BAB II STUDI KELAYAKAN AWAL - Repository ITK

11

BAB II

STUDI KELAYAKAN AWAL 2.1 Pemilihan Proses

Dalam proses pembuatan asetat anhidrat terdapat tiga varian tahapan proses

yang dapat dilakukan, yaitu oksidasi asetildehid, karbonilasi methanol, dan proses

ketena. Sebelum melakukan proses produksi, maka dilakukan seleksi proses

terlebih dahulu untuk menghasilkan produk yang diinginkan. Adapun beberapa

macam proses yang dapat digunakan untuk memproduksi asetat anhidrat, sebagai

berikut :

2.1.1 Oksidasi Asetaldehid

Asetat Anhidrat dapat diproduksi dengan metode oksidasi langsung dari

asetaldehid menggunakan bahan baku pelarut asam asetat. Produksi asetat anhidrat

dengan asetaldehid dilangsungkan menggunakan 1 reaktor dan 4 kolom pemisahan.

Pada proses tersebut terbentuk senyawa intermediate asam asetat. Proses utama

yang berlangsung adalah reaksi oksidasi asetaldehid hingga terbentuk asetat

anhidrat. Proses reaksi oksidasi asetaldehid dapat dilihat melalui persamaan 2.1

sampai 2.3 berikut. Pada proses tersebut terbentuk senyawa intermediate asam

asetat.

CH3CHO + O2 → CH3COOOH ….. (2.1)

CH3COOOH + CH3CHO → CH3COOOCH(OH)CH3 ….. (2.2)

CH3COOOCH(OH)CH3 → (CH3CO)2O + H2O ….. (2.3)

Dalam hal ini, asetaldehid teroksidasi membentuk peroxyacetic acid. peroxyacetic

acid ini akan bereaksi lagi membentuk acetaldehyde monoperoxyacetate.

(Kurniawan, 2004)

Proses oksidasi asetaldehid tersebut dikembangkan oleh Hoechst-Knapsack.

Selanjutnya, proses ini dikembangkan lebih lanjut oleh Shawingan dimana

campuran tembaga (Cu) dan kobalt (Co) asetat digunakan sebagai katalis. Proses

ini merupakan proses terbaru menghasilkan konversi asetat anhidrat paling tinggi.

Block flow diagram dari proses produksi asetat anhidrat melalui oksidasi

asetaldehid dapat dilihat pada Gambar 2.1 sebagai berikut.

12

Gambar 2. 1 Diagram Alir Blok Proses Oksidasi Asetaldehid

Proses reaksi ini diperoleh dari paten US Patent 4,252,983. Reaktor terdiri

dari reaktor fase cair dan unit pemisah. Awalnya, umpan berupa oksigen dan

asetaldehid masuk ke reaktor bersamaan dengan katalis Cu dan Co asilat. Pelarut

yang digunakan pada reaksi ini adalah asam ester karboksilat alifat. Temperatur

reaksi dijalankan pada suhu 62°C hingga mencapai suhu 90°C dan reaksi dijalankan

selama 20 menit. Seluruh produk reaksi, beserta diluen dan katalis kemudian

dialirkan ke separator dan tempat distilasi.

Pada proses distilasi ini, dihasilkan produk atas berupa asetaldehid sisa,

asam aseter karboksilat, dan air. Produk bawah dari proses ini adalah campuran

asam asetat-asetat anhidrat dan larutan katalis yang kemudian akan dipisahkan lebih

lanjut pada tempat evaporasi. Di tempat evaporasi ini, maka akan didapatkan 2:12

rasio berat antara distilat asam asetat-asetat anhidrat banding bottom larutan katalis.

Produk distilat kolom distilasi pertama juga dipisahkan lebih lanjut menggunakan

separator. Asetaldehid sisa dan pelarut ester karboksilat di recycle kembali ke

dalam reaktor.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam perancangan proses ini antara

lain adalah membuat desain reaktor agar oksigen dapat masuk melalui beberapa

bukaan yang berbeda. Kandungan oksigen masuk tidak boleh lebih dari 5% volume.

Melalui metode proses ini, didapat konversi lebih dari 95% asetaldehid

dengan yield asetat anhidrat dan asam asetat dengan kemurnian sekitar 60%. Produk

akhir ini akan diolah lebih lanjut untuk menghasilkan kemurnian yang diinginkan.

2.1.2 Karbonilasi Metanol

Asetat Anhidrat dapat dibuat dengan cara karbonilasi metanol dengan cara

yang sama dengan karbonilasi metil asetat menjadi asam asetat. Produksi

13

karbonilasi metanol untuk membentuk asetat anhidrat merupakan salah satu metode

pembuatan yang paling terbaru dikembangkan. Proses ini secara komersial paling

besar dikembangkan oleh BASF. Produksi ini melibatkan karbonilasi dengan

bantuan katalis rhodium chloride trihydrate, metil iodida, bubuk logam kromium,

dan sebuah alumina pendukung atau sebuah kompleks nickel carbonyl dengan

triphenylphospine, dan chromium hexacarbonyl (Kurniawan, 2004). Pada

umumnya katalis yang digunakan, yaitu dalam bentuk garam iodida atau broida.

Proses ini didukung dengan mulai meningkatnya perhatian global akan produksi

karbon monoksida dan sampuran karbon monoksida-hidrogen. Untuk proses reaksi

karbonilasi metanol dapat dilihat pada persamaan 2.4 sampai 2.6 sebagai berikut.

CH3OH + CO → CH3COOH ….. (2.4)

CH3COOH + CH3OH → CH3COOCH3 + H2O ….. (2.5)

CH3COOCH3 + CO → (CH3CO)2O ….. (2.6)

Umpan dari proses produksi ini adalah metanol dan karbon monoksida.

Proses awal dimulai dari metanol dikarbonilasi hingga membentuk asam asetat.

Asam asetat ini akan direaksikan dengan metanol untuk menghasilkan metil asetat

yang dikarbonilasi lebih lanjut untuk menjadi asetat anhidrat.

Berdasarkan paten EP0132391A2 proses tersebut telah dikembangkan lebih

lanjut, dimana proses pemisahan antara metil asetat dengan air cukup sulit akibat

terbentuknya azeotrope. Melalui paten tersebut, asam asetat yang terbentuk dari

karbonilasi direaksikan dengan metil iodida hingga terbentuk metil asetat. Dengan

mereaksikan asam asetat dengan metil iodida, maka pembentukan air dapat

dihindari. Metil iodida merupakan produk intermediate yang didapat dengan

menggunakan katalis Rhodium Iodida. Proses karbonilasi metanol untuk

membentuk produk asetat anhidrat dapat dilihat pada Gambar 2.2 berikut.

14

Gambar 2. 2 Diagram Alir Blok Proses Karbonilasi Metanol

Proses dimulai dengan mengumpankan karbon monoksida dan asam asetat

ke reaktor karbonilasi bersamaan dengan metil iodide dan recycle asam asetat.

Produk hasil reaksi tersebut kemudian dipisahkan menjadi 2 aliran. Aliran dengan

titik didik lebih tinggi terdiri dari asetat anhidrat serta sebagian asam asetat

diumpankan ke kolom distilasi. Pada kolom distilasi ini, asam asetat sisa dipisahkan

pada bagian atas sementara produk asetat anhidrat diambil sebagai produk bawah.

Aliran dengan titik didih lebih rendah, terdiri dari karbon monoksida,

hidrogen iodida, metil iodida, dan asam asetat sisa diumpankan ke scrubber. Pada

scrubber ini karbon monoksida dipisahkan sebagai produk atas dan diumpankan

kembali ke dalam reaktor karbonilasi. Sementara itu, metil iodida dan asam asetat

sisa dipisahkan dibagian bawah dan dikembalikan juga ke dalam reaktor 2.

Ditengah scrubber, hidrogen iodide diambil dan diumpankan ke unit iodinasi

dimana senyawa tersebut direaksikan dengan metanol untuk menghasilkan metil

iodida dan air. Metil iodida ini kembalikan lagi ke unit scrubber.

Reaksi karbonilasi paling efektif dilakukan pada fase cair di suhu 250°C dan

tekanan 25 bar. Karbon monoksida yang digunakan harus memiliki tingkat

kemurnian yang cukup tinggi.

2.1.3 Metode Ketena

Metode ketena adalah proses pembuatan dengan produk intermediate

berupa ketena dengan bahan baku asam asetat. Proses ini melibatkan dehidrasi asam

asetat menjadi ketena, kemudian reaksi antara ketena dan asam asetat tersebut

menjadi asetat anhidrat. Untuk memperoleh produk asetat anhidrat harus melalui

15

beberapa tahapan proses reaksi kimia, persamaan reaksi kimia tersebut dapat dilihat

pada persamaan 2.7 sampai 2.9 sebagai berikut.

CH3COOH → CH2CO + H2O ….. (2.7)

CH3COOH → CH4 + CO2 ….. (2.8)

CH3COOH + CH2CO → (CH3CO)2O ….. (2.9)

Pada metode ketena ini, reaksi tersebut dapat berlangsung menggunakan

trietil fosfat sebagai katalis. Dalam perancangan proses produksi, dapat dibagi

menjadi 2 tahapan, yaitu proses pembentukan ketena dan proses pembentukan

asetat anhidrat dengan mereaksikan ketena dengan asam asetat. Berdasarkan paten

US Patent 3,378,583 terdapat block flow diagram proses pembuatan ketena yang

dapat dilihat pada Gambar 2.3 sebagai berikut.

Gambar 2.3 Diagram Alir Blok Proses Pembuatan Ketena

Secara garis besar, proses tersebut melibatkan dehidrasi termal dari asam

asetat pada suhu yang tinggi hingga membentuk ketena dan air. Kemudian. Produk

didinginkan untuk memisahkan ketena dan air. Proses dimulai dengan melakukan

evaporasi terlebih dahulu pada asam asetat hingga suhu 90°C. Sebelum uap asam

asetat masuk ke dalam reaktor, uap dipanaskan terlebih dahulu hingga mencapai

suhu 225°C. Reaksi dehidrasi dijalankan pada suhu 500°C-1000°C dan

menggunakan tekanan 300 mmHg sampai menghasilkan ketena dan air. Produk

hasil reaksi langsung didinginkan hingga seluruh air dan asam asetat

terkondensaasi.

Untuk proses pembentukan asetat anhidrat dari reaksi antara ketena dengan

asam asetat diperoleh dari paten US Patent 8,653,303 B2 dapat lihat pada Gambar

2.4 sebagai berikut.

16

Gambar 2. 4 Diagram Alir Blok Proses Pembuatan Asetat Anhidrat

Berdasarkan proses ini, ketena dalam bentuk fase gas telah diproduksi dari

reaksi sebelumnya dialirkan menuju kolom absorbsi bersamaan dengan asetat

anhidrat. Aliran asetat anhidrat sebagian dicampur kembali dengan asam asetat dan

di recycle, kemudian sebagiannya lagi diambil sebagai produk. Ketena yang belum

bereaksi pada kolom absorbsi mengalir dari atas dan dialirkan ke reaktor

berikutnya. Pada paten yang diambil tersebut, reaktor yang digunakan adalah liquid

ring vacuum compressor. Ketena tersebut bereaksi lagi dengan asam asetat untuk

menghasilkan asetat anhidrat. Produk asetat anhidrat, asam asetat sisa, serta gas

tambahan dialirkan ke tangki fluida dimana terjadi pemisahan antara gas dengan

campuran asam asetat-asetat anhidrat. Campuran ini dialirkan kembali sebagai

aliran recycle ke liquid ring vacuum compressor. Hasil tingkat kemurnian produk

asetat anhidrat yang diperoleh dapat mencapai 95%. Untuk mendapatkan tingkat

kemurnian yang lebih tinggi, pada proses tersebut dapat menggunakan unit pemisah

berupa unit distilasi.

Dari beberapa proses yang ada, dapat dibandingkan macam-macam proses

untuk menghasilkan 81.000 ton asetat anhidrat yang dapat dilihat pada Tabel 2.1

dibawah ini.

17

Tabel 2. 1 Data Perbandingan Varian Proses

Kriteria Oksidasi Asetaldehid

Karbonilasi Metanol Ketena

Bahan Baku Asetaldehid Metanol dan

Karbon Monoksida

Asam Asetat

Katalis Cu dan Co Rhodium-Iodida/Nikel Trietil Fosfat

Konversi 60%

(US Patent 4,252,983)

60% (EP0132391A2)

98% (US Patent 3,378,583)

Ketersediaan Bahan Baku

Tersedia di PT. Indo Acidatama

Tersedia di PT. Kaltim Methanol dan Impor dari

Singapura

Tersedia di PT. Indo Acidatama

dan BP PETRONAS

Acetyls Malaysia

Kompleksitas Sistem

1 Reaktor dan 4 Pemisah (5 alat

utama)


utama)


utama)

2.2 Justifikasi Proses

Berdasarkan proses yang telah diuraikan pada Tabel 2.1 mengenai data

perbandingan untuk beberapa varian proses, maka proses yang dipilih untuk

mengolah asetat anhidrat adalah Metode Ketena. Pertimbangan dalam pemilihan

proses tersebut, yaitu berdasarkan nilai konversi produk yang dihasilkan tinggi serta

memiliki susunan kompleksitas sistem yang cukup baik dan lebih sederhana.

Pada pembuatan asetat anhidrat dengan proses metode ketena menggunakan

asam asetat sebagai bahan baku dan trietil fosfat sebagai katalis. Proses yang terjadi

pada pembuatan asetat anhidrat adalah pirolisis. Secara garis besar, proses dibagi

menjadi beberapa tahapan, yaitu :

1. Tahap persiapan bahan baku

2. Tahap reaksi

3. Tahap pemisahan dan pemurnian produk

18

2.2.1 Tahap Persiapan Bahan Baku

Pada unit persiapan bahan baku, asam asetat disimpan pada tangki

penyimpanan asam asetat (T-101) dan bahan untuk penunjang proses produksi

berupa katalis trietil fosfat (TEP) yang disimpan pada (T-102) sebagai tangki

penyimpanan katalis. Proses produksi asetat anhidrat dimulai dengan mengalirkan

umpan asam asetat ke vaporizer (E-101) dengan tujuan untuk mengubah fase dari

cair menjadi gas dengan menggunakan steam sebelum direaksikan ke dalam

reaktor. Asam asetat keluar menjadi fase gas memiliki suhu 117,76°C dan tekanan

1 atm. Sebelum masuk ke reaktor, asam asetat gas dicampurkan dengan trietil fosfat

(TEP) yang bersifat sebagai katalis reaksi perengkahan asam asetat. pada mixing

point (MP-101) untuk mempermudah proses pencampuran. Kemudian, umpan

campuran dialirkan masuk ke dalam reaktor (R-101) yang merupakan reaktor untuk

tempat proses pirolisis untuk menghasilkan produk ketena dalam bentuk fase gas.

Reaktor (R-101) dikondisikan pada keadaan vakum dengan tekanan 0,15 atm untuk

memaksimalkan konversi dan yield produk ketena pada reaksi perengkahan asam

asetat.

2.2.2 Tahap Reaksi

Proses pirolisis dilakukan pada reaktor 1 (R-101). Reaksi perengkahan pada

reaktor 1 (R-101) bersifat endotermis, sehingga perlu diberikan diberikan sumber

pemanas agar reaksi dapat terus berjalan. Sumber panas yang digunakan untuk

menjaga suhu reaktor (R-101) pada suhu 750°C adalah panas hasil pembakaran gas

alam pada furnace. Pipa-pipa pada reaktor (R-101) dipanaskan langsung udara hasil

pembakaran gas alam. Reaksi perengkahan ini adalah reaksi yang menghasilkan 2

mol produk untuk setiap mol umpan yang digunakan seperti reaksi yang dapat

dilhat sebagai berikut.

CH3COOH → CH2CO + H2O

Untuk menggeser reaksi ke sebelah kanan, reaksi dilakukan pada kondisi

vakum. Kondisi vakum dapat dilakukan dengan menggunakan liquid ring vacuum

pump (K-101) pada keluaran reaktor. Setelah itu, produk yang dihasilkan

mengalami proses pendinginan pada effluent cooler (E-102). Effluent reaktor

kemudian didinginkan lebih lanjut setelah vacuum pump hingga suhu aliran

19

menjadi 30°C agar dapat memisahkan asam asetat sisa cair yang terbentuk dari gas

ketena pada separator (V-101) yang memiliki tekanan 1 atm.

Aliran cair campuran asam asetat dengan air dipompa (P-103) dan

dipanaskan terlebih dahulu. Aliran ini dipanaskan sebelum dialirkan ke water

stripper (C-102). Pada water stripper (C-102), air dipisahkan dari campuran air dan

asam asetat sebagai distilat kolom distilasi. Tekanan kolom yang digunakan adalah

1 atm pada kondensor dan 1 atm pada reboiler.

Asam asetat produk bawah dari water stripper (C-102) memiliki suhu

118°C kemudian didinginkan pada cooler (E-108), kemudian gas ketena keluaran

atas dari separator vessel (V-101) juga dipanaskan pada heater (E-109). Kedua

aliran tersebut kemudian diumpankan ke dalam reaktor (R-102) pada suhu 80°C

dengan tekanan 1 atm untuk menghasilkan produk berupa asetat anhidrat melalui

reaksi eksoterm. Reaksi yang terjadi pada reaktor 2 (R-102) adalah sebagai berikut.

CH3COOH + CH2CO → (CH3CO)2O

Reaksi antara gas ketena dengan asam asetat cair diasumsikan berjalan

sebagai reaksi kesetimbangan. Sehingga, untuk menghasilkan yield asetat anhidrat

yang tinggi, suhu reaktor juga perlu dijaga. Reaksi yang terjadi di reaktor (R-102)

dijaga suhunya 80°C dengan menggunakan pendingin cooling water pada koil.

2.2.3 Tahap Pemurnian Produk

Produk yang keluar dari reaktor 2 (R-102) berupa fase cair dan gas, dimana

keluaran reaktor yang berbentuk gas dialirkan ke flare untuk membuang gas

dekomposisi, seperti CH4 dan CO2 dari aliran produk. Hasil produk asetat anhidrat

berupa fase cair akan dipanaskan terlebih dahulu menggunakan heater (E-110)

sebelum dialirkan ke kolom distilasi. Kemudian, umpan dialirkan ke kolom distilasi

(C-102) untuk dilakukan proses pemurnian agar mendapatkan tingkat kemurnian

yang cukup tinggi. Pada kolom distilasi, umpan masuk pada suhu 86°C dengan

kondisi operasi tekanan 0,2 atm. Dalam kolom distilasi dihasilkan pemurnian

produk asetat anhidrat sebesar 99%-mol yang keluar sebagai hasil produk bawah

kolom distilasi (C-102) dengan suhu 91°C. Produk bawah tersebut, kemudian

didinginkan hingga suhu 30°C untuk disimpan ke dalam tangki penyimpanan

produk (T-103)

20

2.3 Spesifikasi Bahan dan Produk

Adapun spesifikasi bahan baku utama, bahan baku pendukung, dan

spesifikasi produk yang dihasilkan adalah sebagai berikut.

2.3.1 Spesifikasi Bahan Baku Utama

Untuk memproduksi asetat anhidrat, bahan baku utama yang dibutuhkan

adalah larutan asam asetat (CH3COOH). Asam Asetat merupakan suatu larutan

yang dapat menyebabkan iritasi. Pada Tabel 2.1 berikut merupakan spesifikasi yang

dimiliki oleh bahan baku pembuatan asetat anhidrat.

Tabel 2. 2 Tabel Spesifikasi Asam Asetat (C2H4O2)

No. Spesifikasi Nilai

1. Rumus Molekul C2H4O2

2. Fase Cair

3. Warna Tidak Berwarna

4. Bau Menyengat

5. Berat Molekul 60,052 g/mol

6. Kemurnian 99,8 %wt

7. Impurities 0,02% wt H2O

8. Kelarutan Dalam Air (25°C) Larut

9. Distributor Bahan Baku BP PETRONAS Acetyls

10. Harga $ 651,00/ton

(Perry, 1997) 2.3.2 Spesifikasi Bahan Pendukung

Adapun bahan pendukung pada proses ini adalah Trietil Fosfat yang

digunakan sebagai katalis untuk menghasilkan produk Asetat Anhidrat. Trietil

Fosfat merupakan cairan yang bersifat korosif, sehingga dapat memberikan dampak

iritasi pada kulit dan mata. Spesifikasi dari katalis trietil fosfat dapat dilihat pada

Tabel 2.3 sebagai berikut

21

Tabel 2. 3 Tabel Spesifikasi Trietil Fosfat (C6H15O4P)


1. Rumus Molekul C6H15O4P

2. Fase Cair



7. Densitas (20°C) 1,069 kg/m3


9. Distributor Katalis Zhang JiaGang YaRui Chemical Co., Ltd, China

10. Harga $ 1.755,35/ton

(MSDS Triethyl Phosphate PubChem)

2.3.3 Spesifikasi Produk

Asetat Anhidrat (C4H6O3) atau bisa disebut dengan asetil asetat adalah asam

karboksilat anhidrat yang merupakan turunan dari asam asetat. Asetat anhidrat

adalah satu satu anhidrat asam yang paling sederhana. Untuk proses pengolahan

anhidrat pada umumnya menggunakan metode ketena. Penggunaan di industri

kimia, asetat anhidrat ini digunakan sebagai larutan untuk proses reaksi sintesis

organik (Kirk Othmer, 1981).

Gambar 2. 5 Struktur Molekul Asetat Anhidrat

Berdasarkan produk utama yang dihasilkan dari pabrik ini adalah asetat

anhidrat. Maka, terdapat spesifikasi dari asetat anhidrat pada Tabel 2.4 berikut.

22

Tabel 2. 4 Tabel Spesifikasi Asetat Anhidrat (C4H6O3)


1. Rumus Molekul C4H6O3

2. Fase Cair


4. Bau Menyengat


6. Densitas (20°C) 1,082 kg/m3

7. Laju Alir 1190,5 kg/jam

8. Kemurnian 99,5 %wt


10. Harga $ 2.308,00/ton

(Kirk Othmer, 1981)

BAB II STUDI KELAYAKAN AWAL - Repository ITK

Documents

Transcript of BAB II STUDI KELAYAKAN AWAL - Repository ITK