Post on 30-Nov-2015
MAKALAH TEKNIK REAKSI KIMIA 2
PRA – RANCANGAN
PABRIK FORMALDEHID
DENGAN PROSES HALDOR TOPSOE
KAPASITAS 50.000 TON/TAHUN
Fajar iswahyudhi
Dhunung Mei Fera (2010710450031)
Helma Rakanita (2010710450032)
Yogo Prasetyo
Rika Indah Meisari (2010710450036)
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
UNIVERSITAS JAYABAYA
2013
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik
Keberhasilan proses industrialisasi pada era perdagangan bebas sekarang ini
sangat ditentukan oleh adanya sumber daya alam dan sumber daya manusia yang
berkualitas. Indonesia sebagai salah satu negara yang mempunyai sumber daya
alam maupun sumber daya manusia yang berlimpah sangat berpotensi untuk
mengembangkan industri dalam negeri terutama industri – industri yang bersifat
padat modal maupun padat teknologi dan mempunyai prospek pemasaran yang
menguntungkan. Salah satu industri yang mempunyai persyaratan diatas adalah
industri pembuatan formaldehid.
Formaldehid merupakan senyawa dari gugus aldehid yang penggunaannya
sangat luas di dunia industri. Hal ini disebabkan formaldehid dapat bereaksi dengan
hampir semua senyawa, baik senyawa organik maupun senyawa anorganik.
Formaldehid mempunyai nilai yang sangat strategis dalam perkembangan dunia
industri karena banyak sektor industri yang menggunakan formaldehid sebagai
bahan bakunya.
Kegunaan formaldehid diantaranya pada pembuatan melamin formaldehid,
urea formaldehid, fenolformaldehid, tryoxane. Formaldehid juga digunakan dalam
pembuatan bahan kimia antara lain sintesa 1,4 butadienol, trimethylol propane dan
neophentyl glycol yang digunakan dalam pembuatan produk polyester plastic,
synthetic lubricating oil. Selain itu formaldehid digunakan secara langsung, akan
tetapi dalam jumlah kecil misalnya sebagai pengawet bahan penelitian dan
desinfektan pada ruangan rumah sakit. (Mc. Ketta, vol. 29, hal. 458)
Dalam pembuatan formaldehid ini bahan baku yang dipakai adalah metanol
dan udara. Bahan baku metanol didatangkan dari PT. Kaltim Methanol Indonesia
(KMI) di Bontang Kalimantan Timur dengan kapasitas produksi 660.000 ton/tahun.
Dengan mempertimbangkan adanya bahan baku metanol yang cukup untuk
memproduksi formaldehid dan kebutuhan formaldehid yang cukup banyak pula,
maka sangat memungkinkan untuk mendirikan pabrik formaldehid di Indonesia.
Pendirian pabrik ini juga bertujuan untuk diversifikasi produk menjadi bahan-
bahan yang mempunyai nilai ekonomis tinggi. Formaldehid yang akan diproduksi
berkadar 37 % berat karena disesuaikan dengan kebutuhan industri terutama industri
perekat kayu. Selain itu kadar formaldehid yang terdapat dipasaran nasional
maupun internasional berkadar 37 % sampai 55 % sehingga sesuai dengan
kebutuhan pasar.
1.2. Tujuan Pendirian Pabrik
Tujuan dari pendirian pabrik Formaldehid ini adalah untuk :
1. Tujuan Umum :
a. Mendapatkan keuntungan secara finansial
b. Memenuhi kebutuhan dalam negeri akan kebutuhan formaldehida.
c. Memenuhi kebutuhan pasar luar negeri dengan cara mengekspor produk
agar menambah devisa negara.
d. Menimbulkan dampak yang positif bagi pertumbuhan perindustrian,
khususnya industri kimia.
e. Membuka lapangan kerja baru yang secara tidak langsung dapat
meningkatkan kesejahteraan ekonomi masyarakat.
2. Tujuan khusus :
a. Mengetahui lebih dalam tentang pendirian suatu pabrik dilihat dari segala
aspek.
b. Menerapkan ilmu-ilmu yang telah didapat di bangku kuliah.
c. Mengetahui lebih rinci mengenai proses produksi, alat-alat produksi, tata
letak pabrik, dan analisa ekonomi dari prarancangan suatu pabrik kimia
khususnya pabrik formaldehida.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kegunaan Formaldehid
Formaldehid banyak digunakan dalam industri kimia terutama sebagai
chemical intermediate, diantaranya adalah dalam pembuatan plastik. Sebagian
besar produk formaldehid digunakan dalam pabrik urea formaldehid, resin fenol
formaldehid, dan resin melamin formaldehid. Resin – resin ini bereaksi dengan
asam dan katalis alkalin dimana material produknya dapat diperlakukan dengan
perubahan suhu (thermosetting). Resin ini berfungsi untuk laminating / pelapisan,
coating dan protective coating yang digunakan luas untuk pabrik kertas dan tekstil.
Resin – resin ini juga berguna sebagai zat adesif untuk plywood dan produk kayu
lainnya (Sumber : http://id.wikipedia.org)
2.2. Macam-macam Proses Pembuatan Formaldehid
Ada beberapa macam proses yang dapat digunakan untuk membuat
formaldehid. Proses-proses tersebut adalah sebagai berikut :
2.2.1. Proses Hidrokarbon
Proses hidrokarbon ini adalah proses yang dikembangkan pada awal
perkembangan industri formaldehid. Proses ini merupakan proses oksidasi
langsung dari hidrokarbon yang lebih tinggi dan hidrokarbon ini bereaksi pada suhu
673 – 773 K. Biasanya yang digunakan adalah etilen dengan katalis asam borat
atau asam fosfat atau garamnya dari campuran clay atau tanah diatomik. Proses ini
mempunyai kelemahan, yaitu dihasilkan beberapa hasil samping yang terbentuk
bersama – sama dengan formaldehid, antara lain asetaldehid, propane, asam –
asam organik sehingga tentu saja diperlukan pemurnian untuk mendapatkan
formaldehid dengan kemurnian tertentu. Dengan demikian proses menjadi mahal
dan hasilnya kurang memuaskan sehingga proses ini tidak dikembangkan lagi.
(Kirk & Othmer, hal. 857).
2.2.2. Proses Silver Catalyst
Proses ini menggunakan katalis perak dengan reaktor fixed bed multitube.
Katalis ini berbentuk kristal-kristal perak yang ditumpuk pada tube. Katalis ini
mempunyai umur sekitar 12 bulan. Katalis ini mudah teracuni oleh sulfur dan
beberapa logam dari golongan transisi.
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
a. Oksidasi
H= -37,3 kal/mol
b. Dehidrogenasi
H=20,3 kkal/mol
Secara keseluruhan reaksinya adalah reaksi eksotermis pada suhu yang
tinggi yaitu 923 – 973 K dan tekanan sedikit diatas tekanan atmosfer. Pada proses
ini udara yang dimurnikan direaksikan dengan metanol dalam reaktor katalitik.
Produk didinginkan dengan cepat dengan pendingin dowtherm A, selanjutnya
dialirkan ke menara absorber dimana metanol, air dan formaldehid terkondensasi di
dasar menara. Untuk memurnikan produk sesuai dengan keinginan dilakukan
pemurnian dengan proses destilasi. Konversi yang diperoleh dapat mencapai 65,1
% dengan yield keseluruhan mencapai 89,1 %. (Mc. Ketta, vol. 21, hal. 358)
Proses silver catalyst dibagi menjadi dua bagian yaitu:
a. Complete conversion of methanol (BASF)
b. Incomplete conversion and destillative recovery of methanol (ICDRM)
2.2.3. Proses Oksidasi Metanol Haldor Topsoe
Proses ini adalah proses pembuatan formaldehid dengan menggunakan
metanol dan katalis oksida besi. Proses ini beroperasi pada suhu 505 – 560 K dan
Kat Ag.
Kat Ag.
tekanan 1 – 1,5 atm. Metanol uap dicairkan dengan udara dan gas recycle
kemudian direaksikan dengan katalis iron molybdenum oxyde (Fe2O3MoO3Cr2O3)
dalam sebuah reaktor fixed bed multitube. Katalis ini dapat berumur sampai dengan
18 bulan. (Prosiding Soehadi Reksowardojo, 1995)
Konversi yang diperoleh mencapai 98,4 % dengan yield keseluruhan
formaldehid 94,4 %. Gas yang keluar dari reaktor didinginkan melalui waste heat
boiler sebelum memasuki absorber. (Mc. Ketta, vol. 21, hal. 364)
H= -37,3 kal/mol
2.3. Pemilihan Proses
Dari ketiga macam proses yang diuraikan diatas dapat dilihat pada tabel
perbandingan macam pembuatan proses, sebagai berikut :
Tabel 2.1. Proses Pembuatan Formaldehid
Parameter
PembandingSatuan
Macam Proses
HidrocarbonSilver
CatalystHaldor Topsoe
Suhu
Operasi
o K 673-773 923-973 505-560
Konversi % - 65,1 98,4
Katalis -As. Borat /
fosfatAg Fe2O3MoO3Cr2O3
Umur Katalis - 12 12 18
Yield % 90.5 89.1 94.4
Kat. Fe2O3MoO3Cr2O3
Dari berbagai proses diatas digunakan proses Haldor Topsoe, dengan
pertimbangan:
a. Konversi maupun yieldnya tinggi
b. Suhu dan tekanan operasi rendah
c. Proses yang sederhana
Pada prarancangan pabrik formaldehid ini digunakan katalis iron molybdenum
oxyde (Fe2O3MoO3Cr2O3) dengan masa aktif 18 bulan, karena proses oksidasi ini
membutuhkan katalis metal oxyde (iron, molybdenum / vanadium oxyde).
Beberapa keistimewaan dari katalis ini antara lain :
1. Pressure drop rendah dan cukup stabil
2. Uniform packing of the tube
3. Selektifitas tinggi
4. Tidak mudah teracuni
Data-data katalis yang dipakai dapat disajikan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1. Data – Data katalis Fe2O3MoO3Cr2O3
Dimensi Bentuk pressed rings
OD
ID
H
4,5 mm
1,7 mm
4 mm
Komposisi :
MoO3
Fe2O3
Cr2O3
81 % berat
15 % berat
4 % berat
(Subekti, 1995)
BAB III
RANCANGAN PABRIK
3.1. Uraian Proses
Proses pembuatan formaldehid dari metanol dan udara dengan katalis iron
molybdenum oxyde merupakan proses oksidasi fase gas.
3.1.1. Dasar Reaksi
Pembentukan formaldehid dari methanol dengan katalis iron molybdenum
oxyde (Fe2O3.MoO3.Cr2O3) didasarkan pada reaksi pada reaksi oksidasi berikut :
ΔH=-36,453 kkal/mol
Secara keseluruhan reaksinya adalah reaksi eksotermis. Untuk oksidasi
metanol beroperasi pada suhu 473 – 560 K dan tekanan sedikit di atas tekanan
atmosfer, udara berlebih digunakan untuk memastikan konversi mendekati
sempurna. (Mc. Ketta, 1984; vol. 23 : 361)
3.1.2. Sifat Reaksi
Reaksi oksidasi metanol menjadi formaldehid bersifat eksotermis dan
irreversibel, hal ini dapat dilihat dari tinjauan termodinamika dan kinetika.
1. Tinjauan termodinamika
Reaksi utama :
ΔH=-36,453 kkal/mol
Ho298 = H produk – H reaktan
= -108570 + (-241818) – (-200660)
= -149728 joule/mol
= -35,770 kkal/mol
Kat. Fe2O3MoO3Cr2O3
Kat. Fe2O3MoO3Cr2O3
Ternyata H menunjukkan harga negatif, maka reaksinya eksotermis.
(Smith & Van Ness, 1975 : 133, 659)
Dari persamaan Van’t Hoff :
dimana:
K = Konstanta kesetimbangan
T = Suhu, K
ΔH = Panas reaksi
(Smith & Van Ness, 1975 : 476)
Terlihat bahwa jika suhu makin tinggi maka tetapan kesetimbangan
semakin besar dan konversi semakin besar.
Apabila ditinjau dari Energi Gibbs (ΔG*)
Go298 = Gf produk – Gf reaktan
= -102530 + (-228572) – (-161960)
= -169142 joule/mol
= -40408,524 kal/mol
(Smith & Van Ness, 1975 : 475, 659)
Jadi, reaksi adalah irreversibel karena harga K yang didapat lebih besar dari 1.
2. Tinjauan kinetika
Apabila ditinjau dari kinetika reaksi, kecepatan reaksi oksidasi metanol
menjadi formaldehid adalah reaksi orde satu.
Persamaan kinetika reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut :
Sedangkan persamaan kinetika reaksi untuk reaksi samping dapat dituliskan
sebagai berikut :
dimana :
ap1 = 567,606 exp (-1125,96 / T)
ap2 = 8,36863.10-5 exp (7124,14 / T)
bp1 = 6,44588.10-9 exp (12195,4 / T)
bp2 = 2,84446.10-3 exp (4803,08 / T)
Kp1 = 5,37227.10-2 exp (-7055,14 / T)
Kp2 = 6,41907.10-9 exp (1292,72 / T)
(Subekti, 1995)
3.1.3. Fase Reaksi
Reaksi berlangsung dalam fase gas dengan katalis padat dan bersifat
eksotermis. Untuk menjaga kondisi temperatur agar optimum, maka dibutuhkan
jenis reaktor yang dapat menghilangkan / menyerap panas yang ditimbulkan selama
reaksi berlangsung.
Jenis reaktor yang dapat memenuhi kriteria tersebut adalah reaktor jenis fixed
bed multitube. Pada reaktor fixed bed multitube reaktan dialirkan di dalam tube yang
berisi katalis sedangkan untuk menghilangkan / menyerap panas yang ditimbulkan
selama reaksi berlangsung digunakan medium pendingin berupa dowtherm A yang
dialirkan melalui shell.
Meskipun biaya perancangan reaktor ini relatif mahal, namun reaktor ini cocok
untuk reaksi gas – gas dengan katalis padat yang memerlukan pengontrolan
temperatur reaksi.
3.1.4. Kondisi Operasi
Kondisi operasi sangat menentukan jalannya proses dan terbentuknya produk
hasil reaksi. Proses pembentukan formaldehid berlangsung pada temperatur
operasi 473 – 560 K dan tekanan 1 – 1,5 atm. (Mc. Ketta, 1984; vol. 23 : 364)
Pada prarancangan pabrik formaldehid dipilih temperatur operasi 543 K dan
tekanan 1,4 atm. Pemilihan temperatur ini berdasarkan hal-hal sebagai berikut :
1. Kecepatan reaksi pembentukan formaldehid dari oksidasi metanol semakin
meningkat dengan kenaikan suhu, sedangkan konversi reaksi akan semakin
besar pada suhu rendah karena merupakan reaksi eksotermis.
2. Katalis iron molybdenum oxyde memiliki temperatur optimal aktif adalah 233 –
287 oC, oleh karena itu dipilih suhu 270 oC dimana kecepatan reaksi cukup besar
dan katalis masih dalam keadaan aktif.
Pada prarancangan pabrik formaldehid dipilih tekanan 1,4 atm dengan alasan
keamanan dan tidak dibutuhkan konstruksi alat yang lebih kuat dibandingkan
apabila digunakan tekanan tinggi.
3.1.5. Katalis Reaktor
Reaksi kimia dapat berjalan apabila kondisi operasinya telah tercapai. Suatu
reaksi kimia yang memiliki suatu barrier energi / energi pengaktifan yang besar baru
dapat memulai reaksinya bila barrier energi itu telah terlampaui. Salah satu cara
melampaui barrier energi tersebut adalah dengan menaikkan temperatur reaksi.
Suatu cara lain untuk menurunkan barrier energi adalah dengan menggunakan
katalis.
Suatu katalis dapat mempercepat reaksi kimia tanpa dirinya mengalami
perubahan kimia yang permanen. Di samping itu keberadaan katalis akan
menyebabkan suatu reaksi dapat berjalan di bawah kondisi temperatur operasinya.
Ini terutama sangat penting untuk mengurangi rendemen dari produk – produk yang
tidak diinginkan. (Keenan, 1998 : 593)
3.1.6. Mekanisme Reaksi
Mekanisme reaksi oksidasi metanol menjadi formaldehid disebut mekanisme
hidroksil. Mekanisme ini adalah bagian dari mekanisme oksidasi metanol menjadi
CO2 dan H2O, maka setiap langkah mekanisme ini akan terbentuk gugus hidroksil.
Berikut mekanisme reaksi oksidasi metanol :
3.1.7. Langkah Proses
Proses pembentukan formaldehid dari metanol dan udara dibagi menjadi tiga
tahap, yaitu:
3.1.7.1. Tahap Penyiapan Bahan Baku
Langkah penyiapan bahan baku dimaksudkan untuk :
a. Mengkondisikan tekanan umpan sehingga sesuai kondisi reaktor
b. Mengubah fase metanol menjadi gas di dalam alat vaporizer
c. Mengkondisikan temperatur umpan metanol dan oksigen sehingga sesuai
dengan kondisi reaktor
Bahan baku utama pembuatan formaldehid adalah metanol dan oksigen.
Bahan baku metanol diambil dari tangki penyimpanan (T-01) pada kondisi cair
temperatur 30oC dan tekanan 1 atm. Metanol diumpankan ke dalam vaporizer (V-
01) menggunakan pompa (P-01) sehingga tekanan umpan metanol naik sampai
dengan 1,5 atm.
Pada alat vaporizer, metanol diubah fasenya dari bentuk cair ke dalam
bentuk gas pada suhu bubble pointnya 75,25oC. Jenis vaporizer yang digunakan
adalah ketel (100 % teruapkan). Steam pada vaporizer disuplai dari alat waste
heat boiler 1 dan 2 (WHB-01 dan 02), sedangkan kondisi steam yang digunakan
mempunyai tekanan 1,5 atm dan suhu 111,76oC.
Bahan baku kedua yaitu oksigen didapat dari udara lingkungan sekitar.
Udara ini dilewatkan pada filter (Fl-01) untuk memisahkan debu dan tetes cairan
yang ada dalam udara. Bahan baku kedua ini kemudian dicampur dengan gas
recycle dan dilewatkan ke dalam blower (B-01) untuk menaikkan tekanannya
menjadi 1,5 atm dengan temperatur 75,59oC.
Untuk memenuhi kondisi operasi reaktor, maka udara dan methanol
dilewatkan ke dalam furnace (F-01) untuk menaikkan temperaturnya hingga
mencapai suhu 200oC.
3.1.7.2. Tahap Pembentukan Formaldehid
Pada tahap ini umpan metanol dan oksigen yang telah dikondisikan akan
bereaksi di dalam reaktor fixed bed multitube (R-01). Reaksi oksidasi metanol
menghasilkan formaldehid pada reaktor fxed bed multitube (R-01) berlangsung
dalam fase gas pada suhu 270 oC dan tekanan 1,4 atm.
Katalis yang digunakan adalah iron molybdenum oxyde (Fe2O3MoO3Cr2O3)
yang memliki masa aktif sampai dengan 18 bulan.
Reaksi oksidasi metanol berlangsung secara non isotermal dan non
adiabatis. Reaksi oksidasi metanol merupakan reaksi eksotermis, sehingga
selama reaksi berlangsung akan dilepas sejumlah panas. Kenaikkan temperatur
yang terjadi di dalam reaktor sangat tidak diinginkan sehingga dibutuhkan
medium pendingin untuk menyerap panas yang terjadi selama reaksi
berlangsung. Medium pendingin yang digunakan adalah dowtherm A yang
dialirkan melalui shell. Pendingin ini akan mempertahankan kondisi operasi
reaktor pada suhu 270 oC dengan tekanan 1,4 atm.
Berikut reaksi yang terjadi didalam reaktor :
ΔH= -36,453 kkal/mol
(Mc. Ketta, 1984;vol. 23 : 361)
Pada temperatur 270 oC dan tekanan 1,4 atm, konversi metanol 98,4 %
dapat terpenuhi dengan baik. Temperatur sangat mempengaruhi konversi yang
terbentuk. Oleh karena itu medium pendingin sangat berperan penting untuk
mencapai konversi yang diinginkan.
3.1.7.3. Tahap Pemurnian Produk
Tahap pemurnian produk dimaksudkan untuk :
a. Memisahkan O2 dan N2 dari produk reaktor
b. Memisahkan larutan formaldehid dari gas untuk diambil sebagai produk.
Pada waste heat boiler (WHB-01), panas dari produk reaktor (270 oC) akan
dimanfaatkan untuk menghasilkan steam bertekanan 1,5 atm dan suhu 111,76
oC yang dapat digunakan sebagai media pemanas pada alat vaporizer. Keluaran
waste heat boiler (WHB-01) yang bersuhu 120 oC, didinginkan kembali sebelum
masuk ke dalam absorber sampai bersuhu 70 oC lewat cooler (C-01). Produk
reaktor dimasukkan ke dalam absorber pada suhu 70 oC dan tekanan 1,2 atm.
Formaldehid dipisahkan dari gas produk reaktor pada alat pemisah absorber (A-
01) dengan pelarut air dengan suhu masuk 30 oC. Air masuk dan disemprotkan
dari atas absorber dengan laju alir 3087,07 kg / jam. Absorber bekerja
berdasarkan sifat kelarutan dimana formaldehid dan metanol akan larut dalam
air, sedangkan O2 dan N2 tidak larut dalam air. Gas yang tidak terserap oleh
absorber sebagian direcycle dan sisanya dipurging.
Produk cair keluaran absorber dengan suhu 60 oC, harus didinginkan lewat
cooler (C-02) sebelum disimpan pada tangki penyimpanan (T-02) pada
temperatur 35 oC.
Kat. Fe2O3MoO3Cr2O3
Diagram Blok dan Diagram Alir Proses
3.2.1. Diagram Blok
Gambar. Blok Diagram
Keterangan :
FL-01 = Filter R-01 = Reaktor
B-01 = Blower C-01 = Cooler 1
T-01 = Tanki 1 A-01 = Absorber
V-01 = Vaporizer C-02 = Cooler 2
F-01 = Furnace T-02 = Tanki 2
UdaraFL-01
T-01
Methanol
B-01
V-01
F-01 R-01
Katalis
C-01 A-01
T-02
Formaldehid
Air
C-02
Spesifikasi Bahan Baku dan Produk
3.3.1. Spesifikasi Bahan Baku
3.3.1.1. Metanol
- Wujud = Cair
- Warna = Jernih, tidak bewarna
- Bau = Seperti etanol
- Kemurnian = 99,9 % berat (minimal)
- Air= 0,1 % berat (maksimal)
3.3.1.2. Udara
- Komposisi a. Oksigen = 20,95 % volume
b. Nitrogen = 78,09 % volume
c. Argon = 0,93 % volume
d. CO2 = 0,03 % volume
(Shreve, 1975 : 111)
3.3.2. Spesifikasi Produk (Formaldehid)
- Wujud = Cairan
- Warna = Jernih
- Bau = Bau tidak enak / menyengat, pedas di
mata
- Kemurnian : a. CH2O = min 37 % berat
b. CH3OH = max 0,5 % berat
c. H2O = max 62,5 % berat
3.3.3. Spesifikasi Bahan Pembantu (Katalis)
- Jenis = Fe2O3MoO3Cr2O3
- Bentuk = Pressed rings
- Diameter = 3,5 mm
- Densitas = 1,8918 g / cm3
- Porositas = 0,55
(Subekti, 1995)
3.4. Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk
3.4.1. Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku
3.4.1.1. Methanol
- Sifat Fisika :
- Densitas pada 293 K = 0,7929 g / cm3
- Viskositas (25 oC) = larutan 0,541 cp
gas 0,00968 cp
- Data thermodinamika :
ΔGf = -39,869 kkal / mol
ΔHf = -57,130 kkal / mol (pada 25 oC fasa gas)
(http://kaltimmethanol.com/home.html)
- Sifat kimia :
a. Reaksi dehidrogenasi
Reaksi dehidrogenasi adalah pelepasan unsur hidrogen. Reaksi ini
dapat dilaksanakan dengan bantuan katalis Mo dan Ag.
b. Reaksi eterifikasi
Reaksi eterifikasi adalah pembentukan senyawa eter misalnya
MTBE.
metanol isobutylene MTBE
c. Reaksi esterifikasi
Reaksi esterifikasi adalah pembentukan senyawa ester dengan jalan
mereaksikan metanol dengan senyawa asam organik. Contohnya
pembentukan senyawa metil asetat.
(Mc.Ketta, 1984; vol. 29 : 420)
3.4.1.2. Udara
- Sifat Fisika
Tabel 3.2. Sifat Fisika Udara
Sifat fisika N2 O2
Berat molekul28,014 31,999
Wujudgas tidak berwarna
gas tidak berwarna
Specific gravity 12,5 1,71
Titik lebur, oC, P = 1 atm -210 -218,79
Titik didih, oC P = 1 atm -195,8 -182,98
Suhu kritis, oK 126,2 154,58
Tekanan kritis, bar 33,9388 50,7638
- Sifat Kimia Oksigen :
a. Bereaksi dengan semua elemen lain kecuali gas helium, neon, dan
argon.
b. Untuk elemen tertentu seperti alkali logam rubidium, cesium, energi
aktivasi pada suhu kamar mencukupi, dan reaksi berjalan secara
spontan.
c. Bahan yang akan direaksikan dengan oksigen harus dipanaskan
terlebih dahulu sampai suhu tertentu untuk pembakaran awal. Jika
direaksikan dengan petroleum, gas alam, atau batu-bara akan
dihasilkan panas, CO, H2O.
(Kirk and Othmer,1996)
3.4.2. Sifat Fisik dan Kimia Produk (Formaldehid)
- Sifat Fisik :
- Densitas pada 18 oC = 1,1 g / cm3
- Boiling point (1 atm) = 99 oC
- Viskositas = 2,0 cp
- Data termodinamika :
ΔHf = -27,7 kkal/mol (pada 25 oC)
Gf = -26,3 kkal/mol (pada 25 oC)
(http://www.topsoe.com/site.nsf/all/BBNN-5PQHCZ?OpenDocument)
- Sifat kimia :
a. Reaksi dengan air
Formaldehid dengan adanya air dapat membentuk methylen
glikol.
b. Reaksi dengan asetaldehid
Formaldehid dengan asetaldehid dalam larutah NaOH dapat
membentuk pentaerythritol dan sodium format.
(Mc. Ketta, 1984; vol. 23 : 350)
BAB IV
KAPASITAS PRODUKSI
PERHITUNGAN KAPASITAS PRODUKSI FORMALDEHID
Berikut tabel impor formaldehid di Indonesia yang kian tahun terus meningkat :
Tahun Impor (ton)
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
9882
11098
13909
15448
18765
20997
21904
23305
25308
(Sumber: Data statistik impor,BPS 2010)
Dari data tersebut dapat diproyeksikan impor formaldehid Indonesia dengan
menggunakan analisa regresi linier.
Tahun NIndeks
(X)
Konsumsi
(Ton/Tahun) (Y)X2 XY
2001 1 -4 9882 16 -39528
2002 2 -3 11098 9 -33294
2003 3 -2 13909 4 -27818
2004 4 -1 15448 1 -15448
2005 5 0 18765 0 0
2006 6 1 20997 1 20997
2007 7 2 21904 4 43808
2008 8 3 23305 9 69915
2009 9 4 25308 16 101232
∑ 0 160616 60 119864
Dari data di atas dapat diketahui :
∑ X = 0
∑ Y = 160616
∑ X2 = 60
∑ XY = 119864
N = 9
Maka persamaannya :
a = ∑ Y . ∑ X2 - ∑ X . ∑ Y
N. ∑ X2 – (∑ X)2
Karena ∑ X = 0
Maka : a = ∑ Y
N
= 160616
9
= 17846,22
Dan b = ∑ XY
∑ X2
= 119864
60
= 1997,733
Dengan :
X = Indeks untuk tahun
Y = Perkiraan Impor Ton/tahun
a = Axist intercept
b = Slope of regression
Sehingga diperoleh persamaan regresi linier:
Y = a + bx
= 17846,22+ 1997,733x
Gambar 1.1. Grafik Impor Formaldehid di Indonesia
Dari data di atas maka dapat dihitung perkiraan kebutuhan formaldehid dari
tahun 2010 – 2021 adalah sebagi berikut :
No. Tahun Indeks Tahun (X) Kapasitas (Ton/Tahun) (Y)
1 2010 5 37824
2 2011 6 39821
3 2012 7 41819
4 2013 8 43817
5 2014 9 45814
6 2015 10 47812
7 2016 11 49810
8 2017 12 51808
9 2018 13 53805
10 2019 14 55803
11 2020 15 57801
12 2021 16 59799
berdasarkan proyeksi konsumsi formaldehyde di Indonesia pada tahun 2016 di
perkirakan jumlahnya terus bertambah sampai 49810 ton dengan kapasitas 50000 ton
pertahun, diharapkan dapat mengganti kebutuhan impor formaldehyde di Indonesia.
BAB IV
NERACA MASSA DAN NERACA ENERGI
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Pembuatan pabrik formaldehid dengan bahan baku methanol dan udara
direncanakan dengan kapasitas 50.000 ton/tahun. Skema perhitungan neraca
massa digambarkan dalam blok diagram pada gambar A.1.
Gambar A.1. Blok Diagram Neraca Massa
a. Spesifikasi Bahan Baku Udara :
Komponen BM % volume
O2
N2
32
28
21
79
(Shreve, 1975 : 111)
b. Spesifikasi Bahan Baku Methanol :
Komponen BM % berat
CH3OH
H2O
32
18
99,9
0,1
(http://kaltimmethanol.com/home.html)
(1)
(2)
(3) (4) (5)
(6)
(7)
(8)(9)
MIXER REAKTOR ABSORBER
SPLITTER
O2 18,9 Kmol
N2 71,1 Kmol
CH3OH 0,03 Kmol
CH2O 0,15 Kmol
CO 0,32 Kmol
CH3OH 9,97 Kmol
H2O 0,18 Kmol
O2 13,78 Kmol
N2 71,1 Kmol
CH3OH 0,16 Kmol
CH2O 9,59 Kmol
CO 0,72 Kmol
H2O 10,42 Kmol
Penyelesaian Neraca Massa
A. Neraca Massa Di Reaktor
Reaksi yang terjadi di reaktor :
1. ...... (x1)
2. ...... (x2)
Basis : 10 Kmol CH3OH
Excess: 90 Kmol Udara (O2, N2,)
Komponen BM % volume
O2
N2
32
28
21
79
Aliran Jumlah
Komponen
Komponen
2 1 CH3OH
3 6 Udara (O2, N2), CH2O, CO, CH3OH, H2O
4 6 CH3OH, H2O, O2, N2, CH2O, CO
Variabel 13
REAKTOR
(2)
(4)(3)
Laju Reaksi : x1 dan x2
Neraca Komponen:
1. Nkeluar N2 = Nmasuk N2
2. Nkeluar H2O = 0 + x1 + x2
3.Nkeluar O2 = Nmasuk O2 – ½ x1 – ½ x2
4.Nkeluar CO = 0 + x2
Diketahui :
Konversi CH3OH = 98.4%
Yield = 94.4%
Kemurnian CH3OH = 99.9% ( 0.1% H2O)
Perbandingan mol CH3OH dan O2 = 0.56
Maka,
1. Nkeluar N2 = Nmasuk N2
= 0.79 x 90 kmol udara = 71.1 kmol
= 71.1 x 28 = 1990.8 Kg
2. x1 = Jumlah CH3OH yang bereaksi dengan O2 membentuk CH2O
= x . N masuk CH 3OH = 0.984 x 10 kmol = 9.84 kmol
δ CH3OH 1
3. x2 = Jumlah CH2O yang terlibat pada reaksi samping
Yield = CH2O out = 0.944
10
CH2O out = 9.44 kmol
9,44 = x1 – x2
x2 = 9.84 – 9.44 = 0.4 kmol
4. Nkeluar H2O = 0 + x1 + x2
= 0 + 9.84 kmol + 0.4 kmol
= 10.24 kmol
= 10.24 x 18 = 184.32 Kg
5. Nkeluar O2 = Nmasuk O2 – ½ x1 – ½ x2
= (0.21 x 90kmol) – (½ x 9.84 kmol) – (½ x 0.4 kmol)
= 13.78 kmol
= 13.78 x 32 = 440.96 Kg
6. Nkeluar CO = 0 + x2
= 0.4 kmol
= 0.4 x 28 = 11.2 Kg
7. Nkeluar CH3OH = (100 – 98.4) x 10 kmol CH3OH = 0.16 kmol100
= 0.16 x 32 = 5.12 Kg
8. Nkeluar CH2O = 9.44 kmol
= 9.44 x 30 = 283.2 Kg
Neraca Komponen Di Reaktor
KomponenBobot Molekul
(BM)
N. Massa masuk
( Kmol x BM)
N. Massa Keluar
( Kmol x BM)
CH3OH 32 320 5.12
CH2O 30 283.2
H2O 18 184.32
CO 28 11.2
N2 28 1990.8 1990.8
O2 32 604.8 440.96
Total 2915.6 2915.6
Neraca Overall Di Reaktor
KOMPONEN
MASUK KELUAR
FRESH FEED
Metanol DARI MIXER
DARI
REAKTOR
ALIRAN 2 3 4
N2 1990.8 1990.8
O2 604.8 440.96
CO 8.96 20.16
CH2O 4.5312 287.7312
H2O 3.1890 187.509
CH3OH 318.9044 1.0956 5.12
TOTAL 322.0934 2610.18682932.2802
2932.2802
Didapatkan hasil produk yang dihasilkan adalah 750.0973 Kg/Jam dari basis
bahan baku CH3OH 10 Kmol/Jam dan udara ditambahkan excess 90 kmol/jam.
Untuk memenuhi kebutuhan sebanyak 50.000 ton/tahun perlu dihitung faktor
koreksinya.
Basis waktu operasi = 1 jam operasi
Hari kerja dalam setahun = 330 hari
Jam kerja dalam sehari = 24 jam
Kapasitas produksi formaldehid = 50.000 ton/tahun
Flow massa =
= 6313,13 kg/jam
Faktor koreksi = 6313.13 Kg/Jam
750.0973 Kg/Jam
= 8.42
Jadi angka perhitungan di neraca massa over all selanjutnya
disajikan dalam tabel setelah dikalikan faktor koreksi 8.42 dan digunakan
selanjutnya untuk perhitungan neraca energi dan spesifikasi alat.
Berikut hasil perhitungan neraca massa yang sudah dikalikan dengan
faktor (8,42)
Neraca massa overall reaktor
KOMPONEN
MASUK KELUAR
FRESH FEED
Metanol
DARI
MIXER DARI REAKTOR
ALIRAN 2 3 4
N2 16762.536 16762.536
O2 5092.416 3712.8832
CO 75.4432 169.7472
CH2O 38.152704 2422.696704
H2O 26.85138 1578.82578
CH3OH 2685.175048 9.224952 43.1104
TOTAL 2712.026428 21977.7728624689.79928
24689.79928