Disusun untuk Memenuhi Tugas Perancangan Pabrik Kimia Kelas D

*Dasar Reaksi*Reaksi proses pembuatan metanol yang terjadi di dalam reaktor utama menggunakan fixed bed multitube, terdiri dari reaksi :

CO2(g) + H2(g) → CH3OH(g) + H2O(g) ∆H = - 48969 kJ/mol

*Kondisi Operasi*Reaksi pembuatan metanol berlangsung pada kondisi operasi :

• Temperatur : 200 – 400OC

• Tekanan : 25 atm

• Fasa : Gas

• Katalis : Cu – Zn – Al ( 61:30:9 ) %

*Spesifikasi Bahan Baku dan Produk*

1. Bahan Baku

a. Karbondioksida

Rumus : CO2

Bentuk : Gas

Warna : -

Kemurnian : 99,5 %

b. Hidrogen

Rumus : H2

Bentuk : Gas

Warna : -

Kemurnian : 99,8 %

2. Bahan Pembantua. Katalis Reaktor Metanol

Senyawa : Cu-Zn-Al( 61:30:9) %

Carrier : Al2O3 Bentuk : Silinder Kemurnian : 99,3 %

3. Produka. Metanol

Rumus : CH3OHBentuk : CairWarna : BeningKemurnian : 99,85 %

SpesifikasiSpesifikasiperalatanperalatan

1. Tangki Penyimpanan CO2 dan H2

Fungsi : menyimpan bahan baku CO2 dan H2 dalam fase gas.

Tipe : tangki spherical

Jumlah : 2 buah

Kondisi Operasi : T = 30OC ; P = 15 atm

2. KompresorFungsi :

a. menaikkan tekanan gas H2 dan CO2 dari tangki penyimpanan hingga 20 – 25 atm.

b. menaikkan tekanan campuran gas H2 dan CO2 sebelum masuk reaktor hingga 50 atm.

Tipe : sentrifugal kompresor satu stageJumlah : 3 buahEfisiensi : 74,5 %Rasio Tekanan : 2,63

3. Kondensor ParsialFungsi : mengembunkan dan mempurging

impuritas yang ada dalam bahan baku.

Tipe : 1 – 2 Horizontal parsial kondensorJumlah : 1 buahShell Side : air pendinginTube Side : senyawa yang akan

diembunkan

4. HeaterFungsi : menaikkan suhu gas sintesa

sebelum masuk reaktor (200OC).Tipe : shell and tubeJumlah : 1 buahShell Side : pressurized steamTube Side : gas sintesa

5. ReaktorFungsi : tempat untuk mereaksikan CO2 dan H2.

Tipe : fixed bed multitube dengan katalis Cu – Zn – Al (61:30:9) %

Jumlah : 1 buahPressure Drop : 0,095 atmAlat Pendingin : jacketed vesselPendingin : refrigerantReaksi : CO2(g) + H2(g) → CH3OH(g) + H2O(g)

∆H = - 48969 kJ/mol

6. KondensorFungsi :

a. mengembunkan produk hasil reaksi dari reaktor.

b. mengembunkan uap produk yang keluar dari kolom destilasi.

Tipe : 1 -2 Horizontal kondensorJumlah : 2 buahShell Side : air pendinginTube Side : produk hasil

reaksi dari reaktor

7. Flash DrumFungsi :

a. memisahkan dan merecycle gas produk yang tidak terembunkan pada tekanan 35 atm dari cairan metanol – air.

b. memisahkan dan mempurging gas produk yang sudah tidak valuable pada tekanan 5 atm dari cairan metanol – air.

Tipe : tangki vertikalJumlah : 2 buahTekanan FD 1 : 35 atmTekanan FD 2 : 5 atmSuhu FD 1 : 146OC

8. PompaFungsi :

a. memompa cairan metanol – air dari flash drum 2 ke tangki penyimpanan crude metanol.

b. memompa cairan metanol – air dari tangki penyimpanan crude metanol ke menara destilasi.

c. memompa cairan metanol dari kondensor kolom destilasi ke tangki penyimpanan metanol.

d. memompa cairan metanol dari tangki penyimpanan keluar tangki.

Tipe : sentrifugal pumpJumlah : 4 buah

9. Tangki Penyimpanan Crude Metanol

Fungsi : menyimpan cairan metanol – air

keluaran reaktor yang sudah dikondensasi,

yang kemurniannya masih rendah.

Tipe : tangki silinder horizontal

Jumlah : 1 buah

Kondisi Operasi : P = 1 atm ; T = 30OC

10. Menara DestilasiFungsi : memisahkan metanol dari air sebagai produk atas dengan kemurnian 99,85 %.Tipe : sieve trayJumlah : 1 buahKondisi Operasi : P = 1,3 atm

T = 78OC

11. ReboilerFungsi : menguapkan sebagian produk

kolom destilasi.Tipe : thermosipon horizontalJumlah : 1 buahShell Side : steamTube Side : produk

kolom destilasi

12. Tangki Penyimpanan MetanolFungsi : menyimpan produk metanol dalam

bentuk cair.Tipe : tangki silinder vertikal tertutupJumlah : 1 buahKondisi Operasi : P = 1 atm

T = 30OC

*Langkah Proses*

Pembuatan metanol dengan proses hidrogenasi

CO2 pada dasarnya dibagi dalam 3 tahap :

1.Tahap penyiapan bahan baku

2.Tahap reaksi

3.Tahap pemurnian produk

1. Tahap Penyiapan Bahan BakuBahan baku pembuatan metanol adalah senyawa karbon dioksida dan gas hidrogen yang disimpan dalam spherical tank berwujud gas dengan tekanan 15 atm dan temperatur 30OC. Kedua bahan dicampur dalam 1 pipa dan dialirkan ke dalam kompresor sehingga tekanan naik menjadi 20 – 25 atm. Hal ini bertujuan agar gas bisa mengalir ke dalam kondensor parsial untuk memisahkan impuritas yang terkandung dalam bahan baku. Kemudian di dalam heater campuran gas dinaikkan temperaturnya menjadi 200OC dan dialirkan kedalam kompresor untuk dinaikkan tekanannya menjadi 50 atm dan suhu naik menjadi 260OC.

Tahap Penyiapan Bahan Baku

kompressor

Dicampur dalam 1

pipa

CO2(g)

(30°C, 15 atm)CO2(g)

(20-25 atm)

kompressor

H2(g)

(30°C, 15 atm)H2(g)

(20-25 atm)

CO2(g), H2(g)

(20-25 atm)

Kondensorparsial

impuritas

heater

CO2(g), H2(g)

(200°C,25 atm)

kompressor

CO2(g), H2(g)

(260°C,50 atm)

2. Tahap Reaksi

Campuran gas keluar dari kompresor pada temperatur 260OC dan

pada tekanan 50 atm. Gas reaktan masuk reaktor jenis fixed

bed multitube dan berisi katalis dengan kondisi operasi pada

tekanan 50 atm dan suhu 200 – 400OC. Reaksi yang terjadi di

reaktor metanol adalah :

CO2(g) + 3H2(g) → CH3OH(g) + H2O(g) ∆H = -48969 kJ/mol

Reaksi yang berlangsung di reaktor utama ini berlangsung

pada kondisi fase gas dengan menggunakan katalis padat Cu-

Zn-Al (61:30:9) %.

 

Tahap Reaksi

CO2(g) + 3H2(g) → CH3OH(g) + H2O(g) ΔH = -48969 kJ/mol

CO2(g), H2(g)

(260°C,50 atm)

CH3OH(g)

H2O(g)

H2(g)

(260°C,50 atm)

katalis padat Cu-Zn-Al

(61:30:9) %.

Reaksi pembentukan methanol terjadi dalam

reaktor fixed bed multitube

3. Tahap Pemurnian Produk

Outlet reaktor dimasukkan ke dalam kondensor untuk merubah fasa menjadi cair dan tekanan turun menjadi 35 atm. Tetapi karena tidak 100 % menjadi cairan, maka harus dimasukkan ke dalam flash drum pada tekanan 35 atm untuk memisahkan crude metanol dengan sisa gas yang tidak bereaksi, yang selanjutnya sisa gas tersebut di recycle ke dalam kondensor parsial. Kemudian crude metanol dari flash drum pertama dimasukkan lagi ke dalam flash drum bertekanan 5 atm untuk memisahkan crude metanol dari gas yang tidak valuable (gas dipurging).

Setelah itu, crude metanol dialirkan ke dalam tangki penampungan dengan menggunakan pompa, yang selanjutnya akan dimasukkan ke dalam menara destilasi. Hasil bawah menara destilasi yang berupa H2O dimasukkan ke reboiler dan dikembalikan seluruhnya ke menara destilasi, sedangkan hasil atas menara destilasi berupa metanol dengan kemurnian 99.85 % yang disimpan dalam tangki silindrikal.

Tahap Pemurnian Produk

CH3OH(g)

H2O(g)

H2(g)

(260°C,50 atm)

kondensor

CH3OH(g)

H2O(g)

H2(g)

(35 atm, sebagian mencair)

Flash drum

CH3OH(c)

H2O(c)

(5 atm)

H2(g)

(5 atm, akan direcycle ke kondensor

parsial)

Flash drumSisa gas yang

tidak valuable, dipurging

CH3OH(g)

H2O(c)

(1 atm)

Tangki penampung

Kolo

m d

istil

lasi

H2O keluar pada dasar kolom, dikembalikan seluruhny ke dalam

kolom setelah dipanaskan di reboiler

CH3OH keluar dari puncak kolom, derecycle ke

kolom melalui kondensor total sampai didapatkan

kemurnian 99,85%