BAB I PENDAHULUAN
I. 1. Sejarah Asam Asetat
Cuka telah dikenal manusia sejak dahulu kala. Dahulu kala cuka dihasilkan oleh berbagai bakteri penghasil asam asetat, dan asam asetat merupakan hasil samping dari pembuatan bir atau anggur. Penggunaan asam asetat sebagai pereaksi kimia juga sudah dimulai sejak lama. Pada abad ke-3 Sebelum Masehi, Filsuf Yunani kuno Theophrastos menjelaskan bahwa cuka bereaksi dengan logam-logam membentuk berbagai zat warna, misalnya timbal putih (timbal karbonat), dan verdigris , yaitu suatu zat hijau campuran dari garam-garam tembaga dan mengandung tembaga (II) asetat. Bangsa Romawi menghasilkan sapa , sebuah sirup yang amat manis, dengan mendidihkan anggur yang sudah asam. Sapa mengandung timbal asetat, suatu zat manis yang disebut juga gula timbal dan gula Saturnus. Saturnus. Akhirnya hal ini berlanjut kepada peracunan dengan timbal yang dilakukan oleh para pejabat Romawi. Pada abad ke-8, ilmuwan Persia Jabir Ibnu Hayyan menghasilkan asam asetat pekat dari cuka melalui distilasi. Pada masa renaisans, asam asetat glasial dihasilkan dari distilasi kering logam asetat. Pada abad ke-16 ahli alkimia Jerman Andreas Libavius menjelaskan prosedur tersebut, dan membandingkan asam asetat glasial yang dihasilkan terhadap cuka. Ternyata asam asetat glasial memiliki banyak perbedaan sifat dengan larutan asam asetat dalam air, sehingga banyak ahli kimia yang mempercayai bahwa keduanya sebenarnya adalah dua zat yang berbeda. Ahli kimia Prancis Pierre Adet akhirnya membuktikan bahwa kedua zat ini sebenarnya sama. Pada 1847 kimiawan Jerman Hermann Kolbe mensintesis asam asetat dari zat anorganik untuk pertama kalinya. Reaksi kimia yang dilakukan adalah klorinasi karbon disulfida menjadi karbon tetraklorida, diikuti dengan
1
pirolisis menjadi tetrakloroetilena dan klorinasi dalam air menjadi asam trikloroasetat, dan akhirnya reduksi melalui elektrolisis menjadi asam asetat. Sejak
1910
kebanyakan
asam
asetat
dihasilkan
dari
cairan
piroligneous yang diperoleh dari distilasi kayu. Cairan ini direaksikan dengan kalsium hidroksida menghasilkan kalsium asetat yang kemudian diasamkan dengan asam sulfat menghasilkan asam asetat. (Mukti W, Dina. 2011) Sekarang ini, asam asetat diproduksi baik secara sintetis maupun secara fermentasi bakteri. Produksi asam asetat melalui fermentasi hanya mencapai sekitar 10% dari produksi dunia utamanya produksi cuka makanan. Aturan
menetapkan bahwa cuka cuka yang yang digunakan digunakan dalam makanan harus
berasal dari proses biologis karena lebih aman bagi kesehatan. Pembuatan asam asetat sintesis dalam skala industri lebih sering menggunakan metode karbonilasi methanol. Ada dua macam proses pembuatan asam asetat dalam pabrik yakni proses monsanto dan proses cativa.
Proses
monsanto
menggunakan
katalis
kompleks
Rhodium
(cis− cis−[Rh(CO)2I2]−), sedangkan proses cativa menggunakan katalis iridium ([Ir(CO)2I2]−) yang didukung oleh ruthenium. oleh ruthenium. (Mukti W, Dina. 2011)
I.2 PenetapanKapasitasPr PenetapanKapasitasProduksi oduksi
Ada beberapa pertimbangan dalam pemilihan kapasitas pabrik asam asetat. Penentuan kapasitas pabrik asam asetat dengan pertimbangan sebagai berikut: 1. Kebutuhan atau pemasaran produk di Indonesia Produksi asam asetat di Indonesia yang belum mencukupi mengakibatkan harus mengimpor dari luar negeri. Perkembangan data impor dari tahun 20062010 dapat dilihat pada Tabel 1.1
2
pirolisis menjadi tetrakloroetilena dan klorinasi dalam air menjadi asam trikloroasetat, dan akhirnya reduksi melalui elektrolisis menjadi asam asetat. Sejak
1910
kebanyakan
asam
asetat
dihasilkan
dari
cairan
piroligneous yang diperoleh dari distilasi kayu. Cairan ini direaksikan dengan kalsium hidroksida menghasilkan kalsium asetat yang kemudian diasamkan dengan asam sulfat menghasilkan asam asetat. (Mukti W, Dina. 2011) Sekarang ini, asam asetat diproduksi baik secara sintetis maupun secara fermentasi bakteri. Produksi asam asetat melalui fermentasi hanya mencapai sekitar 10% dari produksi dunia utamanya produksi cuka makanan. Aturan
menetapkan bahwa cuka cuka yang yang digunakan digunakan dalam makanan harus
berasal dari proses biologis karena lebih aman bagi kesehatan. Pembuatan asam asetat sintesis dalam skala industri lebih sering menggunakan metode karbonilasi methanol. Ada dua macam proses pembuatan asam asetat dalam pabrik yakni proses monsanto dan proses cativa.
Proses
monsanto
menggunakan
katalis
kompleks
Rhodium
(cis− cis−[Rh(CO)2I2]−), sedangkan proses cativa menggunakan katalis iridium ([Ir(CO)2I2]−) yang didukung oleh ruthenium. oleh ruthenium. (Mukti W, Dina. 2011)
I.2 PenetapanKapasitasPr PenetapanKapasitasProduksi oduksi
Ada beberapa pertimbangan dalam pemilihan kapasitas pabrik asam asetat. Penentuan kapasitas pabrik asam asetat dengan pertimbangan sebagai berikut: 1. Kebutuhan atau pemasaran produk di Indonesia Produksi asam asetat di Indonesia yang belum mencukupi mengakibatkan harus mengimpor dari luar negeri. Perkembangan data impor dari tahun 20062010 dapat dilihat pada Tabel 1.1
2
Tabel 1.1 Data Impor Asam Asetat Indonesia Tahun
Net Weight (ton)
2007
81.215,491
2008
82.286,857
2009
91.585,071
2010
104.390 Sumber : Biro : Biro Pusat Statistik Sumber : http://eprints.upnjatim.ac.id/4336/1/file_1.pdf : http://eprints.upnjatim.ac.id/4336/1/file_1.pdf
120,000 y = 7,909.474x - 15,796,241.125 R² = 0.901
100,000 t r o p m i a t a d
80,000 60,000 40,000 20,000 0 2006
2007
2008
2009
2010
2011
tahun
Grafik 1.1 Perkembangan impor asam asetat di Indonesia Dari data pada tabel di atas dapat diperkirakan kebutuhan impor asam asetat pada tahun 2016 dengan regresi linier. Persamaan yang diperoleh yaitu: Imporasamasetat (kg/th) = 7.909,474x(tahun) - 15.796.241,125 15.796.241,125 …….(1) Dengan persamaan (1) diperoleh perkiraan impor asam asetat pada tahun 2016 sebesar 149.258,459 ton/tahun. 2. Tersedianya Bahan baku Untuk bahan baku, di Bontang terdapat pabrik yang diproduksi oleh PT. Kaltim Methanol Industri yang mulai produksi pada tahun 1990 dengan
3
kapasitas produksi 660.000 ton/tahun. Sedangkan karbon monoksida diperoleh dari PT. Pupuk Kaltim, Bontang. (Sumber : http://www.kaltimmethanol.com)
3. Kapasitas pabrik asam asetat yang sudah ada Dari literature didapat kapasitas minimal untuk pembuatan asam asetat adalah 10 ton/hari( Kirk and Othmer ). Jika penentuan kapasitas berdasarkan ini, maka perencanan pabrik tidak dapat dilakukan karena tidak ekonomis. Hal ini juga dapat dilihat dari produksi dalam 330 hari kerja yang menghasilkan 3300 ton per tahun. Berdasarkan jumlah pabrik Asam Asetat di Indonesia yang hanya satu buah, yaitu PT Indo Acidatama Chemical Industry (IACI) yang terletak di Solo. PT IACI memproduksi asam asetat dengan data kapasitas sebagai berikut : Tabel 1.2 Perkembangan Produksi Asam Asetat di Indonesia Tahun Produksi(Ton)
Produksi(Ton)
2006
38306
2007
39577
2008
40848
2009
42119
2010
43390 (Sumber : PT CIC.2010.”acetic organik”.Hal 168) (www.acidatama.co.id)
4
46000 44000
y = 1,271.000x - 2,511,320.000 R² = 1.000
42000
) n 40000 o t ( i s k 38000 u d o r 36000 p
34000 32000 30000 2005
2006
2007
2008
2009
2010
tahun
Grafik 1.2 Perkembangan Produksi Asam Asetat di PT IACI
Dari data pada tabel di atas dapat diperkirakan produksi asam asetat pada tahun 2016 dengan regresi linier. Persamaan yang diperolehyaitu: Produksi asam asetat (kg/th) = 1,271.000x - 2,511,320.000…….(2) Dengan persamaan (2) diperoleh perkiraan produksi asam asetat pada tahun 2016 sebesar 51.016 ton/tahun.
Tabel 1.3 Kapasitas Produksi Pabrik Asam Asetat di Luar Negeri Pabrik
Negara
Kapasitas (Ton/Tahun)
Petronas
Malaysia
400.000
Al Jubair Plant
Arab Saudi
200.000
Celanese Acetic Plant
Singapura
500.000
Chuawei Acetic Acid
China
150.000
Plant
Berdasarkan data impor dan kapasitas pabrik yang telah ada, dapat diperkirakan jumlah kebutuhan import asam asetat di Indonesia tahun 2016 adalah
5
2011
sebesar 149.258,459
ton/tahun. Kapasitas minimal produksi asam asetat dari
pabrik yang sudah berdiri adalah 51.016 ton/tahun, sedangkan untuk kapasitas maksimal adalah 400.000 ton/tahun. Dari hal tersebut di atas, maka pabrik asam asetat direncanakan didirikan tahun 2016 dengan kapasitas 100.000 ton/tahun dengan pertimbangan : 1. Dapat memenuhi kebutuhan asam asetat di dalam negeri
dan
mengurangi ketergantungan impor dari luar negeri. 2. Dapat memacu perkembangan industri bahan baku asam asetat di Indonesia. 3. Dapat memberikan keuntungan secara ekonomis karena kapasitas produksi masih berada dalam batas yang menguntungkan.
I. 3. Penetapan Lokasi Pabrik Yang Baik
a). Faktor Primer 1. Letak Pasar Tujuan lokasi pabrik mendekati pasar adalah untuk menghemat biaya distribusi dan agar produk dapat cepat sampai ke konsumen. 2. Letak Sumber Bahan Baku Bahan baku merupakan kebutuhan utama bagi suatu produksi sehingga pengadaannya harus benar-benar diperhatikan. Bahan baku utama dalam memproduksi asam asetat berupa methanol dan karbon monoksida yang dapat diperoleh di daerah Bontang. Hal ini karena di Bontang terdapat pabrik methanol, yaitu PT Kaltim Methanol Industri dan CO dari Unit Gas Karbon Monoksida. 3. Fasilitas Transportasi Sarana transportasi sangat penting, berkaitan dengan kelancaran penyediaan bahan baku dan pemasaran produk. Pemasaran produk dan transport bahan baku dapat dilakukan lewat jalur laut, udara dan darat, karena Bontang merupakan daerah yang cukup strategis.
6
4. Kebutuhan Utilitas Sarana utilitas utama yang diperlukan bagi kelancaran produksi asam asetat adalah kebutuhan energi listrik dan air. Kebutuhan energi listrik pabrik asam asetat ini direncanakan untuk menggunakan sumber listrik dari PLN. Disamping itu juga tersedia unit generator untuk keadaan darurat. Kebutuhan air dalam jumlah besar, antara lain untuk pendingin, bahan baku, steam dan lain-lain dapat dipenuhi oleh pihak pengelola kawasan industri yang diperoleh dari sumber air tanah maupun pengolahan air laut. Karena itu pabrik sebaiknya terletak dekat dengan sumber air. Untuk mengantisipasi adanya pengaruh musim terhadap fruktuasi persediaan air. 5. Tenaga Kerja Jumlah dan tipe buruh yang tersedia disekitar lokasi pabrik harus diperiksa. Juga harus perlu pertimbangkan gaji minimum di daerah tersebut, jumlah waktu kerja, adanya industri lain di daerah tersebut, keanekaragaman ketrampilan, pendidikan masyarakat sekitar dan lainlain. 6. Pemasaran Daerah pemasaran ada yang berada di Kalimantan namun sebagian besar berada di luar Kalimantan sehingga harus ditempuh terutama lewat jalur laut. Hal ini tidak menjadi masalah karena asam asetat adalah bahan baku yang sangat dibutuhkan bagi banyak industri terutama di Pulau Jawa yang selama ini penyediaannya sangat tergantung pada import. b). Faktor Sekunder 1. Kebijakan Pemerintah Pendirian
pabrik
perlu
mempertimbangkan
faktor
kepentingan
pemerintah yang terkait didalamnya kebijaksanaan pengembangan industri dan hubungan dengan pemerataan kesempatan kerja dan hasil pembangunan.
7
2. Perluasan Pabrik Hal
ini
berkaitan
dengan
pengembangan
lebih
lanjut
untuk
meningkatkan kapasitas produksi sesuai permintaan pasar yang meningkat. Bontang merupakan kawasan industri, sehingga lahan di daerah tersebut telah disiapkan untuk pendirian dan pengembangan pabrik. 3. Sarana dan Prasarana Pendirian sebuah pabrik di daerah dengan mempertimbangkan bahwa di daerah tersebut memiliki sarana dan prasarana yang memadai, meliputi jalan, jaringan telekomunikasi, bank, sarana pendidikan, tempat ibadah, perumahan, sarana kesehatan, olahraga, sehingga dapat meningkatkan taraf hidup dan kesejahteraan.
Sumber: http://eprints.undip.ac.id/36398/1/67EXECUTIVE_SUMMARY.pdf http://arenlovesu.blogspot.com/2010/04/asam-asetat.html http://selvyfransisca.files.wordpress.com/2011/07/makalah-asam-asetat.docx Mukti W, Dina. 2011
8
BAB II PERMASALAHAN
Sarjana dari jurusan teknik kimia memiliki kekhususan tersendiri dibanding sarjana dari jurusan lain, karena lulusan sarjana teknik kimia dapat lebih leluasa berkiprah dalam berbagai bidang kemudian dijadikan sebagai profesi. Hal inilah yang menjadi alasan mengapa jurusan teknik kimia banyak diminati oleh para lulusan sekolah menengah. Dilain hal sebagian besar mahasiswa yang sudah mengikuti perkuliahan dalam proses yang cukup panjang mulai memahami dan mengetahui persoalan yang nyata ada pada dunia profesi salah satunya yaitu tentang perancangan pabrik. Diharapkan setelah lulus sarjana teknik kimia memiliki kompetensi yang cukup mengenai perancangan pabrik kimia. Pada makalah ini disusun dengan maksud memberikan fokus pembahasan yang lebih akurat mengenai perancangan pabrik asam asetat. Permasalahan yang dibahas pada makalah ini yaitu melakukan pembahasan mengenai tinjauan secara umum tentang proses karbonilasi metanol, dasar reaksi yang dipakai, spesifikasi bahan baku dan produk, konsep proses, kondisi operasi yang mencakup segi termodinamika dan kinetika, dan diagram alir.
Rumus molekul Asam Asetat Asam asetat, asam etanoat atau asam cuka adalah senyawa kimia asam organik yang dikenal sebagai pemberi rasa asam dan aroma dalam makanan. Asam cuka memiliki rumus empiris C 2H4O2. Rumus ini seringkali ditulis dalam bentuk rumus molekul CH3-COOH, CH3COOH, atau CH 3CO2H. (Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Asam_asetat)
9
Rumus Bangun / Bentuk Molekul Rumus bangun adalah rumus kimia yang menggambarkan kedudukan
atom secara geometri/ tiga dimensi dari suatu molekul.
Gambar 2.1 Asam Asetat Molekul asam asetat (CH3COOH ) gabungan dari 2 atom karbon, 4atom hidrogendan 2 atom oksigen. (Sumber : http://elsaapratiwi.wordpress.com/2011/07/14/rumus-rumus-kimia/)
10
BAB III PEMBAHASAN
III. 1 Tinjauan Proses Secara Umum Tinjauan Proses Secara Umum
Reaksi antara methanol dengan karbon monoksida dalam proses pembentukan asam asetat termasuk proses karbonilasi. Reaksi samping yang terjadi yaitu methanol terdekomposisi menjadi dimetil eter. Reaksi karbonilasi ini bersifat eksotermis. Reaksi utama sebagai berikut: CH3OH + CO
CH3COOH
Selain reaksi utama, terjadi reaksi samping : 2CH3OH
CH3OCH3
+
H2O
Konversi methanol sebesar 100%, 99% menjadi asam asetat dan 1% terdekomposisi menjadi dimetil eter. Untuk mengurangi terjadinya reaksi samping dan menjaga kesetimbangan maka CO yang diumpankan 15% exess. (Encyclopedia Mc. Ketta Vol 1 hal 135) Reaksi terjadi di reactor cair-gas jenis bubble yang beroperasi pada suhu 175oC dan tekanan 30 atm.
11
III. 2. Dasar Reaksi
Proses pembentukan asam asetat mendasarkan pada reaksi karbonilasi methanol dan merupakan rekasi katalitik homogen, dengan reaksi utama sebagai berikut : o
175 C , 30 atm
CH3OH (c) + CO (g)
CH3COOH (c)
Selain reaksi utama, terjadi reaksi samping :
2CH3OH (g)
175oC , 30 atm
CH3OCH (c) + H2O (c)
Konversi methanol sebesar 100%, 99% menjadi asam asetat dan 1% terdekomposisi menjadi dimetil eter. Untuk mengurangi terjadinya reaksi samping dan menjaga kesetimbangan maka CO yang diumpankan 15% exess. (Encyclopedia Mc. Ketta Vol 1 hal 135)
12
III. 3. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk A. Spesifikasi Bahan Baku Metanol
Rumus Molekul
:
Metanol
Berat Molekul
:
32.04 g/mol
Fasa ( 1 atm, 30oC )
:
Cair
Kenampakan
:
Jernih tidak berwarna
Bau
:
Spesifik
Komposisi
:
99.9% methanol ( minimal ) 0.1% H2O ( maksimal ) (Mukti W, Dina. 2011)
Karbon Monoksida
Rumus Molekul
:
Karbon Monoksida
Berat Molekul
:
28.019 g/mol
Fasa ( 1 atm, 30oC )
:
Gas
Kenampakan
:
tidak berwarna
Bau
:
tidak berbau
Komposisi
:
98% CO ( minimal ) 2% H2 ( maksimal ) (Mukti W, Dina. 2011)
B. Spesifikasi Produk Asam Asetat
Rumus Molekul
:
Asam Asetat
Berat Molekul
:
60.052 g/mol
13
Fasa ( 1 atm, 30oC )
:
Cair
Kenampakan
:
Jernih tak berwarna
Bau
:
Spesifik
Komposisi
:
99% asam asetat ( minimal ) 1% H2O ( maksimal ) (Mukti W, Dina. 2011)
III. 4. Konsep Proses 1. Dasar Reaksi
Proses pembentukan asam asetat mendasarkan pada reaksi karbonilasi methanol dan merupakan rekasi katalitik homogen, dengan reaksi utama sebagai berikut : CH3OH (c) + CO (g)
CH3COOH (c)
175oC 30 atm
Selain reaksi utama, terjadi reaksi samping :
2CH3OH (g)
175oC 30 atm
CH3OCH (c) + H2O (c)
Konversi methanol sebesar 100%, 99% menjadi asam asetat dan 1% terdekomposisi menjadi dimetil eter. Untuk mengurangi terjadinya reaksi samping dan menjaga kesetimbangan maka CO yang diumpankan 15% exess. ( Encyclopedia Mc. Ketta Vol 1 hal 135) 2. Mekanisme Reaksi
Mekanisme reaksi karbonilasi methanol dengan katalis Rhodium komplek dan promoter HI adalah sebagai berikut : 1. CH3OH (c) + HI (c)
CH3I(c) + H2O(c)
2. [ Rh (CO)2I2 ]- (c) + CH3I (c)
[ CH3 Rh (CO)2I2 ]- (c)
3. [ CH3 Rh (CO) 2I2 ]- (c)
[ CH3
C O \
14
Rh (CO)I2 ]- (c)
4. [ CH3 (c)
5. [ CH3
C
Rh (CO)I2 ]- (c) + CO(c)
O C Rh (CO)2I2 ]- (c)
[ CH 3
C
Rh (CO) 2I2 ] -
O CH3COI(c) + [ Rh (CO) 2I2 ]- (c)
O 6. CH3COI(c) + H2O(c)
CH3COOH (c) + HI (c) (Sheptiana Dhinna, 2012)
III. 5. Kondisi Operasi Tinjauan Thermodinamika
Tinjauan secara thermodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi (endotermis/eksotermis) dan arah reaksi (reversible/irreversible). Reaksi utama sebagai berikut : o
CH3OH + CO
CH3COOH
Tabel 1. ∆H f dan ∆Gf pada suhu 25 oC (kal/mol)
Methanol (CH4O)(l)
CO(g)
As.Asetat (C2H4O2)(l)
∆Hf
-57.110
-26.416
-116.400
∆Gf
-39.850
-32.781
-93.800
∆HR O =
(∆Hf O C2H4O2) - (∆Hf O CH4O + ∆Hf O CO)
=
(-116.400) - (-57.110 + (-26.416))
=
-32.874 kal/mol
Dengan demikian reaksi yang berlangsung adalah reaksi eksotermis yang menghasilkan panas.
15
∆GR O =
(∆Gf O C2H4O2) - (∆Gf O CH4O + ∆Gf O CO)
=
(-93.800) - (-39.850 + (-32.781))
=
-21.169 kal/mol
ln K = -
R = 1.987 kal/mol oK
∆Go = -RT ln K ln ( K/K 1 ) = - (∆HO / R ) ( 1/T – 1/T1 ) Pada keadaan standar 298 K : K = exp. ( -∆Go / RT ) = exp. (21.169 / (1.987)x(298)) = 3.3604 x 10 15 Pada temperatur operasi 175oC = 448 K, harga dihitung dengan persamaan : ln ( K/K 1 ) = - (∆HO / R ) ( 1/T – 1/T1 ) ln ( K/3.3604x10 15 ) = - (-32.874 / 1.987 ) ( 1/448 – 1/298 ) K
= 2.8404 x 10 7
Karena harga kosntanta kesetimbangan lebih besar dari 1, maka reaksi berlangsung secara searah (irreversible). (sumber : Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics: Smith, van Ness, Abbott) Setelah mendapatkan nilai konstanta kesetimbangan (K), maka kita dapat mencari konversi dengan rumus di bawah ini:
( Levenspiel, 1999)
16
Tinjauan Kinetika
Tinjauan secara kinetika dimaksudkan untuk mengetahui pengaruh perubahan suhu terhadap kecepatan reaksi. Secara kinetika, reaksi pembentukan asam asetat merupakan reaksi orde dua dengan persamaan kecepatan reaksi 175oC 30 atm
sebagai berikut : CH3OH + CO
CH3COOH -r A = k CA CB
dimana : CA = konsentrasi methanol CB = konsentrasi CO k = konstanta kecepatan reaksi konstanta Kecepatan Reaksi : k = 3.5 x 10 6 e-61500/RT = 0.2337 lt/kmol.s (Kirk-Othmer 5th edition) Menurut persamaan Arhenius : k = A e-E/RT Dalam hubungan ini : k = konstanta kecepatan reaksi A = factor frekuensi tumbukan E = energy aktivasi
17
R = konstanta gas universal = 8.314 J/mol K T = temperature mutlak = 448 K Dari persamaan Arhenius, diketahui bahwa dengan bertambahnya suhu reaksi maka akan memperbesar harga konstanta kecepata reaksi (k), yang berarti mempercepat kecepatan reaksinya. Dilihat dari segi thermodinamika dan kinetika nampak keduanya saling bertolak belakang, maka untuk mencari suhu yang optimum perlu diperhatikan kedua segi tersebut, baik secara secara thermodinamika maupun secara kinetika. Kondisi yang relatif baik terjadi pada suhu 160-190 oC. (Encyclopedia vol 1) Kurva Temperatur versus Konversi
Pada tinjauan thermodinamika ln ( K/K 298 ) = - ∆Hr / R ( 1/T – 1/298 ) ( Levenspiel, 1957 : 472) Setelah mendapatkan nilai konstanta kesetimbangan (K), maka kita dapat mencari konversi dengan rumus dibawah ini : Xa =
(Levenspiel, 1957 : 472) Dengan nilai K adalah : ∆HR O = -32.874 kal/mol ∆GR O = -21.169 kal/mol ln K = ln K =
K = 3.3604 x 10 15 ( Levenspiel, 1999 : 72)
18
Pada T = 25 oC = 298 K ln ( K/K 298 ) = - ∆Hr / R ( 1/T – 1/298 ) ln ( K/3.3604 x 10 15 ) = 32.874 / ( 1/298 – 1/298 ) K = 3.3604 x 10 15 Xa =
=
Pada T = 100 oC = 373 K ln ( K/K 298 ) = - ∆Hr / R ( 1/T – 1/298 ) ln ( K/3.3604 x 10 15 ) = 32.874 / ( 1/373 – 1/298 ) K = 3.3231 x 10 15 Xa =
=
Pada T = 175 oC = 448 K ln ( K/K 298 ) = - ∆Hr / R ( 1/T – 1/298 ) ln ( K/3.3604 x 10 15 ) = 32.874 / ( 1/448 – 1/298 ) K = 2.8404 x 10 7 Xa =
=
= 0.999999
Pada T = 250 oC = 523 K ln ( K/K 298 ) = - ∆Hr / R ( 1/T – 1/298 ) ln ( K/3.3604 x 10 15 ) = 32.874 / ( 1/523 – 1/298 ) K = 141610.61 Xa =
=
= 0.999993
Pada T = 325 oC = 598 K ln ( K/K 298 ) = - ∆Hr / R ( 1/T – 1/298 ) ln ( K/3.3604 x 10 15 ) = 32.874 / ( 1/598 – 1/298 )
19
K = 2670.007 Xa =
=
= 0.999625
Pada T = 400 oC = 673 K ln ( K/K 298 ) = - ∆Hr / R ( 1/T – 1/298 ) ln ( K/3.3604 x 10 15 ) = 32.874 / ( 1/673 – 1/298 ) K = 123.0433 Xa =
=
= 0.991938
Pada T = 475 oC = 748 K ln ( K/K 298 ) = - ∆Hr / R ( 1/T – 1/298 ) ln ( K/3.3604 x 10 15 ) = 32.874 / ( 1/748 – 1/298 ) K = 10.4587 Xa =
=
= 0.912730
Tabel Perbandingan temperature terhadap nilai konversi pada tinjauan thermodinamika T (Kelvin)
Konversi (Xa)
298
1
373
1
448
0.999999
523
0.999993
598
0.999625
673
0.991938
748
0.912730
20
Dari perhitungan dan table di atas, maka akan didapatkan grafik seperti di bawah ini.
1
1.01 1 0.99 0.98 ) a 0.97 X ( i 0.96 s r e 0.95 v n o 0.94 k 0.93 0.92 0.91 0.9
1
0.999993
0.999625 0.991938
0.999999
0.91273 0
100
200
300
400
500
600
700
800
Temperature (K)
Grafik Hubungan Temperatur Dengan Nilai Konversi Pada Tinjauan Thermodinamika
Tinjauan Kinetika
Reaksi Utama: CH3OH
(c)
+
CO
o
(g)
175 C , 30 atm
CH3COOH (c)
Berdasarkan hokum Arhenius, didapatkan nilai konstanta kecepatan reaksi yang merupakan fungsi suhu. Setelah mendapatkan nilai k, hubungan dengan konversi dapat dinyatakan dengan rumus : k = A.e-Ea/RT (mencari nilai k dari fungsi suhu) Xa = 1 – e-kt (setelah mendapatkan k, cari Xa) dengan waktu (t) = 1 menit / 60 detik (Levenspiel, 1957 : 472)
21
k = 3.5 x 106 e(-61500J/RT) k = 3.5 x 106 e(-14760Cal/RT) A = 3.5 x 10 6 (Kirk Othmer, vol 4, edisi 4, hal 334)
Pada T = 25 oC = 298 K , t = 60 detik k = 3.5 x 10 6 e(-14760/RT) k = 3.5 x 10 6 e-14760/(1.987)(298) k = 5.228 x 10 -5 Xa = 1 – e-kt Xa = 1 – e-(5.228x10^-5) x (60) Xa = 3.132 x 10 -3
Pada T = 50 oC = 323 K, t = 60 detik k = 3.5 x 10 6 e-14760/(1.987)(323) k = 3.60 x 10 -4 Xa = 1 – e-kt Xa = 1 – e-(3.60x 10^-4)(60) Xa = 0,021
Pada T = 75 oC = 348 K, t = 60 detik k = 3.5 x 10 6 e-14760/(1.987)(348) k = 1.878 x 10 -3 Xa = 1 – e-kt Xa = 1 – e-(1,878x10^-3)(60) Xa = 0,106
Pada T = 100 oC = 373 K, t = 60 detik k = 3.5 x 10 6 e-14760/(1.987)(373) k = 7.854 x 10 -3 Xa = 1 – e-kt Xa = 1 – e-(7.854x10^-3)(60) Xa = 0,376
22
Pada T = 125 oC = 398 K, t = 60 detik k = 3.5 x 10 6 e-14760/(1.987)(398) k = 0,027 Xa = 1 – e-kt Xa = 1 – e-(0,027)(60) Xa = 0,802
Pada T = 150 oC = 423 K, t = 60 detik k = 3.5 x 10 6 e-14760/(1.987)(423) k = 0,083 Xa = 1 – e-kt Xa = 1 – e-(0,083)(60) Xa = 0,993
Pada T = 175 oC = 448 K, t = 60 detik k = 3.5 x 10 6 e-14760/(1.987)(448) k = 0,22 Xa = 1 – e-kt Xa = 1 – e-(0,22)(60) Xa = 0,999
Pada T = 200 oC = 473 K, t = 60 detik k = 3.5 x 10 6 e-14760/(1.987)(473) k = 0,529 Xa = 1 – e-kt Xa = 1 – e-(0,529)(60) Xa = 1
Pada T = 225 oC = 498 K, t = 60 detik k = 3.5 x 10 6 e-14760/(1.987)(498) k = 1,164 Xa = 1 – e-kt Xa = 1 – e-(1,164)(60) Xa = 1
23
Tabel 3. Perbandingan Temperature Terhadap Nilai Konversi Pada Tinjauan Kinetika T(Kelvin)
Konversi (Xa)
298
3.132 x 10 -
323
0,021
348
0,106
373
0,376
398
0,802
423
0,993
448
0,999
473
1
498
1
1
0.993
0.999
1
1
423
448
473
498
0.802 0.8 ) a X ( i s r e v n o K
0.6 0.376 0.4 0.106
0.2
0.003132 0.021
0 273
298
323
348
373
398
Suhu (Kelvin)
Grafik Hubungan Temperature Terhadap Nilai Konversi Pada Tinjauan Kinetika
Dari grafik di atas dapat di simpulkan bahwa berdasarkan tinjauan kinetika, semakin tinggi suhu maka konversi yang diperoleh akan semakin besar. Berikut ini adalah grafik hubungan antara konversi terhadap suhu pada tinjauan thermodinamika dan kinetika:
24
Grafik hubungan antara konversi terhadap suhu pada tinjauan thermodinamika dan kinetika
Dari hasil perhitungan kami, berdasarkan tinjauan termodinamika dan tinjauan kinetika, diperoleh bahwa kondisi optimum pembuatan asam asetat adalah pada suhu 448 K dan konversi maksimumnya adalah 99%. Berdasarkan data yang kita dapat dan referansi kondisi operasi kita dapat menghitung %error sebagai berikut :
Jadi data yang kita dapat sudah sesuai dengan referansi Sedangkan pada referensi dinyatakan bahwa untuk rancanganpabrik Perusahaan
Monsanto
di
Texas
City
pabrik
asam
asetat
yang
menggunakan proses Monsanto dengan spesifikasi kondisi proses sebagai berikut:
Proses: Monsanto Keunggulan dari metode ini ialah dapat dijalankan pada tekanan yang
rendah.
Bahan
dasar
dari
pembuatan
asam
asetat
menggunakan metode ini ialah methanol. Prinsip pembuatannya ialah methanol direaksikan dengan gas COmenghasilkan asam
25
asetat difasilitasi katalis rhodium. Sebelumnya pembuatan asam asetat dengan teknik BASF dapat dilakukan dengan menggunakan katalisrhodium
Temperature reaksi: 175oC (448 K)
Tekanan: 200 - 1800 lb/in 2 Tekanan yang digunakan adalah 200-1800 lb/in 2atau setara dengan 13,6 – 122,5 atm
Reaktor: CSTR (Continue Stirred Tank Reactor)
Waktu reaksi: 1 menit (60 detik)
Nilai konversi: 99% Dengan adanya katalis rhodium, tekanan 200-1800, pada suhu 150oC (423 K) dapat menghasilkan nilai konversi (X) sebesar 99%
Katalis: Rhodium, cis-[Rh(CO)2I2]-
Katalis Carbonylation terdiri daridua komponen utama yaitu rhodium kompleks yang larutdan iodida promotor. Proses yang terjadi ialah; pertama methanol dimasukkan dalam tangki reaktor dan direaksikan dengan HI. Siklus katalitik dimulai dengan penambahan oksidatif metil iodida ke dalam [Rh(CO) 2I2]- sehingga terbentuk kompleks [MeRh(CO)I3]Kemudian
dengan
cepat
CO
pindah
berikatan
dengan
CH 3
membentuk. Setelah itu direaksikan dengan karbon monoksida, dimana gas CO berkoordinasi sebagai ligan dalam kompleks Rh, menjadi rhodium-alkil kemudian membentuk ikatan menjadi kompleks asil-rhodium (III). Dengan terbentuknya kompleks maka gugus CH 3COI mudah lepas. Kompleks ini kemudian direduksi menghasilkan asetil iodide dan katalis rhodium yang terpisah. Dalam Reaktor ini bekerja suhu 175 0C dan tekanan 30 atm. Asetil iodida yang terbentuk kemudian dihidrolisis dengan H 2O menghasilkan CH3COOH dan HI.
26
Sehingga dapat disimpulkan bahwa kondisi optimum dan konversi maksimal yang diperoleh dari perhitungan tidak jauh berbeda dengan kondisi yang terdapat pada referensi.
27
28
BAB IV PENUTUP
IV. 1 Kesimpulan
1. Pabrik asam asetat dirancang dengan kapasitas 15.000 ton/tahun. 2. Pabrik Asam asetat akan didirikan di Bontang, Kalimantan Timur 3. Dasar reaksi yang digunakan dalam perancangan pabrik asam asetat yaitu reaksi karbonilasi metanol. 4. Kondisi optimal reaktor pembuatan asam asetat yaitu pada suhu 150oC (423 K) karena pada suhu tersebutlah secara tinjauan termodinamika maupun tinjauan kinetika menghasilkan reaksi yang optimal 5. Kondisi operasi optimal dari pabrik asam asetat yaitu menggunakan proses monsanto,
temperatur
reaksi
150oC
(423
K),
tekanan
25
atm,
menggunakan reaktor CSTR (Continue Stirred Tank Reactor), waktu reaksi 1 menit, nilai konversi 99%, dan menggunakan katalis Rhodium,
BAB IV PENUTUP
IV. 1 Kesimpulan
1. Pabrik asam asetat dirancang dengan kapasitas 15.000 ton/tahun. 2. Pabrik Asam asetat akan didirikan di Bontang, Kalimantan Timur 3. Dasar reaksi yang digunakan dalam perancangan pabrik asam asetat yaitu reaksi karbonilasi metanol. 4. Kondisi optimal reaktor pembuatan asam asetat yaitu pada suhu 150oC (423 K) karena pada suhu tersebutlah secara tinjauan termodinamika maupun tinjauan kinetika menghasilkan reaksi yang optimal 5. Kondisi operasi optimal dari pabrik asam asetat yaitu menggunakan proses monsanto,
temperatur
reaksi
150oC
(423
K),
tekanan
25
atm,
menggunakan reaktor CSTR (Continue Stirred Tank Reactor), waktu reaksi 1 menit, nilai konversi 99%, dan menggunakan katalis Rhodium, cis-[Rh(CO)2I2]-.
IV. 2 Saran
A. Saran untuk produsen : 1. Letak pasar Tujuan lokasi pabrik mendekati pasar adalah untuk menghemat biaya distribusi dan agar produk dapat cepat sampai ke konsumen. 2. Letak sumber bahan baku Bahan baku merupakan kebutuhan utama bagi suatu produksi sehingga pengadaanya harus benar-benar diperhatikan. Bahan baku utama dalam memproduksi asam asetat berupa methanol dan karbon monoksida yang dapatdiperoleh di daerah tersebut. 3. Fasilitas Transportasi Sarana transportasi sangat penting berkaitan dengan kelancaran penyediaan bahan baku dan pemasaran produk. 4. Kebutuhan Utilitas
29
Sarana utilitas utama yang diperlukan bagi kelancaran produksi asam asetat adalah kebutuhan energi listrik dan air. Kebutuhan energi listrik pabrik asam asetat ini dirancang untuk menggunakan sumber listrik dari PLN. Disamping itu juga tersedia unit generator untuk keadaan darurat. Kebutuhan air dalam jumlah besar antara lain untuk pendingin, bahan baku, steam dan lain lain dapat dipenuhi oleh pihak pengelola kawasan industri yang diperoleh dari sumber air tanah maupun pengolahan air laut. Karena itu pabrik sebaiknya terletak dekat dengan
sumber
air.
Untuk
mengantisipasi
terhadap
fruktuasi
persediaan air. 5. TenagaKerja Jumlah dan tipe buruh yang tersedia disekitar lokasi pabrik harus diperiksa, juga perlu dipertimbangkan gaji minimum di daerah tersebut, jumlah waktu kerja, adanya industri lain di daerah tersebut, keanerakaragaman ketrampilan, pendidikan masyarakat sekitar dan lain-lain. Sumber
:
http://eprints.undip.ac.id/36398/1/67EXECUTIVE_SUMMARY.pdf
B. Saran untuk konsumen : 1. Penanganan dan Penyimpanan -
Tindakan pencegahan: Jauhkan dari panas. Jauhkan dari sumber api. Tanah semua bahan peralatan yang berisi. Jangan menelan. Tahan nafas jika berhadapan dalam bentuk gas / asap / uap / semprotan. Jangan pernah menambahkan air pada produk ini. Dalam hal ventilasi cukup, pakai pernapasan yang sesuai peralatan. Jika tertelan, segera dapatkan saran medis dan tunjukkan wadah atau label. Hindari kontak dengan kulit dan mata. Jauhkan dari incompatibles sepertia genoksidasi, mengurangi agen, logam, asam, alkali.
30
-
Penyimpanan: Simpan dalam area terpisah dan disetujui. Simpan wadah di tempat yang sejuk dan berventilasi cukup. Simpan wadah tertutup rapat dan disegel sampai siap untuk digunakan. Hindari semua sumber-sumber pengapian (percikan atau api).
2. Bagi yang Memiliki Alergi atau Sensitif terhadap Asam Asetat Untuk yang memiliki alergi asam asetat, perlu memperhatikan dampak penggunaan asam asetat terhadap kesehatan. Misalnya : -
Potensi Efek Kesehatan Akut: Berbahaya jika terkena kulit, mata ,terelan, terhirup. Jika terkena gas tersebut dapat mengakibatkan kerusakan jaringan terutama pada selaput lender mata, mulut dan saluran pernapasan. Tersentuh dengan kulit dapat menghasilkan luka bakar. Terhirup gas tersebut akan menghasilkan iritasi pada saluran pernapasan, yang ditandai dengan batuk, tersedak, atau sesak napas. Radang pada mata ditandai dengan mata kemerahan, penyiraman, dan gatal. Radang kulit yang ditandai dengan gatal, merah pada kulit.
-
Potensi Efek Kesehatan Kronis: Berbahaya
jika
terkena
kulit,
tertelan,
terhirup.
Efek
mutagenik: mutagenic untuk selsomatik mamalia, mutagenic untuk bakteri dan ragi. Substansi mungkin beracun untuk ginjal, mukosa, selaput, kulit, gigi. Jika terkena zat ini secara berkelanjutan dapat merusak organ saraf. Terkena dalam waktu yang lama dengan zat tersebut dapat menghasilkan iritasi mata kronis dan iritasi kulit yang parah, menyebabkan iritasi saluran pernapasan, menyebabkan serangan infeksi bronkus.
3. Tindakan Pertolongan Pertama Apabila Ada Kecelakaan Asam Asetat -
Mata : Jika terkena mata segera siram dengan air bersih. Dan hubungi petugas medis segera.
31
-
Kulit : Jika terkena kulit, segera basuh kulit dengan air sedikitnya selama 15 menit. Dapatkan perawatan medis dengan segera.
-
Terhirup : Jika terhirup, segera cari tempat yang mengandung udara bersih. Jika pingsan, berikan pernapasan buatan. Jika sulit bernapas, berikan oksigen. Dapatkan medis perhatian segera.
-
Tertelan : Diusahakan untuk tidak memuntahkannya kecuali bila diarahkan oleh petugas medis. Jangan pernah memberikan apapun melalui mulut kepada orang yang pingsan. Longgarkan pakaian yang ketat seperti kerah, dasi, ikat pinggang atau ikat pinggang. Dapatkan bantuan medis jika gejala muncul.
4. Apabila Terjadi Tumpahan dan Kebocoran -
Tumpahan Kecil: Encerkan dengan air dan mengepel, atau menyerap dengan bahan inert dan tempat kering dalam wadah pembuangan limbah yang baik. Jika diperlukan, netralisir residu dengan larutan encer natrium karbonat.
-
Tumpahan Besar: Mudah terbakar cair. Korosif cair. Jauhkan dar ipanas. Jauhkan dari sumber api. Hentikan kebocoran jika tanpa risiko.
-
Jika Produk dalam Bentuk Padat: Gunakan sekop untuk menaruh materi ke dalam wadah pembuangan limbah nyaman.
-
Jika Produk dalam Bentuk Cair: Menyerap dengan pasir atau nonmateri yang mudah terbakar. Jangan sampai air di dalam kontainer. Menyerap dengan bahan inert dan menempatkan bahan yang tumpah dalam pembuangan limbah yang baik. Jangan menyentuh bahan tumpah. Gunakan air semprot tirai untuk mengalihkan melayang uap. Mencegahnya masuk ke dalam selokan, ruang bawah tanah atau daerah terbatas, tanggul jika diperlukan. Meminta bantuan bila dibuang. Menetralisir residu dengan larutan encer natrium karbonat. Hati-hati bahwa produk tidak hadir pada
32
konsentrasi tingkat di atas NAB. Periksa NAB pada MSDS dan dengan pemerintah setempat. Sumber : http://mbingboo29.blogspot.com/2012/05/asam-asetat-msds.html C. Saran untuk peneliti : 1. Melanjutkan penelitian pemanfaatan asam asetat dalam segala aspek kehidupan manusia. 2. Mencari alternatif bahan baku dari pembuatan asam asetat.
33
