i
PROPOSAL
PENELITIAN LABORATORIUM
DANA ITS TAHUN 2020
Judul Penelitian:
EFISIENSI ENERGI PADA PROSES PEMISAHAN CAMPURAN
SIKLOHEKSENA/SIKLOHEKSANA MENGGUNAKAN
DISTILASI REAKTIF DAN SIMULASI UNSTEADY STATE-NYA
Tim Peneliti:
Prof. Ir. Renanto, M.Sc., Ph.D.
(Departemen Teknik Kimia/Fakultas Teknologi Industri dan Rekayasa Sistem/ITS)
Siti Nurkhamidah S.T., M.S., Ph.D.
(Departemen Teknik Kimia/Fakultas Teknologi Industri dan Rekayasa Sistem/ITS)
Muhammad Ikhsan Taipabu, S.Si., M.Sc., M.T.
(Departemen Teknik Kimia/Fakultas Teknologi Industri dan Rekayasa Sistem/ITS)
Annasit, S.T., M.T.
(Departemen Teknik Kimia/Fakultas Teknologi Industri dan Rekayasa Sistem/ITS)
LEMBAGA PENELITIAN DAN PENGADIAN KEPADA MASYARAKAT INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA 2020
ii DAFTAR ISI HALAMAN SAMPUL DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR BAB I. RINGKASAN ... 1
BAB II. PENDAHULUAN ... 2
2.1. Latar Belakang ... 2
2.2. Perumusan dan Pembatasan Masalah... 3
2.3. Tujuan ... 5
2.4. Relevansi ... 5
2.5. Target Luaran ... 6
BAB III. TINJAUAN PUSTAKA ... 7
3.1. Produksi Sikloheksena ... 7
3.2. Kolom Distilasi Reaktif... 8
3.3. Desain Thermally Coupled ... 9
3.4. Studi Hasil Penelitian Sebelumnya (State of the Art) ... 11
3.5. Keterbaruan Penelitian (Novelty) ... 14
BAB VI. METODE PENELITIAN ... 15
4.1. Skema Tahapan Penelitian ... 15
4.2. Filosofi Desain Flowsheet ... 16
4.3. Metode Penentuan Properti Temodinamika dan Kinetika Reaksi ... 16
4.3.1. Properti termodinamika ... 16
4.3.2. Kinetika reaksi ... 17
4.4. Metode Optimasi Desain Proses ... 20
4.5. Model Dinamik ... 24
BAB V. ORGANISASI TIM, JADWAL DAN ANGGARAN BIAYA ... 26
4.1. Organisasi Tim Peneliti ... 26
4.2. Jadwal Penelitian ... 27
4.3 Anggaran Biaya ... 28
BAB VI. DAFTAR PUSTAKA ... 29
iii
DAFTAR TABEL
Tabel 4-1. Parameter Model Termodinamik ... 17
Tabel 5-1. Organisasi Tim Peneliti ... 26
Tabel 5-2. Pembagian Tugas Tim Peneliti ... 26
Tabel 4-1. Jadwal penelitian ... 27
iv
DAFTAR GAMBAR
Tabel 2-1. Reaksi-reaksi sikloheksena ... 2
Tabel 2-2. Pemisahan campuran sikloheksena/sikloheksana menggunakan kolom distilasi sederhana ... 4
Tabel 3-1. Produksi sikloheksena melalui reaksi hidrogenasi parsial benzena ... 7
Tabel 3-2. Hydrogenation of benzene over Ru-Zn Catalysts ... 7
Tabel 3-3. Transformasi proses konvensional menjadi kolom reaktif distilasi ... 9
Tabel 3-2. Hydrogenation of benzene over Ru-Zn Catalysts ... 7
Tabel 3-4. Desain thermally coupled dengan menghilangkan kondensor (a), desain thermally coupled dengan menghilangkan reboiler (b), dan desain thermally coupled dengan menghilangkan reboiler dan kondensor (c)...10
Tabel 3-5. Flowsheet desain dalam proses produksi sikloheksanol ... 11
Tabel 3-6. Desain flowsheet pemisahan cyclohexene/cyclohexane menggunakan kolom distilasi reaktif ... 12
Tabel 3-7. Desain thermally coupled (Yu et al., 2016) ... 13
Tabel 3-8. Desain thermally coupled (dalam penelitian ini) ... 13
Tabel 4-1. Diagram Alir Penelitian ... 15
Tabel 4-2. Direct hydration sikloheksena untuk menghasilkan sikloheksanol ... 18
Tabel 4-3. Filosofi desain flowsheet ... 21
Tabel 4-4. Variabel desain dari konvensional flowsheet ... 22
Tabel 4-5. Prosedur optimisasi desain konvensional ... 23
1
BAB I. RINGKASAN
Pemisahan komponen titik didih dekat seperti campuran sikloheksena/ sikloheksana adalah topik penting karena sulitnya proses pemisahannya. Baru-baru ini, pemisahan campuran sikloheksena/sikloheksana dengan menggunakan dua kolom distilasi reaktif telah dipelajari. Karena "remixing effect" pada kolom pertama (RDC-1) dan "tingginya komposisi air" pada kolom kedua (RDC-2) dalam desain konvensionalnya, sistem distilasi reaktif dengan penggabungan stream termal (thermally coupled design) telah dipelajari.
Meskipun remixing effect dapat dihilangkan dari RDC-1, komposisi air yang tinggi masih terlihat di bagian bawah RDC-2. Dalam penelitian ini, suatu desain baru (proposed design) diusulkan dan juga desain thermally coupled-nya. Sebagai peningkatan dalam proposed design, bottom recycle stream pada RDC-2 ditambahkan untuk mendaur ulang atau meregenerasi air kembali ke RDC-1 melalui bagian dasar RDC-2. Dengan cara tersebut maka akan mengurangi air yang menguap ke decanter atas melalui bagian reaktif kolom sekaligus mengurangi konsetrasi air yang ada pada bagian bawah kolom. Denga demikian, konsumsi energy terutama pada RDC-2 jelas dapat dikurangi. Untuk mengatasi remixing effect dari proposed design ini, desain
thermally coupled-nya diusulkan dalam proses pemisahan campuran ini. Konfigurasi thermally coupled ini diyakini dapat mengurangi konsumsi energi secara signifikan
karena menggabungkan dua fungsi penghematan energi sekaligus.
Proses optimasi untuk semua konfigurasi dilakukan dengan metode iterasi secara manual dengan merujuk Total Annual Cost (TAC) sebagai target akhir untuk menghasilkan desain proses yang lebih ekonomis dan efisien. Optimasi ditentukan menggunakan Aspen Plus Economic Analyzer (APEA). Setelah menyelesaikan proses
steady state kemudian simulasi model dinamik (unsteady state) diusulkan
menggunakan Aspen Dynamic untuk mengekspresikan kondisi yang sebenarnya terjadi ketika proses ini diaplikasikan pada kondisi real dalam industri.
Target luaran yang hendak dicapai dari usulan penelitian ini adalah publikasi makalah ilmiah pada jurnal internasional terindex SCOPUS atau jurnal internasional terindex Thomson Reuters dengan impact factor berkategori Q2 dan publikasi tambahan pada seminar internasional terindex SCOPUS.
Keywords : bottom recycle stream, desain thermally coupled, distilasi reaktif, model dinamik, pemisahan sikloheksena/sikloheksana.
2
BAB II. PENDAHULUAN
2.1. Latar Belakang
Proses purifikasi untuk menghasilkan senyawa kimia yang murni adalah topik yang sangat penting dalam proses industri untuk menghasilkan bahan baku yang mempunyai nilai ekonomis yang tinggi. Keberadaan impurity pada suatu komponen sebagai reaktan akan berpengaruh pada proses reaksi seperti produk samping akan dihasilkan diakhir reaksi sehingga secara langsung akan menguragi kualitas produk, seperti keberadaan sikloheksana pada proses produksi sikloheksena akan memberikan kerugian saat digunakan secara langsung sebagai reaktan.
Siklohesena adalah bahan baku esensial dalam proses sintesis senyawa organik seperti proses sintesis polimer, senyawa intermediet untuk memproduksi peptisida, sikloheksanol, asam adipat, dan ԑ-caprolactam sebagain senyawa intermediate untuk mensintesis nilon-6, nilon 66, poliamida, dan polyester dimana senyawa-senyawa tersebut mempuyai banyak aplikasi dalm industry kimia modern (Yu et al., 2016; Sun
et al., 2018; Wang et al., 2015; He et al., 2009). Reaksi-reaksi sikloheksena dapat
dilihat pada Gambar 2-1.
Gambar 2-1. Reaksi-reaksi sikloheksena (Robert and Caserio, 1977; Jiang et al., 2002; Loudo 2002; Berndt 2018; Benaissa 2018).
3
Karena begitu banyak aplikasi sikloheksena, diperkirakan lebih dari satu juta ton sikloheksena diproduksi setiap tahun di seluruh dunia (Takamatsu et al., 2003). Selanjutnya, pada tahun 2017, pemasaran sikloheksena global dipimpin oleh Jepang, menangkap sekitar 48,89% dari produksi sikloheksena global. Cina adalah pasar bijaksana kawasan terbesar kedua dengan 35,99% pangsa produksi. Baru-baru ini, produsen utama sikloheksena adalah Asahi Kasei, Grup Shenma, Kemoksi, Gelest, Metadynea Austria. Asahi Kasei adalah pemimpin dunia, memegang 40,59% pangsa pasar produksi pada tahun 2017.
Dalam aplikasinya, pemanfaatan sikloheksena dibidang industry telah memperoleh peningkatan signifikansi dalam berbagai bidang perantara dan lainnya. Secara global, pasar cyclohexene terutama didorong oleh meningkatnya permintaan senyawa intermediet yang menyumbang hampir 80,47% dari total konsumsi hilir cyclohexene (Cyclohexene Market Size, 2019).
2.2. Perumusan dan Pembatasan Masalah
Proses separasi dalam bidang industri sangatlah penting karena pencapaian produk dengan tingkat kemurnian yang tinggi sangat diperlukan dalam rangka meningkatkan nilai ekonomis suatu bahan. Keberhasilan proses separasi tidak terlepas dari kesesuaian sifat campuran dan metode yang digunakan. Lingkup penelitian ini mencakup proses pemisahan campuran dengan titik didih dekat (cloce boiling point
mixtures). Batasan penelitian ini merujuk pada metode yang digunakan dalam proses
separasi.
Dalam industri kimia, sikloheksena diproduksi oleh hidrogenasi benzena, dan biasanya, sejumlah sikloheksana sebagai produk samping akan hadir (Sun et al., 2018; Wang et al., 2015; He et al., 2009 , Yuan et al., 2009). Komponen pengotor ini akan mempengaruhi pemanfaatan sikloheksena, dan telah memberikan batasan pada penggunaannya sebagai bahan baku penting. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk campuran pemisahan adalah metode distilasi.
Distilasi adalah operasi yang paling penting untuk pemisahan dan pemurnian dalam proses industri (Kapoor et al., 1986). Pemisahan didasarkan pada perbedaan "volatilitas" (kecenderungan untuk menguap) di antara berbagai komponen kimia.
4
Dalam kolom distilasi, komponen yang lebih mudah menguap atau ringan akan keluar sebagai produk dari bagian atas kolom dan komponen yang berat akan keluar sebagai produk dari bagian bawah kolom.
F = 100 kmol/h ENE = 0.8 mol ANE = 0.2 mol F = 19.4 kmol/h ENE = 0.01 mol ANE = 0.99 mol F = 80.6 kmol/h ENE = 0.99 mol ANE = 0.01 mol SDC 299 170 2 QR = 13.28 MW QC = -13.22 MW
Gambar 2-2. Pemisahan campuran sikloheksena/sikloheksana menggunakan kolom distilasi sederhana, SDC (Yu et al., 2016).
Kolom destilasi sederhana/simple distillation column (SDC) memiliki beberapa kelemahan untuk pemisahan campuran titik didih dekat dan azeotrop. Dengan menggunakan SDC dalam campuran pemisahan titik didih dekat, diperlukan banyak stages dan tugas reboiler tinggi atau konsumsi energy sangat banyak yang secara langsung berkorelasi dengan total capital cost (TCC) dan total operating cost (TOC). Pada Gambar 2-2 dapat dilihat bahwa diperlukan 300 stages kolom dan
reboiler duty sekitar 13,28 MW harus disediakan untuk memisahkan campuran
sikloheksena/sikloheksana. Dengan demikian, metode pemisahan lain untuk proses pemisahan campuran sikloheksena/sikloheksana perlu dikembangkan. Sebenarnya ada beberapa metode dalam proses separsi, namun dalam penelitian ini akan menfokuskan pada pengembangan proses pemisahan menggunakan metode distilasi reaktif.
5 2.3. Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk meningkatkan efisiensi energi pada proses memisahkan campuran sikloheksena/sikloheksana menggunakan distilasi reaktif dan konfigurasi thermally coupled-nya. Yu et al. (2016) mengusulkan dua kolom distilasi reaktif secara seri, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1-3. Untuk maksud pemisahan, reaksi dilibatkan di dalam kolom. Dengan mengubah sikloheksena melalui reaksi hidrasi untuk menghasilkan sikloheksanol dimana memiliki titik didih lebih tinggi daripada sikloheksana, maka proses pemisahan sikloheksana lebih mudah terjadi pada kolom pertama (RDC-1) sebagai produk atas. Kemudian sikloheksanol diubah menjadi sikloheksena dan air melalui reaksi dehidrasi pada kolom kedua (RDC-2). Meskipun desain proses ini memfasilitasi hidrasi sikloheksen menjadi sikloheksanol, proses ini memberikan fenomena yang tidak menguntungkan yaitu "remixing effect" pada RDC-1.
2.4. Relevansi
Penggunaan polimer dalam kehidupan sehari-hari seperti nilon sudah menjadi kebutuhan primer manusia. Dengan meningkatnya populasi manusia dan berbagai jenis kebutuhannya, semakin banyak pula kebutuhan nilon dalam industry kimia untuk memproduksi barang-barang yang secara langsung berhubungan dengan kebutuhan sehari-hari manusia seperti peralatan dapur, ATK, kain, dan masih banyak lagi. Hal ini secara langsung akan berdampak pada permintaan sikloheksena sebagai bahan baku pembuatan nilon. Selain itu, sikloheksena juga dapat menjadi senyawa awal untuk mensintesis beberapa senyawa kimia yang telah ditampilkan pada Gambar 2-1. Referensi menunjukkan bahwa lebih dari satu juta ton sikloheksena diproduksi tiap tahunnya dan nilai ini akan terus meningkat.
Dalam proses industri, saat memproduksi sikloheksena melalui proses hidrogenasi benzene, biasanya komponen impurities (sikloheksana) juga akan dihasilkan dan impurities ini akan mengurangi nilai ekonomis dari sikloheksena. Dengan demikian diperlukan desain proses yang ekonomis untuk memisahkan campuran tersebut sehingga dihasilkan sikloheksena dengan tingkat kemurnian tinggi.
6 2.5. Target Luaran
Target luaran yang perlu dicapai dari usulan penelitian ini berupa publikasi internasional dengan rencana perolehan atau penyelesaiannya :
a. Publikasi makalah ilmiah pada jurnal internasional terindex SCOPUS Q2 atau jurnal internasional terindex Thomson Reuters dengan impact factor. b. Publikasi tambahan pada seminar internasional terindex SCOPUS yang telah
didaftarkan pada Sysmposium of Malaysian Chemical Engineering (SOMChE) 2020.
7
BAB III. TINJAUAN PUSTAKA
3.1. Produksi Sikloheksena
Sikloheksena adalah salah satu senyawa siklik hidrokarbon tak jenuh yang bermanfaat sebagai senyawa start untuk mensintesis senyawa organik seperti sikloheksanol dan asam adipat. Umumnya, sikloheksena dihasilkan dari proses hidrogenasi parsial selektif senyawa benzena atau melalui proses dehidrogenasi oksidatif dari sikloheksana seperti yang ditunjukan Gambar 3-1 (Kondo et al., 1982).
+
Benzene Cyclohexene Cyclohexane
(a) H2, Pt/Ru-Zn
(b) H2O, Ru
Gambar 3-1.Produksi sikloheksena melalui reaksi hidrogenasi parsial benzena (Sun
et al., 2018 (a); Mitsubishi Chemical Corporation, 2001 (b)).
Hidrogenasi parsial senyawa benzena dilakukan dengan menggunakan hidrogen sebagai reaktan dengan bantuan katalis Ru-Zn (Sun et al., 2018) atau melalui interaksi antara air sebagai reaktan dan rutherium sebagai katalis (Japanese Examined Patent Publications, 1992), dimana produk yang dihasilkan berupa campuran sebagian besar sikloheksena, benzena yang tidak bereaksi, dan produk samping berupa sikloheksana, seperti terlihat pada Gambar 3-2.
8
Dengan tujuan untuk mendapatkan sikloheksena dengan kemurnian tinggi, pengembangan metode separasi perlu dilakukan. Bagaimanapun juga, titik didih antara ketiga komponen (sikloheksena, sikloheksana, benzena) sangat dekat antara satu dengan yang lain sehingga pemisahan campuran ini menggunakan distilasi kolom sederhana sangatlah sulit dan tidak ekonomis (Mitsubishi Chemical Corporation, 2001 ; Yu et al., 2016).
3.2. Kolom Distilasi Reaktif
Perencanaan system CCS telah dilakukan selama beberapa decade karena berbagai alasan seperti kebutuhan evaluasi geological sink, pengenalan sumber karbon yang baru, dan perkiraan geological sink yang mungkin akan tersedia di kemudian hari. Hal ini seringkali menyebabkan source dan sink hanya tersedia dalam waktu yang berbeda, sehingga menimbulkan pendekatan multi period (Ooi dkk, 2012).
Proses separasi adalah topik penting dalam bidang industri dan penelitian, khususnya untuk pemisahan campiran azeotrope dan campuran titik didih dekat. Di beberapa proses separasi, terutama untuk pemisahan campiran titik didih dekat, sebenarnya pemisahan dapat dilakukan dengan menggunakan kolom distilasi sederhana. Namun, dengan metode ini, jumlah stages yang dibutuhkan sangat banyak, dengan kata lain kolom distilasi yang digunakan sangat tinggi yang secara langsung berdampak pada tingginya biaya operasi dan biaya peralatan yang dibutuhkan. Oleh karena itu, metode pemisahan lain seperti melibatkan kolom reaktif distilasi dalam proses pemisahan perlu dipertimbangkan dengan tujuan mendapatkan metode pemisahan yang ekonomis.
Kolom distilasi reaktif adalah kolom distilasi dimana reaksi dan separasi proses digabungkan dalam satu kolom sehingga beberapa manfaat dapat dicapai, seperti meningkatkan produktifitas, selektifitas, mengurangi konsumsi energy, dan mengurangi penggunaan pelarut selama proses. Ini sebenarnya merupakan ide yang telah lama diterima dan menarik perhatian para peneliti. Beberapa penelitian pun telah dilaporkan dalam berbagai literature (Doherty and Buzad, 1992; Malone, 2000; Steyer, 2010; Lee et al., 2010). Gambar 3-3 memperlihatkan transformasi dari proses konvensional kedalam model distilasi reaktif.
Dalam penelitian ini, reaksi dilibatkan dalam proses pemisahan yaitu menggunakan distilasi reaktif. Tidak seperti halnya kolom distilasi sederhana,
9
penggabungan fungsi dari kolom distilasi sederhana dan fungsi reaktor sebagai tempat terjadinya reaksi memungkinkan multi konfigurasi dihasilsilkan dalam proses yang tentunya menambah kompleksitas dari proses yang terjadi pada kolom reaktif distilasi (Lee and Hsio, 2017).
REACTOR REACTANTS PRODUCTS S EP A R A TO R A + B C + D
Boiling point ranking : A > B > C > D
C D A + B C D RDC TRANSFORMATION
Gambar 3-3. Transformasi proses konvensional menjadi kolom reaktif distilasi (RDC).
3.3. Desain Thermally Coupled
Untuk kebutuhan energi dalam suatu proses pemisahan, urutan pemisahan menggunakan kolom konvensional (satu umpan dengan dua aliran produk, kondensor, dan reboiler) mengalami inefisiensi pada proses yang dihasilkan oleh ketidakterbalikan termodinamika selama pencampuran yang terjadi di dalam kolom yaitu antara aliran umpan (feed stream), aliran atas (top stream), dan aliran bawah kolom (bottom stream) (Petlyuk et al., 1965). Proses pencampuran ini melekat pada setiap pemisahan yang melibatkan komponen mendidih menengah dan dapat digeneralisasi ke campuran komponen-N. Fenomena ini dikenal dengan sebutan
Remixing Effect yang biasanya terjadi pada desain proses yang dirancang secara hibrid
(dua kolom dstilasi yang disusun secara seri).
Desain thermally coupled adalah solusi untuk mengatasi fenomena remixing. Konsep dasar dari desain ini adalah memanfaatkan cairan ataupun uap dari suatu kolom untuk digunakan sebagai sumber panas/energi atau pendingin pada kolom lainnya. Sumber alirannya (stream) diambil dari tray kolom yang memiliki fraksi mol
10
tinggi untuk komponen yang mengalami remixing yang kemudian akan diumpankan ke bagian kolom dimana remixing itu terjadi (dibagian bawah atau atas kolom). Dengan demikian, tugas reboiler/kondensor dapat dikurangi dan salah satu dari reboiler/kondensor dapat dieliminasi, yang secara langsung akan berakibat pada menurunan biaya operasi dan biaya peralatan.
Gambar 3-4. memperlihatkan beberapa contoh desain thermally coupled. Tiga contoh umum konfigurasi thermally coupled yaitu desain thermally coupled dengan menghilangkan kondensor (Gambar 3-4a), desain thermally coupled dengan menghilangkan reboiler (Gambar 3-4b), dan desain thermally coupled dengan menghilangkan reboiler dan kondensor (Gambar 3-4c) (Petlyuk et al., 1965; Smith, 2005). A A B C C B C1 C2 A B C A B C C1 C2
Gambar 3-4. Desain thermally coupled dengan menghilangkan kondensor (a), desain thermally coupled dengan menghilangkan reboiler (b), dan desain
thermally coupled dengan menghilangkan reboiler dan kondensor (c).
Peneliti sebelumnya telah melaporkan bahwa desain thermally coupled dapat mengurangi konsumsi energi dibandingkan dengan desain distilasi konvensional
(c) (a) (b) A B C B A C C1 C2
11
terutama karena efek remixing ditekan atau dikurangi (Barroso-Muñoz et al., 2007; Caballero dan Grossmann, 2013).
3.4. Studi Hasil Penelitian Sebelumnya (State of the Art)
Pada dekade terakhir, hanya sedikit peneliti yang melaporkan tentang pemisalahn campuran sikloheksena/sikloheksana. Chen et al. (2014) memperkenalkan aplikasi dari kolom distilasi reaktif dalam proses sintesis sikloheksanol dari sikloheksena melalui reaksi hidrasi, seperti terlihat pada Gambar 3-5. Proses desain pada reaksi dehidrasi sikloheksena dengan menggunakan air yang berlebihan sangat diperlukan dengan tujuan untuk meningkatkan konversi sikloheksena menjadi sikloheksanol. Namun demikian, penggunaan air yang berlebihan secara langsung akan meningkatkan jumlah recycle air dan berakibat pada kenaikan konsumsi energi dalam proses. Sebuah decanter/stripper diusulkan oleh Chen et al. (2014) dalam desainnya untuk memisahkan sikloheksanol dan air dengan memanfaatkan
liquid-liquid split yang terjadi secara natural dalam decanter.
DECANT. DECANT. Stripp. Aqueous phase Water 0.8 ENE 0.2 ANE 0.99 ANE 0.99 NOL RDC P = 3 atm P = 1 atm Organic phase Aqueous phase Organic phase ENE = 0.00014 H2O = 0.496 NOL = 0.504 ANE = trace Reactive Section
Gambar 3-5. Flowsheet desain dalam prose produksi sikloheksanol melalui reaksi dehidrasi (Chen et al., 2014).
12
Yu et al. (2016) mengusulkan pemisahan campuran sikloheksena/ sikloheksana yang dirangkai secara seri, seperti ditunjukkan Gambar 3-6. Untuk tujuan pemisahan, reaksi dilibatkan di dalam kolom. Dengan mengkonversi sikloheksena melalui reaksi hidrasi untuk menghasilkan sikloheksanol, yang memiliki titik didih lebih tinggi daripada sikloheksana, lebih mudah untuk dipisahkan dalam kolom pertama (RDC-1). Kemudian sikloheksanol dikonversi menjadi sikloheksena dan air melalui reaksi dehidrasi pada kolom kedua (RDC-2). Meskipun desain proses ini memfasilitasi hidrasi sikloheksen menjadi sikloheksanol, proses ini memberikan fenomena yang tidak menguntungkan yaitu "efek remixing" dalam RDC-1. Efek remixing berarti bahwa komposisi satu komponen memiliki nilai yang lebih tinggi dalam baki di dekat baki produk dan kemudian berkurang pada baki produk karena perbedaan volatilitas komponen. Remixing adalah sumber inefisiensi, yang tidak dapat dihindari dalam kereta kolom (Prat, 2000).
DECANT. DECANT. RDC-2 Aqueous phase Aqueous phase Water Cyclohexane Cyclohexene RDC-1 Reactive Section Cyclohexene Cyclohexane
Gambar 3-6. Desain flowsheet pemisahan sikloheksena/sikloheksana menggunakan kolom reaktif distilasi (Yu et al., 2016).
Fenomena remixing adalah poin penting yang harus disoroti ketika konfigurasi desain thermally coupled diusulkan. Yu et al. (2016) mendesain konfigurasi Thermally
Coupled pada kolom distilasi reaktif untuk proses pemisahan campuran
13
diusulkan (Gambar 3-7) tampak berbeda dengan konfigurasi thermally coupled pada umumnya karena transfer masa dan panas terjadi pada stage/tray yang berbeda.
Reactive Section DECANT.1 DECANT. 2 RDC-2 Aqueous phase Aqueous phase Water Cyclohexene Cyclohexane Cyclohexane Cyclohexene RDC-1
Gambar 3-7. Desain thermally coupled (Yu et al., 2016).
Reactive Section DECANT.1 DECANT. 2 RDC-2 Aqueous phase Aqueous phase Water Cyclohexene Cyclohexane Cyclohexane Cyclohexene RDC-1
14 3.5. Keterbaruan Penelitian (Novelty)
Dari penelitian yang dilakukan oleh Yu et al. (2016), tekanan kedua kolom dioperasikan pada tekanan atmosfer (1 atm). Namun pada kondisi ini, konversi reaksi sangat rendah mengingat bahwa kelarutan antara sikloheksena dan air sangat rendah sehingga jumlah katalis yang dibutuhkan sangat banyak yang membuat proses ini tidak realistik. Selain itu, dari temperature profile yang ditunjukkan dalam jurnal Yu et al. menunjukkan bahwa temperatur pada bagian kolom dimana terjadi reaksi (reaction
zone) masih jauh dari limit temperatur katalis yang digunakan (120 ◦C) sehingga
peluang untuk meningkatkan tekanan kolom masih memungkinkan hingga temperatur pada reaction zone mendekati limit temperature katalis.
Perbedaan antara desain yang digabungkan secara termal (thermally coupled
design) dalam penelitian Yu et al. (Gambar 3-7) dan desain thermally coupled design
dalam penelitian ini (Gambar 3-8) adalah perpindahan massa dan panas yang terjadi pada tray yang berbeda terutama yang terletak di RDC-2. Flowheet desain pada Gambar 3-7 diusulkan karena beberapa alasan. Pertama, aliran uap yang sebagian besar terdiri dari air disediakan dari bagian bawah RDC-2 karena ada banyak agregasi air di sana (mengacu pada Gambar 7 dalam jurnal Yu et al.). Kedua, produk dasar RDC-1 sebagai aliran cairan tidak dapat diumpankan melalui bagian bawah RDC-2 di mana aliran uap disediakan sehingga aliran cairan dimasukkan di tengah RDC-2. Kedua alasan itu menjadikan konfigurasi desain thermally coupled pada penelitian Yu
et al. dapat diterima.
Desain flowheet pada Gambar 3-8 diusulkan karena fraksi mol air yang tinggi ditemukan di tengah RDC-2 (mengacu pada Gambar 7 dalam jurnal Yu et al.) Sehingga memiliki kemungkinan untuk menyediakan aliran uap dari sana. Dengan cara ini, aliran yang digabungkan secara termal sebagai perantara transfer massa dan panas yang terletak di RDC-2 dapat disediakan dari tray yang sama sehingga Gambar 3-8 diusulkan.
Setelah menyelesaikan simulasi steady state dengan TAC yang minimum, simulasi unsteady state menggunakan Aspen Dynamic V10 diusulkan untuk mengekspresikan proses yang terjadi sebenarnya saat diterapkan dalam industri.
15
BAB VI. METODE PENELITIAN
4.1. Skema Tahapan Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan melalui beberapa tahapan mulai dari studi literatur, simulasi steady state, dan simualsi unsteady state, seprti yang ditunjukkan pada skema yang ditunjukkan Gambar 4-1.
Gambar 4-1. Diagram Alir Penelitian Studi Literatur
Penentuan novelty dan
Improvement dari Desain Proses
Perancangan Konfigurasi Desain Flowsheet
Proses Optimasi Desain Berdasarkan
Total Annual Cost (TAC)
Penentuan Metode dan Parameter Thermodinamik dari Sistem
Simulasi Proses Menggunakan Aspen Plus V.10 (steady state)
Simulasi Proses Dinamik Menggunakan Aspen Dynamic V.10 (steady state)
16 4.2. Filosofi Desain Flowsheet
Sebelum mendesain proses separasi dalam penelitian ini, terlebih dahulu proses konvensional diselesaikan. Desain proses konvensional ini kemudian dikembangkan sehingga menghasilkan beberapa konfigurasi yang tentunya lebih ekonomis dimana masing-masing konfigurasi diusulkan dengan alasan tertentu. Gambar 3-3. memperlihatkan alur perancangan proses desain dalam penelitian ini.
Gambar 4-3(a) merupakan desain konvensional untuk proses pemisahan campuran sikloheksena/sikloheksana. Desain konvensional ini merujuk pada penelitian sebelumnya (Yu et al., 2016) dengan beberapa pengembangan dalam pemilihan variabel optimasi dan proses optimasinya. Gambar 4-3(b) diusulkan dengan tujuan untuk mereduksi remixing effect penyebab inefisiensi proses yang terjadi pada desain konfensional. Proposed desing pada Gambar 4-3(c) diusulkan dengan alasan untuk mengurangi jumlah air yang diregenerasi melalui bagian atas RDC-2. Meskipun
proposed design dapat mengurangi konsumsi energi pada RDC-2, kemungkinan remixing effect pada RDC-2 masih diperkirakan terjadi. Oleh karenanya, desain thermally coupled dari proposed design seperti ditunjukkan Gambar 4-3(d) perlu
diusulkan. Dengan menggabungkan dua fungsi efisiensi energi dalam satu konfigurasi maka diyakini dapat mengurangi konsumsi energi secara signikfikan.
4.3. Metode Penentuan Properti Temodinamika dan Kinetika Reaksi 4.3.1. Properti termodinamika
Berdasarkan reaksi yang terjadi selama proses, ada empat komponen yang terlibat, yaitu sikloheksena, sikloheksana, air, dan sikloheksanol. Software komersial Aspen Plus V.10 digunakan untuk memprediksi performa sistem. Untuk menentukan interaksi vapor-liquid and liquid-liquid equilibria, metode Non-Random Two Liquid model (NRTL model) dipilih untuk menghitung parameter interaksi biner antara komponen. Parameter interaksi biner dalam pekerjaan ini disajikan pada Tabel 4-1 (Chen et al., 2014; Yu et al., 2016).
17 Table 4-1. Parameter Model Termodinamik
Component i Component j aij bij cij aji bji ENE NOL 0 429.305 0.802522 0 0.115809 ENE H2O 0 1705.00 0.267206 0 2609.45 ENE ANE 0 5.10961 0.831053 0 7331.87 NOL H2O 0 160.782 0.359706 0 1318.19 NOL ANE 0 2.39765 0.993301 0 489.733 ANE H2O 0 2122.93 0.258799 0 3012.81
Persamaan NRTL terdiri dari tiga parameter untuk sistem biner (Renon and Prausnitz, 1968): ln 𝛾𝑖 = ∑ 𝑥𝑗 𝑗𝜏𝑗𝑖𝐺𝑗𝑖 ∑ 𝑥𝑘 𝑘𝐺𝑘𝑖 + ∑ 𝑗 𝑥𝑖𝐺𝑖𝑗 ∑ 𝑥𝑘 𝑘𝐺𝑘𝑗(𝜏𝑖𝑗 − ∑ 𝑥𝑚 𝑚𝜏𝑚𝑗𝐺𝑚𝑗 ∑ 𝑥𝑘 𝑘𝐺𝑥𝑘 ) 𝑓𝑜𝑟 𝑇𝑙𝑜𝑤𝑒𝑟≤ 𝑇𝑢𝑝𝑝𝑒𝑟 (4.1) dimana: Gij = exp (-αij τij) τij = αij + bij/T + eij ln T + fij T αij = cij + bij (T – 273.15K) τii = 0 Gii = 1
aij, bij, eij, and fij tidak simetris yang berarti bahwa aij tidak sama dengan aji, dan
seterusnya. Those parameters specific to a particular pair of species, are independent of composition and temperature. Parameter tersebut khusus untuk pasangan spesies tertentu, tidak tergantung pada komposisi dan suhu.
4.3.2. Kinetika reaksi
Ketika reaksi terlibat dalam proses, model kinetik menjadi sangat penting untuk dipertimbangkan. Umumnya laju reaksi yang diperhatikan diasumsikan sebagai jumlah dari reaksi yang dikatalisasi secara heterogen dan homogen. Pengecualian
18
untuk ini adalah reaksi direct hydration sikloheksena, yang diasumsikan hanya katalis heterogen. Pemodelan reaksi didasarkan pada formulasi laju reaksi reversibel. Reaksi
fordward dan backward masing-masing adalah eksotermik dan endotermik. Laju
reaksi berdasarkan aktivitas, dan parameter kinetika disediakan dari literatur (Steyer dan Sundmacher, 2007). Hydration Eksothermic Dehydration Endothermic + Cyclohexene Cyclohexanol OH Water O H H
Gambar 4-2. Direct hydration sikloheksena untuk menghasilkan sikloheksanol
Katalis heterogen digunakan dalam reaksi ini, yaitu Amberlyst 15, dengan densitas 770 kg/m3. Namun, katalis ini memiliki batasan suhu, yaitu sekitar 120 oC, sehingga suhu operasi bagian reaktif harus di bawah batasan suhu katalis. Model kinetik reaksi dalam bentuk Langmuir− Hinshelwood (LHHW), yang ditunjukkan di bawah ini:
𝑟 = (𝑚cat 𝑘het
𝐾adsENE 𝐾adsH2O
(1 + 𝛼ENE𝐾adsENE+ 𝛼H2O𝐾ads H2O+ 𝛼
NOL𝐾adsNOL)
2 ) (𝛼ENE 𝛼H2O−
1
𝐾eq𝛼NOL) (4.2)
dimana:
α = liquid activity
Kads = konstanta adsorption
Nilai Kads masing-masing adalah 19.989, 0.056839, dan 0.77324, untuk air
(H2O), cyclohexene (ENE), dan cyclohexanol (NOL). Konstanta laju reaksi dan
konstanta kesetimbangan reaksi Keq diberikan sebagai (Steyer dan Sundmacher, 2007): 𝑘het= 7.7083𝑥1012exp ( −93687 𝑅𝑇 ) ( 𝑚𝑜𝑙 𝑘𝑔cat. 𝑠) (4.3) 𝐾eq= 4.2907 exp [3389.38 (𝑇1− 1 298.15)] (4.4)
19 DEC. 1 DEC. 2 3 5 Aqueous phase Water 0.8 ENE 0.2 ANE 0.99 ANE 0.99 ENE RDC-2 Aqueous phase RDC-1 DEC. 1 DEC. 2 3 5 Aqueous phase Water 0.8 ENE 0.2 ANE 0.99 ANE 0.99 ENE RDC-2 Aqueous phase RDC-1 DEC. 1 DEC. 2 3 5 Aqueous phase Water 0.8 ENE 0.2 ANE 0.99 ANE 0.99 ENE Aqueous phase RDC-1 RDC-2 DEC. 1 DEC. 2 3 5 Aqueous phase Water 0.8 ENE 0.2 ANE 0.99 ANE 0.99 ENE RDC-2 Aqueous phase RDC-1
Eliminated the remixing effect at the bottom of RDC-1 Eliminated the remixing effect at
the bottom of RDC-1
Removing some water accumulating at the
bottom of RDC-2
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 4-3. Filosofi desain flowsheet: desain konvensional (a), desain thermally coupled berdasarkan desain konvensional (b), proposed
20 4.4. Metode Optimasi Desain Proses
Distilasi reaktif berbeda dari distilasi konvensional (kolom distilasi sederhana) karena terdapat komposisi produk dan spesifikasi konversi reaksi. Banyaknya derajat desain kebebasan (degree of freedoom) dalam kolom distilasi reaktif harus disesuaikan untuk mencapai spesifikasi produk sambil mengoptimalkan beberapa fungsi objektif seperti total biaya tahunan (TAC). Derajat kebebasan desain ini meliputi tekanan kolom, reactive tray
holdup, jumlah reactive trays, lokasi umpan/feed treams, jumlah stripping trays, jumlah rectifying trays, reflux ratio, dan input panas reboiler (Luyben dan Yu, 2008).
Dalam penelitian ini, TAC dihitung menggunakan Aspen Plus Economic Analyzer (APEA). Minimalisasi TAC (dengan payback period 10 tahun) diambil sebagai fungsi objektif untuk sintesis dan desain proses. Biaya operasi (operating cost) termasuk biaya uap, biaya air pendingin, dan biaya katalis, sedangkan biaya modal (capital cost) terdiri dari biaya shell kolom, biaya trays kolom, biaya kondensor, dan biaya reboiler, dimana semua harga peralatan dan biaya operasi mengacu pada basis data APEA.
Prosedur optimasi sekuensial iteratif manual digunakan untuk menghasilkan desain optimal dari desain flowsheet dengan meminimalkan TAC. Meskipun metode ini memakan waktu, semua kombinasi dari variabel desain diselidiki untuk mengetahui minimalisasi TAC. Alasan utama untuk tidak menggunakan prosedur optimasi otomatis, seperti
simulating annealing algorithm (SAA), adalah karena masalah convergent dalam simulasi.
Batasan yang sama juga disebutkan dalam penelitian Chen et al. (2014). Lebih jauh lagi, desain flowsheet dalam proses pemisahan ini lebih rumit, terutama untuk konfigurasi
thermally coupled. Ketika simulasi sedang berjalan, terutama untuk konfigurasi dengan
beberapa recycle streams, mungkin perlu untuk memutuskan aliran recycle streams terlebih dahulu untuk menghasilkan simulasi yang konvergen dan kemudian secara manual menghubungkan kembali aliran daur ulang satu-per-satu untuk mendapatkan hasil dari menjalankan tanpa masalah konvergensi.
Saat ini, sintesis dan desain RDC dari campuran pemisahan ini dinyatakan dengan meminimalkan TAC, yang merupakan penjumlahan dari biaya operasi (OC) dan biaya modal tahunan (CC) oleh periode pengembalian yang diberikan. Dalam studi ini, periode pengembalian diasumsikan 10 tahun dan diambil sebagai fungsi objektif untuk sintesis dan desain proses. Persamaan 4.5 menunjukkan perhitungan TAC sebagai:
21
TAC = OC + CC
𝑃𝑎𝑦𝑏𝑎𝑐𝑘 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑 (4.5) Terdapat 15 desain variabel yang perlu dioptimasi yaitu: laju alir air umpan (Fw),
tekanan kolom (P1 and P2), reactive sections (Nrxn1 and Nrxn2), rectifying sections (Nrec1 and
Nrec2), stripping sections (Nstr1 and Nstr2), feed stages (NFw, NF1, and NF2), external reflux
fed stages (NFR1 and NFR2), reflux ratio (R2). Variables operasi adalah: reflux ratio (R1)
yang diatur hingga mencapai spesifikasi produk ANE, laju alir distilat RDC-1 (D1) is setting
to keep the top product flow rate of RDC-1, external reflux flow rate (Rex) diatur hingga
mencapai spesifikasi produk ENE, laju alir bottom stream RDC-2 (FB) diatur sama dengan
nol (tidak ada aliran badah keluar) untuk menghindari kehilangan NOL sebagai reaktan pada RDC-2. Semua variabel yang telah disebutkan diatas dapat dilihat pada Gambar 4-4.
Pengaturan prosedur optimisasi iteratif telah dimodifikasi sehingga semua variabel desain untuk loop iteratif terluar adalah yang paling sensitif dalam hal perubahan TAC sebagai fungsi objektif, dan variabel desain untuk loop iteratif terdalam yang paling sedikit mempengaruhi TAC. Dalam prosedur optimasi ini, kolom pertama (RDC-1) akan dioptimalkan terlebih dahulu, kemudian pergi ke kolom kedua (RDC-2) dengan tetap mempertahankan spesifikasi produk dari kedua kolom. Prosedur optimasi keseluruhan ditunjukkan pada Gambar 4-5.
22 DECANTER 1 DECANTER 2 RDC-1 Nrec1 35 Aqueous phase Nstr1 NFw NF1 P1 Nrxn1 Fw Water 0.8 ENE 0.2 ANE 0.99 ANE 0.99 ENE RDC-2 NF2 Nrec2 Nrxn2 Nstr2 NFR1 NFR2 P2 Aqueous phase R1 FB R2 Rex D1
23
START
Given initial condition and design specification
Guess Fw
Adjust P1
Is TAC minimized and meet spec?
Adjust Nrec1 and Nrx n1
Is TAC minimized and meet spec?
Adjust Nstr1 and NFR1
Is TAC minimized and meet spec?
Adjust NF1 and NFw
Is TAC minimized and meet spec?
Is TAC minimized and meet spec. in term of P1?
Is TAC minimized and meet spec. term of Fw?
Adjust P2
Is TAC minimized and meet spec?
Adjust Nrec2 and Nrx n2
Is TAC minimized and meet spec?
Adjust Nstr2 and NFR2
Is TAC minimized and meet spec?
Adjust NF2
Is TAC minimized and meet spec?
Is TAC minimized and meet spec. in term of P2? STOP NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO YES YES YES YES YES NO YES YES YES YES YES YES
24 4.5. Model Dinamik
Di bidang industri, kondisi real suatu proses dapat diilustrasikan dengan simulasi unsteady state karena operasi yang sebenarnya pasti memiliki beberapa gangguan (disturbances) dan human error. Namun, mensimulasikan proses ini, terutama untuk desain yang dianggap lebih ekonomis (asumsi dari penelitian ini adalah desain thermally coupled dari proposed design) dengan menggunakan Aspen Plus Dynamic harus dilakukan untuk melihat respon pada proses dan menentukan metode kontrol yang tepat. Skema kontrol awal yang diusulkan pada proposal penelitian ini hanya sebatas pada inventory control, seperti terlihat pada Gambar 4-6. Skema quality
25
Gambar 4-6. Skema inventori control
2 4 1 3 21 22 2 2 31 56 66 PC LC LC LC LC LC PC RDC-1 RDC-2 LC FC FC X FC LC FC X X LC FC FC 1 Keterangan : PC = pressure control FC = feed control LC = level control X = cascade
26
BAB V. ORGANISASI TIM, JADWAL DAN ANGGARAN BIAYA
4.1. Organisasi Tim Peneliti
Susunan organisasi tim peneliti dan pembagian tugas sebagai berikut: Tabel 5-1. Organisasi Tim Peneliti
No. Nama NIP / NIM Alokasi waktu
(jam/minggu) Job Desk 1. Prof. Ir. Renanto, M.Sc.,
Ph.D. 195307191978031001 5 Ketua tim 2. Siti Nurkhamidah S.T., M.S, Ph.D. 198405082009122004 5 Anggota 1 3. Muhammad Ikhsan Taipabu, S.Si., M.Sc., M.T. 02211750012004 10 Anggota 2 4. Annasit, S.T, M.T. 02211760010001 5 Anggota 3
Tabel 5-2. Pembagian Tugas Tim Peneliti
No. Nama Deskripsi Tugas
1. Prof. Ir. Renanto, M.S, Ph.D Merumuskan rancangan metodologi penelitian dan tahapan-tahapannya
Menetapkan parameter-parameter optimasi dan objek yang dievaluasi
Melakukan analisa hasil pengolahan data dan optimasi
Menyiapkan publikasi dan laporan hasil penelitian Melaksanakan seminar internasional
2. Prof.Ir.Ali Altway M.Sc., Ph.D.
Membantu ketua dalam membuat rumusan rancangan metodologi penelitian dan tahapan-tahapannya
Membantu menyiapkan publikasi
Bersama ketua melaksanakan seminar internasional 3. Muhammad Ikhsan Taipabu,
S.Si., M.Sc., M.T.
Merumuskan rancangan metodologi penelitian dan tahapan-tahapannya
Menetapkan parameter-parameter optimasi dan objek yang dievaluasi
Melakukan analisa hasil pengolahan data dan optimasi
Menyiapkan publikasi dan laporan hasil penelitian Melaksanakan seminar internasional
27 4. Siti Nurkhamidah S.T., M.S,
Ph.D.
Melakukan pengambilan data dan membantu menyiapkan scenario eksperimen
Membantu menyusun publikasi (jurnal ilmiah dan makalah pada seminar internasional)
4.2. Jadwal Penelitian
Timeline atau susunan waktu pelaksanaan penelitian ini sebagai berikut: Tabel 5-3. Jadwal penelitian
No. Kegiatan Bulan ke-
1 2 3 4 5 6 7 8
1. Studi literatur 2. Menentukan model
termodinamik dan kinetik reaksi 3. Menyelesaikan desain
konvensional
4.
Menentukan variabel desain dan melakukan proses optimisasi pada desain konvensional berdasarkan TAC minimum 5.
Merancang desain proses untuk menghasilkan desain flowsheet yang efisien
6.
Proses optimisasi untuk semua konfigurasi flowheet yang dihasilkan berdasarkan TAC minimum
7. Analisa dinamik pada desain flowsheet yang paling efisien
8.
Penyusunan full paper untuk prosiding konferens yang
terindeks scopus (pada SOMChE 2020)
9. Publikasi hasil pada jurnal internasional Q2
28 4.3 Anggaran Biaya
Rencana pengeluaran biaya pada penelitian ini diperkirakan sebagai berikut: Tabel 5-4. Rincihan Anggaran
1. Honorarium Honor Honor/Ja m (Rp) Waktu (jam/minggu) Minggu Honor per Tahun (Rp) Ketua/Peneliti Utama 0 0 Anggota Dosen 1 0 0 Anggota Mahasiswa 1 0 0 Anggota Mahasiswa 2 SUB TOTAL (Rp) 0
2. Pembelian Bahan Habis Pakai
Material Justifikasi Pembelian Kuantitas Harga Satuan (Rp) Harga Peralatan Penunjang (Rp) ATK Paket 1 3.000.000 3.000.000
Fotocopy laporan Paket 5 50.000 250.000
Penjilidan laporan Eksemplar 5 20.000 100.000
Biaya Registrasi Seminar Orang 2 8.000.000 16.000.000 Lisensi software Aspen Paket 1 12.000.000 12.000.000 SUB TOTAL (Rp) 31.350.000 3. Perjalanan Material Justifikasi Perjalanan Kuantitas Harga Satuan (Rp) Biaya per Tahun (Rp)
Tiket 2 orang 1 kali 5.000.000 10.000.000
Biaya akomodasi 2 Orang 5 hari 500.000 2.500.000
Lumpsum 2 Orang 5 hari 500.000 2.500.000
SUB TOTAL (Rp) 15.000.000 4. Sewa Material Justifikasi Sewa Kuantitas Harga Satuan (Rp) Biaya per Tahun (Rp) Sewa kendaraan (mobil) Paket 1 3.650.000 3.650.000 SUB TOTAL (Rp) 3.650.000
29
BAB VI. DAFTAR PUSTAKA
[1] Barroso-Muñoz, F.O., Hernández, S., Segovia-Hernández, J.G., Hernández-Escoto, H., and Aguilera-Alvarado, A.F. Thermally Coupled Distillation Systems: Study of an Energy-Efficient Reactive Case. Chem. Biochem. Eng., 2007, 21(2): 115–120.
[2] Caballero, J.A., and Grossmann, I.E. Synthesis of Complex Thermally Coupled Distillation Systems Including Divided Wall Columns. AIChE J., 2013, 59 (4): 1139–1159.
[3] Chen, B. C., Yu, B. Y., Lin, Y. L., Huang, H. P., and Chien, I. L. Reactive Distillation Process for Direct Hydration of Cyclohexene to Produce Cycohexanol. Ind. Eng. Chem. Res., 2014, 53: 7079.
[4] Cyclohexene (CAS 110-83-8) Market Size, Share 2019, Global Trend - WRCBtv.com _ Chattanooga News, Weather & Sports.html.
https://www.marketwatch.com/press-release/cyclohexene-cas-110-83-8- market-size-share-global-potential-growth-demand-and-analysis-of-key-players-research-forecasts-to-2024-2019-11-21
[5] Doherty, M.F., Buzad, G. Reactive distillation by design. Trans. I. Chem. E., 1992, A70, 448.
[6] Douglas, J. M. Conceptual design of chemical processes, McGraw-Hill, New York, 1988.
[7] Japanese Examined Patent Publications No. 5370/1991 and No. 19098/1990 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 074141/1992.
[8] Kapoor, N., Avoy, T.J., and Marlin, T.E. Effects of Recycle Structure on Distillation Tower Time Constants, AICHE Journal., 1986, 32: 411-418. [9] Kondo, T., Konan, Miwa, K., Kamakura, and Inoue T. Process for the
Separation of Cyclohexene. United States Patent. Patent No. 4,313,014/1982. [10] Lee, H.Y., Lee, Y.C., Chien, I.L., and Huang, H.P. Design and Control of a
Heat-Integrated Reactive Distillation System for the Hydrolysis of Methyl Acetate. Ind. Eng. Chem. Res., 2010, 49: 7398.
30
[11] Lee, H.Y., and Hsiao, T.L. Design and Simulation of Reactive Distillation Processes. Chemical Engineering Process Simulation., 2017, 311-353.
[12] Luyben, W.L., and Yu, C.C. Reactive Distillation Design and Control. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey. 2008.
[13] Malone, M F.; Doherty, M. F. Reactive distillation. Ind. Eng. Chem. Res., 2000, 39, 3953.
[14] Mitsubishi Chemical Corporation. Method for separating cyclohexene.
European Patent Specification, Application number: 96116521.4., 2001.
[15] Petlyuk, F.B., Platonov, V.M., and Slavinsk, D.M. Thermodynamically Optimal Method for Separating Multicomponent Mixtures, Int. Chem. Eng., 1965, 5 (3): 555.
[16] Prat, M.S. Energy Optimisation and Controllability in Complex Distillation
Columns. Universitat Politècnica de Catalunya. Department of Chemical
Engineering. Barcelona, 2000.
[17] Renon, H., Prausnitz J. M. Local Compositions in Thermodynamic Excess Functions for Liquid Mixtures. AIChE J., 1968, 14(1): 35-144.
[18] Smith, R. Chemical Process Design and Integration. School of Chemical Engineering and Analytical Science, University of Manchester. John Wiley & Sons Ltd, England. 2005: 220-223.
[19] Steyer, F. A Novel Reactive Distillation Process for the Production of Cyclohexanol from Cyclohexene. 2010. Disertation. Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Germany. [20] Steyer, F., and Sundmacher, K. Cyclohexanol Production via Esterification of
Cyclohexene with Formic Acid and Subsequent Hydration of the Ester-reaction Kinetics. Ind. Eng. Chem. Res., 2007, 46: 1099−1104.
[21] Sun, H., Chen, Z., Li, C., Chen, L., Peng, Z., Liu, Z., and Liu, S. Selective Hydrogenation of Benzene to Cyclohexene over Ru-Zn Catalysts: Mechanism Investigation on NaOH as a Reaction Additive. J. Catal., 2018, 8: 104.
31
[22] Takamatsu, Y., and Kaneshima, T. Process for the Preparation of Cyclohexanol.
U.S. Patent, 6,552,235 B2, 2003.
[23] Wang, Z.B., Zhang, Q., Lu, X.F., Chen, S.J., and Liu, C.J. Ru-Zn Catalysts for Selective Hydrogenation of Benzene Using Co-precipitation in Low Alkalinity.
Chin. J. Catal., 2015, 36: 400–407.
[24] Yu, J., Shi, L., Yuan, Y., Chen, H., Wang S., and Huang K. Thermally Coupled Reactive Distillation System for the Separations of Cyclohexene/Cyclohexane Mixtures. Ind. Eng. Chem. Res., 2016, 551: 311–322.
[25] Yuan, P.Q., Wang, B.Q., Ma, Y.M., He, H.M., Cheng, Z.M., and Yuan, W.K. Hydrogenation of Cyclohexene Over Ru-Zn/Ru (0001) Surface Alloy: A First Principles Density Functional Study. J. Mol. Catal. A Chem., 2009, 301: 140– 145.
32
BAB VII. LAMPIRAN
Lampiran 1. Biodata Tim Peneliti
1. Ketua
a. Nama lengkap : Prof. Ir. Renanto, M.Sc., Ph.D. b. Jenis Kelamin : Laki-Laki
c. NIP : 19530719 197803 1 001
d. Fungsional/Pangkat/Gol. : Guru Besar/ Pembina Utama/ IVe e. Jabatan Struktural : -
f. Bidang Keahlian : Proses Sistem Engineering g. Fakultas/Jurusan : FTI/Teknik Kimia
h. Alamat Rumah dan no. Telp : Lab Perdalpro Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS Sukolilo-Surabaya 60111 – Indonesia, 031-593-1127 / 0811333410 i. Riwayat penelitian : -
j. Publikasi :
1) Optimisasi natural gas network region jawa timur dengan metode superstructure, 2020, (Ketua)
2) Perbandingan model predictive controller dan neural network controller pada sistem distilasi nonkonvensional kolom rectifier demethanizer-deethanizer untuk menjaga kemurnian produk dan menurunkan penggunaan energi pada kolom distilasi, 2020, (Ketua)
3) Optimisasi jaringan carbon capture and storage system dengan menggunakan metode pinch, 2019, (Ketua)
k. Paten (2 terakhir) : l. Tugas Akhir, Tesis dan Disertasi :
33 2. Anggota 1
a. Nama lengkap : Siti Nurkhamidah S.T., M.S, Ph.D. b. Jenis Kelamin : Perempuan
c. NIP : 198405082009122004
a. Fungsional/Pangkat/Gol. : Asisten Ahli/Lektor/IIIc d. Jabatan Struktural : -
e. Bidang Keahlian : Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa f. Fakultas/Jurusan : FTI/Teknik Kimia
g. Alamat Rumah dan no. Telp : Jurusan Teknik Kimia, Gedung N Lantai II, Kampus ITS Sukolilo - Surabaya 60111
h. Riwayat Penelitian :
1. Fabrication and Characterization of Biopolymer-based Membrane for Brackish Water Desalination Process, 2018, (Ketua).
2. Uji Kinerja Kontaktor Membran Hollow Fiber Sebagai Teknologi Baru Untuk Meningkatkan Penyerapan Gas CO2 Dari Gas Buang Industri Untuk Mengendalikan Pencemaran Lingkungan, 2018, (Anggota).
i. Publikasi ilmiah :
1. The effect of organosolv pretreatment on optimization of hydrolysis process to produce the reducing sugar, 2018, (Ketua)
2. CO2 desorption from activated DEA using membrane contactor with vacuum regeneration technology, 2018, (Ketua)
3. Modifikasi Membran Cellulose Acetate/Polyethylene Glycol (CA/PEG) untuk Meningkatkan Kinerjanya pada Proses DesalinasI (Ketua), 2019, (Ketua)
j. Paten : -
34 3. Anggota 2
a. Nama lengkap : Muh. Ikhsan Taipabu, S.Si., M.Sc., M.T. b. Jenis Kelamin : Laki-Laki
c. NRP : 02211750012004
d. Fungsional/Pangkat/Gol. : - e. Jabatan Struktural : -
f. Bidang Keahlian : Proses Sistem Engineering g. Fakultas/Jurusan : FTI/Teknik Kimia
h. Alamat Rumah dan no. Telp : Lab Perdalpro Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS Sukolilo-Surabaya 60111 – Indonesia, 031-593-1127 / 085132875074 i. Riwayat Penelitian : -
j. Publikasi ilmiah : Separation of Cyclohexene/Cyclohexane Mixtures via Hear-Integrated Reactive Distillation Arrangement, 2019
Chemical Annual Conference Poster Paper Exhibition, 66th TwIChE Annual.
k. Paten (2 terakhir) : -
l. Tugas akhir, tesis dan disertasi : Improvement of cyclohexene/cyclohexane
separation process design via reactive distillation and its thermally coupled configuration
35 4. Anggota 3
b. Nama lengkap : Annasit S.T., M.T. c. Jenis Kelamin : Laki-Laki
d. NIP/NRP : 198106012006041001/02211760010001
e. Fungsional/Pangkat/Gol. : Asisten Ahli/Penata Muda Tk. 1/IIIc f. Jabatan Struktural : -
g. Bidang Keahlian : Proses Sistem Engineering h. Fakultas/Jurusan : FTI/Teknik Kimia
i. Alamat Rumah dan no. Telp : Lab Perdalpro Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS Sukolilo-Surabaya 60111 – Indonesia, 031-593-1127 / 081339304938 j. Riwayat Penelitian : -
k. Publikasi ilmiah : - l. Paten (2 terakhir) : -
m. Tugas akhir, paten dan disertasi: Teknologi Carbon Capture and Storage (CCS) System dengan Menggunakan Metode Perancangan Pinch.
DATA USULAN DAN PENGESAHAN PROPOSAL DANA LOKAL ITS 2020
1. Judul Penelitian
EFISIENSI ENERGI PADA PROSES PEMISAHAN CAMPURAN
SIKLOHEKSENA/SIKLOHEKSANA MENGGUNAKAN DISTILASI REAKTIF DAN SIMULASI UNSTEADY STATE-NYA
Skema : PENELITIAN LABORATORIUM
Bidang Penelitian : Energi Berkelanjutan Topik Penelitian : Minyak dan Gas bumi 2. Identitas Pengusul
Ketua Tim
Nama : Prof.Ir. Renanto M.Sc Ph.D
NIP : 195307191978031001
No Telp/HP : 0811333410
Laboratorium : Laboratorium Perancangan dan Pengendalian Proses
Departemen/Unit : Departemen Teknik Kimia
Fakultas : Fakultas Teknologi Industri dan Rekayasa Sistem
Anggota Tim
No Nama Lengkap Asal Laboratorium Departemen/Unit Perguruan
Tinggi/Instansi 1 Prof.Ir. Renanto M.Sc Ph.D Laboratorium Perancangan dan Pengendalian Proses Departemen Teknik Kimia ITS 2 Siti Nurkhamidah S.T., M.S, Ph.D Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa Departemen Teknik Kimia ITS
3. Jumlah Mahasiswa terlibat : 2
4. Sumber dan jumlah dana penelitian yang diusulkan
a. Dana Lokal ITS 2020 :
b. Sumber Lain :
50.000.000,-Tanggal Persetujuan Nama Pimpinan Pemberi Persetujuan Jabatan Pemberi Persetujuan Nama Unit Pemberi Persetujuan QR-Code 09 Maret 2020
Prof. Dr. Ir. Tri Widjaja M.Eng. Kepala Pusat Penelitian/Kajian/Unggulan Iptek Direktorat Riset dan Pengabdian kepada Masyarakat 09 Maret 2020 Agus Muhamad Hatta , ST, MSi, Ph.D Direktur Direktorat Riset dan Pengabdian Kepada Masyarakat
