PERANCANGAN PROSES KIMIA STYRENE
Disusun Oleh : Agus Agus Riyan Riyanto to Poerw Poerwopr opraj ajit itno no
NIM. NIM.210 210301 301101 101200 20039 39
Muhammad Yu Yusuf Za Zaky
NIM.21030110120040
Yohan Ade Sugiarto
NIM.21030110120041
Riza Widhy Kusumo
NIM.21030110120044
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2013
BAB I PENDAHULUAN
I.1Latar Belakang
Perkembangan Industri sebagai bagian dari usaha ekonomi jangka panjang diarahk diarahkan an untuk untuk mencipt menciptakan akan struktur struktur ekonomi yang lebih lebih baik dan seimbang seimbang yaitu yaitu struktur ekonomi dengan dititik-beratkan dititik-beratkan pada industri maju yang didukung oleh ekonomi yang tangguh. Indonesia saat ini tengah memasuki era globalisasi dalam segala bidang yang menuntut tangguhnya sektor industri dan bidang–bidang lain yang saling menunjang. Hal ini tentunya memacu kita untuk lebih meningkatkan dalam melakukan terobosanterobos terobosan an baru sehingga sehingga produk produk yang dihasilkan dihasilkan mempuny mempunyai ai daya saing, saing, efisien efisien dan efektif, disamping itu haruslah tetap akrab dan ramah terhadap lingkungan. Mena enangga nggap pi
sit situasi asi
terse rsebut but
dan dan
dal dalam
upay paya
untu ntuk
mengur nguraangi ngi
keter ketergan gantu tunga ngan n impor importt produk produk petrok petrokim imia ia,, pemeri pemerint ntah ah mene meneta tapka pkan n peratu peraturan ran yang yang mendorong perkembangan industri tersebut. Sejalan dengan itu industri petrokimia di Indonesia seperti industri Styrene Monomer, juga turut berkembang. Hal ini terutama dise diseba babk bkan an oleh oleh maki makin n
meni mening ngka katn tnya ya perm permin inta taan an prod produk uk–p –pro rodu duk k
plas plasti tik k
yang yang
menggunakan bahan dasar Styrene Monomer. Kegunaan utamanya adalah sebagai zat antara antara untuk untuk pembuat pembuatan an senyawa senyawa kimia kimia lainnya lainnya dan untuk untuk memperk memperkuat uat industri industri hilir hilir seperti : 1. Polystyrene Polystyrene (PS), industri ini merupakan konsumen terbesar Styrene Monomer karena untuk menghasilkan menghasilkan 1 ton Polystyrene diperlukan diperlukan 950 kg Styrene Monomer. Kegunaannya untuk membuat general purpose polystyrene (HIPS). 2. Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) , industri ini mengkonsumsi 600 kg Styrene Monomer untuk menghasilkan 1 ton ABS. Kegunaannya untuk pembuatan plastik keras bagi komponen mobil, gagang telpon, pipa plastik, dll. 3.
industr trii ini mengk mengkons onsum umsi si 550 kg Styre Styrene ne Styren Styrenee Butadi Butadiena ena Latex Latex (SBL), (SBL), indus Monomer untuk menghasilkan 1 ton SBL .Kegunaannya untuk pembuatan pelapis kertas dan pelapis karet.
4. Impact Polystyrene Rubber (IPR), industri auto mobil. 5. Styrene Butadiene Rubber (SBR), digunakan dalam industri ban, radiator, heater, dan sebagainya. Styrene Monomer adalah anggota dari kelompok aromatik monomer tak jenuh yang mempunyai rumus molekul C6H5C2H5 dan mempunyai nama lain cinnomena. Teknologi
pembuatan Styrene Monomer pada mulanya kurang diminati sebab produk polimer yang dihasilkan rapuh dan mudah patah, kemudian baru pada tahun 1937 pabrik Badische Aniline Soda Fabrics (BASF) memperkenalkan terobosan baru dalam bidang teknologi pembuatan
Styrene
Monomer
dengan
proses Dehidrogenasi
dari
bahan
baku
Ethylbenzene. Keduanya memproduksi Styrene Monomer dengan kemurnian yang tinggi yang dapat menjadi polimer yang stabil dan tidak berwarna. Sejak perang dunia II Styrene Monomer menjadi sangat penting karena kebutuhan akan karet sintetis semakin meningkat, sehingga dibuatlah produk Styrene Monomer secara komersial dalam skala besar. Sejak itu produksi Styrene Monomer menunjukkan peningkatan yang pesat dan karena kebutuhan akan Styrene Monomer terus meningkat, maka dewasa ini semakin dikembangkan proses pembuatannya yang lebih efisien dan modern. Oleh sebab itu akan sangat menguntungkan apabila saat ini mendirikan pabrik Styrene Monomer. Sampai akhir tahun 2003, di Indonesia baru terdapat satu buah pabrik yang memproduksi Ethylbenzene sebagai bahan baku pembuatan Styrene Monomer, yaitu PT. Styrindo Mono Indonesia (PT SMI) yang juga memproduksi Styrene Monomer dengan kapasitas 340.000 ton/tahun. Untuk memenuhi kebutuhan Ethylbenzene berasal dari PT Styrindo Mono Indonesia (PT SMI). Berdasarkan diskripsi diatas dilihat lebih jauh akan keuntungan pendirian pabrik Styrene Monomer yaitu dari perbandingan harga bahan baku dan hasil produknya. Menurut data diperoleh data harga bahan baku (Ethylbenzene) yaitu US$ 386/ton sedangkan harga produk yang dihasilkan (Styrene Monomer) yaitu US$ 990/ton. Apabila dilihat dari Nexant, total growth diperkirakan untuk styrene monomer di Indonesia sendiri sebesar 6.2% dalam kurun waktu 2012-2018(estimate). Sehingga diperkirakan pada tahun 2018 di Indonesia adalah sebesar 126 ribu ton. Selain itu, kebutuhan styrene dunia khususnya di Asia juga mengalami peningkatan sehingga potensi styrene untuk diekspor sangatlah besar. Tabel 1.1 Kebutuhan Styrene Indonesia
Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa kebutuhan styrene terus mengalami peningkatan setiap tahunnya. Apabila dilihat dari Nexant, total growth diperkirakan untuk styrene monomer di Indonesia sendiri sebesar 6.2% dalam kurun waktu 20122018(estimate). Tabel 1.2 Kebutuhan Styrene Indonesia hingga 2018 Tahun Jumlah(ton) 2010 78074,63451 2011 82915,26185 2012 88056,00808 2013 93515,48059 2014 99313,44038 2015 105470,8737 2016 112010,0679 2017 118954,6921 2018 126329,883 (PT Chandra Asri, 2012) Sehingga diperkirakan pada tahun 2018 di Indonesia adalah sebesar 126 ribu ton. Selain itu, kebutuhan styrene dunia khususnya di Asia juga mengalami peningkatan sehingga potensi styrene untuk diekspor sangatlah besar.Oleh karena itu perlu upaya untuk meningkatkan produksi styrene, salah satunya dengan mendirikan pabrik styrene baru di Indonesia.
I.2 Tujuan
Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah : 1. Mengetahui macam proses pembuatan styrene 2. Mengetahui reaksi yang terjadi dalam proses pembuatan styrene 3. Mengetahui rancangan proses kimia pada pembuatan styrene.
I.3 Manfaat
Manfaat yang dapat diperoleh dari makalah ini adalah tersedianya informasi mengenai pabrik styrene sebagai intermediet sehingga dapat menjadi referensi untuk pendirian suatu pabrik styrene.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Spesifikasi Bahan dan Produk a) Spesifikasi Bahan Baku Ethylbenzene Tabel 2.1 Spesifikasi Bahan Baku Density at 15 ◦C
0.87139 g/cm3
Density at 20 ◦C
0.8670 g/cm3
Density at 25 ◦C
0.86262 g/cm3
mp
−94.949 ◦C
bp at 101.3 kPa
136.2◦C
Refractive index at 20 ◦C
1.49588
Refractive index at 25 ◦C
1.49320
Critical pressure
3609 kPa (36.09 bar)
Critical temperature
344.02 ◦C
Flash point
15 ◦C
Autoignition temperature
460 ◦C
Flammability limit lower
1.0%
Flammability limit upper
6.7%
Latent heat fusion
86.3 J/g
Latent heat vaporization
335 J/g
Heating value, gross
42 999 J/g
Heating value, net
40 928 J/g
Kinematic viscosity at 37.8 ◦C
0.6428×10−6 m2/S
Kinematic viscosity at 98.9 ◦C
0.390×10−6 m2/S
Surface tension
28.48 mN/m
Specific heat capacity ideal gas, 25 ◦C
1169 J kg−1 K −1
Specific heat capacity Ideal liquid, 25 ◦C
1752 J kg−1 K −1
Acentric factor
0.3026
Critical compressibility
0.263
Purity
Min 99.85%w
Benzene
Max 0.3%w
Toluene
Max 0.3%w
(Sumber : Ulmann.,2005) b) Spesifikasi Styrene
Tabel 2.2 Spesifikasi Produk Styrene M r
104.153
bp
145.15 ◦C
fp
−30.6 ◦C
Critical density, Dc
0.297 g/mL
Critical pressure, P c
3.83MPa
Critical temperature, T c
362.1 ◦C
Critical volume, V c
3.37 mL/g
Flammable limits in air
1.1 – 6.1 vol%
Flash point, Tag Closed Cup (TCC)
31.1 ◦C
Autoignition point
490 ◦C
Heat of combustion, Δ H c (25 ◦C)
4.263MJ/mol
Heat of formation, Δ H f gas (25 ◦C)
147.4 kJ/mol
Heat of formation, Δ H f liquid (25 ◦C)
103.4 kJ/mol
Heat of fusion, Δ H m
−11.0 kJ/mol
Heat of polymerization, Δ H p (25 ◦C)
−69.8 kJ/mol
Heat of vaporization, Δ H v (25 ◦C)
421.7 J/g
Heat of vaporization, Δ H v (145 ◦C)
356.7 J/g
Volume expansion coefficient (20 ◦C)
9.783×10−4 ◦C−1
Volume expansion coefficient (40 ◦C)
9.978×10−4 ◦C−1
Q value
1.0
e value
0.8
Volume shrinkage on polymerization,
17.0%
typical Solubility of oxygen (from air) (15 0C)
53 mg/kg
Solubility of oxygen (from air) (25 0C)
50 mg/kg
Purity
Min 99.85%w
Ethylbenzene
Max 0.13%w
Toluene
Max 0.2%w
(Sumber :Ulmann.,2005) II.2. Jenis Proses 1. Dehidrogenasi Ethylbenzene
Sekitar 85% produksi komersial styrene menggunakan proses dehidrogenasi langsung ethylbenzene (Ulmann.,2005). Reaksi ini berjalan pada fase gas dan menggunakan katalis yang mengandung iron oxide. Reaksi ini bersifat endtorem, dan dapat dibuat adiabatis ataupun isotermal.
Karena reaksi bersifat reversible dan mol produk lebih besar dari pada mol reaktan, maka dalam reaksi digunakan tekanan rendah agar reaksi dapat bergeser kearah produk.
a. Dehidrogenasi Adiabatis
Proses ini dikembangkan oleh Dow Chemical Coo. Dan Badger Company,Inc. Hampir 75% plant menggunakan reaksi dehidrogenasi secara adiabatis dengan multiple reaktor atau reaktor bed yang disusun seri.
(sumber : Ulmann.,2005) Umpan ethylbenzene dicampur dengan recycle lalu dievaporasikan. Dilution steam harus ditambahkan untuk mencegah ethylbenzene dari terbentuknya coke. Aliran
ini dipanaskan dengan heat exchanger hingga mencapai temperatur reaksi (640°C) dengan menggunakan superheated steam sebagai pemanas. Aliran ini selanjutnya melewati katalis pada reaktor pertama. Reaksi adibatis akan mengakibatkan penurunan temperatur, sehingga aliran yang keluar harus dipanaskan ulang (reheated) sebelum masuk reaktor kedua. Pada reaktor pertama dapat dicapai konversi sebesar 35% dan 65% secara keseluran sistem. Reaktor berjalan pada tekanan rendah sehingga lebih aman dan mudah diaplikasikan. Keluaran reaktor yang memiliki temperatur tinggi akan digunakan sebagai pemanas untuk mengurangi konsumsi energi, selanjutnya akan dikondensasikan dan dipisahkan menjadi vent gas, crude styrene, dan steam condensate. Crude styrene akan didstilasi. Steam condensate akan direuse. b. Dehidrogenasi Isotermal
Proses ini dikembangkan oleh BASF. Reaktor dibangun seperti shell and tube heat exchanger dimana ethylbenzene dan steam akan mengalir melalui tube yang dipacking katalis. Panas reaksi disuplai dari flue gas pada shell. Perbandingan steam : oil mass adalah 1 : 1 dengan temperatur steam lebih rendah dibandingkan dehidrogenasi adibatis. Kekurangan dari proses ini adalah terbatasnya ukuran pada
reactor-exchanger, dimana sebuah single-train plant membutuhkan 150x103 t/a, yang berarti membutuhkan investasi investasi besar untuk plant yang besar.
(Sumber: Ulmann.,2005) Dengan pemanasan tidak langsung menggunakan flue gas, temperatur reaktor dapat dijaga pada kisaran 580-610C,hasilnya thermal cracking dapat ditekan. Rasio steam:ethylbenzene berkisar 0,6-0,9. Proses ini menghasilkan konversi dan selktifitas tinggi.
2. Proses Pembuatan Styrene dari Oksidasi Propylene
Proses lain yang juga dapat digunakan dalam pembuatan styrene adalah proses pembuatan dari oksidasi propylene. Tahap awal dalam proses ini adalah dengan mereaksikan ethylbenzene dengan udara pada suhu 130 0C dan tekanan 0,2 MPa; sehingga didapat ethylbenzene hydroperoxide (EBHP), α-methylbenzyl alcohol (MBA), dan acetophenone (ACP). Adapun reaksinya adalah sebagai berikut:
Setelah itu ethylbenzene hydroperoxide (EBHP) yang didapat, direaksikan dengan propylene dengan bantuan katalis logam (titanium) pada suhu 110 0C sehingga
terbentuk propylene oxide (PO) dan menambah jumlah MBA. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
Untuk meningkatkan yield dari MBA, maka ACP dihidrogenasi dalam fase cair pada suhu 90 - 150 0C dan tekanan 8MPa dengan katalis ZnO dan CuO.
Dan tahap terakhir dari proses ini adalah dengan mendehidrasi MBA yang telah diperoleh menjadi styrene pada suhu 250 0C dan tekanan rendah, dengan bantuan katalis Al2O3.
Berikut adalah flowsheet pembuatan styrene dengan proses styrene - propylene oxide:
(Sumber: Ulmann.,2005) Walaupun proses ini juga dapat menghasilkan styrene, tetapi dibutuhkan investasi modal dan juga biaya produksi yang tinggi dalam memproduksi styrene dibanding proses konvensional yang ada. Namun hasil dari produk samping berupa PO dapat menutup semuanya itu, dan secara keseluruhan operasi tetap menghasilkan profit . Ada sekitar 15% industi styrene didunia yang menggunakan proses ini dalam
kegiatan produksinya.
3. Proses Pembuatan Styrene dari Butadiene
Proses ini merupakan proses pembuatan styrene dengan melakukan dimerisasi pada 1,3-butadiene untuk membentuk 4-vinylcyclohexene-1 (VCH) pada kondisi 1400C dan tekanan 4MPa ataupun dengan batuan katalis nitrosyl halide – iron complexes pada suhu 0 - 80 0C dan tekanan 0,1 - 1,30 MPa. VCH yang didapat ini kemudian didehidrogenasi sehingga membentuk ethylbenzene, atau dapat secara langsung melakukan dehidrogenasi secara oksidatif sehingga didapat styrene. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
Keuntungan dari proses ini adalah yield yang dihasilkan tinggi, proses pemurnian yang sederhana, dan bahan baku C4 yang dapat diambil baik itu dari naphtha - gas oil steam cracker ataupun dari butadiene yang telah dimurnikan terlabih dahulu. Secara ekonomi proses ini memang belum menguntungkan, akan tetapi mengingat ketersediaan dan harga dari butadiene dimasa datang maka proses ini tetap memungkinkan untuk dilakukan.
4. Proses Pembuatan Styrene dari Toluene
Proses pembuatan styrene dari toluene dapat dilakukan dengan memproduksi stilbene dari toluene yang dioksidasi menggunakan udara. Proses ini dilakukan dalam reaktor fluidized bed dengan bantuan katalis. Stilbene yang didapat direaksikan dengan ethylene dengan katalis molybdenum sehingga diperoleh styrene. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
Keuntungan dari proses ini terletak pada bahan baku toluene yang mudah didapat dan harganya relatif murah, serta sifat bahan dari toluene yang tidak beracun. Akan tetapi biaya untuk memproduksi styrene dari bahan baku toluene relatif mahal.
II.3 Analisa Kelebihan dan Kelamahan Proses
NO
Keteranga n
1. Bahan Baku
Dehidrogenasi Adibatis
Dehidrogenasi Isotermal
Proses Oksidasi Propylene
Stryrene dari Butadiene
Butadiene : mahal,mudah terbakar( -)
Ethylbenzene : Stabil (+)
Ethylbenzene: Stabil (+)
Propylene : Stabil (+)
2.
Proses
Sederhana (+)
Sederhana (+)
Kompleks (-)
Kompleks (-)
3.
Tekanan
Rendah (+)
Vacum (-)
Rendah (+)
4Mpa (-)
4.
Temperatur
640C (-)
600C (-)
250 C (+)
140C (+)
Titanium, nitrosyl halide – ZnO, CuO, iron complexes Al2O3 (-)
5.
Katalis
Fe2O3 (+)
Fe2O3 (+)
6.
Utilitas
steam
Fuel gas, steam
Styrene dari Toluene
Toluene : murah,tidak beracun dan mudah didapat (+) Belum komersial (-)
Molybdenum
II.4 Pemilihan Proses
Dari proses-proses pembuatan styrene yang ada dipilih proses dehydrogenasi ethylbenzene adiabatis dengan pertimbangan : 1. Dehydrogenasi ethylbenzene memiliki proses yang lebih sederhana dibandingkan proses lainnya. 2. Pada proses dehydrogenasi ethylbenzene terdapat proses pencampuran steam yang berfungsi dalam regenarasi katalis dengan cara bereaksi dan membawa keluar coke dari permukaan katalis. 3. Pada proses dehydrogenasi ethylbenzene secara adiabatis hanya digunakan bahan pembantu steam dan katalis Fe2O3 , sedangkan pada proses laiinya menggunakan bahan pembantu yang lebih banyak. Pada proses dehidrogenasi adibatis, kebanyakan pabrik styrene menggunakan Lummus UOP technology atau Fina Badger technology. 1. Lummus/UOP Classic SM TM
Proses Lummus/UOP Classic SMTM merupakan plant komersial pertama yang banyak dipakai sejak 1972. Proses ini dimulai dengan memasukan bahan baku ethylbenzene yang telah dicampur dengan steam ke dalam reaktor dehidrogenasi. Hasil keluaran dari reaktor dehidrogenasi ini nantinya akan dikondensasi, kemudian dipisahkan sehingga didapat gas, kondensat, dan campuran dehidrogenasi. Gas yang didapat ini ternayata kaya akan hidrogen, sehingga dapat digunakan kembali sebagai bahan bakar. Kemudian pada kondensat yang diperoleh juga perlu dilakukan proses pemisahan untuk menghilangkan senyawa organik yang terkandung didalamnya, hal ini bertujuan agar kondensat dapat dijual lagi ataupun digunakan dalam pabrik pembuatan styrene. Dan yang terakhir adalah melakukan proses separasi pada campuran dehidrogenasi dengan empat kolom destilasi. Hasil dari proses pemisahan ini berupa ethylbenzene (yang tidak terkonversi) yang nantinya dapat direcycle, styrene, benzene, dan toluene.
(Sumber :Encyclopedia of Chemical Processing.,2006) 2. Fina/Badger Styrene Process
Dalam proses Fina/Badger Styrene bahan baku ethylbenzene yang telah dicampur dengan steam akan dimasukan kedalam reaktor yang kemudian akan bereaksi. Hasil dari reaksi ini akan dikondensasi sehingga menghasilkan vent gas, kondensat, dan senyawa hydrokarbon. Vent gas ini nantinya akan digunakan sebagai bahan bakar karena kaya akan hidrogen. Kemudian pada kondensat yang didapat bisa digunakan sebagai air umpan dalam sistem pembangkit uap. Dan pada senyawa hidrokarbon akan dilakukan proses pemisahan lebih lanjut dengan menggunakaan tiga menara destilasi yang dioperasikan dalam kondisi vakum untuk meminimalisir suhu yang
digunakan dan pembentukan polimer. Hasil dari pemisahan ini berupa ethylbenzene (yang tidak terkonversi), styrene, benzene, dan toluene.
(Sumber :Encyclopedia of Chemical Processing.,2006)
Proses dehidrogenasi yang terdapat dalam paten Lummus/UOP Classic SMTM merupakan proses yang paling banyak dipakai oleh industri dalam memproduksi styrene; hal ini
didasarkan karena prosesnya yang sederhana, mudah dilakukan, dan memeliki
efektivitas yang cukup tinggi dalam menghasilkan produk styrene.
BAB III METODE SINTESA PRODUK
III.1 Distribute the Chemical
Reaksi utama pembuatan styrene adri ethybenzene bersifat reversible dan endoterm :
Dengan adanya katalis reaksi memiliki yield yang tinggi. Berdasarkan reaksi fase gas diatas membentuk 2 mol produk dari 1 mol reaktan. Tekanan rendah akan mengarahkan reaksi ke produk. Seacara kinetika dan termodinamika kenaikan suhu akan meningkatkan produk, namun menyebabkan reaksi samping yang akan mengurangi selektifitas styrene. Hasil samping yang dihasilkan reaktor adalah benzene dan toluene. Pembentukan toluene menyebabkan penurunan yield terbesar sekitar 2% dari produksi styrene ketika katalis dengan selektifitas tinggi digunakan.
Pembentukan benzene menyebabkan penurunan yield sebesar 1% dari produksi styrene. Terbentuknya karbon dapat mnyebabkan poison katalis. Ketika potassium bergabung dengan katalis iron-oxide, menyebabkan katalis dapat membersihkan dirinya (selfcleaning). Ketika karbon bertemu dengan steam akan membentuk karbondioksida dan H2.
Secara komersial reaktor beroperasi pada suhu 620°C dengan tekanan rendah, dengan C H CH konversi 50-70 wt% dan yield 88-95mol%. Rasio Ethylbenzene : steam adalah sebsar 6
5
3
1:3. Katalis yang sering digunakan adalah Shell 105 yang mengandung 84.3% Fe2O3,2.4% Cr 2O3, dan 13.3% K 2CO3. Hasil keluar reaktor berupa styrene, sisa etylbenzene, toluene, dan benzene.Ethylbenzene dari tangki akan dipompa meunuju mixer. Di dalam mixer terjadi pencampuran dengan recycle ethylbenzene hasil distilasi. Selanjutnya, reaktan Ethylbenzene bercampur dengan steam yang masuk kedalam reaktor. Hasil keluar reaktor mengandung styrene, toluene, benzene, dan sisa ethylbenzene yang selanjutnya akan dipisahkan dengan distilasi. Dalam proses distilasi akan dipisahkan antara styrene, toluene, benzene, dan ethylbenzene. Styrene, toluene, dan benzene hasil distilasi akan ditampung dalam storage tank, sedangkan ethylbenzene akan direcycle.
Steam
Dehydrogenation C6H6 C6H5CH2CH3
C6H6 +C2H4
Gambar 3.2 Flowsheet Distribution of Chemical III.2 Eliminate Difference in Composition
Dari proses dehidrgenasi yang dilakukan maka akan didapat crude styrene dengan komposisi sebagai berikut: Senyawa Benzene Toluene Ethylbenzene Styrene Others
Boiling point (0C) 80 110 136 145 -
Konsentrasi 1% 2% 32% 64% 1%
Untuk mendapatkan styrene yang diinginkan maka perlu dilakukan proses separasi. Proses separasi dari crude styrene merupakan proses yang sederhana, akan tetapi dalam proses ini dibutuhkan suhu yang cukup tinggi untuk meminimalkan reduksi dari polimerisasi styrene. Secara umum ada tiga langkah dalam proses separasi crude styrene ini. Umpan masuk kolom distilasi 1, sebagai hasil bawah berupa styrene. Dan sebagai hasil atas berupa campuran etyhlbenxene, benxene, dan toluene yang selanjutnya masuk sebagai umpan di kolom distilasi 2, sebagai hasil bawah berupa ethylbenzene yang selanjutnya direcycle kembali. Dan sebagai hasil atas berupa toluene dan benzene yang selanjutnya masuk sebagai umpan pada kolom distilasi 3. Sebagai hasil atas berupa benzene dan bawah toluene. Berikut adalah gambar yang menunjukan tentang proses separasi yang dilakukan :
Gambar 3.3 Flowsheet Eliminate Difference in Composition III.3 Eliminate Difference Temperature, Pressure, and Phase
Fresh feed Ethylbenzene dari tangki penyimpanan dipompa ke dalam mixer. Di mixer terjadi pencampuran antara fresh feed dari tangki penyimpanan Ethylbenzene dengan hasil recycle. Dari mixer selanjutnya mixed feed dipompa ke preheater 1 untuk pemanasan awal hingga mencapai kondisi cair jenuh pada suhu 155,94° C kemudian dialirkan ke vaporizer untuk diubah fasanya menjadi fasa gas, karena reaksi di dalam reaktor berada pada fasa gas. Fasa uap keluar vaporizer dimasukkan ke dalam furnace I untuk dinaikkan suhunya sampai 520°C. Superheated steam pada suhu 717°C dihasilkan oleh furnace II dicampur bersama mixed feed untuk selanjutnya masuk ke dalam reaktor. Reaktor beroperasi pada suhu 630C dan tekanan 1,5 atm. Keluaran reaktor pertama pada suhu 550 CC ditambah steam agar suhu campuran naik sampai 630 C sebelum masuk reaktor kedua. Produk keluar reaktor kedua pada suhu 607 C dan tekanan 1,4 atm. Produk keluar reaktor II dimanfaatnkan panasnya untuk menghasilkan saturated steam di Wate Heat Boiler (WHB) sehgga suhunya turun samapai 210 C. Produk reaktor keluar
WHB dimanfaatkan panasnya untuk vaporizer sehingga suhunya turun menjadi 187C. Produk reaktor keluar vaporizer dimanfaatkan lagi panasnya di preheater I sehingga suhunya turun sampai 170C dan selanjutnya masuk preheater II sehingga suhunya turun sampai 160C. Selanjutnya campuran produk dikondensasikan di drum separator pada suhu di bawah bubble pointnya 90C. Selanjutnya campuran dipompa ke dekanter. Hasil dekanter dipompa menuju preheater II untuk dipanaskan sampai suhu bubble point 152C, kemudian dimasukan ke kolom distilasi untuk dimurnikan.
Umpan masuk kolom distilasi 1, sebagai hasil bawah berupa styrene yang selanjutnya didinginkan di cooler hingga suhu 50°C. Dan sebagai hasil atas berupa campuran etyhlbenxene, benxene, dan toluene yang selanjutnya masuk sebagai umpan di kolom distilasi 2, sebagai hasil bawah berupa ethylbenzene yang selanjutnya direcycle kembali. Dan sebagai hasil atas berupa toluene dan benzene yang selanjutnya masuk sebagai umpan pada kolom distilasi 3. Sebagai hasil atas berupa benzene dan bawah toluene. Keduanya didinginkan terlebih dahulu hingga suhu 50°C sebelum masuk ke tangki penyimpanan masing-masing.
Gambar 3.3 Flowsheet Perubahan Temperatur, Tekanan, dan Fasa III.4 Task Integration
1. Reaktor Dehidrogenasi Reaktor yang digunakan adalah fixed bed adibatic non isthermal. Reaktor beroperasi pada suhu 630 C dan tekanan 1,5 atm. Katalis yang dunakan adalah Shell 105. Katalis yang digunakan umumnya berumur 18-24 bulan (Kirk Othmer.,1983). 2. Preheater Pada proses pembuatan styrene terdapat 2 preheater. Preheater I berfungsi menaikkan suhu umpan sebelum masuk vaporizer hingga mencapai titik didihnya yaitu sebesar 155°C. Preheater II berfungsi untuk menaikkan suhu campuran
produk sebelum masuk kolom distilasi hingga mencapai 152°C. Pre heater yang digunakan memiliki tipe shell and tube. 3. Vaporizer Vaporizer berfungsi untuk menguapkan umpan yang akan masuk reaktor. Hal ini dikarenakan reaktan bereaksi pada fase gas. Pengupan terjadi pada suhu 155°C. 4. Pompa Pompa berfungsi untuk memindahkan bahan baku ethylbenzene dari tangki menuju mixel. Pompa yang digunakan berjenis pompa sentifugal. 5. Kolom Distilasi Distilasi digunakan untuk memisahkan styrene dari campuran ethylbenzene benzene-toluene. Kolom yang digunakan berjenis tray tower dengan jumlah plate aktual 29 buah. Umpan masuk pada suhu 426°K dan tekanan 1,3 atm. Kondisi atas kolom memiliki suhu 402°K dan tekanan 1,1 atm, sedangkan kondisi bawah kolom memiliki suhu 431 °K dan tekanan 1,4 atm. 6. Kondesor Kondensor berfungsi untuk mengembunkan hasil atas menara distilasi . Kondensor yang digunakan adalah horisontal kondensor. 7. Reboiler Reboiler berfungsi untuk menguapkan hasil bawah menara
BAB IV HEURISTICS for PROCESS SYNTHESIS
1 717 4
P-61
FE-21 uel
146
1 P-61
P-62
P-44
80
Recycle Ethylbenzene
P-63
1
1 , 7 1 5 3 1
2
Recycle
P-43
P-2
5 0 , 0 1 5 0 1 1 P-8
7 , 1 0 2 5
1 30
4 9 7 , , 1 5 1
1
1,4
152
E-5
P-7
V 1
129
P-23
1 30 P-14 E -7
P-58
Mixing
630
E-24
1,5
E-16
P-7
P-13
1 2 1
E-22
P-35
P-10
210
5
P-64
P-65
30
P-16
P-27
T
P-66
550 P-21
1 E-20
30
1,7
1,5 E-27
6
42
EBtank
WHB
E-35
E-36
P-59P-60
P-56
1,4
P-19
P-67
E-6
water
P-33
P-20
E-1
607
3
P-31 B
E-13
VentGas
1,4
E-8
P-24 P-25
1,1
E-26 P-34
P-24
P-13
9
Feed P-1
P-53
P-47
13 P-12
E-15
E-10 E-3
11
14
158
146
117
1,4
1,3
1,2
E-17
P-28
P-26
E-9
E-2 8
P-22
E-14
1
P-32 30
S E-18
E-34 E-23
E-32
E-33
Gambar 4.1 Flowsheet Proses Pembuatan Styrene
IV.1 Raw Material and Chemical Reaction
Heurustic 1 : “Select raw material and chemical reaction to avoid or reduce, the handling and storage of hazardouz and toxic chemicals.”
Berdasarkan Material Safety Data Sheet , Ethylbenzene termasuk bahan yang mudah terbakar sehingga penyimpanan ethylbenzene harus didalam tangki tertutup dan terhindar dari sumber api, pada suhu 300C dan tekanan 1 atm.
IV.2 Distribution of Chemical
Heuristic 7 : “ for competing reactions, both in series and parallel, adjust the temperature, pressure, and catalyst to obtain high yields of the desired products. In the initial distribution of chemicals, assume that these conditions can be satisfied. Before developing a base-case design, obtain kinetics data and check this assumption.”
Pada proses dehidrogenasi ethylbenzene, reaksi bersifat bolak-balik dan terdapat reaksi samping yang menghasilkan toluene dan benzene.Dehidrogenasi bersifat endotermis. Kecepatan reaksi bergantung pada besarnya suhu. Berdasarkan termodinamika dan kinetika akan mendukung reaksi, namun kenaikan suhu akan menyebabkan meingkatkan reaksi samping yang menurunkan yield. Sehingga kondisi operasi reaktornya berada pada suhu 6300C dan tekanan 1,5atm.
IV.3 Separation Operation-Liquid and Vapor Mixtures •
Heuristic 9 :
“ Separate liquid mixtures using distillation, stripping, enhanced (extractive, azeotropic, reactive) distillation, liquid-liquid extraction, crystallization, and/or adsorption. The selection between these alternatives is considered in Chapter 7.” •
Heuristic 10 :
“ Attempt to condense or partially condense vapor mixtures with cooling water or a refrigerant. Then, use Heuristic 9.”
Produk hasil reaksi mengandung styrene, ethylbenzene, toluene, dan benzene akan dikondensasi sebelum dipisahkan. Berdasarkan heuristic 9 pemisahan fasa cair dapat dilakukan dengan distilasi, stripping, ekstraksi, kristalisasi, dan adsorpsi. Berdasarkan perbedaan titik didih yang cukup besar, pemisahan distilasi digunakan untuk mendapat produk styrene dengan kemurnian lebih tinggi. Styrene, toluene, dan benzene hasil distilasi akan ditampung dalam storage tank, sedangkan ethylbenzene akan direcycle. Kondisi umpan distilasi pada 26°K dan tekanan 1,3 atm, serta menghasilkan hasil atas kolom pada suhu 402°K dan tekanan 1,1 atm, sedangkan kondisi bawah kolom memiliki suhu 431 °K dan tekanan 1,4 atm.
Gambar 4.2 Flowsheet Pemisahan Liquid
IV.4 Heat Removal and Addition
Heuristic 24 : “ For less endothermic heats of reaction, circulate reactor fluid to an external heater, or use the jacketed vessel or heating coils. Also, consider the use of interheaters between adiabatic reaction stages.”
Pada proses dehidrogenasi adiabatis digunakan interheater sebelum umpan masuk reaktor yang kedua. Hal ini dikarenakan reaksi bersifat endotermis sehingga terjadi penurunan suhu setelah keluar reaktor (5500C) sehingga perlu dilakukan pemanasan hingga mencapai suhu 6300C sebelum masuk reaktor 2.
Gambar 4.3 Reaktor Dehidrogenasi Ethylbenzene IV.5 Heat Exchangers and Furnaces. •
Heuristic 25 : “ Unless required as part the design of the separator or reactor, provide necessary heat exchange for heating or cooling process fluid streams, with or without
utilities, in an external shell-and-tube heat exchanger
using
countercurrent flow. However, if a process stream requires heating above 750 0 F, use a furnace unless the process fluid is subject to chemical decomposition.”
Furnace digunakan untuk memanaskan bahan baku dari suhu 155,940C hingga 520°C sebelum masuk reaktor dan untuk menghasilkan steam. •
Heuristic 27 “When using cooling water to cool or condense a process stream, assume a water inlet temperature of 90°F (from a cooling water) and a maximum water outlet temperature 120°F.”
Cooling water digunakan pada proses kondensasi hasil atas distilasi serta untuk mendinginkan produk sebelum masuk tangki penyimpanan. Suhu masuk heat exchanger dan kondenser diasmsikan sebesar 90°F dan maximum suhu keluar 120°F. IV.6 Pumping Liquid or Compressing Gas •
Heuristic 43 : “ To increase the pressure of a steam, pump a liquid rather than compress a gas, unless refrigeration is needed.”
Ethylbenzene dari tangki liquid berada pada suhu 30°C dan tekanan 1 atm , sedangkan umpan reaktor berada fasa gas 1.7 atm dan suhu 630°C. Terdapat 2
alternatif proses yang dapat dipilih yaitu pompa liquid terlebih dahulu atau pengupan terlebih dahulu. Berdasarkan energi yang dibutuhkan , pemompaan liquid (menjadi fluida bertekanan 1,7atm) terlebih dahulu dan diikuti dengan pengupan dan pemanasan (hingga mencapai 6300C) akan membutuhkan energi yang lebih sedikit daripada penguapan terlebih dahulu.
Gambar 4.4 Alternatif Perubahan Fasa, dan Peningkatan Suhu, serta Tekanan
BAB V PENUTUP V.1 Kesimpulan
1. Styrene dapat dibuat dari proses dehidrogenasi ethylbenzene, oksidasi propylene, butadienem dan toluene. 2. Proses dehidrogenasi ethylbenzene merupakan reaksi endotermis dengan bantuan katalis Fe2O3. 3. Reaksi berlangsung dalam reaktor adiabatis non isothermal pada suhu 620°C dan tekanan 1,5 atm. V.2 Saran
1. Spesifikasi bahan baku dipenuhi agar produk yang dihasilkan sesuai dengan spesifikasi. 2. Memperhatikan material safety data sheet ethylbenzene untuk penanganan bahan baku.
DAFTAR PUSTAKA
Kirk Othmer. 1983. “Encylopedia of Chemical Technology”. 4th ed., vol 22, Interscience Publication. Joh Wiley and Sons. James, Denis H and Castor,William M.2005. “Ullmann’s Encylopedia of Industrial Chemistry” .Wiley-VCH Verlag Gmbh and Co
PT CHANDRA ASRI PETROCHEMICAL Tbk.2012. ” PAPARAN PUBLIK TAHUNAN TAHUN 2012 LAPORAN HASIL PRESS CONFERENCE EMITEN”. Jakarta
Sciene Lab. “Ethylbenzene MSDS” . Houston : Scienece Lab.com,Inc. Santoso,Budi and Gunawan. 2005. “Pra rancangan Pabrik Styrene dengan Proses Lummus/UOP Classic SM Kapasitas 140.000 ton/tahun”. Semarang
Woddle, Guy B.2006. “Encylopedia of Chemical Processing”. Taylor and Francis.