4.1 Kebutuhan air pendingin............................................................... 72 Tabel 4.2 Kebutuhan air konsumsi umum dan sanitasi.................................. 73 Tabel 4.3 Kebutuhan listrik untuk keperluan proses dan utilitas.................... 76 Tabel 4.4 Jumlah Lumen berdasarkan luas bangunan.................................... 78 Tabel 4.5 Total kebutuhan listrik pabrik ....................................................... 79 Tabel 5.1 Jadwal pembagian kelompok shift ................................................ 102 Tabel 5.2 Jumlah Karyawan Menurut Jabatan .............................................. 104 commitixto user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id Tabel 5.3 Perincian Golongan dan Gaji Karyawan ....................................... 106 Tabel 6.1 Indeks Harga Alat ........................................................................ 111 Tabel 6.2 Modal Tetap ................................................................................ 114 Tabel 6.3 Modal Kerja ................................................................................. 115 Tabel 6.4 Direct Manufacturing Cost .......................................................... 116 Tabel 6.5 Indirect Manufacturing Cost ........................................................ 116 Tabel 6.6 Fixed Manufacturing Cost ........................................................... 117 Tabel 6.7 General Expense .......................................................................... 117 Tabel 6.8 Analisis Kelayakan ...................................................................... 120 commitx to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Grafik Data Impor Benzene di Indonesia ................................ 3 Gambar 1.2 Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik ............................................ 7 Gambar 2.1 Diagram Alir Proses................................................................. 29 Gambar 2.2 Diagram Alir Kualitatif ........................................................... 30 Gambar 2.3 Diagram Alir Kuantitatif ......................................................... 31 Gambar 2.4 Layout Pabrik........................................................................... 49 Gambar 2.5 Layout Peralatan Proses ........................................................... 52 Gambar 4.1 Skema Pengolahan Air Laut .................................................... 71 Gambar 4.2 Skema Pengolahan Air KTI ..................................................... 72 Gambar 4.3 Skema Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) ...................... 86 Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Benzene ......................................... 93 Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index ........................................... 112 Gambar 6.2 Grafik Analisis Kelayakan ...................................................... 121 commit to user xi perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id INTISARI Tutuk Laksana Wati dan Vina Vikryana, 2011, Prarancangan Pabrik Benzene dari Toluene dan Hidrogen Kapasitas 300.000 Ton/Tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta Benzene banyak digunakan sebagai bahan pelarut dalam ekstraksi maupun distilasi, juga digunakan sebagai bahan baku pembuatan senyawa lain seperti styrene, phenol, aniline, dan chlorobenzene. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, maka dirancang pabrik benzene dengan kapasitas 300.000 ton/tahun dengan bahan baku toluene 401.516,153 ton/tahun dan gas hidrogen 10.890.511,46 m3/tahun pada 30 oC dan tekanan 25 atm. Dengan memperhatikan beberapa faktor, seperti aspek penyediaan bahan baku, transportasi, tenaga kerja, pemasaran, serta utilitas, maka lokasi pabrik yang cukup strategis adalah di Kawasan Industri Cilegon, Banten. Peralatan proses yang ada antara lain vaporizer, kompresor, furnace, reaktor, kondensor parsial, flash drum, menara distilasi, dan pompa. Benzen dihasilkan dari reaksi toluene dan hidrogen dalam Reaktor Alir Pipa (RAP) Multitube pada kondisi non isotermal non adiabatik pada suhu 621 – 648 oC dan tekanan 25 atm. Produk gas dari reaktor masuk Kondensor Parsial untuk diembunkan sebagian menjadi campuran uap dan cair, kemudian diumpankan ke dalam Flash Drum untuk memisahkan gas hidrogen dan gas metana dari campuran tersebut. Gas hidrogen yang terpisah direcycle sebanyak 68,9% dan sisanya dijadikan fuel gas pada Furnace. Produk cair yang mengandung benzene, sisa toluene dan diphenyl dipisahkan dalam Menara Distilasi untuk mendapatkan benzene dengan kemurnian 99,93%berat. Sisa toluene dan diphenyl dipisahkan lagi dengan Menara Distilasi untuk mendapatkan produk samping diphenyl dengan kemurnian 98,67%berat. Sedangkan toluene sisa di-recycle untuk bereaksi lagi membentuk benzene. Utilitas terdiri dari unit penyediaan air pendingin, pendingin reaktor (molten salt), tenaga listrik, penyediaan bahan bakar, dan unit pengolahan limbah. Terdapat tiga laboratorium, yaitu laboratorium fisik, laboratorium analitik, dan laboratorium penelitian dan pengembangan, untuk menjaga kualitas bahan baku dan produk. Perusahaan berbentuk Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift . Hasil analisis ekonomi terhadap prarancangan pabrik benzene diperoleh total investasi sebesar US$ 153.548.755 dan total biaya produksi US$ 356.600.737. Hasil analisis kelayakan menunjukkan ROI sebelum pajak 79,99% dan setelah pajak 59,99%, POT sebelum pajak 1,1 tahun dan setelah pajak 1,4 tahun, BEP 54,08%, SDP 46,19% dan DCF sebesar 29,52%. Berdasar analisis ekonomi dapat disimpulkan bahwa pendirian pabrik benzene dengan kapasitas 300.000 ton/tahun layak dipertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya. commit to user xii perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik Memasuki era perdagangan bebas, Indonesia dituntut untuk mampu bersaing dengan negara lain dalam bidang industri. Perkembangan industri di Indonesia sangat berpengaruh pada ketahanan ekonomi Indonesia yang akan menghadapi banyak persaingan di pasar bebas nanti. Sektor industri kimia banyak memegang peranan dalam memajukan perindustrian di Indonesia. Inovasi proses produksi maupun pembangunan pabrik baru yang berorientasi pada pengurangan ketergantungan kita pada produk impor maupun untuk menambah devisa negara sangat diperlukan, salah satunya dengan pembangunan pabrik benzene. Benzene merupakan salah satu produk petrokimia yang berbentuk cincin tunggal dan merupakan senyawa aromatis dengan rumus molekul C6H6. Senyawa ini berupa cairan jernih yang bersifat volatile, mudah terbakar, dan beracun. Benzene mempunyai fungsi yang sangat penting dalam menunjang pembangunan sektor industri. Dalam industri, benzene banyak digunakan sebagai bahan pelarut dalam ekstraksi maupun distilasi. Selain itu benzene juga digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan senyawa kimia organik lain (intermediet) dari produk-produk komersial, antara lain : styrene, phenol, cyclohexane, aniline, alkylbenzene dan chlorobenzene (Mc. Ketta, 1977). Hingga saat ini sebagian benzene masih diimpor dari Amerika, Australia, dan Jepang. Dengan didirikannya Pabrik benzene di Indonesia, kemungkinan commit to user 1 perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 2 impor dapat dikurangi. Bahkan apabila produksi sudah melebihi kebutuhan dalam negeri benzene dapat menjadi produk ekspor. Bahan baku pembuatan benzene adalah toluene dan gas Hidrogen. Untuk bahan baku toluene dapat dipenuhi oleh PT. Pertamina RU IV, sedangkan untuk gas Hidrogen dapat dipenuhi oleh PT. Air Liquide Indonesia. Selain pertimbangan tersebut, pendirian pabrik ini juga didasarkan pada hal-hal sebagai berikut : 1. Menciptakan lapangan kerja baru, yang berarti dapat mengurangi jumlah pengangguran. 2. Memacu pertumbuhan industri-industri baru yang menggunakan bahan baku benzene. 3. Mengurangi ketergantungan impor dari negara asing. 4. Meningkatkan pendapatan negara dari sektor industri, serta menghemat devisa negara. 5. Meningkatkan kualitas sumber daya manusia Indonesia lewat alih teknologi. Dari berbagai pertimbangan di atas dapat disimpulkan bahwa sangat diperlukan pendirian pabrik benzene di Indonesia. 1.2 Kapasitas Rancangan Ada beberapa pertimbangan yang perlu diperhatikan dalam pemilihan kapasitas pabrik benzene yaitu : 1.2.1 Kebutuhan Benzene di Indonesia Kebutuhan benzene di Indonesia hampir setiap tahun mengalami peningkatan. Berdasarkan data Badan Pusat Statistik Indonesia, perkembangan commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 3 jumlah impor benzene Indonesia sejak tahun 2005 dapat dilihat pada Tabel 1.1. Tabel 1.1 Data Impor Benzene Indonesia Tahun Jumlah (ton) 2005 187.554,005 2006 110.252,885 2007 106.204,189 2008 143.348,768 2009 163.182,653 (Badan Pusat Statistik Indonesia, 2010) Grafik Data Impor Benzene Indonesia 200000 180000 y = 19593,3876x - 39202978,49 160000 Jumlah 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Tahun Gambar 1.1 Grafik Data Impor Benzene di Indonesia Dari Gambar 1.1 diperoleh suatu persamaan regresi linier untuk mengetahui kebutuhan benzene pada tahun 2015 : commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 4 y = (19593,387 X) – 39202978,49 y = (19593,387 x 2015 ) – 39202978,49 y = 277.696,315 ton 1.2.2 Ketersediaan Bahan Baku Bahan baku benzene adalah toluene dan gas hidrogen. Toluene diperoleh dari PT. Pertamina RU IV, Cilacap. Sedangkan gas hidrogen diperoleh dari PT. Air Liquide, Cilegon, sehingga ketersediaan bahan baku tidak menjadi masalah, karena cukup tersedia. 1.2.3 Kapasitas Pabrik Minimal dan Maksimal di Luar Negeri Untuk memproduksi benzene harus diperhitungkan juga kapasitas produksi yang menguntungkan. Kapasitas produksi secara komersial yang telah ada terlihat pada Tabel 1.2. Tabel 1.2 Data Pabrik Penghasil Benzene di Dunia Pabrik Kapasitas (ton) Dow Chemical, USA 752.000 Exxon Corp. 50.000 USX Corp. 23.000 Solomon Inc. 17.000 Shell Oil Co. 685.000 (Kirk and Othmer, 1991) Dari Tabel 1.2 dapat diketahui kapasitas produksi minimal di dunia sebesar 17.000 ton/tahun. Sedangkan kebutuhan benzene di dalam negeri adalah sebesar 277.696,315 ton/tahun. Maka dapat disimpulkan bahwa kapasitas pabrik commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 5 benzene sebesar 300.000 ton/tahun, sehingga diharapkan : 1. Dapat memenuhi kebutuhan benzene dalam negeri. 2. Dapat memberikan keuntungan karena kapasitas rancangan berada diatas kapasitas terkecil pabrik yang ada di dunia. 3. Dapat merangsang berdirinya industri-industri lainnya yang menggunakan bahan baku benzene. 1.3 Pemilihan Lokasi Pabrik Letak geografis suatu pabrik mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap keberhasilan perusahaan. Beberapa faktor dapat menjadi acuan dalam menentukan lokasi pabrik antara lain, penyediaan bahan baku, pemasaran produk, transportasi dan tenaga kerja. Berdasarkan tinjauan tersebut maka lokasi pabrik benzene ini dipilih di Cilegon, Banten dengan pertimbangan sbb : a. Penyediaaan bahan baku Toluene sebagai bahan baku pembuatan benzene diperoleh dari PT. Pertamina RU IV, Cilacap. Sedangkan gas hidrogen diperoleh dari PT. Air Liquide, Cilegon. Orientasi pemilihan ditekankan pada jarak lokasi sumber bahan baku dengan pabrik cukup dekat. Terutama bahan baku gas hidrogen yang akan disalurkan oleh PT. Air Liquide dengan jalur perpipaan. b. Letak pabrik terhadap daerah pemasaran Benzene merupakan bahan intermediet yaitu bahan untuk membuat produk seperti cumene, ethylbenzene, alkylbenzene, styrene, cyclohexane, nitrobenzene, detergen alkilat, dan sebagainya. commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 6 Daerah Cilegon merupakan daerah yang tepat untuk daerah pemasaran karena banyaknya industri kimia yang menggunakan bahan baku benzene diantaranya : 1. Industri alkylbenzene yang diproduksi PT. Unggul Indah Corporation 2. Industri ethylbenzene yang diproduksi PT. Stirindo Mono Indonesia c. Transportasi Kawasan industri Cilegon dekat dengan pelabuhan laut Merak, telah ada sarana transportasi jalan raya, sehingga mempermudah sistem pengiriman bahan baku dan produk. d. Tenaga kerja Kawasan industri Cilegon terletak di daerah Jawa Barat dan Jabotabek yang syarat dengan lembaga pendidikan formal maupun non formal dimana banyak dihasilkan tenaga kerja ahli maupun non ahli, sehingga tenaga kerja mudah didapatkan. e. Utilitas Utilitas yang diperlukan seperti air, bahan baku dan tenaga listrik dapat dipenuhi karena lokasi terletak di kawasan industri.  Penyediaan air, untuk kebutuhan air minum dan sanitasi diperoleh dari PT. Krakatau Tirta Industri, sedangkan untuk kebutuhan proses menggunakan air laut dari Selat Sunda.  Penyediaan tenaga listrik, diperoleh dari PLN dan generator pabrik. commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 7 Gambar 1. 1.2 Gambar Pemilihan Lokasi Pabrik 1.4 Tinjauan Pustaka 1.4.1 Macam-macam macam Proses Pembuatan Benzene Pada awalnya benzene enzene sebagian besar diproduksi dari bahan baku minyak bumi dan batubara. Akan tetapi disamping pembuatan benzene dari batu bara dan minyak bumi dikenal pula adanya proses sintesis. Proses ini menggunakan bahan bakunya dari bahan aromatis yang sudah jadi, seperti toluene dan xylene ylene. Proses pembuatan benzene dengan deng cara sintesis dikembangkan mengingat kebutuhan benzene terus meningkat. at. Macam-macam Macam proses sintesis adalah : 1. Catalyticc Extraction Reforming (CRE) Catalytic reforming adalah proses yang dikembangkan untuk mengubah naphthalene dan paraffin yang ada dalam gasoline yang mempunyai punyai angka oktan rendah menjadi tinggi dan mengandun mengandung commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 8 senyawa aromatis. Untuk mempercepat reaksi, proses ini berlangsung dengan bantuan katalis platinum-alumina. Reaksinya meliputi: a. Isomerisasi Paraffin b. Hydrocracking c. Dehidrogenasi Cyclohexane d. Isomerisasi/Dehidrogenasi Cyclopentane e. Dehidrosikliasi Paraffin Salah satu proses yang termasuk catalytic reforming adalah Platforming (UOP, Inc). Proses ini dioperasikan pada suhu 495-525oC dan tekanan 0,8-5MPa (Mc. Ketta, 1977). 2. Hidrodealkilasi (HDA) Hidrodealkilasi dikembangkan untuk mengubah higher aromatis menjadi benzene. Proses ini memproduksi benzene dengan kemurnian tinggi. Proses ini berlangsung pada suhu dan tekanan tinggi dan dibantu hidrogen. Dengan adanya hidrogen akan menghilangkan gugus alkil pada senyawa aromatis sehingga menghasilkan benzene dan gas parafin ringan. HDA dapat dilakukan secara thermal ataupun katalitik. Hidrodealkilasi thermal dioperasikan pada suhu 1000-1470oF dan tekanan 200-1000 lb/in2 gauge, sedangkan catalytic hydrodealkylation pada suhu 930-1100oF dan tekanan 590-875 lb/in2 gauge. Reaksi yang terjadi adalah: C6H5CH3 + H2 → C6H6 + CH4 (Mc. Ketta, 1977) commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 9 3. Disproporsionasi toluene Proses ini dikembangkan dari 2 toluene menjadi benzene dan xylene. Salah satu contoh proses ini adalah Proses Tatoray. Proses Tatoray berlangsung pada suhu 350-530oC dan tekanan 1-5 MPa (10 – 50 atm). Hasil yang diperoleh biasanya 37% benzene dan 55% xylene. Reaksi yang terjadi: 2 C6H5CH3 → C6H6 + C6H4(CH3)2 (Kirk and Othmer, 1991) 4. Pirolisa Gasoline Pirolisa gasoline atau dripolene adalah hasil samping dari produksi etilena. Dengan umpan senyawa hidrokarbon ringan seperti ethane dan propane, dripolene akan terbentuk. Kandungan senyawa aromatis dripolene sekitar 65%, dimana 50% adalah benzene. Benzene dan senyawa aromatis lainnya hanya dapat diperoleh setelah melewati proses hidrogenasi dan desulfurisasi. Proses ini untuk menghilangkan senyawa tidak stabil seperti olefin dan senyawa sulfur yang merusak senyawa aromatis (Mc. Ketta, 1977). Dari beberapa proses pembuatan benzene, proses yang dipilih adalah Proses Hidrodealkilasi (HDA). Proses ini menghasilkan benzene dengan kemurnian tinggi. Proses Hidrodealkilasi (HDA) merupakan reaksi penggantian gugus alkil dengan adanya hidrogen dimana dapat terjadi pada suhu dan tekanan tertentu. Proses ini sering dijumpai pada senyawa aromatis dimana hidrogen mengganti gugus alkil dalam ikatan cincin menghasilkan senyawa aromatis utama commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 10 dan gas parafin ringan. Pada proses ini dikenal dua macam proses yaitu hidrodealkilasi termal dan katalitik. Dalam perancangan ini proses yang digunakan adalah hidrodealkilasi termal. Proses ini berlangsung pada suhu 10001470oF dan tekanan 200-1000 lb/in2 gauge. Reaksi bersifat eksotermik. Reaksi utama: CH3 + H2 → + CH4 Reaksi samping: 2 → + H2 (Mc. Ketta, 1977) Keuntungan HDA termal diantaranya: non katalitik, produk samping yang dihasilkan lebih sedikit, dan tidak terbentuk coke. 1.4.2 Kegunaan Produk Benzene merupakan salah satu produk petrokimia yang sangat penting untuk pembuatan bahan kimia, antara lain : 1. Ethylbenzene Ethylbenzene ini mempunyai kegunaan untuk industri styrene, divinylbenzene, polystyrene, resin ion exchanger. 2. Cumene Cumene ini dimanfaatkan dalam pembuatan fenol yaitu bahan pembuat lem, solvent, indikator fenolftalein, dan lain sebagainya. commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 11 3. Nitrobenzene Nitrobenzene digunakan dalam pembuatan poliuretan, herbisida, dan anilin. Dimana anilin berguna sebagai pelarut, bahan dasar zat warna dan bahan peledak. 4. Cyclohexane Cyclohexane bermanfaat untuk industri nilon 6 dan nilon 66 yaitu bahan baku dalam industri tekstil dan untuk pembuatan plasticizer. 5. Detergen alkilat Detergen alkilat digunakan pada pembuatan detergen dan zat aditif minyak pelumas. 6. Chlorobenzene Chlorobenzene sebagai bahan pembuat DDT, bahan insektisida lain, dan phenol. 7. Maleic anhydride Maleic anhydride sebagai bahan baku fumarat dan poliester resin. (Mc. Ketta, 1977) 1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku dan Produk 1.4.3.1 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku a. Toluene Sifat fisis  Berat molekul : 92,14  Titik leleh, oC : -95  Titik didih, oC : 110.6 commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 12  Temperatur kritis, oC : 318.65  Tekanan kritis, MPa : 4,108  Densitas, g/cm3 : 0,8623  Viskositas, cp  Gas : 0,00698 Liquid : 0,5068 Kapasitas panas, J/mol.K Gas : 104,7 Liquid : 156,5  Panas pembentukan, kJ/mol : 50,17  Panas penguapan, kJ/mol : 38,26  Panas pembakaran, kJ/mol : -3734 (Kirk and Othmer, 1991) Sifat kimia  Hidrogenasi termal dari toluene akan menghasilkan benzene, methane dan diphenyl. CH3 + CH3 (toluene) H2 + CH4 (benzene) (methane) (diphenyl)  Dengan oksigen (oksidasi) dalam fase cair dan katalis Br-Co-Mn menghasilkan asam benzoat. commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 13 CH3 O2,Br,Co,Mn COOH 50oC (toluene) (asam benzoat) Oksidasi parsial menghasilkan stilbene 2 CH3 O katalis (toluene) CH=CH + H2O (stilbene) (Kirk and Othmer, 1991) b. Hidrogen Sifat fisis  Berat molekul : 2,016  Titik leleh, oC : - 256,6  Titik didih, oC : - 252,7  Temperature kritis, oC : -239.97  Tekanan kritis, kPa : 1315  Panas penguapan, J/mol : 911,3  Densitas, g/cm3 (pada 30 oC 25 atm) : 0.002 (Kirk and Othmer, 1991) Sifat kimia  Hidrogen bereaksi dengan sejumlah oksida logam pada suhu tinggi untuk menghasilkan logam dan air. FeO + H2 → Fe + H2O Cr2O3 + 3 H2 → 2 Cr + H2O commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 14  Dibawah kondisi tertentu, hidrogen bereaksi dengan nitrit oksida menghasilkan nitrogen. 2 NO + 2 H2 → N2 + 2 H2O (Kirk and Othmer, 1991) 1.4.3.2 Sifat Fisis dan Kimia Produk a. Benzene Sifat fisika  Berat molekul : 78,115  Titik beku, oC : 5,530  Titik didih, oC : 80,094  Densitas, g/cm3 Pada 20oC : 0,8789 Pada 25oC : 0,8736  Tekanan uap, kPa : 12,6  Viskositas, cp : 0,6010  Temperature kritis, oC : 289,01  Tekanan kritis, kPa : 4,898 x 103  Panas pembentukan, kJ/mol  Gas : 82,93 Liquid : 49,08 Panas pembakaran, kJ/mol : 3,2676 x 103 commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 15  Panas penguapan, kJ/mol : 33,899  Kelarutan dalam H2O, g / 100 g H2O : 0,180 (Kirk and Othmer, 1991) Sifat kimia  Oksidasi Benzene dioksidasi dengan permanganate atau dikromat menjadi air dan karbondioksida. C6H6 MnO4/Cr2O3 CO2 + H2O (benzene) (Kirk and Othmer, 1991) Oksidasi fase uap dengan udara dan katalis vanadium pentoksida menjadi maleic anhydride. C6H6 + 4 O2 (benzene) V2 O5 C4H2O3 + 2 CO2 (maleic anhydride) + H2 O (Mc. Ketta, 1977) Benzoquinone adalah produk samping oksidasi benzene pada suhu 410-430oC. Oksidasi dengan hidrogen peroksida menghasilkan phenol. Phenol dapat juga diperoleh dengan mengoksidasi benzene dalam fase uap pada suhu 450-800oC tanpa menggunakan katalis (Kirk and Othmer, 1977).  Reduksi Pada suhu kamar dan tekanan biasa, benzene baik senyawa tunggal ataupun dalam pelarut hidrokarbon dapat direduksi menjadi cyclobenzene (dengan hydrogen dan katalis nickel atau cobalt). commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 16 Hidrogenasi katalitik benzene fase uap berlangsung pada suhu sekitar 200oC. H2, Ni, Co 200 oC (benzene) (cyclobenzene) (Kirk and Othmer, 1991)  Halogenasi Produk substitusi atau adisi diperoleh dengan halogenasi benzene. Benzene direaksikan dengan Br2 dan Cl2 (katalis halida logam) akan diperoleh chlorobenzene dan bromobenzene. Chlorobenzene dihasilkan melalui reaksi pada fase cair dengan katalis molybdenum chloride dan kondisi operasinya pada suhu 30-50oC dan tekanan atmosfer. C6H6 + Cl2 C6H6 + Br2 FeCl3 FeBr3 C6H5Cl + HCl C6H5Br2 + HCl (Kirk and Othmer, 1991)  Nitrasi Benzene dinitrasi menjadi nitrobenzene. Proses nitrasi dengan menggunakan campuran asam nitrat dan sulfat pekat pada suhu 5055oC akan menghasilkan nitrobenzene yang lebih besar sekitar 95%. + HNO3 + H2SO4 50-55oC (benzene) NO2 + H3O+ + HSO4(nitrobenzene) (Kirk and Othmer, 1991) commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 17  Sulfonasi Benzene bereaksi dengan asam sulfat (uap) pada suhu ruangan menghasilkan asam benzene sulfonat. Dalam asam sulfat uap ditambahkan sulfur trioksida (SO3). Sulfonasi dapat juga dilakukan dengan asam sulfat saja, tetapi reaksinya lebih lambat. H2SO4 pekat 25oC + SO3 SO3H 50% (benzene) (benzene sulfonat) (Kirk and Othmer, 1991)  Alkilasi Hasil alkilasi benzene seperti ethylbenzene dan cumene diproduksi dengan mereaksikannya dengan etilen dan propilen. Reaksi berlangsung baik dalam fase uap maupun cair. Katalis yang digunakan seperti BF3, aluminium chloride (AlCl3) atau asam poliphospat (Kirk and Othmer, 1991). + (CH3)2CHCl AlCl 30oC (isopropil klorida) CH(CH3)2 + HCl (cumene) (Fessenden & Fessenden, 1986) 1.4.4 Tinjauan Proses Dalam pembuatan Benzene ini digunakan proses hidrodealkilasi dengan bahan baku toluene (C7H8) dan gas hidrogen (H2) yang direaksikan dalam Reaktor Alir Pipa (RAP) multitube dimana reaksi dijaga pada suhu optimum 621 – 648 oC commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 18 (dari range suhu reaksi 537 – 798 oC) tekanan 25 atm. Reaksi yang terjadi reaksi hidrodealkilasi atau reaksi pemecahan gugus metil dari toluene untuk membentuk benzene dan methane: C6H5CH3 + H2 → C6H6 + CH4 (Mc. Ketta, 1977) Umpan toluene diuapkan dalam vaporizer untuk kemudian dicampur dengan gas hidrogen dan dipanaskan dengan furnace sebelum masuk reaktor. Di dalam reaktor, toluene dan hidrogen bereaksi membentuk benzene dan methane serta hasil samping diphenyl fase gas. Setelah bereaksi, gas keluaran dari reaktor masuk ke kondensor parsial untuk dikondensasikan menjadi campuran uap-cair. Campuran tersebut kemudian masuk ke dalam flash drum untuk memisahkan semua gas hidrogen dan gas methane yang terikut dalam produk. Benzene dan diphenyl serta sisa toluene yang tidak bereaksi, kemudian dipisahkan menggunakan Menara Distilasi (MD). Produk benzene memiliki kemurnian 99,93% berat dan produk samping berupa diphenyl dengan kemurnian 98,67% berat. commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id BAB II DESKRIPSI PROSES 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku a. Toluene (C7H8) Wujud : cairan jernih tanpa endapan Kemurnian : min. 98,5 % berat Impuritas : C6H6 ( maks. 1,5 % berat ) Densitas : 0,865 – 0,870 (pada 20oC) (www.pertamina.com) b. Hidrogen (H2) Wujud : gas Kemurnian : 99,99 % berat Impuritas : CH4 (0,01 % berat) (www.uk.airliquide.com) 2.1.2 Spesifikasi Produk Utama Benzene (C6H6) Wujud : cairan jernih Kemurnian : min. 99,90 % berat Impuritas : C7H8 (maks. 0,05% berat) Non-aromatis (maks. 0,01% berat) (www.pertamina.com) commit to user 19 perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 20 2.1.3 Spesifikasi Produk Samping Diphenyl (C12H10) Wujud : Cairan berwarna kuning Kemurnian : min. 98,5 % berat Impuritas : C7H8 ( maks. 1,5 % berat ) (www.merck-chemicals.co.id) 2.2 Konsep Proses 2.2.1 Mekanisme Reaksi Proses pembuatan benzene dengan cara hidrodelakilasi toluene dilakukan dalam reaktor alir pipa (tubular reactor), dimana gas toluene dan hidrogen dimasukkan bersamaan ke dalam reaktor melalui bagian tube reaktor. Di dalam reaktor terjadi reaksi: C6H5CH3 (g) + H2 (g) → C6H6 (g) + CH4 (g) Reaksi samping: 2 C6H6 (g)  C12H10 (g) + H2 (g) Hidrodealkilasi termal ini menghasilkan produk utama benzene dan reaksi samping menghasilkan diphenyl. Pada proses HDA termal terjadi dealkilasi dengan cara substitusi karena adanya hidrogen. Dealkilasi ini pada dasarnya adalah reaksi pemutusan ikatan CC yaitu karbon yang dimiliki ikatan cincin dengan karbon pada gugus metan (CH3) dengan adanya hidrogen. Mekanismenya adalah sebagai berikut : commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 21 H2 ↔ H* + H* C6H5CH3 + H* → C6H5* + CH4 C6H5* + H2 → C6H6 + H* H* + H* ↔ H2 (Mc. Ketta, 1977) 2.2.2 Kondisi Operasi  Temperatur Penentuan temperatur reaksi di reaktor harus memperhatikan fase reaksi dan tinjauan secara termodinamika, untuk itu temperatur reaksi dijaga pada suhu optimum 621 – 648 oC (dari range suhu reaksi 537 – 798 o C). Hal ini didasarkan pada temperatur tersebut dihasilkan konversi dan selektivitas optimum. Jika temperatur melebihi range tersebut maka akan terjadi hydrocracking sehingga konversi reaksi akan turun. Sedangkan jika suhu di bawah range suhu tersebut, reaksi akan berjalan lambat (Mc. Ketta, 1977).  Tekanan Tekanan operasi dalam reaktor ditentukan sebesar 25 atm (dari range 14,6 – 69,1 atm) dengan tinjauan bahwa kondisi reaktan dalam reaktor berada dalam fase gas. Pada prarancangan pabrik benzene ini rasio mol reaktan antara toluene dengan hidrogen yang digunakan adalah 1 : 5, sehingga akan diperoleh konversi sebesar 85% terhadap toluene dan selektivitas sebesar 93%, dimana selektivitas disini adalah % mol benzene baru yang terbentuk commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 22 dari toluene yang bereaksi untuk membentuk benzene tersebut (Mc. Ketta, 1977). Reaksi dijalankan pada kondisi non isotermal non adiabatik dimana reaksi dijaga pada suhu optimum 621 – 648 oC (dari range suhu reaksi 537 – 798 oC). Untuk menjaga reaksi berjalan pada keadaan tersebut, maka digunakan pendingin berupa molten salt. Reaktor yang sesuai untuk reaksi fase gas dan dengan pendinginan adalah Reaktor Alir Pipa (RAP) multitube. 2.2.3 Tinjauan Termodinamika Untuk menentukan sifat reaksi (eksotermis/endotermis) dan arah reaksi (reversible/irreversible), maka perlu perhitungan dengan menggunakan panas pembentukan standar (∆Hfo) pada 1 atm dan 298 K dari reaktan dan produk. Tabel 2.1 Harga ∆Hf o dan ∆Gf o Komponen ∆Hf o, kJ/mol ∆Gf o, kJ/mol H2 0 0 CH4 -74,520 - 50,460 C 6 H6 82,930 129,665 C 7 H8 50,170 122,050 C10H12 182,090 280,080 (Yaws, 1999) Pada proses pembentukan benzene terjadi reaksi berikut : C6H5CH3 (g) + H2 (g) → C6H6 (g) + CH4 (g) Reaksi samping: 2 C6H6 (g)  C12H10 (g) + H2 (g) commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 23 Sehingga didapatkan, a. Untuk reaksi utama C6H5CH3 (g) + H2 (g) → C6H6 (g) + CH4 (g) i. Panas reaksi standar (∆HR o) ∆HRo = ∑ ∆Hf o produk - ∑ ∆Hf o reaktan ∆HRo = ( ∆Hfo C6H6 + ∆Hfo CH4 ) – (∆Hfo C6H5CH3 + ∆Hfo H2) = (82,930 + (-74,520) ) – (50,170 + 0) = - 41,760 kJ/mol Karena ∆HRo bernilai negatif maka reaksi bersifat eksotermis. ∆H920 pada suhu reaksi 647oC (920 K) adalah : dH = Cp.dT ∆H920 = 920K  Cp. dT 298K ∆H920 = [ ∑ Cp produk - ∑ Cp reaktan ] dT ∆H920 = 215.542,596 J/mol – 218.501,396 J/mol ∆H920 = -2.958,8 J/mol ∆H = ∆HR o + ∆H920 = - 41.760 – 2.958,8 = - 44.718,8 J/mol ii. Konstanta kesetimbangan (K) pada keadaan standar o Gf = - RT ln K Dimana: 0 Gf : Energi Gibbs pada keadaan standar (T = 298 oK, P = 1 atm), J/mol commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 24 ∆HR o : Panas reaksi, J/mol K : Konstanta Kesetimbangan T : Suhu standar =298 K R : Tetapan Gas Ideal = 8,314 J/mol.K sehingga Go dari reaksi tersebut adalah : Gf o = Gfo produk - Gfo reaktan Gfo = ( ∆G C6H6 + ∆G CH4 ) – ( ∆G C6H5CH3 + ∆G H2) = (129,665+ (- 50,460) ) – (122,050 + 0) = - 42,845 kJ/mol ΔG f 42.845 J/mol = RT 8,314 J/mol.K . 298 K o ln K 298   = 17,293 = 3,238 x 107 K298 iii. Konstanta kesetimbangan (K) pada T = 647 oC = 920 K  ΔH R K ln 1  K 298 R 0  1 1     T2 T1  Dengan : K298 = Konstanta kesetimbangan pada 298 K K1 = Konstanta kesetimbangan pada suhu operasi T1 = Suhu standar (25 oC = 298 K) T2 = Suhu operasi (647 oC = 920 K) R = Tetapan Gas Ideal = 8,314 J/mol.K ∆HR o = Panas reaksi standar pada 298 K commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 25 ln K1 41.760 J/mol  1 1      7 8,314 J/mol.K  920 K 298 K  3,238 x 10 ln K1 = - 11,395 3,238 x 10 7 K1 3,238 x 10 7 1,124x10-5 = K1 = 363,951 Karena harga konstanta kesetimbangan relatif besar, maka reaksi berlangsung searah, yaitu ke kanan (irreversible). b. Untuk reaksi samping (K2) 2 C6H6 (g)  C12H10 (g) + H2 (g) i. Panas reaksi standar (∆HR o) ∆HRo = ∑ ∆Hf o produk - ∑ ∆Hf o reaktan ∆HRo = ( ∆Hfo C12H10 + ∆Hfo H2 ) – ( 2. ∆Hfo C6H6 ) = ( 182,090 + 0 ) – ( 2 x 82,930) = 16,230 kJ/mol Karena ∆HRo bernilai positif maka reaksi bersifat endotermis. ∆H920 pada suhu reaksi 647oC (920 K) adalah : dH = Cp.dT ∆H920 = 920K  Cp. dT 298K ∆H920 = [ ∑ Cp produk - ∑ Cp reaktan ] dT ∆H920 = 51.031,638 J/mol – 237.830,396 J/mol ∆H920 = - 186.798,758 J/mol commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 26 ∆H = ∆HR o + ∆H920 = 16.230 – (- 186.798,758) = 203.028,758 J/mol ii. Konstanta kesetimbangan (K) pada keadaan standar Gf0 = - RT ln K Dimana: Gf0 : Energi Gibbs pada keadaan standar (T = 298 oK, P = 1 atm), J/mol ∆HR o : Panas reaksi, J/mol K : Konstanta Kesetimbangan T : Suhu standar = 298 K R : Tetapan Gas Ideal = 8,314 J/mol.K sehingga Go dari reaksi tersebut adalah : Gf o = Gfo produk - Gfo reaktan Gfo = ( ∆G C12H10 + ∆G H2 ) – ( 2 x ∆G C6H6) = ( 280,080 + 0 ) – ( 2 x 129,665 ) = 20,750 kJ/mol ΔG f - 20.750 J/mol = RT 8,314 J/mol.K . 298 K o ln K 298   K298 = - 8,375 = 2,305 x 10-4 i. Konstanta kesetimbangan (K) pada T = 647 oC = 920 K ln K2  ΔHr 0  K 298 R  1 1     T2 T1  Dengan : K298 = Konstanta kesetimbangan pada 298 K commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 27 K2 = Konstanta kesetimbangan pada suhu operasi T1 = Suhu standar (25 oC = 298 K) T2 = Suhu operasi (647 oC = 920 K) R = Tetapan Gas Ideal = 8,314 J/mol.K ∆HR o = Panas reaksi standar pada 298 K ln K2 - 16.230 J/mol  1 1      -4 8,314 J/mol.K  920 K 298 K  2,305x10 ln K2 = 4,429 2,305x10 -4 K2 2,305x10 -4 83,838 = K2 = 0,019 Karena harga konstanta kesetimbangan K2 relatif kecil, maka reaksi berlangsung bolak-balik (reversible). 2.2.4 Tinjauan Kinetika Reaksi Proses hidrodealkilasi (HDA) toluene menjadi benzene pada fase gas dan non-catalytic, reaksi yang terjadi adalah: Reaksi 1 : C7H8 + H2 → C6H6 + CH4 Reaksi 2 dan 3 : 2 C6H6  C12H10 + H2 Hidrogen dan toluene bereaksi membentuk benzene dan metana pada reaksi 1, dan diphenil terbentuk pada reaksi kedua. Reaksi kedua merupakan reaksi reversible, sehingga reaksi yang membentuk diphenil disebut reaksi 2 dan reaksi kebalikannya disebut reaksi 3. commit to user perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id 28 Persamaan kecepatan reaksi dikalkulasi dan didapatkan nilai sebagai berikut: r = 3.6858. 10 . exp r = 0.62717. exp r = 0.08124. exp 2.5616. 10 − T 1.5362. 10 − T 1.2237. 10 − T PP . P PP Dimana r1. r2 dan r3 dalam lbmol/(min.ft3), T dalam K, dan Pj dalam psia (www.engr.uky.edu) 2.3 Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses 2.3.1 Diagram Alir Proses Diagram alir prarancangan pabrik benzene dari toluene dan hidrogen dapat ditunjukan dalam tiga macam, yaitu : a. Diagram alir proses (Gambar 2.1) b. Diagram alir kualitatif (Gambar 2.2 ) c. Diagram alir kuantitatif ( Gambar 2.3 ) commit to user 29 No. Komponen 1 2 3 4 5 H2 CH4 C6 H6 C7 H8 C12H10 Jumlah Arus 1 Arus 2 Arus 3 Arus 4 Arus 5 Arus 6 Arus 7 Arus 8 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 6460.000 5404.237 5404.237 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1162.5358 9948.136 9948.136 6.541 7.240 0.699 6.541 44.437 312.000 39831.714 39831.714 50689.943 63362.204 12672.261 50689.943 59415.489 59432.000 8914.800 8914.800 0.000 0.000 0.000 0.000 6.548 6.548 3274.197 3274.197 50696.484 63369.444 12672.960 50696.484 59466.473 67373.084 67373.084 67373.084 Laju Alir Massa Overall (kg/jam) Arus 9 Arus 10 Arus 11 Arus 12 Arus 13 Arus 14 Arus 15 Arus 16 Arus 17 Arus 18 Arus 19 Arus 20 Arus 21 5404.237 1683.420 3720.817 2739.183 6460.000 0.000 0.000 1683.420 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1659.446 516.918 1142.529 20.007 1162.536 8288.689 8288.689 8805.607 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 388.618 121.054 267.563 0.000 267.563 39443.096 1547.207 1668.262 37895.889 37857.993 37.896 0.000 37.896 23.981 7.470 16.511 0.000 16.511 8890.819 95.039 102.509 8795.780 26.387 8769.393 43.847 8725.546 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 3274.197 0.000 0.000 3274.1

Dokumen baru

Tags

Dokumen yang terkait

PRARANCANGAN PABRIK BUTYNEDIOL DARI ACETYLENE DAN FORMALDEHYDE KAPASITAS 40.000 TON/TAHUN
4
18
11
PRARANCANGAN PABRIK BUTYNEDIOL DARI ACETYLENE DAN FORMALDEHYDE KAPASITAS 40.000 TON/TAHUN
22
145
193
PRARANCANGAN PABRIK BUTYNEDIOL DARI ACETYLENE DAN FORMALDEHYDE KAPASITAS 40.000 TON/TAHUN
1
4
11
PRARANCANGAN PABRIK BUTYNEDIOL DARI ACETYLENE DAN FORMALDEHYDE KAPASITAS 40.000 TON/TAHUN
18
63
112
PRARANCANGAN PABRIK 1,3-PROPANDIOL DARI GLISEROL DAN NH OH KAPASITAS 40.000 TON/TAHUN
19
61
53
PRARANCANGAN PABRIK SODIUM STYRENE SULFONATE DARI 2-BOMO ETHYL BENZENE DAN SULFUR TRIOKSIDA KAPASITAS 40.000 TON/TAHUN (Perancangan Reaktor Continous Stired Tank Reactor (RE-301))
5
28
9
PRARANCANGAN PABRIK SODIUM STYRENE SULFONATE DARI 2-BOMO ETHYL BENZENE DAN SULFUR TRIOKSIDA KAPASITAS 40.000 TON/TAHUN (Perancangan Reaktor Continous Stired Tank Reactor (RE-301))
12
41
154
PRARANCANGAN PABRIK FURFURIL ALKOHOL DARI FURFURAL DAN HIDROGEN KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN (Perancangan Menara Distilasi-301 (DC-301))
34
100
144
PRARANCANGAN PABRIK FURFURIL ALKOHOL DARI FURFURAL DAN HIDROGEN KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN (Tugas Khusus Menara Distilasi (DC-301))
11
46
21
PRARANCANGAN PABRIK FURFURIL ALKOHOL DARI FURFURAL DAN HIDROGEN KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN (Tugas Khusus Reaktor 01 (RE-201))
12
22
21
PRARANCANGAN PABRIK MALEIC ANHYDRIDE DARI OKSIDASI BENZENE OLEH UDARA KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN (PERANCANGAN REAKTOR (RE-201))
40
88
107
PRARANCANGAN PABRIK MALEIC ANHYDRIDE DARI OKSIDASI BENZENE KAPASITAS 20.000 TON/TAHUN
19
63
118
PRARANCANGAN PABRIK ETIL KLORIDA DARI ETILEN DAN HIDROGEN KLORIDA KAPASITAS 60.000 TON/TAHUN (Perancangan Reaktor (RE-201))
24
77
32
TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK VINYL ACETATE MONOMER DARI ETHYLENE, ACETIC ACID DAN OXYGEN KAPASITAS 100.000 TON TAHUN
3
4
145
TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK VINYL ACETATE MONOMER DARI ETHYLENE, ACETIC ACID DAN OXYGEN KAPASITAS 100.000 TON TAHUN
4
6
230
Show more