PRA RANCANGAN PABRIK BENZIL ALKOHOL DARI BENZIL KLORIDA, NATRIUM KARBONAT DAN AIR KAPASITAS 50.000 TON/TAHUN (Tugas Khusus Distillation Column 301 (DC-301))

(1)

ABSTRAK

PRARANCANGAN PABRIK BENZIL ALKOHOL DARI BENZIL KLORIDA, NATRIUM KARBONAT DAN AIR DENGAN KAPASITAS

50.000 TON/TAHUN

Oleh

IKA HERMANIA

Pabrik Benzil Alkohol berbahan baku benzil klorida, natrium karbonat, dan air akan didirikan di Surabaya. Pabrik ini berdiri dengan mempertimbangkan kebutuhan dalam negeri akan benzil alcohol yang terus meningkat, ketersediaan bahan baku, sarana transportasi yang memadai, tenaga kerja yang mudah didapatkan dan kondisi lingkungan.

Pabrik direncanakan memproduksi benzil alkohol sebanyak 50.000 ton/tahun, dengan waktu operasi 24 jam/hari, 330 hari/tahun. Bahan baku yang digunakan adalah benzil klorida sebanyak 7.533,2710 kg/jam, natrium karbonat sebanyak 3.156,2321 kg/jam, dan air sebanyak 6.249,9646 kg/jam.

Penyediaan kebutuhan utilitas pabrik benzil alkohol berupa: pengadaan air, pengadaan steam, pengadaan listrik, kebutuhan bahan bakar, dan pengadaan udara kering.

Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas (PT) menggunakan struktur organisasi line dan staff dengan jumlah karyawan sebanyak 134 orang.

Dari analisis ekonomi diperoleh:

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Tulang Bawang pada tanggal 20 Oktober 1989, sebagai anak pertama dari dua bersaudara, dari pasangan Bapak Ishak dan Ibu Sumami.

Lulus dari Sekolah Dasar (SD) di SD Negeri 04 Gunung Madu pada tahun 2001, Sekolah Lanjutan Tingkat Pertama (SLTP) di SLTP Satya Dharma Sudjana Lampung Tengah pada tahun 2004 dan Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA Negeri 10 Bandar Lampung pada tahun 2007.

(8)

Sebuah Karya kecilku....

Dengan segenap hati kupersembahkan tugas akhir ini kepada:

Allah SWT,

Atas kehendak-Nya semua ini ada

Atas rahmat-Nya semua ini aku dapatkan

Atas kekuatan dari-Nya aku bisa bertahan.

Orang tuaku sebagai tanda baktiku, terima kasih atas segalanya,

doa, kasih sayang, pengorbanan dan keikhlasannya.

Ini hanyalah setitik balasan yang tidak bisa dibandingkan dengan

berjuta-juta pengorbanan dan kasih sayang

yang tidak akan pernah berakhir.

Guru-guruku sebagai tanda hormatku,

terima kasih atas ilmu yang telah diberikan.

(9)

MOTO

(10)

i

SANWACANA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang Maha Kuasa dan Maha Penyayang, atas segala rahmat dan hidayah-Nya, sehingga tugas akhir ini

dengan judul “Prarancangan Pabrik Benzil Alkohol dari Benzil Klorida, Natrium

Karbonat, dan Air dengan Kapasitas 50.000 Ton / Tahun” dapat diselesaikan dengan baik.

Tugas akhir ini disusun dalam rangka memenuhi salah satu syarat guna memperoleh derajat kesarjanaan (S-1) di Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung.

Penyusunan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan dan dukungan dari beberapa pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Ir. Azhar, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas Lampung dan selaku Dosen Penguji atas ilmu, kritik dan saran, dalam penyelesaian tugas akhir.

(11)

ii

3. Heri Rustamaji, S.T, M.Eng., selaku dosen pembimbing II, yang telah memberikan pengarahan, masukan, bimbingan, kritik dan saran selama penyelesaian tugas akhir. Semoga ilmu bermanfaat yang diberikan dapat berguna dikemudian hari.

4. Edwin Azwar, S.T,. P.GD., M.T.A., Ph.D., selaku Dosen Penguji atas ilmu, kritik dan saran, dalam penyelesaian tugas akhir.

5. Seluruh Dosen Teknik Kimia Universitas Lampung, atas semua ilmu dan bekal masa depan yang akan selalu bermanfaat.

6. Keluargaku tercinta, untuk Ayah, Ibu, Adikku Iyan dan Rayyan yang selalu memberikan do’a, semangat, dan dukungan, skripsi ini juga ku persembahkan untuk mereka semoga bisa menjadi pengobat hati yang pilu.

7. Kakakku, selaku rekan seperjuangan dalam suka duka yang telah membantu penulis dalam penyelesaian laporan tugas akhir ini.

8. Sulistiono, selaku rekan seperjuangan pengerjaan skipsi.

9. Teman-teman seperjuangan di Teknik Kimia Angkatan 2007 aksel, marga, binur, catur, atung, fath, cindi, indra, muti, norma, andika, sahabat-sahabatku, adel, ngenges, tya, tika, nanda, kinkin, kakak-kakak dan adik-adik angkatan yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Terimakasih atas bantuannya selama penulis menyelesaikan tugas akhir ini.

(12)

iii

Semoga Allah membalas semua kebaikan mereka terhadap penulis dan semoga skripsi ini berguna.

Bandar Lampung, 4 Agustus 2014 Penulis,

(13)

i

DAFTAR ISI

halaman Abstrak

Daftar Isi ... i

Daftar Tabel ... iv

Daftar Gambar ... viii

Daftar Grafik ... ix

I. Pendahuluan ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Kegunaan Produk ... 2

1.3. Ketersedian Bahan Baku ... 3

1.4. Prospek Pasar ... 3

1.5. Lokasi Pabrik ... 5

II. Uraian Proses ... 7

2.1. Jenis – Jenis Poses ... 7

1. Reduksi Katalia dengan Benzaldehida ... 7

2. Reaksi Cannizaro ... 7

3. Reaksi Hidrilisa ... 8

2.2. Pemilihan Proses ... 8

a. Tinjauan Ekonomi ... 9

b. Tinjauan Termodinamika ... 17

2.3. Uraian Proses ... 24

a. Persiapan Bahan Baku ... 24

b. Tahap Reaksi ... 25

(14)

ii

VIII. Sistem Manajemen dan Operasi Perusahaan ... 141

A. Bentuk Perusahaan ... 141

B. Deskripsi Jabatan ... 142

(15)

iii

D. Jam Kerja ... ... 154

E. Sistem Pengupahan ... 157

F. Kesejahteraan Karyawan ... 159

G.Kesehatan dan Keselamatan Kerja ... 161

IX. Investasi dan Evaluasi Ekonomi ... 163

A. Investasi ... 163

B. Evaluasi Ekonomi ... 168

C. Angsuran Pinjaman ... 170

X. Kesimpulan dan Saran ... 172

Daftar Pustaka

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan zaman, pembangunan di segala bidang makin diperhatikan. Salah satu jalan untuk meningkatkan taraf hidup bangsa adalah dengan pembangunan industri, termasuk diantaranya adalah industri kimia. Pembangunan industri kimia ini sangat penting, karena dapat mengurangi ketergantungan Indonesia terhadap industri luar negeri, yang pada akhirnya akan dapat mengurangi pengeluaran devisa untuk mengimpor bahan tersebut, termasuk diantaranya benzil alkohol.

Benzil alkohol merupakan salah satu bahan kimia yang sangat dibutuhkan baik sebagai bahan baku maupun bahan penunjang. Benzil alkohol banyak digunakan sebagai bahan dasar dalam pembuatan obat, parfum, kosmetik, solvent, dan sebagai bahan untuk industri kimia yang lain.

(23)

2

membutuhkan benzil alkohol, maka diperkirakan kebutuhan benzil alkohol pada masa yang akan datang akan semakin meningkat.

Belum adanya produsen benzil alkohol di Indonesia membuka peluang yang besar terhadap pasar benzil alkohol di Indonesia. Selama ini kebutuhan nasional terhadap benzil alkohol masih di impor dari Taiwan, USA, Jerman, dan India. Pendirian pabrik benzil alkohol berarti membuka lapangan kerja baru sehingga mengurangi pengangguran di Indonesia. Disamping itu untuk memenuhi pasar di luar negeri yang di harapkan dapat meningkatkan devisa Negara.

1.2. Kegunaan Produk

Produk benzil alkohol telah banyak digunakan dalam berbagai macam industri diantaranya:

1. Benzil alkohol digunakan sebagai pelarut umum untuk tinta, cat, epoxy resin, dan selulosa asetat.

2. Sebagai prekursor untuk berbagai ester, yang digunakan dalam sabun, dan parfum.

(24)

3

1.3. Ketersediaan Bahan Baku

Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan benzil alkohol adalah benzil klorida ( C7H7Cl ) dan natrium karbonat (Na2CO3). Bahan baku benzil klorida diimpor dari Shandong Liaocheng Luxi Chemical Sale Co. Ltd, China. Natrium karbonat diperoleh dari Pabrik Aneka Kimia Raya, Surabaya. Dengan mengadakan kontrak kerjasama dengan kedua pabrik tersebut maka diharapkan kebutuhan benzil klorida dan natrium karbonat sebagai bahan baku pembuatan benzil alkohol dapat terpenuhi.

1.4. Prospek Pasar

Melihat kegunaan benzil alkohol yang banyak dan harganya yang cukup mahal maka diperkirakan kebutuhan akan benzil alkohol semakin meningkat dengan semakin banyaknya industri di Indonesia, khususnya industri kimia. Adapun data impor benzil alkohol di Indonesia mulai tahun 2009 sampai 2012 adalah sebagai berikut :

Tabel 1. 1 Data Impor Benzil Alkohol di Indonesia

Tahun Impor (Ton)

2009 25.358

2010 35.410

2011 48.556

2012 50.516

(25)

4

Dari Tabel 1.1 terlihat bahwa kebutuhan benzil alkohol dalam negeri mengalami peningkatan. Hal ini disebabkan di Indonesia belum terdapat pabrik benzil alkohol sehingga untuk memenuhi kebutuhan benzil alkohol diperoleh dari impor. Peningkatan konsumsi didasarkan atas perkembangan industri pemakainya yang mengalami perkembangan cukup pesat. Berdasarkan data Badan Pusat Statistik (BPS), pangsa pasar utama adalah memenuhi kebutuhan dalam negeri dan apabila kebutuhan dalam negeri telah terpenuhi maka produk dapat diekspor ke luar negeri.

Prediksi kapasitas pabrik diambil berdasarkan data statistik yang diperoleh dari Badan Pusat Statistik (BPS) prihal data impor benzil alkohol di Indonesia. Peningkatan impor benzil alkohol dari tahun ke tahun dapat dilihat pada gambar berikut.

Grafik 1.1 Data impor benzil alkohol di Indonesia

y = 8862x + 17805 R² = 0,936

0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000

2009 2010 2011 2012

Impor (Ton)

(26)

5

Dari persamaan yang diperoleh pada Gambar 1.1 dengan menggunakan metode regresi linear, kebutuhan benzil alkohol di Indonesia untuk tahun 2017, diyakini sebesar 60.000 ton/tahun. Berdasarkan data kebutuhan tersebut, maka besarnya kapasitas pabrik benzil alkohol yang direncanakan sebesar 50.000 ton/tahun.

1.5. Lokasi Pabrik

Penentuan lokasi pabrik sangat penting pada suatu perancangan karena akan berpengaruh secara langsung terhadap kelangsungan hidup pabrik. Berdasarkan faktor-faktor di bawah ini maka pabrik yang akan didirikan berlokasi di Gersik, Jawa Timur dengan pertimbangan sebagai berikut : 1. Penyediaan Bahan Baku

Lokasi pabrik terletak tidak terlalu jauh dari bahan baku, sumber bahan baku utama natrium kabonat diperoleh Pabrik Aneka Kimia Raya, Surabaya sedangkan bahan baku benzil klorida di impor dari Shandong Liaocheng Luxi Chemical Sale Co. Ltd, China. Dengan demikian pengadaan bahan baku lebih mudah karena berada di dekat lokasi pabrik. 2. Tenaga Kerja

(27)

6

3. Utilitas

Utilitas yang diperlukan adalah air, bahan bakar serta listrik. Daerah Gresik dilalui oleh sungai Bengawan Solo yaitu sungai besar yang terdekat dengan kawasan industri yang dapat digunakan untuk keperluan penyediaan utilitas terutama air.

4. Pemasaran

Benzil alkohol merupakan bahan baku dan bahan intermediate, maka pemilihan lokasi di Gresik, Jawa Timur adalah tepat, karena daerah ini merupakan kawasan industri. Hal ini berarti memperpendek jarak antara pabrik benzil alkohol dengan pabrik-pabrik yang membutuhkannya.

5. Transportasi

(28)

7

BAB II URAIAN PROSES

2.1. Jenis-Jenis Proses

Benzil alkohol dikenal pula sebagai alpha hidroxytoluen, phenyl methanol, atau phenyl carbinol. Benzil alkohol mempunyai rumus molekul C6H5CH2OH. Proses pembuatan benzil alkohol dapat dilakukan dengan beberapa macam cara :

1. Reduksi Katalis dengan benzaldehida

Reduksi diperoleh dengan menggunakan Raney Nickel atau Sodium Amalgam dan air. Bahan pereaksi yang ekivalen dengan benzaldehid bisa menggunakan asam benzoat atau turunan asam benzoat. Persamaan reaksinya sebagai berikut :

C6H5CHO + H2 C6H5CH2OH

Reaksi ini berlangsung pada suhu 25oC dan tekanan 3 atm.

2. Reaksi Cannizaro

Pada reaksi ini formaldehida dioksidasi menjadi asam formiat, aldehid aromatik direduksi menjadi alkohol, yang berlangsung pada fase homogen (cair-cair) pada temperatur 207 oC, dan tekanan 6,1 atm.

(29)

8

Digunakan benzaldehida sebagai agen pereduksi dengan katalis berupa alkali. Konversi reaksi ini sebesar 60%. Pada reaksi ini hanya setengah dari aldehid yang tereduksi menjadi alkohol, setengahnya lagi teroksidasi menjadi asam.

Persamaan reaksinya sebagai berikut :

2C6H5CHO + KOH C6H5CO2K + C6H5CH2OH

3. Reaksi Hidrolisa

Reaksi hidrolisa terjadi antara Benzil Klorida dengan larutan Natrium Karbonat. Kemurnian produk yang dihasilkan 99%. Konversi terhadap produk sebesar 99%, berlangsung pada fase cair pada suhu 110oC dan tekanan 2 atm, tanpa menggunakan katalis.

Persamaan reaksinya sebagai berikut :

2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O 2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2

2.2. Pemilihan Proses

Pemilihan proses dilakukan dengan membandingkan keuntungan dan kerugian semua proses pembuatan benzil alkohol yang telah diuraikan diatas sebagai berikut :

(30)

9

a. Tinjauan Ekonomi

Tinjauan ekonomi ini bertujuan untuk mengetahui bruto yang dihasilkan oleh pabrik ini selama setahun dengan kapasitas 50.000 ton/tahun. Berikut ini perbandingan beberapa harga bahan baku dan harga produk pada tahun 2013.

Tabel 2.1 Harga bahan baku dan produk

Bahan Harga dalam $ Harga dalam Rp.

Benzaldehida 4000 USD/ton 40.000.000/ton

Kalium hidoksida 300 USD/ton 3.000.000/ton Benzil Klorida 1476 USD/ton 14.760.000/ton Natrium Karbonat 200 USD/ton 2.000.000/ton

Benzil Alkohol 3400 USD/ton 34.000.000/ton

Sumber: * www.alibaba.com,2013

1. Reduksi Katalis dengan benzaldehida Konversi : 75%

Kapasitas produk : 50.000 ton benzil alkohol tiap tahun

� � � ℎ = � � ℎ ( � )

�

� � � ℎ = 50.000.000 � 108

(31)

10

Dengan reaksi :

C6H5CHO + H2 C6H5CH2OH Mula a b

Bereaksi (462,962) (462,962) (462,962)

Sisa (a-462,962) (b-462,962) (462,962)

Dari reaksi diatas, untuk menghasilkan 50.000 ton atau 462,962 kmol benzil alkohol dengan konversi reaksi 75% maka dibutukan reaktan sebagai berikut

: = 100%

75% 462,983 = 617,31

 Mol benzaldehida = 617,31 kmol

Benzaldehid yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg benzil alkohol

= mol benzaldehida * BM benzaldehid = 617,31 kmol x 106 kg/kmol

= 65.434,86 kg = 65,434 ton

(32)

11

 Mol Hidrogen = 617,31 kmol

Kalium hidoksida yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg benzil alkohol

= mol hidrogen * BM hidrogen = 617,31 kmol x 2 kgr/kmol = 13.234,62 kg = 13,234 ton

Jumlah harga bahan baku:

= (65,434 ton x $ 4000/ton) + (13,234 ton x $ 3000/ton) = $ 301.438.000

Harga produk benzi alkohol

= (50.000 ton/tahun x $ 3400/ton) = $ 170.000.000 /tahun

Keuntungan per tahun = Harga Produk – Harga Reaktan = $ 170.000.000 /tahun - $ 301.438.000 = $ -131.438.000

= Rp. –1.314..438.000

Harga produksi/kg benzil alkohol :

= ℎ � ℎ � � ℎ

(33)

12

= $ 301.438.000/tahun 50.000.000 kg/tahun

= $ 6,028/ kg = $ 6028/ ton

= Rp. 60.280/ kg ($1 = Rp 10000)

Harga pembuatan per kg benzil alkohol dengan menggunakan proses ini sebesar $ 6028/ ton, lebih mahal dibandingkan harga jual benzil alkohol sebesar $ 3400 /ton.

2. Reaksi Cannizaro Konversi : 60%

Kapasitas produk : 50.000 ton benzil alkohol tiap tahun

� � � ℎ = � � � ℎ ( � )

�

� � � ℎ = 50.000.000 � 108

� � � ℎ = 462,962

Dengan reaksi :

Mula a b

(34)

13

= 100%

60%% 462,983 = 771,638

: = 2: 1 = 1543,276

 Mol benzaldehida = 1543,276 kmol

Benzaldehida yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg benzil alkohol

= mol benzaldehid * BM benzaldehid = 1543,276 kmol x 106 kg/kmol = 163.587,276 kg = 163,587 ton

 Mol Kalium hidoksida = 771,638 kmol

Kalium hidoksida yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg benzil alkohol

= mol kalium hidoksida * BM kalium hidoksida = 771,638 kmol x 56 kgr/kmol

= 43.211,728 kg = 43,211 ton

(35)

14

Harga produk benzil alkohol

= (50.000 ton/tahun x $ 3400/ton) = $ 170.000.000 /tahun

Keuntungan per tahun = Harga Produk – Harga Reaktan = $ 170.000.000 /tahun - $ 205.561,400 = $ -129.996.000

= Rp. –1.299.960.000.000

Harga produksi/kg benzil alkohol :

= ℎ � ℎ � � ℎ

� �

= $ 205.561.400/tahun 50.000.000 kg/tahun

= $ 6,850/ kg = $ 6850/ ton = Rp. 68.500/ kg ($1 = Rp 10000)

Harga pembuatan per kg benzil alkohol dengan menggunakan proses ini sebesar $ 6850/ ton, lebih mahal dibandingkan harga jual benzil alkohol sebesar $ 3400 /ton.

3. Reaksi Hidrolisa Konversi : 99%

(36)

15

� � � ℎ = � � � ℎ ( � )

�

� � � ℎ = 50.000.000 � 108

� � � ℎ = 462,962

Dengan reaksi :

2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O 2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2 Mula a b c

Bereaksi 462,962 462,962 462,962 462,962 462,962 462,962 Setimbang(a-462,962) (b-462,962)(c-462,962) 462,962 462,962 462,962

= = = 2: 1: 1

, = 100%

99% 462,962 = 467,638

a = 2 x 467,638 = 935,276 kmol

 Mol benzil klorida = 935,276 kmol

Benzil klorida yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg benzil alkohol

= mol benzil klorida * BM benzil klorida = 935,276 kmol x 108 kg/kmol

(37)

16

 Mol natrium karbonat = 467,438 kmol

Natrium karbonat yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg benzil alkohol

= mol natrium karbonat * BM natrium karbonat = 467,438 kmol x 106 kg/kmol

= 49.569,628 kg = 49,569 ton

 Mol H2O = 467,438 kmol

H2O yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg benzil alkohol

= mol H2O * BM H2O

= 467,438 kmol x 18 kg/kmol = 8.413,884 kg = 8,413 ton

= (101,009 ton/tahun x $ 1476/ton) + (49,569 ton/tahun x $ 200/ton) + (8,413 ton/tahun x $ 100/ton )

= $ 159.003,08/tahun

(38)

17

Keuntungan per tahun = Harga Produk – Harga Reaktan = $ 170.000.000 - $ 159.003,08 = $ 169.840.996,9

= Rp. 1.698.409.969.000

Harga produksi per kg benzil alkohol :

= ℎ � ℎ / ℎ

� �

= $ 159.003.084 /tahun 50.000.000 kg/tahun

= $ 3,1/ kg = $ 3100/ ton

= Rp. 31000/ kg ($1 = Rp 10000)

Harga pembuatan per kg benzil alkohol dengan menggunakan proses ini sebesar $ 3100/ ton, lebih murah dibandingkan harga jual benzil alkohol sebesar $ 3400 /ton.

b. Tinjauan termodinamika

(39)

18

 Proses 1 ( Reduksi Katalis dengan benzaldehid)

Reaksi yang terjadi adalah :

C6H5CHO + H2 C6H5CH2OH

Nilai ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat

dilihat pada Tabel 2.2 sebagai berikut :

Tabel 2.2 Nilai ΔH°f masing-masing Komponen

Komponen ΔHof 298

(kJ/mol) C6H5CHO

H2 (g)

C6H5CH2OH

-86,8 0 -352 Sumber : Perry’s Tabel 2-196

Persamaan :

ΔH°r 298 K = ΔH°f produk - ΔH°f reaktan

= [(ΔH°f C6H5CH2OH) – ( ΔH°f C6H5CHO + ΔH°f H2)] = [(-352) – (-86,8 + 0)] kJ/mol

= - 265,2 kJ/mol

Karena nilai ΔH°r 298 K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.

(40)

19

Dari energi bebas Gibbs dari reaktan dan produk adalah :

Tabel 2.3 Nilai ΔG°f masing-masing Komponen

Komponen ΔGof 298

(kJ/mol) C6H5CHO

H2 (g)

C6H5CH2OH

9,4 0 -27,5 Sumber : Perry’s Tabel 2-196

Persamaan :

ΔGo = Σ(nΔGof) produk –Σ(nΔGof) reaktan ΔG°r 298 K = ΔG°f produk - ΔG°f reaktan

= [(ΔG°f C6H5CH2OH) – ( ΔG°f C6H5CHO + ΔG°f H2)] = [(-27,5) – ( 9,4 + 0)] kJ/mol

= -36,9 kJ/mol

Berdasarkan nilai ∆Go

yang telah di dapatkan sebesar -36,9 kJ/mol menunjukkan bahwa reaksi yang terjadi di dalam reaktor dapat berlangsung tanpa membutuhkan energi yang besar, karena diinginkan nilai ∆Go

(41)

20

 Proses 2 (Reaksi Cannizaro )

Reaksi yang terjadi adalah :

Nilai ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada

Tabel 2.4 sebagai berikut :

Komponen ΔHof 298

(kJ/mol) C6H5CHO

KOH C6H5CH2OH C6H5CO2K

-86,8 -352 -161 -385,05 Sumber : Perry’s Tabel 2-196

Persamaan :

= [(ΔH°f C6H5CH2OH + ΔH°f C6H5CO2K) – ( ΔH°f C6H5CHO + ΔH°f KOH)]

= [(-161 + -385,05) – (-86,8 + -352 ) = -984,25 kJ/mol

Karena nilai ΔH°r 298 K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.

(42)

21

Komponen ΔGof 298

(kJ/mol) C6H5CHO

KOH C6H5CH2OH C6H5CO2K

9,4 -379 -27,5 -245,26

Persamaan :

ΔG°r 298 K = ΔG°f produk - ΔG°f reaktan

= [(ΔG°f C6H5CH2OH + ΔG°f C6H5CO2K) – ( ΔG°f C6H5CHO + ΔG°f KOH)]

= [(-27,5 + -245,26) – (9,4 + -379)] = 96,84 kJ/mol

 Reaksi 3 ( Reaksi Hidrolisa )

Persamaan reaksi :

2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O 2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2 Nilai ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada

(43)

22

Komponen ΔHof 298

(kJ/mol) C6H5CH2Cl

Na2CO3 H2O

C6H5CH2OH NaCl

CO2

26.136 -1130,9 -285,8 -352 -410 -393,5 Sumber : Perry’s Tabel 2-196

Persamaan :

= [(2 x ΔH°f C6H5CH2OH + 2 x ΔH°f NaCl + ΔH°f CO2 ) – ( 2 x ΔH°f C6H5CH2Cl + ΔH°f Na2CO3 + ΔH°f H2O )] = [((2 x -352) + (2 x -410) + (-393,5)) – ((2 x 26.136) + (-1130,9) + (-285,8))]

= - 553,072 kJ/mol

(44)

23

Komponen ΔGof 298

(kJ/mol) C6H5CH2Cl

Na2CO3 H2O

C6H5CH2OH NaCl

CO2

92.4 -1047,7 -237,2 -27,5 -384 -394,4 Sumber : Perry’s Tabel 2-196

Persamaan :

ΔG°r 298 K = ΔG°f produk - ΔG°f reaktan

= [( 2 x ΔG°f C6H5CH2OH + 2 x ΔG°f NaCl + ΔG°f CO2 ) – ( 2 x ΔG°f C6H5CH2Cl + ΔG°f Na2CO3 + ΔG°f H2O )] = [((2 x -27,5) + (2 x -384) + (-394,4)) – ((2 x 92.4) + (-1047,7) + (-237,2))]

(45)

24

Tabel 2.8 Kriteria penilaian pemilihan proses

Kriteria Penilaian PROSES I (Hidrogenasi)

Berdasarkan tabel 2.6 tersebut, maka dipilih proses 3, yaitu pembuatan benzil alkohol secara hidrolisis dengan menggunakan benzil klorida, air dan natrium karbonat.

Reaksi yang terjadi:

2.3. Uraian Proses

a. Persiapan Bahan Baku

1. Benzil Klorida

(46)

25

sebelumnya dipanaskan melalui heat exchanger (HE-101) sehingga temperatur Benzil Klorida menjadi 110oC.

2. Natrium Karbonat

Natrium Karbonat juga merupakan bahan baku utama. Diperoleh dari Pabrik Aneka Kimia Raya, Surabaya, dalam bentuk serbuk padat dan disimpan dalam solids storage (SS-101) dengan tekanan 1 atm (14,7 psia) dan suhu 30oC (303 K). Natrium Karbonat akan ditampung dalam hopper (HO-101) menggunakan srew conveyor dan bucket elevator (BE-101). Dari hopper kemudian akan dimasukkan ke dalam tangki pencampur (MT-101) untuk dilarutkan dengan H2O, lalu dipompa dan dipanaskan dengan pemanas HE-102 sampai suhu 110oC, kemudian dimasukkan ke dalam reaktor RE-201.

b. Tahap Reaksi

Reaksi antara Benzil Klorida dan larutan Natrium Karbonat dijalankan dalam Reaktor tangki berpengaduk, dengan waktu reaksi 0,39 jam, suhu reaktor 110oC, dan tekanan 2 atm.

Di dalam reaktor terjadi reaksi sebagai berikut :

(47)

26

jenuh pada suhu 210oC yang berada dalam jaket pemanas. Hasil reaksi yang berupa uap akan diolah ke UPL. Sedangkan hasil reaksi dari reaktor 2 didinginkan hingga suhunya menjadi 40oC, kemudian dimasukkan ke dalam decanter (DE) untuk dipisahkan antara fraksi berat dan ringannya.

c. Tahap Pemurnian

(48)

27

Untuk mengetahui apakah reaksi dapat berlangsung pada suhu 110○C secara spontan maka perlu di cek dengan menggunakan energi Gibbs.

∆G383 = - RT ln K383………... (1) Untuk memastikan suhu operasi, didekatkan dengan hubungan antara neraca panas dan neraca massa pada kondisi adiatatis sehingga :

a. Neraca massa

Untuk menghasilkan benzil alkohol 99% maka perbandingan mol antara benzil klorida, natrium karbonat dan air adalah 1 : 0,6 : 24, sehingga :

(49)

(50)

29

Sehingga ,

Dengan persamaan arhenius :

α dan β merupakan konstanta dari kinetika reaksi.

b. Neraca Panas Pada Kondisi Adiabatis

Tabel I.6 Kapasitas Panas Bahan

Komponen

Data Cp dari Chemcad

(51)

30

c. Hubungan antara Neraca Panas Dan Neraca Massa

Dari persamaan 15 dan 17 sehingga didapatkan hubungan konversi (X) dan T (suhu).

Gambar 1. Grafik Hubungan antara Konversi dan Suhu

350

0,999 0,9992 0,9994 0,9996 0,9998 1

S

Hubungan antara Suhu dan Konversi

cp

(52)

31

Dari grafik dapat dilihat pada konversi mendekati 100% didapatkan suhu 383K (1100C) sehingga digunakan suhu reaksi 1100C dan konversi 99%. ∆G423 bernilai negatif sehingga reaksi dapat berlangsung pada suhu 110 oC.

Tinjauan Kinetika

Kinetika berhubungan erat dengan kecepatan reaksi kimia. Konsentrasi, suhu dan tekanan sangat berpengaruh pada konstanta kecepatan reaksi maupun pada kecepatan reaksi.

Reaksi yang terjadi pada pembuatan Benzil Alkohol :

2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O  2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2

Ditulis dalam bentuk sederhana : 2A + B  2D + 2E + F

Maka kecepatan reaksi menjadi :





2

A

A kC

r 

 ………...……..…….(4)

(53)

32

Penyelesaian persamaan reaksi :





Konversi design = 0,99 dengan waktu reaksi 5 jam atau 300 menit.

(54)

33

BAB III

SPESIFIKASI BAHAN & PRODUK

3.1. SPESIFIKASI BAHAN 1. Bahan baku :

a. Benzil Klorida (C6H5CH2Cl)

Berat Molekul = 126,5

Spesifik Gravity (20oC) = 1,1002 Titik beku = -39,2oC Titik didih pada 760 mmHg = 179,4oC Temperatur kritis = 411oC Tekanan kritis = 38,5 atm Bentuk (pada 1 atm,15oC) = Cairan

Warna = Tak berwarna

Kemurnian = 99,6 %

Kelarutan = Tak larut dalam air, larut dalam alkohol

b. Natrium Karbonat (Na2CO3)

Berat molekul = 106

(55)

34

Titik lebur = 851oC Titik didih (pada 750 mmHg) = decomposes

Kelarutan pada air bersuhu 0oC = 7,1 gram/100 gram air Kelarutan pada air bersuhu 30oC = 48,51 gram/100 gram air. Bentuk (pada 1 atm,15oC) = Serbuk

Warna = Putih

2. Bahan pembantu : Air (H2O)

Berat molekul = 18,016

Spesifik gravity (20oC) = 1

Titik beku = 0oC

Titik lebur = 0oC

Titik didih pada 760mmHg = 100oC Tekanan uap murni (pada 100oC) = 760 mmHg Temperatur kritis = 374oC

Tekanan kritis = 218 atm

Viskositas (pada 20oC) = 1,050 cp

Kemurnian = 100 %

3.2. SPESIFIKASI PRODUK a. Benzil Alkohol (C6H5CH2OH)

Berat molekul = 108

(56)

35

Titik beku = -15,3oC

Titik didih (pada 760mmHg) = 204,7oC Bentuk (pada 1 atm,15oC) = Cairan

Kemurnian = 98 %

Kelarutan = 4 gram larut dalam 100 gram air;

5,1 gram air larut dalam 100 gram

benzil alkohol

b. Natrium Klorida (NaCl)

Berat molekul = 58,5

Densitas = 2,165

Titik didih = 1465oC

Titik lebur = 800,8 oC

Kelarutan = 35,7 gram/100 gram air (0oC)

c. Karbondioksida (CO2)

Berat molekul = 44

Densitas gas = 1,976 (pada 0oC,1atm) Temperatur kritis = 31oC

(57)

36

Kelarutan dalam air = 1,713 (pada oC);0,759(pada 25oC);

pada suhu di atas 80oC,CO2 tidak

dapat larut

(Perry,R.H.,1984)

Reaksi :

+ Na2CO3 + H2O

Benzyl Chloride Natrium Carbonate Air _{Benzyl Alcohol}

(58)

DAFTAR PUSTAKA

Banchero, B.1955. Chemical Engineering Series. Mc Graw Hill in Chemical Engineering : New York

Biegler, T.1997. Systematic Methods of Chemical Process Design. Prentice Hall International : London

Brown, G.1950. Unit Operations.John Wiley and Sons : New York

Brownell, Young.1959. Equipment Process Design.Wiley Eastern Limited : Bangalore

Chemical Data Chemmaths. 2011.

Chemical Engineering Magazine, Ed. Juni 2011.

Coulson, Richardson.1983. Chemical Engineering, Vol. 6th. Pergamon Press : New York

Coulson, Richardson.1955. Chemical Engineering, Vol. 2nd. Butterworth-Heinemann : Boston

FLSmidth, One Source. 2011. Door Oliver Eimco Thickeners.

Fogler, Scott, H.1999.Elements of Chemical Reaction Engineering, Ed. 3th. Prentice Hall International : London

Foust, A.1960. Principles of Unit Operations, Ed. 2nd. John Wiley and Sons : New York

Geankoplis, C. J.1983. Transport Processes and Unit Operations, Ed. 2nd. Allyn and Bacon, Inc : London

H. Porse, CP Keko ApS, pers.comm, 2009.

(59)

Hensley, C.2006. Cooling Tower Fundamentals. SPX Cooling Technologies : Kansas

Himmelblau.1996. Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering. Prentice Hall International : London

Ismail, S.1996. Alat Industri Kimia. Unversitas Sriwjaya : Palembang Kepdal. 2000 No. 113. Pedoman Teknis Laboratorium Lingkungan. Kern, D.1950. Process Heat Transfer. Mc Graw Hill International Book

Company: London

Keyes, F. and Clark, R.S. 1959, Industrial Chemistry, 2nd edition, John Wiley and Sons, Inc., New York.

Lesmana, D.2009. Bahan Kuliah Teknologi Buangan Industri Modul Limbah Cair, Padat, Gas, dan B3.Universitas Lampung : Bandar Lampung Levenspiel, O.1999. Chemical Reaction Engineering, Ed. 3rd.

John Wiley and Sons : New York Material Codes. 2011.

Mc Cabe.1985. Unit Operation of Chemical Engineering, Jilid. 2nd, Ed. 4th. Mc Graw Hill Book Company : New York

Mc Lanahan Corp. Aggregate Processing Division Brosure.2011

Menteri Keuangan Republik Indonesia, Agus Martowardojo, 14 Juni 2011, 09:51 WIB et.al. Kompas.com.

MIP Process Technology.2011. MIP Thickener Design.

Missen, R.1928.Introduction to Chemical Reaction Engineering and Kinetics.John Wiley and Sons : New York

Moss, D.2004.Pressure Vessel Design Manual, Ed. 3th.Elvesier : Boston MSDS Sodium Carbonate.Science Lab.com, 21 Februari 2011, 10:22 WIB MSDS Phosphate Acid.Science Lab.com, 21 Februari 2011, 10:25 WIB

Mulyono, P.1997.Ekonomi Teknik Kimia.Universitas Gajah Mada : Yogyakarta

(60)

Perry’s.1963.Chemical Engineer’s Handbook, Ed. 4th.Mc Graw Hill Book Company : London

Peter, Timmerhaus.2002. Plant Design and Economics for Chemical Engineers.Mc Graw Hill Higher Education : New York

Powel, S.1954.Water Conditioning for Industry, Ed. 1st.Mc Graw Hill Book Company : London

Rase.1977.Chemical Reactor Design for Process Plant, Vol. 1st, Principles and Techniques.John Wiley and Sons : New York

Reid, C.1987.The Properties of Gases and Liquids, Ed. 4th. Donneley and Sons : New York

Reklaitis, G. V.1983. Introduction to Material and Energy Balances.Mc Graw Hill Book Company : London

Sari, A.2010. Bahan Kuliah Utilitas dan Penggerak Mula Modul Pengolahan Air Industri. Universitas Lampung : Bandar Lampung

Schepman, B. A.1962.New Concepts in Thickener Design, Underflow Pump Arrangement, and Automatic Controls. SK-SNI Air Bersih, 12 Juni 2011, 13:25 WIB

Smith, J. M.2001.Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, Ed. 6th.Mc Graw Hill International Edition : New York

Smith, J.M.1981.Chemical Engineering Kinetics, Ed. 3th. Mc Graw Hill International Edition : New York

Smith, R.2005.Chemical Process Design and Integration.John Wiley and Sons : New York

Sugiharto.1987. Dasar-Dasar Pengelolaan Air Limbah. Universitas Indonesia : Jakarta

Technical Specification Thickeners.2011

(61)

Ulrich, G.1984.A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economics. University of New Hampshire : USA

Wallas, M.1990. Chemical Process Equipment. Butterworth-Heinemann : Boston Wang, L, K.2008. Gravity Thickener, Handbook of Enviromental Engineering,

Vol. 6th. The Humana Press Inc. : New Jersey