SIMULASI KO-PRODUKSI ETIL ASETAT DAN N-BUTIL ASETAT DENGAN DISTILASI REAKTIF

(1)

SIMULASI KO-PRODUKSI ETIL ASETAT DAN N-BUTIL ASETAT

DENGAN DISTILASI REAKTIF

Luigi Casiraghi Yahya*, Adisti Rena Linardi**, Budi Husodo Bisowarno Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Katolik Parahyangan

Jl. Ciumbuleuit 94, Bandung 40141, Indonesia

*)_{Penulis korespondensi:}_{lc.yahya@yahoo.com} **)_{Penulis korespondensi:}_{adistirena@yahoo.com}

Abstract

Reactive distillation (RD) is an integrative process which is combine reaction and distillation in a single column. It is possible to be used for esterification of ethyl acetate through ethanol and acetic acid, and esterification of butyl acetate through butanol and acetic acid. Due to several advantages, esterification of ethyl acetate and butyl acetate held in a RD column can be more efficient than conventional reactor. It might be possible for both esterification mentioned to occurred in one single RD column simultaneously in order to achieve better efficiency. Initial step of this study is modeling and model validation thereafter. Simulations performed by change the value of several manipulated variables relating to feed condition and operating condition (process). The changes is done so that can be obtain information which described the effect of the changed variable against the target parameters such as product (ethyl acetate and butyl acetate) purity, ethanol and butanol conversion, and RD reboiler duty. Another simulations were performed by changing feed condition so that the product will become off-spec. Afterwards, the operating conditions is changed and adjusted so as restore target parameters quality. Simulation is executed using Aspen Plus.

Keywords: aspen plus, butyl acetate, ethyl acetate, reactive distillation

Pendahuluan

Etil asetat dan butil asetat merupakan senyawa atau zat yang penting dalam industri karena kedua zat tersebut sering digunakan di dalam industri. Etil asetat (DUTIA 2004) dapat digunakan sebagai pelarut dalam proses produksi di industri cat, tiner, tinta, plastik, farmasi, kosmetik dan industri kimia organik. Butil asetat (Cong 2012) dapat digunakan dalam industri kulit sintetis (artificial leather), tekstil, pernis, farmasi, dan parfum.

Etil asetat dan butil asetat banyak digunakan dalam proses produksi masal berbagai macam produk dalam industri. Kebutuhan akan kedua zat ini terus meningkat seiring dengan meningkatnya kebutuhan bahan baku industri terkait. Peningkatan produksi

didukung pula oleh peningkatan kebutuhan konsumen yang semakin tinggi seiring berjalannya waktu. Oleh sebab itu, perlu ditemukan cara yang efektif dan efisien untuk memenuhi kebutuhan bahan baku produksi (etil asetat dan butil asetat) untuk industri terkait yang kian meningkat.

Distilasi reaktif (Kienle 2002) merupakan salah satu alternatif proses yang mungkin saja dapat digunakan untuk mengatasi masalah kebutuhan bahan baku proses (etil asetat dan butil asetat). Proses ini menyelenggarakan kegiatan separasi (distilasi) dan reaksi secara bersamaan di dalam satu alat/ kolom, sehingga proses produksi menjadi lebih efisien. Proses ini cocok dan feasible untuk reaksi esterifikasi etil asetat dan butil asetat yang reversibel.

(2)

Distilasi reaktif membawa kelebihan sekaligus kekurangan dalam pelaksanaannya. Proses ini merupakan proses yang “multifungsi”, sehingga secara jelas dapat mengurangi waktu produksi dan biaya kapital

peralatan. Namun demikian,

kemultifungsiannya membawa serta fenomena proses yang kompleks, sehingga mengakibatkan perhitungan matematis menjadi kompleks juga.

Efisiensi produksi dapat ditingkatkan lebih tinggi lagi dengan cara koproduksi (Hui Tian 2012). Koproduksi adalah proses menghasilkan dua atau lebih produk utama melalui reaksi kimia yang berbeda secara bersamaan dalam satu rangkaian alat proses. Peningkatan efisiensi dari koproduksi yang paling jelas adalah waktu produksi yang makin singkat dan biaya kapital peralatan yang semakin kecil karena hanya memerlukan satu jangka waktu dan satu rangkaian alat saja untuk memproduksi etil asetat dan butil asetat.

Etil asetat dan butil asetat diproduksi melalui reaksi esterifikasi yang berbeda. Namun demikian salah satu reaktan dari kedua reaksi esterifikasi tersebut sama, yaitu asam asetat. Selain itu feed masukan untuk sistem esterifikasi di kolom distilasi reaktif pada umumnya sama, yaitu double feed dengan salah satu reaktan masuk di bagian atas reactive

section dan reaktan yang lain di bagian bawah reactive section. Oleh sebab itu, proses

koproduksi diharapkan mampu memanfaatkan keuntungan dari persamaan reaktan dan konfigurasi kolom distilasi reaktif, sehingga proses produksi menjadi lebih efisien.

Landasan Teori

Etil asetat (etil etanoat, biasa disingkat EtOAc atau EA) adalah senyawa organik yang sedikit larut dalam air dan banyak larut dalam pelarut organik. Etil asetat digunakan terutama sebagai pelarut dan pengencer karena biayanya rendah, dan bau yang ramah. Etil asetat merupakan pelarut aktif yang tersedia di tiga grade (DUTIA, 2004) yaitu, 85-88%, 99%, dan 99,5% (urathene grade). Grade yang paling populer adalah 99%, biasa digunakan sebagai ektraksi pelarut dalam produksi farmasi dan makanan.

Etil asetat diproduksi dari reaksi esterifikasi antara etanol dengan asam asetat. Reaksi ini sangat reversible (Geert Hangx, 2001) dan komposisi kesetimbangan merupakan fungsi dari temperatur. Reaksi antara etanol (EtOH) dengan asam asetat (AcOH) menghasilkan etil asetat (EtAc) dengan air (H2O) merupakan reaksi kesetimbangan dengan reaksi samping yang mungkin terjadi adalah dehidrasi alkhol atau eterifikasi (Geert Hangx, 2001).

n-Butil asetat yang juga dikenal sebagai butil etanoat (Cong, 2012) merupakan senyawa organik yang tak berwarna dan mudah terbakar. Senyawa ini digunakan sebagai agen rasa sintesis dalam produk makanan atau sebagai pelarut dalam produksi lak, plastik, pernis, atau kulit buatan.

Esterifikasi asam asetat dengan butanol telah dipelajari selama beberapa tahun. Salah satu studi sistematis awal dilakukan oleh Othmer dan rekannya, di mana mereka menyelidiki reaksi ini dengan menggunakan katalis asam sulfat. Sama seperti etil asetat, esterifikasi n-butil asetat juga merupakan reaksi endotermal sehingga harus dipanaskan saat diproduksi dan merupakan

reaksi bolak-balik.

Dalam pembuatan etil asetat dan butil asetat dapat dilakukan dengan reaksi esterifikasi. Proses ini biasanya dilakukan dengan merangkai reaktor dan separator secara seri. Dalam berbagai kasus, performa dari cara konvensional/ klasik ini dapat secara signifikan ditingkatkan dengan integrasi proses reaksi dan distilasi yang dilaksanakan dalam satu alat yang multifungsi. Konsep integrasi ini disebut distilasi reaktif atau

reactive distillation (RD) (Kienle, 2002).

Distilasi reaktif (RD) dapat diartikan sebagai reaksi dan separasi yang dikombinasikan dalam satu unit operasi. Reaksi dalam unit ini dapat berlangsung dengan atau tanpa katalis dan hampir semua reaksi pada RD diselenggarakan dalam fasa cair, meskipun reaksi juga mungkin diselenggarakan dalam fasa gas (Harmsen, 2007). RD untuk produksi

(3)

etil asetat pertama kali muncul di tahun 1932, kemudian menjadi fokus di tahun 1980-an, ketika Eastman Chemical Chemical Company memiliki RD untuk memproduksi metil asetat secara komersial (Y.-C. L. I-Kuan Lai, Cheng-Ching Yu, & Ming-Jer Lee, 2007).

Salah satu keuntungan utama distilasi reaktif dalam penelitian ini adalah dapat meningkatkan konversi reaktan. Reaksi esterifikasi merupakan reaksi kesetimbangan, sehingga dengan konsep distilasi reaktif, di mana produk diambil terus menerus, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah produk dan menyebabkan konversi meningkat.

Proses memproduksi etil asetat dan butil asetat secara bersamaan tengah dikembangkan beberapa tahun terakhir ini. (Hui Tian, 2012a) mengembangkan prosedur baru untuk ko-produksi etil asetat dan n-butil asetat untuk menghemat energi. Produk bawah dari distilasi reaktif etil asetat akan menjadi umpan bagi kolom distilasi reaktif n-butil asetat. Hasil dari koproduksi ini adalah konversi etanol dan butanol mencapai lebih dari 99% dan tidak ada etanol atau pun etil asetat pada produk butil asetat. Pengembangan lebih lanjut dilakukan oleh (Yi-Chang Wu, 2013) dengan menghitung TAC tiga diagram alir yang berbeda, yaitu:

seperation-first design, direct sequence, dan indirect sequence. Secara keseluruhan, didapat

diagram alir ketiga yaitu indirect sequence memiliki TAC yang paling baik dibandingkan dengan kedua diagram alir lainnya. Selain itu, total reboiler duty untuk indirect sequence juga paling kecil.

Metodologi

Program simulasi yang digunakan dalam memodelkan sistem ini adalah Aspen Plus yang dapat digunakan untuk berbagai operasi teknik kimia. Aspen Plus merupakan perangkat lunak yang dapat digunakan untuk mempelajari pengaruh apa saja pada koproduksi etil asetat dan n-butil asetat dengan distilasi reaktif. Pemilihan simulator yang akan digunakan ini didasarkan pada dua hal, yaitu kemudahan penggunaan simulator dan ketersediaan sifat-sifat fisik dan kimia dari senyawa-senyawa yang akan disimulasikan dalam simulator.

Tahap awal penelitian ini adalah melakukan studi literatur dan simulator. Selanjutnya, pembuatan model dilakukan bedasarkan model dari literatur dan kemudian memvalidasikannya. Berikut merupakan model dari literatur berikut dengan datanya.

Gambar 1. Diagram alir proses distilasi reaktif

koproduksi etil asetat dan n-butil asetat “indirect sequence”dengan kondisi-kondisi operasinya.

(Yi-Chang Wu, 2013)

Setelah diperoleh model yang valid, kemudian simulasi proses dilakukan. Terdapat 3 variabel yang diamati perubahannya, yaitu: konversi reaktan alkohol, kemurnian produk, dan

reboiler duty kolom distilasi reaktif. Simulasi

yang dilakukan adalah pengaruh kondisi operasi, pengaruh kondisi umpan, dan mengubah kondisi operasi agar target tetap tercapai apabila kondisi umpan berubah.

Hasil dan Pembahasan

Dalam pembuatan model, terdapat beberapa asumsi yang digunakan, yaitu:

1. Tekanan umpan diasumsikan 1,1 atm. 2. Tekanan kolom RD diasumsikan 1 atm. 3. Pressure drop untuk sepanjang kolom diasumsikan 5000 Pa.

4. Reaksi pada kolom RD mencapai kesetimbangan.

(4)

5. Temperatur dan tekanan dekanter diasumsikan 300 K dan 1 atm.

Pembuatan model dilakukan dengan cara membuat alat beserta aliran yang terhubung pada alat tersebut kemudian menjalankannya, satu demi satu. Tahap pertama pembuatan model adalah pembuatan kolom RD. Tahap kedua pembuatan model adalah pembuatan kolom stripper. Pembuatan model tahap ketiga

adalah pembuatan kondensor RD, kondensor

stripper, dan dekanter. Pembuatan model tahap

terakhir adalah pembuatan splitter.

Validasi model dilakukan dengan cara membandingkan hasil simulasi yang diperoleh dari model yang telah dibuat dengan data literatur. Tabel 1 merupakan perbandingan data hasil validasi dengan data literatur.

Tabel 1.Perbandingan data hasil validasi dengan data literatur

KOMPONEN DATA HASIL VALIDASI DATA LITERATUR

RD BOT FRAC STRIP BOT FRAC RD BOT FRAC STRIP BOT FRAC

EtOH 5,7108000E-11 1,1017770E-02 7,00000000E-07 0,0067

BuOH 2,0531000E-04 9,3446000E-04 9,70000000E-03 0,00001

ACID 8,7523700E-03 4,4784760E-02 9,00000000E-05 0,00002

H2O 1,6679000E-06 2,3089010E-02 1,00000000E-07 0,0015

EtAc 1,7882000E-07 9,1043318E-01 7,00000000E-08 0,99

BuAc 9,9104047E-01 9,7398000E-03 9,90100000E-01 0,0017

TOTAL 9,99999997E-01 9,9999998E-01 9,99890870E-01 0,99993

Produk etil asetat yang diperoleh dari model tidak mencapai kemurnian seperti pada literatur. Masih terdapat selisih kemurnian sebesar 6 – 8% antara data model dan data literatur. Ketidaksesuaian ini disebabkan karena data dan spesifikasi alat yang diberikan oleh literatur masih kurang lengkap. Hasil yang dilampirkan di atas merupakan hasil terbaik yang dapat dicapai dengan selisih sebesar 6-8 persen dengan data literatur.

Pengaruh Kondisi Operasi Terhadap Kemurnian Produk, Konversi Reaktan Alkohol, dan Reboiler Duty Kolom Distilasi Reaktif

Pengubahan kondisi proses dengan kondisi umpan yang tetap mengakibatkan berubahnya kondisi produk. Perubahan yang terjadi pada produk dapat dipelajari untuk menentukan pengaruh faktor kondisi proses yang diubah. Terdapat 2 variabel yang divariasikan dalam mempelajari pengaruh kondisi operasi, yaiut:

refluks mole flow dan stripper reboiler duty.

Berikut merupakan grafik yang

menggambarkan pengaruh refluks mole flow dan stripper reboiler duty.

Gambar 2. Pengaruh reflux mole flow terhadap

konversi reaktan alkohol

Gambar 3. Pengaruh refluks mole flow terhadap

kemurnian produk 90,00% 92,00% 94,00% 96,00% 98,00% 100,00% 300 500 700 900 Con ve rsi o n

Reflux Mole Flow (kmol/hr) EtOH Conversion BuOH Conversion 90,00% 92,00% 94,00% 96,00% 98,00% 100,00% 350 450 550 650 750 850 Pr o du ct Pu ri ty

Reflux Mole Flow (kmol/hr) EtAc Purity BuAc Purity

(5)

Gambar 4. Pengaruh reflux mole flowterhadap

RDreboiler duty

Semakin besar reflux mole flow, maka semakin tinggi konversi reaktan etanol dan kemurnian produk etil asetat. Namun demikian, sebagai konsekuensinya, reboiler duty kolom distilasi reaktif menjadi besar karena laju produk bawah kolom RD ditetapkan. Peningkatan kualitas reaksi pembentukan etil asetat akibat peningkatan reflux mole flow dikarenakan banyaknya reaktan etanol yang tidak bereaksi dikembalikan ke kolom dalam jumlah banyak untuk kembali bereaksi, sehingga jumlah etanol sisa yang keluar proses dapat diturunkan.

Gambar 5. Pengaruh Stripper Reboiler

Dutyterhadap konversi reaktan alkohol

Gambar 6. Pengaruh Stripper Reboiler Duty

terhadap kemurnian produk

Peningkatan stripper reboiler duty berdampak signifikan pada kemurnian produk etil asetat. Meningkatnya kemurnian produk etil asetat disebabkan karena semakin meningkatnya reboiler duty, semakin banyak pula asam asetat sisa yang teruapkan menjadi

overhead dan tidak keluar melalui aliran bottom. Namun demikian, peningkatan stripper reboiler duty juga ada batasnya. Hal ini terlihat

pada grafik bahwa, peningkatan stripper

reboiler duty hingga di atas 1300 kW menjadi

sia-sia karena kemurnian produk etil asetat tidak akan meningkat. Hal ini mungkin disebabkan adanya titik azeotrop antara etil asetat dan etanol (kedua zat yang mendominasi kolom stripper).

Pengaruh Kondisi Umpan Terhadap Kemurnian Produk, Konversi Reaktan Alkohol, dan Reboiler Duty Kolom Distilasi Reaktif

Pengubahan kondisi umpan dengan kondisi operasi yang tetap mengakibatkan berubahnya kondisi produk. Perubahan yang terjadi pada produk dapat dipelajari untuk menentukan pengaruh faktor kondisi umpan yang diubah. Terdapat 3 macam variabel yang divariasikan untuk mempelajari pengaruh kondisi umpan ini, yaitu: temperatur umpan baik alkohol maupun asam asetat, kemurnian asam asetat, dan rasio molar umpan alkohol. Berikut merupakan grafik pengaruh temperatur umpan alkohol, temperatur umpan asam asetat, dan kemurnian asam asetat.

5500 6500 7500 8500 9500 10500 11500 400 600 800 R eb o iler D u ty (k W )

Reflux Mole Flow (kmol/hr)

90,00% 92,00% 94,00% 96,00% 98,00% 100,00% 550 750 950 1150 1350 1550 Con ve rsi o n Str Reboiler Duty (kW) EtOH Conversion BuOH Conversion 86,00% 88,00% 90,00% 92,00% 94,00% 96,00% 98,00% 100,00% 550 750 950 1150 1350 1550 Pr o du ct Pu ri ty Str Reboiler Duty (kW) EtAc Purity BuAc Purity

(6)

Gambar 7. Pengaruh temperatur umpan

alkohol terhadap konversi reaktan alkohol

Gambar 8. Pengaruh temperatur umpan alkohol

Gambar 9. Pengaruh temperatur umpan alkohol

terhadap RD reboiler duty

Gambar 10. Pengaruh temperatur umpan acid

terhadap konversi reaktan alkohol

Dari grafik-grafik di atas dapat dilihat bahwa baik temperatur alkohol maupun temperatur asam asetat tidak berpengaruh signifikan terhadap konveri alkohol dan kemurnian produk. Namun sangat berpengaruh pada reboiler duty kolom distilasi reaktif. Semakin tinggi temperatur alkohol atau pun temperatur asam asetat, semakin rendah 90,00% 92,00% 94,00% 96,00% 98,00% 100,00% 200 300 400 500 600 Con ve rsi o n Alcohol Temperature (K) EtOH Conversion BuOH Conversion 90,00% 92,00% 94,00% 96,00% 98,00% 100,00% 200 300 400 500 600 Pr o du ct Pu ri ty Alcohol Temperature (K) EtAc Purity BuAc Purity 4000 4500 5000 5500 6000 6500 250 350 450 550 R eb o iler D u ty (k W ) Alcohol Temperature (K) 90,00% 92,00% 94,00% 96,00% 98,00% 100,00% 250 350 450 550 Con ve rsi o n Acid Temperature (K) EtOH Conversion 90,00% 91,00% 92,00% 93,00% 94,00% 95,00% 96,00% 97,00% 98,00% 99,00% 100,00% 250 350 450 550 Pr o du ct Pu ri ty Acid Temperature (K) EtAc Purity BuAc Purity 5000 5200 5400 5600 5800 6000 6200 6400 250 350 450 550 R eb o iler D u ty (k W ) Acid Temperature (K)

(7)

reboiler duty kolom RD. Hal ini karena pada

dasarnya reboiler duty adalah suatu daya yang digunakan untuk memanaskan komponen yang ada di dalam kolom. Oleh karena umpan yang masuk ke dalam kolom telah memiliki temperatur yang lebih tinggi dari temperatur ruang, maka beban reboiler untuk memanaskan umpan hingga temperatur tertentu menjadi berkurang.

Hal yang menarik di sini adalah bentuk kurva reboiler duty terhadap temperatur umpan yang berbentuk breakthrough. Pada temperatur umpan sebesar 350 K, penurunan reboiler duty menurun tajam hingga pada temperatur umpan 400 K. Setelah melewati temperatur 400K, penurunan reboiler duty tidak tajam. Hal ini terjadi karena pada rentang temperatur 350K sampai dengan 400K, alkohol mulai berubah fasa dari cair menjadi gas.Perubahan fasa ini merupakan tahapan pemanasan yang paling memerlukan banyak energi. Oleh karena itu, pada temperatur umpan alkohol 350 K sampai 400 K, energi yang dibutuhkan untuk memanaskan umpan (reboiler duty kolom RD) menurun drastis.

Gambar 13. Pengaruh kemurnian umpan asam

asetat terhadap konversi reaktan alkohol

asetat terhadap kemurnian produk

asetat terhadap RD reboiler duty

Dari gambar 14 dapat terlihat, bahwa kemurnian produk butil asetat memburuk seiring dengan menurunnya kemurnian asam asetat. Penurunan kemurnian butil asetat dapat disebabkan oleh reaksi kedua, yakni reaksi pembentukan etil asetat. Dari grafik terlihat jelas bagaimana konversi etanol memburuk bila kemurnian asam asetat diturunkan. Hal ini menunjukkan, bahwa ada sebagian etanol yang tidak bereaksi dengan asam asetat, vice versa. Semakin rendah konversi etanol akan berakibat pada semakin tingginya asam asetat yang tidak bereaksi atau sisa. Semakin banyaknya asam asetat yang tidak ikut bereaksi memungkinkan penurunan kemurnian butil asetat karena asam asetat sisa ikut keluar melalui aliran bawah kolom RD.

Rendahnya konversi etanol disebabkan karena reaksi pembentukan etil asetat yang bersifat kesetimbangan. Reaksi kesetimbangan membuat jumlah mol reaktan dan produk 85,00% 86,50% 88,00% 89,50% 91,00% 92,50% 94,00% 95,50% 97,00% 98,50% 100,00% 65% 75% 85% 95% 105% Con ve rsi o n

Acetic Acid Purity EtOH BuOH 86,00% 88,00% 90,00% 92,00% 94,00% 96,00% 98,00% 100,00% 65% 75% 85% 95% 105% Pr o du ct Pu ri ty

Acetic Acid Purity EtAc BuAc 6200 6300 6400 6500 6600 6700 6800 6900 65% 75% 85% 95% 105% R eb o iler D u ty (k W )

(8)

menjadi sangat penting dan mempengaruhi konversi reaktan. Asam asetat dengan kemurnian yang rendah masuk ke dalam kolom dengan membawa air. Air itu sendiri merupakan produk dari reaksi pembentukan etil asetat. Keadaan di dalam kolom menjadi semakin buruk bagi reaksi karena dengan adanya campuran air pada aliran asam asetat membuat jumlah mol produk lebih banyak dari reaktan. Konsekuensinya, reaksi akan sulit bergeser ke kanan (produk), sehingga konversi etanol menjadi menurun.

Gambar 16. Pengaruh rasio molar umpan

alkohol terhadap konversi reaktan alkohol

Gambar 17. Pengaruh rasio molar umpan

alkohol terhadap kemurnian produk

Gambar 18. Pengaruh rasio umpan alkohol

Pengubahan rasio molar umpan alkohol memberikan efek yang cukup signifikan pada konversi etanol dan kemurnian produk etil asetat. Kemurnian etil asetat menurun seiring dengan semakin tingginya fraksi etanol di dalam campuran alkohol. Dari data yang diperoleh, ditunjukkan oleh tabel 2, semakin besar fraksi etanol dalam umpan alkohol, semakin banyak pula etanol, air, dan asam asetat yang keluar bersama-sama dengan aliran produk etil asetat. Hal tersebut menunjukkan, bahwa semakin banyak etanol yang masuk ke dalam proses, maka semakin besar pula beban yang harus dikerjakan oleh kolom stripper untuk memurnikan etil asetat. Dampaknya,

stripper tidak mampu mempertahankan

kemurnian produk bawahnya (etil asetat) dengan beban kuantitas umpan yang terus meningkat dengan reboiler duty yang sama ketika beban kuantitas umpan yang lebih sedikit. Akibatnya, kemurnian produk menjadi menurun dengan cukup besar, yakni sekitar 11%. 89,00% 91,00% 93,00% 95,00% 97,00% 99,00% 101,00% 0 1 2 3 4 5 Con ve rsi o n

Feed Molar Ratio EtOH : BuOH

EtOH Conversion BuOH Conversion 75,00% 80,00% 85,00% 90,00% 95,00% 100,00% 0 1 2 3 4 5 Pr o du ct Pu ri ty

Feed Molar Ratio EtOH : BuOH

BuAc Purity EtAc Purity 6050 6150 6250 6350 6450 0 2 4 R eb o iler D u ty (k W )

(9)

Tabel 2.Fraksi produk etil asetat pada berbagai rasio molar umpan alkohol

Semakin banyak etanol dalam umpan, maka semakin banyak etil asetat yang terdapat di kolom RD dan semakin banyak etil asetat yang terbentuk, semakin besar pula reboiler

duty.

Simulasi Koproduksi Etil Asetat dan Butil Asetat Dengan Kondisi Umpan yang Berbeda

Simulasi ini dilakukan dengan mengubah-ubah kondisi umpan. Penggantian umpan ini mengakibatkan parameter target menjadi lebih buruk, sehingga perlu dilakukan perlakuan-perlakuan khusus pada kondisi operasi supaya parameter target menjadi baik kembali. Kondisi umpan yang divariasikan adalah rasio molar umpan alkohol dan menggunakan asam asetat teknis yaitu kemurnian 80%. Berikut merupakan tabel hasil perubahannya.

Tabel 3. Perubahan rasio molar etanol-butanol

dan dampaknya pada parameter target

Hasil simulasi menunjukkan, bahwa terjadi penurunan kemurnian produk butil asetat dan etil asetat apabila rasio molar etanol dan butanol diubah menjadi seperti yang terlihat di tabel 3. Untuk membuat kemurnian produk menjadi seperti semula atau bahkan lebih baik dengan umpan yang telah diubah, kondisi operasi patut untuk diubah. Perubahan kondisi operasi yang dilakukan adalah peningkatan reflux mole flow dan peningkatan stripper reboiler duty. Hasil dari perubahan kondisi operasi tersebut berdampak pada parameter target. Hasil simulasi lanjutan disajikan dalam Tabel 4.

Tabel 4. Perubahan kondisi operasi dan

dampaknya pada parameter target

50/50 60/40 70/30 80/20 EtOH 0.0103 0.0220 0.0301 0.0355 BuOH 0.0009 0.0007 0.0005 0.0003 ACID 0.0498 0.0487 0.0490 0.0487 H2O 0.0232 0.0601 0.0850 0.1031 EtAc 0.9058 0.8617 0.8303 0.8087 BuAc 0.0099 0.0069 0.0051 0.0037 TOTAL 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000

Alcohol Feed Molar Ratio (C2/C4) STRIP BOT FRAC

EtOH Conversion 0.912926919 BuOH Conversion 0.998702769

BuAc Purity 0.99088848

EtAc Purity 0.90578159

ETHANOL FLOW RATE 50

BUTANOL FLOW RATE 50

ACID MOLE FLOW 100

ALCOHOL TEMP. 300

ACID TEMP. 300

REFLUX FLOW 434

RD Reboiler Duty 6262.1357 Stripper Reboiler Duty 980 EtOH Conversion 0.915829172 BuOH Conversion 0.998200046

ACID MOLE FLOW 100

ALCOHOL TEMP. 300

ACID TEMP. 300

REFLUX FLOW 434

RD Reboiler Duty 6399.88779 Stripper Reboiler Duty 980

EtOH Conversion 0.915829172

BuOH Conversion 0.998200046

ACID MOLE FLOW 100

ALCOHOL TEMP. 300

ACID TEMP. 300

REFLUX FLOW 434

RD Reboiler Duty 6399.88779

(10)

Dengan ditingkatkannya reflux mole flow dan stripper reboiler duty, kemurnian butil asetat dan etil asetat menjadi kembali seperti semula. Meskipun hal ini berdampak baik pada produk, peningkatan reflux mole flow dan

stripper reboiler duty berakibat buruk pada

konsumsi energi. RD reboiler duty menjadi meningkat hingga 37% dan stripper reboiler

duty meningkat hingga 43%.

Tabel 5. Perubahan kemurnian asam asetat

dan dampaknya pada parameter target

Hasil simulasi menunjukkan, bahwa terjadi penurunan kualitas pada semua parameter target kecuali konversi butanol. Untuk memperbaiki kualitas parameter target yang

turun, perlu dilakukan perubahan pada kondisi operasi. Dalam simulasi ini, dilakukan peningkatan reflux mole flow supaya parameter target menjadi seperti semula.Hasil simulasi lanjutan disajikan dalam Tabel 6.

Tabel 6.Perubahan kondisi operasi dan

dampaknya pada parameter target

Asam asetat dengan kemurnian tidak 100% membawa serta air masuk ke dalam kolom. Seperti yang telah dibahas sebelumnya, air ini akan mengganggu reaksi. Oleh sebab itu perlu memperbanyak aliran yang bersifat “recover”. Kemurnian produk dan konversi reaktan kembali seperti semula dengan dinaikkannya reflux mole

flow. Konsekuensi dari kenaikan reflux mole flow adalah meningkatnya RD reboiler duty.

Kesimpulan

1. Model yang digunakan dalam simulasi ini telah divalidasi dengan data literatur.

2. Semakin besar reflux mole flow, semakin besar konversi reaktan etanol, kemurnian produk etil asetat dan RD reboiler duty.

ACID MOLE FLOW 100

ALCOHOL TEMP. 300

ACID TEMP. 300

REFLUX FLOW 650

Stripper Reboiler Duty 1400

EtOH Conversion 0.912926919 BuOH Conversion 0.998702769 BuAc Purity 0.99088848 EtAc Purity 0.90578159 ETHANOL FLOW RATE 50 BUTANOL FLOW RATE 50 ACID MOLE FLOW 100 ALCOHOL TEMP. 300 ACID TEMP. 300 REFLUX FLOW 434 RD Reboiler Duty 6262.1357 Stripper Reboiler Duty 980

EtOH Conversion 0.881965432 BuOH Conversion 0.998209988

ACID MOLE FLOW 100+25

ALCOHOL TEMP. 300

ACID TEMP. 300

REFLUX FLOW 434

RD Reboiler Duty 6600.28258 Stripper Reboiler Duty 980

ALCOHOL TEMP. 300

ACID TEMP. 300

REFLUX FLOW 434

Stripper Reboiler Duty 980

ALCOHOL TEMP. 100

ACID TEMP. 100

REFLUX FLOW 525

(11)

3. Perubahan reflux mole flow tidak berpengaruh terhadap konversi reaktan butanol dan kemurnian produk butil asetat secara signifikan. 4. Semakin besar stripper reboiler duty, semakin

besar kemurnian produk etil asetat, namun terdapat batas maksimum.

5. Perubahan stripper reboiler duty tidak berpengaruh terhadap konversi reaktan alkohol dan kemurnian produk butil asetat secara signifikan.

6. Perubahan temperatur umpan, baik alkohol maupun acid, tidak berpengaruh terhadap kemurnian produk dan konversi reaktan alkohol.

7. Kurva antara reboiler duty dengan temperatur umpan membentuk kurva breaktrough.

8. Perubahan kemurnian asam asetat tidak berpengaruh pada reaksi pembentukan butil asetat.

9. Semakin kecil kemurnian umpan asam asetat, semakin rendah konversi etanol.

10. Perubahan rasio molar umpan alkohol tidak bepengaruh terhadap konversi butanol dan kemurnian produk butil asetat secara signifikan.

11. Semakin tinggi fraksi etanol dalam campuran alkohol, semakin besar konversi etanol, semakin rendah kemurnian etil asetat.

12. Perubahan rasio molar etanol-butanol dan penggunaan umpan asam asetat teknis menyebabkan target tidak tercapai sehingga dilakukan perubahan kondisi operasi.

Saran

1. Dapat dilakukan integrasi panas dengan memanfaatkan panas dari produk bawah kolom distilasi reaktif untuk memanaskan umpan.

2. Dapat dilakukan perhitungan ekonomis supaya dapat diperoleh kondisi operasi yang paling optimum berkaitan dengan sisi komersial.

Daftar Pustaka

Ahmed D. Wiheeb, T. A. A., Omar S. Lateef. (2010). Process Simulation Study of Ethyl Acetate Reactive Distillation Column By HYSYS 3.2 Simulator.

Amrit Pal Toor, M. S., Ghansyam Kumar, and R. K. Wanchoo. (2011, 23-30 Juni 2011). Kinetic Study of Esterification of Acetic Acid

with nbutanol and isobutanol Catalyzed by Ion Exchange Resin. Bulletin of Chemical Reaction

Engineering & Catalysis.

. Aspen Rate-Based Distillation. Retrieved 27 April 2013 pukul 11:48 WIB, from

http://www.aspentech.com/products/aspen-ratesep.aspx

Atalay, E. S. a. F. S. (2011). Esterification of Acetic Acid with Butanol: Operation in a Packed Bed Reactive Distillation Column.

Cong, Y. (2012). AN OVERVIEW ON SYNTHETIC METHODS OF N-BUTYL ACETATE. European Chemical Bulletin, 1(8), 336-337.

DUTIA, P. (2004). Ethyl Acetate: A Techno-Commercial Profile. CHEMICAL WEEKLY.

E. Sert, F. S. A. (2011). Esterification of Acetic Acid with Butanol: Operation in a Packed Bed Reactive Distillation Column.

. Ester. (1 April 2013) Retrieved 3 April, 2013, from http://en.wikipedia.org/wiki/Ester

. Esterification. Encyclopedia of Chemical

Technology (4 ed., Vol. 9): Kirk Othmer.

Geert Hangx, G. K., Harrie Maessen, Peter Markusse, Ioana Urseanu. (2001). REACTION KINETICS OF THE ESTERIFICATION OF ETHANOL AND ACETIC ACID TOWARDS ETHYL ACETATE.

Gmehling, S. S. a. J. r. (2002). n-Butyl Acetate Synthesis via Reactive Distillation: Thermodynamic Aspects, Reaction Kinetics, Pilot-Plant Experiments, and Simulation Studies.

Hao-Yeh Lee, H.-P. H., I-Lung Chien. (2006). Design and control of homogeneous and heterogeneous reactive distillation for ethyl acetate.

Harmsen, G. J. (2007). Reactive distillation: The front-runner of industrial process intensification A full review of commercial applications, research, scale-up, design and operation.

Hui Tian, H. Z., Zhixian Huang, Ting Qiu, and Yanxiang Wu. (2012). Novel Procedure for Coproduction of Ethyl Acetate and n-Butyl Acetate by Reactive Distillation. I&CE.

Humphrey, J. L. (1997). Separation Process

(12)

I-Kuan Lai, Y.-C. L., Cheng-Ching Yu,, & Ming-Jer Lee, H.-P. H. (2007). Production of high-purity ethyl acetate using reactive distillation: Experimental and start-up procedure.

I-Kuan Lai, Y.-C. L., Cheng-Ching Yu, Ming-Jer Lee, Hsiao-Ping Huanga. (2007). Production of high-purity ethyl acetate using reactive distillation: Experimental and start-up procedure. ELSEVIER.

Kienle, K. S. a. A. (2002). Reactive

Distillation: Status and Future Direction:

WILEY-VCH.

. Optimize Chemical Processes with Aspen Plus. Retrieved 27 April 2013 pukul 10:32

WIB, from

http://www.aspentech.com/products/aspen-plus.aspx

Robert S. Huss, F. C., Michael F. Malone, Michael F. Doherty. (2003). Reactive Distillation For Methyl Acetate Production.

Roberts. (2000). Aspen Plus® Aspen Plus User Guide Retrieved 25 April 2013, from http//www.support.aspentech.com

Singh, A. (2011). Simulation Studies of Reactive Distillation for Ethyl Acetate Production through Esterification. Patiala: Department of Chemical Engineering, Thapar University.

Suman Thotla, S. M. M. (2007). Conceptual design of reactive distillation for selectivity improvement in multiple reactant systems.

Sven Steinigeweg, J. G. (2002). n-Buthyl Acetate Synthesis via Reactive Distillation: Thermodynamics Aspects, Reaction Kinetics, Pilot-Plant Experiments, and Simulation Studies.

Vishal Agarwal, S. T. a. S. M. M. (2006). Selectivity Engineering with Reactive Distillation : Determination of Attainable Region.

William L. Luyben, C.-C. Y. (2008). Reactive

Distillation: Design and Control. New Jersey:

WILEY.

Yeong-Tarng Tang, Y.-W. C., Hsiao-Ping Huang, and Cheng-Ching Yu. (2005). Design of Reactive Distillations for Acetic Acid Esterification. AIChe, 51.

Yi-Chang Wu, Hao-Yeh Lee, Chen-Yu Tsai, Hsiao-Ping Huang, and I-Lung Chien. (2013). Design and Control of a Reactive Distillation Process for Esterification of an Alcohol Mixture Containing Ethanol and n-Butanol. Computer and Chemical Engineering, 57.

Zeki A., A.-H., M., Al-Jendeel, H.A. (2010). Kinetic Study of Esterification Reaction.

Al-Khwarizmi Engineering Journal, 6.

Zhixian Huang, H. T., Ting Qiu, Yanxiang Wu. (2010). Simulation Studies of Reactive Distillation Processes for Synthesis of Ethyl Acetate.