Ethylene Oxide production

8/13/2019 Ethylene Oxide production

1/13

1. Etilen OksidaEtilen oksida merupakan suatu bahan kimia yang digunakan untuk membuat etilen

glikol. Selain itu, etilen oksida juga digunakan untuk membuat polietilen oksida yang

biasa diaplikasikan sebagai bahan aditif dalam proses pembuatan detergent. Etilen oksidaini memiliki kereaktifan yang tinggi sehinggga sering digunakan sebagai reaktan. Karena

kereaktifan etilen oksida yang tinggi ini memungkinnkan terjadinya ledakan dan sangat

berbahaya karena memiliki toksisitas yang tinggi pula. Sehingga untuk penggunaan etilen

oksida ini untuk diolah sebagai bahan baku pembuatan etilen glikol atau yang lainnya

biasanya dilakukan dalam plant yang berdekatan. Sehingga untuk proses transportasinnya

hanya dilakukan dengan mengalirkannya dengan menggunakan pipa. Etilen oksida dapat

dibuat melalui oksidasi etilen. Etilen merupakan hidrokarbon oleofin yang paling

sederhana dan merupakan bahan baku yang penting dalam industry kimia. Erilen

dihasilkan dari minyak bumi dan gas alam, namun bahan baku etilen diindustri biasanya

diperoleh dari cracking hidrokarbon rantai panjang.

2. Deskripsi Proses Sintesa Etilen OksidaAdapun pada proses pembuatan etilen oksida ini, dilakukan dengan cara

mengoksidasi etilen. Dimana, etilen direkasikan dengan oksigen sehingga membentuketilen oksida. Berikut adalah reaksi kimianya :

C2H4+ 0,5O2 C2H4O

C2H4+ 3O2 2CO2+ 2H2O

C2H4O + 2,5O2 2H2O + 2CO2

Proses flow diagram pembuatan etilen oksida PT. Stratos Engineering ini

ditunjukkan pada Gambar 1. berikut. Dimana proses pembuatan etilen oksida terbagi

menjadi beberapa tahap diantaranya adalah tahap persiapan umpan, tahap reaksi dan

tahap purifikasi.


2/13

2 | P a g e


3/13

3 | P a g e

2.1. Persiapan umpanPada proses pembuatan etilen oksida, dibutuhkan umpan berupa etilen dan

udara kering.

2.1.1.EtilenAliran 2 ini merupakan aliran umpan etilen yang akan digunakan untuk

pembuata etilen oksida. Etilen yang diumpankan melalui aliran 2 ini memiliki

temperature 25oC dan tekanan 50 bar. Kemudian etilen ini melewati throttling

valve sehingga akan keluar sebagai aliran 8. Pada Aliran 8 ini temperaturnya

mengalami perubahan yaitu dari 250C menjadi -6,300C, tekanannya juga

mengalami perubahan yaitu dari 50 bar menjadi 27 bar. selanjutnya dari aliran ini

dicampur dengan hasil recycle ethylene pada aliran 27 yang telah di blower danmasuk melalui throttling valve sehingga dihasilkan aliran 28. Pada aliran 9 ini

komposisinya adalah ethylene 1047,95 kmol/h , ethylene oside 6,48 kmol/h ,

carbon dioxide 31,71 kmol/h , oxygen 3050,14 kmol/h , nitrogen 14.093,02 km

ol/h , dan water 20,99b kmol/h. temperature pada aliran ini adalah 26,34 0C ,

tekanan 27 bar.

2.1.2.Udara KeringUdara kering yang akan digunakan untuk pembuatan etilen oksida ini dimulai

dari aliran 1, dengan temperature 25oC dan tekanan 1,01325 bar dimana

komposisi udara ini mengandung oksigen dan nitrogen. Udara ini akan melewati

compressor dan kemudian dihasilkan aliran ke 3. Aliran ke 3 merupakan keluaran

dari aliran 1 yaitu udara yang telah melalui compressor dimana, temperature dari

udara ini telah berubah menjadi 159,19oC dan tekanannya 3 bar dengan komposisi

oksigen dan nitrogen yang tetap. Setelah itu udara masuk kedalam intercooler

sehingga akan mengalami perubahan temperature dan tekanan. Keluaran dari

intercooler ini adalah aliran 4, dimana komposisinya adalah oxygen dan nitrogen

dengan temperature 450C, tekanan 2,70 bar. selanjutnya dari aliran ke 4 ini udara

kembali diumpankan ke dalam air compressor sehingga udaranya akan mengalami

perubahan temperature dan tekanan, yaitu pada aliran 5. Aliran kelima merupakan

udara keluaran hasil dari air compressor, dimana temperaturnya mengalami

kenaikan menjadi 206,110C dan tekanan 9 bar. Selanjutnya dari aliran 5 akan

diumpankan kembali kedalam intercooler, hal ini dilakukan karena temperature

yang dihasilkan masih terlalu tinggi, sedangkan tekanan yg diinginkan belum


4/13

4 | P a g e

tercapai, hasil dari intercooler ini adalah aliran 6, dimana temperature dan

tekanannya mengalami perubahan, yaitu temperaturnya menjadi 450C dan

tekanannya mengalami kenaikan menjadi 8,70 bar. Dikarenakan tekanan udara

yang diinginkamn belum tercapai , maka dari aliran 6 ini akan diumpan kan

kembali kedalam air compressor sehingga akan dihasilkan aliran 7, dimana

temperaturenya 195,210C dan tekanannya mengalami kenaikan menjadi 27 bar,

komposisinya tidak mengalami perubahan yaitu tetap oxygen dan nitrogen.

Tujuan pemasangan air compesor dan intercooler yang dipasang berselang seling

bertujuan agar dalam tekanan yang diharapkan tercapai namun temperaturnya

tidak terlalu tinggi, sebab jika temperaturnya terlalu tinggi memungkinkan

terjadinya perubahan fase.

2.2. ReaksiPada proses pembuatan etilen oksida ini, etilen yang telah diperoleh dari aliran

9 dicampur dengan udara kering yang telah di buat dari proses sebelumnya yaitu

dari aliran 7. Hasil pada campuran ini mengandung ethylen, ethylene oxide,

carbon dioxide, oxygen , nitrogen , dan water . Setelah terjadi pencampuran

tersebut, temperatur pada aliran ini naik menjadi 106,740C , tekanannya 26,80 bar.

Selanjutnya dari aliran ini dimasukan terlebih dahulu kedalam reactor preheater,

tujuannya adalah untuk menaikan suhu nya agar temperature nya sesuai dengan

temperature operasi yang diinginkan yaitu sebesar 240oC. Aliran keluaran dari

hasil reactor preheater ini, komposisinya mengandung ethylene , ethylene oxide,

carbon dioxide, oxiygen , nitrogen, dan water. Dari aliran ini kemudian

diumpankan kedalam reactor pertama, dimana didalam reactor ethylene di

oksidasi dengan menggunakan oksigen, dalam reactor ini reaksi nya berlangsung

secara eksoterm sehingga akan dihasilkan panas dari reaksi, kemudian panas yang

dihasilkan akan digunakan untuk membuat steam dengan cara memasukkan boiler

feed water kebagian shell dalam reactor tersebut. Pada aliran keluaran dari reactor

yang pertama ini, etilen oksida yang terbentuk memiliki konversi yang cukup

kecil untuk menghasilkan selektivitas terhadap produk yang diinginkan. Pada

aliran ini telah diperoleh etilen oksida. Dan kemudian effluent dari reactor yang

pertama ini akan memasuki cooler karena suhu yang keluaran dari reactor ini

adalah cenderung tinggi yaitu sekitar 240oC. Setelah masuk kedalam cooler

tersebut, suhu effluent tersebut turun menjadi 45oC. Selanjutnya effluent tersebut


5/13

5 | P a g e

masuk kedalam blower sehingga tekanan dan temperature effluent tersebut naik

menjadi 30,15oC dan 63,72oC. Setelah masuk kedalam kompresor tersebut

kemudian effluent tersebut masuk ke dalam scrubber untuk mengabsorbsi etilen

oksida yang telah terbentuk dari hasil pada reactor 1. Etilen oksida tersebut di

absorb dengan menggukan air. Air yang dimasukkan kedalam scrubber tersebut

sebanyak 20 kmol/jam dengan temperature 25 oC dan tekanan 30 bar. Hasil

keluaran scrubber tersebut terdiri dari produk bawah (aliran 17) yang kemudian

masuk kedalam proses purifikasi, dan aliran atas (aliran 16) yang terdiri dari

ethylene, etilen okside yang tidak terabsorb, carbon dioxide, oksigen , nitrogen

dan air sebanyak. Kemudian aliran tersebut masuk ke dalam reactor preheater

untuk menaikkan temperaturnya agar sesuai dengan temperature operasi yang

diinginkan yaitu 240oC. Aliran keluaran dari hasil reactor preheater ini kemudian

diumpankan kedalam reactor kedua, dimana prosesnya sama seperti pada proses

dalam reactor pertama. Akan tetapi, pada reactor kedua ini, konversi yang tercapai

lebih besar dibandingkan dengan pada reactor pertama. Effluent yang keluar dari

reactor kedua ini terdiri dari etilen, dan etilen yang bersisa sebesar, oksigen dan

karbon dioxide. Sama seperti reactor yang pertama, pada reactor kedua ini reaksi

nya berlangsung secara eksoterm dan panas yang dihasilkan dari reaksi tersebut,

kemudian digunakan untuk membuat steam dengan cara memasukkan boiler feed

water kebagian shell dalam reactor tersebut. Kemudian effluent tersebut masuk

kedalam rangkaian seri yang terdiri dari cooler, compressor dan Etilen oksida

absorber dengan kondisi operasi yang sama seperti pada rangkaian pertama.

Produk atas dari etilen oksida absorber ini yang mengandung etilen, Etilen oksida,

karbon dioksida, oksigen, Nitrogen dan air dengan temperature produk tersebut

adalah 30.0851 oC dan tekanan 30 bar. Kemudian senywa tersebut sebagian

direcycle kembali pada fresh etilen sebagai umpan dan sebagian lagi dikeluarkan

sebagai fuel gas.

2.3. PurifikasiProses purifikasi dilakukan untuk mencapai spesifikasi produk , sehingga

sesuai dengan yang diingkan, pada proses pembuatan ethylene oxide ini proses

purifikasi dimulai dari aliran 17 dimana aliran ini merupakan keluaran hasil dari

absorber 1 dimana kandungannya adalah ethylene, ethylene oxide, carbon dioxide,

oxygen, nitrogen dan water. Dimana temperature nya adalah 51,920C, tekanan 30


6/13

6 | P a g e

bar. Kemudian dari aliran ini dicampur dengan aliran 25 dimana komposisi pada

aliran 25 ini mengandung ethylen , ethylene oxide, oxygen, carbon dioxide,

nitrogen, dan water, pada aliran 25 ini merupakan hasil keluaran dari absorber 2,

temperature pada aliran ini adalah 52,260C , tekanan 30 bar. Kedua aliran tersebut

bercampur menghasilkan aliran 29 dengan komposisi ethylene, ethylene oxide,

oxygen, carbon dioxide, nitrogen, dan water. Sedangkan untuk kondisi operasi

yang terjadi dialiran 29 dengan temperature 52,08 oC , tekanan 30 bar. Sebelum

masuk ke dalam kolom destilasi didinginkan terlebih dahulu di distillation

precooler (E-707) dan menghasilkan aliran 30 dengan komposisi ethylene,

ethylene oxide, carbon dioxide, oxygen, nitrogen , dan water. Sedangkan untuk

kondisi operasinya, temperature yangdihasilkan menjadi 45 oC sedangkan tekanan

29,70 bar dan laju alir tetap. Aliran tersebut melewati valve menjadi aliran 31

dengan komposisi tetap dengan kondisi operasi , temperature 45,02 oC , tekanan

10 bar dan laju alir tetap. Destilasi tersebut dilengkapi oleh kondensor, level

indicator control (LIC), reflux drum, reboiler (E-709), pompa (P-701A/B), valve

dan flow indicator control (FIC). Kondensor berfungsi memaksimalkan konversi

di destilasi tersebut, LIC berfungsi untuk mengkontrol tinggi cairan yang terdapat

di kolom destilasi, sedangkan FIC berfungsi untuk mengkontrol laju alir dari

kolom destilasi, sedangkan reflux drum buat memaksimalkan kemurnian dari

ethylene oxide. Hasil dari bottom produk menhasilkan aliran 33 dengan komposisi

ethylene oxide dan water dengan kondisi operasi, temperatur 182,3 oC , tekanan

10,5 bar. Sedangkan top product menhasilkan 2 aliran. Aliran 32 dan aliran 34,

aliran 32 mengandung ethylene oxide dan water memiliki kandungan 99,5wt % ,

sedangkan kondisi operasinya temperatur 86,4 oC, tekanan 10 bar. Sedangkan

untuk aliran kedua dari top product adalah aliran 34 dengan komposisi ethylene,

carbon dioxide, oxygen, dan nitrogen. Sedangkan untuk temperature operasi 86,4oC, tekanan 10 bar, vapor mole fraction 1.

3. Spesifikasi AlatBerdasarkan deskripsi proses pembuatan etilen oksida yang telah dipaparkan

diatas, adapun spesifikasi dari masing-masing alat yang digunakan adalah sebagai

berikut :

3.1. Kompresor


7/13

7 | P a g e

Kompresor yang digunakan pada pabrik ini memiliki spesifikasi sebagai

berikut :

a. K-100Bahan : Carbon steel

Jenis : Sentrifugal

Power : 19 MW

Adiabatic efficiency : 80%

b. K-101Bahan : Carbon steel

Jenis : Sentrifugal

Power : 23 MW


c. K-102Bahan : Carbon steel

Jenis : Sentrifugal

Power : 21,5 MW


d. K-103Bahan : Carbon steel

Jenis : Sentrifugal

Power : 5,5MW


e. K-104Bahan : Carbon steel

Jenis : Sentrifugal

Power : 21,5 MW



8/13

8 | P a g e

3.2. Heat Exchangera. E-100

Luas : 5553m3

Q : 58.202 MJ/hJenis proses : Stream in tubes

b. E-101Luas : 6255m3

Q : 83.202 MJ/h

Jenis proses : Stream in tubes

c. E-102Luas : 12.062 m3

Q : 147.566 MJ/h


d. E-103Luas : 14.110 m3

Q : 209.607 MJ/h


e. E-104Luas : 14.052 m3

Q : 229.890 MJ/h


f. E-105Luas : 13.945 m3

Q : 207.144 MJ/h


g. E106Luas : 1478 m3


9/13

9 | P a g e

Q : 21.493 MJ/h


3.3.

Reaktora. PFR -100

Bahan : Carbon steel

Diameter : 9 mm

Void fraction : 0,4

Volume : 202 m3

Tinggi : 10 m

Diameter tube : 7,38 cm

Jumlah tube : 4722

Active catalyst : 100 %

Q : 33.101 MJ/h

b. PFR-101Bahan : Carbon steel

Diameter : 9 mm

Void fraction : 0,4

Volume : 202 m3

Tinggi : 10 m

Diameter tube : 9,33 cm

Jumlah tube : 2954

Active catalyst : 100 %

Q : 26.179 MJ/h

3.4. Absorbera. T-101

Bahan : Carbon steel

Sieve trays : 20 SS

Efficient trays : 25 %

Feed on tray : 1 dan 20

Spacing : 24 in


10/13

10 | P a g e

Tinggi : 12,2 m

Diameter : 5,6 m

b. T-102Bahan : Carbon steel

Sieve trays : 20 SS

Efficient trays : 25 %

Feed on tray : 1 dan 20

Spacing : 24 in

Tinggi : 12,2 m

Diameter : 5,6 m

3.5. Distilasia. T-103

Bahan : Stainless steel

Sieve trays : 70 SS

Efficient trays : 33%

Feed on tray : 36

Reflux ratio : 0,89

Spacing : 12 in

Tinggi : 43 m

Diameter : 8 m


11/13

11 | P a g e

4. Simulasi Pada HysysBerdasarkan spesifikasi alat tersebut dan kondisi operasi yang telah diuraikan

pada deskripsi proses. Berikut ini contoh beberapa alat pada proses pembentukan etilen

oksida hasil simulasi beberapa alat dengan menggunakan program hysis yaitu :a) Kompresor

Sebagai contoh yaitu pada kompresor K-101 sebagai berikut

Pada hasil simulasi menggunakan hysys ini dapat dilihat bahwa terdapat

sedikit perbedaan pada bagian tekanan produk. Diamana, pada textbook telah

tercantum bahwa nilai tekanan yang diharapkan adalah 9 bar dan temperature

206.11oC.

b) Heat ExchangerBerikut ini diambil contoh heat exchanger (alat penukar panas) pada proses

pembentukan etilen oksida saat pemanasan awal sebelum bahan baku masuk

kedalam reactor (reactor preheater). Berikut hasil simulasi yang dilakukan

dalam hysys :


12/13

12 | P a g e

Profil heatflow terhadap temperature yang dihasilkan :

Pada grafik diatas dapat dilihat bahwa seiring dengan naiknya temperature

produk atau temperature keluaran heater maka laju panas yang dibutuhkan

dalam heater tersebut akan semakin benyak pula, karena untuk memanaskan

suatu zat membutuhkan energi (Cp) yang berbeda-beda. Dimana kapasitas

panas ini merupakan banyaknya energy yang dibutuhkan oleh suatu zat untuk

menaikkan suhunya sebesar 1oC sebanyak 1 Kg.

c) ReaktorReaktor yang digunakan pada proses pembuatan etien oksida ini adalah

reaktor jenis PFR (Plug Flow Reactor). Pemutusan penggunaan reaktor jenis

ini kareana dalam spesifikasi alat telah tersedia bahwa reaktornya tersiri dari

4722 tube dan informasi lainnya. Sedangkan jenis reaksi yang digunakan juga

merupakan reaktor kinetika dengan basis konversi yaitu fase vapor karena

umpan dan produk dari reaktor ini dalam fase vapor (gas). Produk yang

dihasilkan hasil simulasi menggunakan hysys ini memiliki jumlah yang lebih

banyak atau konversi yang terjadi lebih besar. Peningkatan ini terjadi karena

persamaan kinetika yang masukkan kedalam hysys tidak dimasukkan secara

lengkap. Karena persamaan kinetika yang tersedia berbeda dengan persamaan

kinetika yang digunakan pada program hysys.


13/13

13 | P a g e

d) AbsorberPada proses pembuatan etilen oksida ini, absorber digunakan untuk

memisahkan etilen oksida yang telah terbentuk dari reaktor. Dengan

menggunakan absorber berupa air (Processed Water) etilen oksida yang

terbentuk akan terlewatkan melalui aliran 17, sedangkan untuk komponen lain

yang belum terkonversi menjadi etilen oksida akan keluar melalui aliran 16

untuk dimasukkan kedalam reaktor ke 2, agar tercapai konversi yang lebih

maksimal.

Secara keseluruhan, plant produksi etilen oksida pada PT.Stratos Engineering dengan

menggunakan aplikasi hysys yaitu ditunnjukkan pada gambar berikut ini :

Ethylene Oxide production

Documents

Transcript of Ethylene Oxide production