TUGAS PERANCANGAN PERANCANGAN PROSES TEKNIK KIMIA ”FLOWSHEET PROSES”
Disusun oleh : OKKY RIZKY SINAGA
(0907114241) (0907114241 )
ARI WIBOWO HARAHAP
(0907135919)
KHAMALUDDIN ADITYA (0907133051)
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAU PEKANBARU 2013
BAB 1 DESKRIPSI PROSES
1.1 Teknologi Proses
The Lurgi Mega Methanol (LMM) The Lurgi Mega Methanol (LMM) adalah teknologi proses yang mengubah methanol
menjadi propilen ( methanol to propylene / MTP ) dengan menggunakan fixed bed reactor pada 0
0
tekanan 1,3-1,6 bar dan temperature 420 C- 490 C. Katalis yang dapat digunakan adalah alumino silicate dalam bentuk zeolit yang memiliki selektivitas tinggi untuk propilen. Produk sampingnya berupa bensin dengan bilanggan oktan tinggi , LNG, dan fuel gas. Teknologi proses yang kami gunakan adalah teknologi lurgi MTP dengan katalis berupa zeolit berjenis ZSM-5 yang dikembangkan oleh National Petrochemical Company (NPC) yang kemudian dinamakan NPC-RT Catalyst . Kelebihan menggunakan proses ini adalah : High Yield (hingga 65 % mole untuk basis C) 1. Proses sederhana ( biaya produksi rendah ) 2. Menggunakan sistem fixed-bed adiabatic reactor yang sederhana 3. Purification section yang sederhana dan telah dikenal luas 4. Kondisi operasi sedang 5. Produk samping yang bernilai jual cukup tinggi (Fuel gas, LNG, Gasoline,)
1.2 Uraian proses 1.2.1 Reaksi
Secara sederhana proses reaksi dapat dilihat pada flow diagram dibawah.
Fuel gas DME MeOH
Propylene
CH3OH
Water Gasoline
LNG
Water
Reaksi yang berlangsung :
2 CH3OH
CH3OCH3 + H2O
a CH3OCH3
(Pre-reaction)
a CnH2n + a H2O
(Propylene reaction)
Konversi dari reaksi ini dapat dilihat pada tabel 2. 1. Tabel 2.1 Komponen
Konversi ( % berat)
Fuel gas
0.72
Bensin
5.71
LPG
1.44
Propilen
20.73
air
71.4
Block Flow Diagram secara keseluruhan dapat dilihat di bawah ini
MeOH, DME MeOH, DME
Reaktor
Separator
Water
MeOH Storage Tank
Compresor
Unit Purification
Gasoline
LPG Propylene
Water Storage Tank
Gasoline Storage Tank
LPG Storage Tank
Propylene Storage Tank
1.3 Uraian Proses
Tahapan proses pembuatan propylene dari methanol yaitu, metanol (MeOH) sebagai bahan baku masuk ke dalam DME reaktor bersama dengan katalis yang digunakan, reaksi berlangsung selama 30 menit dengan suhu 573,15K. Setelah terbentuk DME kemudian dilanjutkan ke reaktor MTP dengan suhu operasi 673 K dan tekanan 3 bar. Produk dari reactor masuk ke dalam separator, di dalam separator produk tersebut dipisahkan menjadi 3 aliran. Aliran 1 berupa methanol dan dimetil eter (DME) yang kemudian akan direcyle kembali ke dalam reactor. Aliran 2 berupa air hasil reaksi yang akan digunakan untuk steam dan air pendingin. Aliran 3 merupakan produk utama yang yang masih tersisa sedikit pengotor.Aliran 3 hasil dari separator akan masuk ke kompresor yang kemudian akan dikompresi menuju unit purification. Di dalam unit purification aliran 3 akan dimurnikan sehingga menghasilkan keluaran berupa propylene, gasoline, dan LPG dan pengotor berupa sisa-sisa methanol dan dimetil eter. Metanol dan dimetil eter direcyle kembali menuju reactor dan propylene, gasoline serta LPG akan disimpan di storage masing-masing. 1.4 Gross Profi t M argin (GPM)
Tahap awal pra rancangan pabrik perlu dilakukan studi kelayakan. Studi tersebut yaitu analisa Gross Profit Margin (GPM). Untuk analisis GPM pabrik propylene dari methanol ini dapat dilihat pada tabel 1.3. Tabel 1.3 Analisa Gross Profit Margin (GPM)
3CH3OH
C3H6
3 H2O
+
Mol
-1
0,333
1
BM
32,042
42,08
18
Kg/Kg
2,284
1
1,283
3672,9
13683,12
0
C3H6 Rp/Kg
Yield Propylene = 65% mol
Persamaan reaksi berdasarkan stoikiometri reaksi: CH3OH
0,65 C3H6 + 0,35 H2O
H2O produk tidak punya nilai eknomi, maka GPM: Berat molekul Methanol
: 32,04 g/mol
Berat molekul Propylene
: 42,08 g/mol
Yield Propylene = 65% mol GPM
= [0,65 x Rp 575,78/mol] – [1 x Rp 117,68/mol] = Rp 256,58/mol Propylene
Analisa GPM menunjukkan dari penjualan 1 kg produk didpatkan GPM sebesar Rp 6098/kg propylene. Analisa yang didapat bernilai positif sehingga dapat disimpulkan pabrik layak didirikan.
1.5 Pemilihan proses batch vs continiue
Faktor diperlukannya operasi Batch : 1. Laju Produk 6
a. Kadang kala batch jika kurang dari 10 x 10 lb/yr 6
b. Umumnya batch jika kurang dari 1 x 10 lb/yr c. Pabrik dengan berbagai Produk 2. Keinginan Pasar a. Produksi yang musiman b. Umur produk yang singkat 3. Permasalahan Scale-up a. Waktu reaksi yang sangat lama b. Penanganan slurries pada laju alir rendah c. Terjadinya kerak yang sangat cepat
( Douglas 1988, hal 111 )
Pertimbangan : 1. Laju Produk 6
a. Kadang kala batch jika kurang dari 10 x 10 lb/yr 6
b. Umumnya batch jika kurang dari 1 x 10 lb/yr c. Pabrik dengan berbagai Produk 8
Laju produk propilen yang ingin dihasilkan adalah 1.5 x 10 lb/tahun .
Pabrik hanya memproduksi propilen
2. Keinginan Pasar a. Produksi yang musiman b. Umur produk yang singkat
Produksi propilen dilakukan terus menerus. Selain karena permintaan pasar yang cukup tinggi, propilen adalah produk industri yang san gat dibutuhkan setiap saat.
Propilen sebagai produk dapat disimpan pada jangka waktu yang lama.
3. Permasalahan Scale-up a. Waktu reaksi yang sangat lama b. Penanganan slurries pada laju alir rendah c. Terjadinya kerak yang sangat cepat
Reaksi tidak berjalan dalam watu lama yaitu 1 jam
Reaksi berlangsung dalam fasa gas, reaktan dan produk tidak menyebabkan kerak
Kesimpulan: Dari beberapa pertimbangan diatas, tidak didapat faktor yang mengarah diperlukannya operasi secara batch, Oleh karena itu, “Operasi dijalankan dalam kondisi Countinuous”
1.6. Struktur Input-Output Flowshet Masukan Reaktor
Tujuan
Keluaran reaktor
Tujuan
Methanol
Reaktor
DME
Recycle
Dimetil eter (DME)
Reaktor
Methanol
Recycle
Propylen
Produk utama menuju tangki penyimpanan untuk dijual.
LNG
Produk samping bernilai jual tinggi, menuju ke tangki penyimpanan untuk dijual
Gasoline
Produk samping bernilai jual tinggi, menuju ke tangki penyimpanan untuk dijual
H2O
Tangki umpan boiler
Pertimbangan : a. Metanol yang tidak terkonversi 19,74 % atau setara dengan 9478 Kg /jam, dengan nilai Rp. 146.000.000/tahun . sehingga “ Metanol Lebih Baik Jika Di Recycle” b. DME yang tidak terkonversi 0.6 % tau setara dengan 280.94 kg/ jam atau setara Rp 10.000.000/ tahun. Sehingga “ DME Lebih Baik Jika Di Recycle” c. Air merupakan produk samping yang harus disingkirkan agar didapat asam glutamat pekat, sehingga air harus dipisahkan dari produk keluaran reaktor, namun air dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan utilitas. Sehingga “Air dapat dipergunakan untuk utilitas”
d. Gasoline merupakan produk samping bernilai jual tinggi sehingga dapat “Gasoline dipisahkan dari reaktannya untuk disimpan kemudian di dijual” e. LPG merupakan produk samping bernilai jual tinggi sehingga dapat ““LPG dipisahkan dari reaktannya untuk disimpan kemudian di dijual” f.
Propilen adalah produk utama, karena konversi reaktor yang masih menyisakan reaktan,
asam glutamat harus dimurnikan dan dipisahkan. S ehingga “Asam glutamat dipisahkan dari reaktannya untuk disimpan kemudian di dijual” Kesimpulan : 1. “ Metanol dan DME lebih baik jika di r ecycle” 2.
“Air dapat dipergunakan untuk utilitas”
3. “ Propilen, gasoline dan lpg dipisahkan dari reaktannya untuk disimpan kemudian di dijual”
1.7 Perancangan pemisahan Keluaran reaktor
Fasa
Fuel gas(C2)
Gas
Propylene
Senyawa
o
Rumus molekul
Titik didih ( C)
Ethane (C2)
C2H6
-89
Gas
Propilen
C3H6
-47.8
LPG (C3)
Gas
Propane (C3)
C3H8
-42
DME
Gas
DME
C2H6O
-23.6
LPG (C4)
Gas
Butane (C4)
C4H10
-0.5
Gasoline (C5)
Gas
Pentane (C5)
C5H12
36
Methanol
Gas
Metanol
CH4O
65
Water
Gas
Water
H2O
100
Heuristic 1 : “Lightest First” ( “ zat yang paling ringan pertama” )
( Douglas 1988, Tabel 7.3-4 )
Dari data fasa zat-zat keluaran reaktor di dapat bahwa terdapat perbedaaan volatilitas yang tinggi antara methanol, air dan gasoline (C5 ) dengan keluaran reaktor yang lain, oleh karena itu dilakukan pemisahan 3 fasa keluaran.
Fuel gas LPG DME
Gasoline CT-101
Methanol Water
Pemilihan alat pemisahan berdasarkan beberapa pertimbangan antaran lain : 1. Fasa keluaran berupa gas 2. Perbedaaan volatilitas methanol dan air dengan keluaran reaktor yang lain cukup tinggi 3. Keluaran reaktor memiliki suhu yang tinggi 500 oC Oleh karena itu proses pemisahan yang digunakan adalah proses pendinginan. Alat yang digunakan adalah cooling tower dikarenakan untuk mendinginkan keluaran hingga mencapai temperature 35 oC dapat menggunakan air pendingin Aliran masuk dan keluar cooling tower CT-101 dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 1.6 Aliran masuk dan keluar cooling tower
Umpan CT-101
Keluaran CT-101
Bawah
Tengah
Atas
Fuel gas(C2)
-
-
Fuel gas(C2)
Propylene
-
-
Propylene
LPG (C3)
-
-
LPG (C3)
DME
-
-
DME
LPG (C4)
-
Gasoline (C5)
-
LPG (C4) Gasoline (C5)
Gasoline (C5)
Methanol
Methanol
-
-
Water
Water
-
-
Aliran atas akan menuju DME removal, aliran tengah menuju tangki penyimpanan gasoline dan aliran bawah menuju methanol recovery destilation.
Heuristic 2 : “ Most Plentiful First “ ( “ yang paling banyak pertama “ )
( Douglas 1988, Tabel 7.3-4 )
Untuk aliran atas Aliran atas menuju destilator DME removal dimana propylene merupakan keluaran dengan massa terbesar sehingga propylene menjadi light key component dan propane menjadi heavy key component. Keluaran DME removal Umpan DME removal
Atas
Bawah
-
Fuel gas(C2)
-
Propylene
Light key
Propylene
Propylene
LPG (C3)
Heavy key
-
LPG (C3)
DME
-
-
DME
LPG (C4)
-
-
LPG (C4)
Gasoline (C5)
-
-
Gasoline (C5)
Fuel gas(C2)
Aliran atas akan menuju deetanizer dan aliran bawah akan menuju LPG desatilation 1
Untuk Bawah
Aliran bawah menuju methanol recovery destilation Keluaran DME removal Umpan DME removal
Atas
Bawah
-
Fuel gas(C2)
-
Propylene
Light key
Propylene
Propylene
LPG (C3)
Heavy key
-
LPG (C3)
DME
-
-
DME
LPG (C4)
-
-
LPG (C4)
Gasoline (C5)
-
-
Gasoline (C5)
Fuel gas(C2)
