A. BAB II DESKRIPSI PROSES

II.1.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk II.1.1.1. Spesifikasi Bahan Baku

Ethylbenzene (PT Styrindo Mono Indonesia)

Bentuk : Cair

Rumus Molekul : C6H5C2H5

Komposisi :

Ethylbenzene : Minimal 99,85% (w/w) Benzene : Maksimal 0,1% (w/w) Toluene : Maksimal 0,05% (w/w) Berat molekul : 106,167 kg/kmol Titik didih pada 1,013 bar : 136,19°C Titik beku pada 1,013 bar : -94,975°C Viskositas pada 25°C : 0,00064 N s/m² Panas pembentukan pada 25°C : -12,456 J/mol.K Panas penguapan pada 25°C : 42,226 J/mol.K Entropi pembentukan : 255,2 J/mol.K

Specific gravity : 0,8671

Berat jenis pada 25^oC : 862–865 kg/m³

II.1.2. Spesifikasi Bahan Pembantu

commit to user Komposisi :

Fe2O3 : 84,3% (w/w) K2CO3 : 13,3% (w/w) Cr2O3 : 2,4% (w/w)

Wujud : Butiran padat

Kenampakan : Merah

Bentuk : Pellet

Diameter : 5 mm

Bulk density : 1300 kg/m³

Porositas : 0,445

2.1.3 Spesifikasi Produk

Styrene (ASTM Styrene Specification, D-2827-92)

Berat molekul : 104,15 kg/kmol

Komposisi :

Styrene : Minimal 99,7% (w/w) Ethylbenzene : Maksimal 0,3% (w/w)

Titik didih : 145°C

Titik beku : –30,6°C

Densitas pada 20°C : 905,9 kg/m³ Viskositas pada 20°C : 0,000763 N s/m² Tekanan uap pada 20°C : 6,7 x 10^-4 bar

Wujud : Cair

Kenampakan : Tidak berwarna

Bau : Khas aromatis Berat jenis pada 25^oC : 889–900 kg/m³

Specific gravity : 0,9038–0,9057

II.2. Konsep Reaksi

Pada sub bab ini akan dibahas mengenai konsep reaksi ditinjau dari dasar reaksi, kondisi operasi, termodinamika, dan kinetika yang terjadi.

II.2.1. Dasar Reaksi

Pembuatan styrene dari ethylbenzene ini dipilih menggunakan proses dehidrogenasi katalitik karena banyak digunakan secara komersial dan beroperasi antara tekanan 0,71-1,92 bar. Katalis yang digunakan adalah Shell 105. Reaksi tersebut mengubah senyawa ethylbenzene menjadi styrene dan gas hydrogen.

Reaksi pembentukan styrene berjalan pada tiga tahap, yaitu 1) Adsorbsi reaktan ke permukaan katalis, 2) Reaksi pada permukaan katalis, 3) Desorbsi hasil reaksi dan Reoksidasi. Ilustrasi reaksi yang terjadi dapat dilihat pada Gambar II.1 (Joseph, Y.. Chem. Phys..2000, 2, 5314-5319).

commit to user

Gambar II.1 Mekanisme Reaksi Dehidrogenasi Ethylbenzene II.2.2. Panas Reaksi

Reaksi pembuatan styrene berlangsung secara endotermis, hal ini dapat ditinjau dari ΔH reaksi (298 K) di bawah ini.

C6H5C2H5 (g) C6H5C2H3 (g) + H2 (g)

Data-data harga ∆Hf^o masing-masing komponen pada 298 K didapat pada Tabel C.4 Smith-Van Ness dan hasilnya ditunjukkan pada Tabel II.1.

Tabel II.1 Data-data Harga ∆Hf^o

∆Hf^o H2 = 0

∆Hf^o Ethylbenzene = 29920 kj/kmol

∆Hf^o Styrene = 147360 kj/kmol

∆Hf^o reaksi = ∆H produk - ∆H reaktan

= (∆Hf^oStyrene+∆Hf^oH2)-(∆Hf^oEthylbenzene)

= 147360 + 0 – 29920

= +117440 kj/kmol II.2.3. Kondisi Operasi

Reaksi berlangsung di dalam Reaktor Fixed bed yang dioperasikan pada suhu sekitar 600–650^oC dan tekanan 0,71-1,92 bar. Pada kondisi tersebut, konversi ethylbenzene menjadi styrene mencapai 65% (Ullman, vol 34, 2001).

Suhu dan tekanan yang digunakan pada perancangan ini adalah 640^oC dan 1,92 bar. Pemilihan suhu dan tekanan tersebut mempertimbangkan beberapa hal sebagai berikut:

1. Reaksi dehidrogenasi ini merupakan reaksi katalitik maka kondisi operasi harus berada pada suhu dan tekanan dimana katalis dalam keadaan aktif dan memberikan selektivitas yang tinggi. Rentang batas aktivitas katalis shell 105 pada suhu 580-700^oC dimana pada kondisi suhu 640^oC sedikit di atas tekanan atmosferis memberikan konversi keseluruhan ethylbenzene menjadi styrene mencapai 65% dengan selektivitas styrene sebesar 95%. Oleh karena itu, pemilihan suhu mempertimbangkan agar kecepatan reaksi tidak terlalu kecil, katalis dalam keadaan aktif serta tetap meminimalkan proses termal cracking yang terjadi.

2. Reaksi dehidrogenasi merupakan reaksi endotermis dimana akan terjadi penurunan suhu pada saat reaksi berlangsung sehingga suhu perlu dipertahankan agar masih dalam rentang batas yang diijinkan menghasilkan konversi dan selektifitas yang tinggi.

commit to user II.3.Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses

Proses pembuatan styrene dari ethylbenzene dengan proses dehidrogenasi katalitik dibagi menjadi tiga tahap yaitu tahap penyiapan bahan baku, tahap reaksi, dan tahap pemurnian produk.

Produksi styrene dengan kapasitas 130.000 ton/tahun atau setara dengan 16.414,1 kg/jam menggunakan ethylbenzene yang mempunyai kemurnian 99,85%

(w/w), didatangkan dari pabrik Styrindo Mono Indonesia yang memiliki kapasitas produksi sebesar 330.000 ton/tahun. Bahan baku yang digunakan disimpan pada kondisi cair pada tekanan 1,01 bar dan suhu 30^oC.

Tahap ini dimaksudkan mempersiapkan bahan baku ethylbenzene agar sesuai dengan kondisi operasi yang disyaratkan reaktor. Fresh ethylbenzene dialirkan menuju mixing tank (M) dan dicampur dengan ethylbenzene recycle dari hasil bawah kolom distilasi II (D-02).

Ethylbenzene yang keluar dari mixing tank (M) dialirkan menggunakan pompa (P-02) menuju evaporator (E). Dalam evaporator, ethylbenzene diubah fasenya dari cair jenuh menjadi uap. Uap tersebut diumpankan ke static mixer (SM-01) dan dicampur dengan steam jenuh. Hal ini bertujuan mencegah terjadinya cracking ethylbenzene pada pemanasan di dalam heat exchanger produk (HE-01). Perbandingan berat steam terhadap ethylbenzene adalah 0,26.

Campuran uap ethylbenzene dan steam dipanaskan lagi menggunakan heat exchanger produk (HE-01 dan HE-02) hingga suhu 480^oC, kemudian diumpankan

ke static mixer (SM-02) dan dicampur dengan steam superheated sampai suhu 640^oC. Total perbandingan berat steam terhadap ethylbenzene adalah 2,6.

Proses pembentukan produk ini dimaksudkan mereaksikan campuran ethylbenzene dan steam superheated di dalam sebuah reaktor bertipe fixed bed adiabatis non isothermal pada suhu 600-650^oC dan tekanan 0,71–1,92 bar.

Reaksi pembentukan styrene berlangsung pada fase gas. Reaksi ini merupakan reaksi endotermis sehingga suhu produk akan lebih rendah dari suhu reaktan. Produk keluar dari reaktor I (R-01) berupa campuran gas.

Proses pemurnian produk bertujuan memurnikan produk utama dari produk samping dan sisa reaktan agar sesuai spesifikasi produk yang disyaratkan.

Produk gas keluaran WHB didinginkan sehingga menjadi gas siap terkondensasi, kemudian condensable gas (gas-gas yang dapat terkondensasi) dikondensasikan di dalam kondenser parsial (CP-01) sedangkan non condensable gas (gas-gas yang tidak dapat terkondensasi) berupa hidrogen dan karbondioksida terpisah di dalam separator tiga fase (S-01) sebagai hasil atas. Gas tersebut diumpankan ke boiler untuk dibakar sehingga dapat mengurangi kebutuhan bahan bakar boiler. Cairan yang terkondensasi berupa air, toluene, benzene, styrene, dan ethylbenzene juga dipisahkan dalam separator tiga fase (S-01) dimana prinsipnya berdasarkan perbedaan fase dan kelarutan. Hasil yang akan digunakan sebagai umpan menara distilasi 1 (D-01) berupa campuran toluene, benzene, styrene, dan ethylbenzene. Hasil bawah berupa campuran air limbah yang harus diolah dalam unit pengolahan limbah.

commit to user

Kolom distilasi I bertujuan memisahkan styrene dengan ethylbenzene berdasarkan perbedaan titik didih. Umpan masuk kolom distilasi I (D-01) pada kondisi cair dingin dan kolom beroperasi pada kondisi atmosferis. Distilat kolom distilasi I berupa gas kaya akan ethylbenzene sedangkan hasil bawah kolom distilasi I berupa produk styrene.

Menara distilasi ini juga dilengkapi dengan kondensor parsial (CP-02) yang berfungsi mengembunkan sebagian hasil atas dimana hasil pengembunan berupa campuran gas dan cairan ditampung sementara di dalam akumulator (ACC-01). Cairan dimasukkan kembali ke dalam menara (refluks) dengan pompa (P-04) agar terjadi kontak ulang sedangkan gas diumpankan menuju kolom distilasi II. Hasil bawah kolom distilasi I yang keluar dari reboiler parsial (RE-01) dialirkan menggunakan pompa (P-05) menuju Cooler (HE-03) dan didinginkan sebelum masuk tangki penyimpanan produk (T-02).

Distilat kolom distilasi I diumpankan ke kolom distilasi II dengan tujuan memisahkan ethylbenzene dari toluene.

Dari perhitungan neraca massa, dibutuhkan bahan baku ethylbenzene sebanyak 19444,5 kg/jam yang menghasilkan styrene sebanyak 16415 kg/jam dengan kemurnian 99,7% (w/w) sehingga produksi styrene dalam satu tahun mencapai 130.000 ton. Neraca massa dapat dilihat pada Tabel II.2. Perhitungan neraca massa dan tabel neraca massa per alat dapat dilihat pada Lampiran B. Tabel neraca panas per alat dapat dilihat pada Lampiran C.

Diagram alir ada tiga macam, yaitu:

II.1.Diagram alir kualitatif (Gambar II.2) II.2.Diagram alir kuantitatif (Gambar II.3) II.3.Diagram alir proses (Gambar II.4)

Tabel II.2 Neraca Massa Total

Komponen

Input (kg/jam) Output (kg/jam)

Arus 1 Arus 3 Arus 5 Arus 8

Arus 9 Arus 12

Arus 13

Ethylbenzene 19415,29 0,00 0,00 0,00 314,83 49,24 98,12

Benzene 19,44 0,00 0,00 0,00 85,50 0,00 212,04

Toluene 9,72 0,00 0,00 0,00 54,49 0,00 447,28

Styrene 0,00 0,00 0,00 0,00 1301,69 16365,76 0,00

Water 0,00 7559,28 68033,5

3 0,00 75143,86 0,00 0,00

Hydrogen 0,00 0,00 0,00 416,07 0,00 0,00 0,00

Carbon Dioxide 0,00 0,00 0,00 548,38 0,00 0,00 0,00

Sub Total 19444,46 7559,28 68033,5

3 964,45 76900,37 16415,00 757,44

Total 95037,27 95037,27

Gambar II.2 Diagram Alir Kualitatif

II.4.Lay Out Pabrik dan Peralatan II.4.1. Lay Out Pabrik

Tata letak pabrik adalah susunan penempatan seluruh bagian pabrik, meliputi tempat kerja alat, tempat kerja karyawan, tempat penyimpanan barang, tempat penyediaan sarana utilitas, dan sarana lain bagi pabrik. Beberapa faktor perlu diperhatikan pada penentuan tata letak pabrik, antara lain adalah pertimbangan ekonomis (biaya konstruksi dan operasi), kebutuhan proses, pemeliharaan keselamatan, perluasan di masa mendatang. Bangunan pabrik meliputi area proses, area tempat penyimpanan bahan baku dan produk, area utilitas, bengkel mekanik, gudang pemeliharaan dan plant supplies, ruang kontrol, unit pemadam kebakaran, kantor administrasi, area parkir, dan taman.

Pengaturan letak peralatan proses pabrik harus dirancang seefisien mungkin. Peletakkan alat-alat proses harus sebaik mungkin sehingga memberikan biaya kontruksi dengan operasi minimal. Biaya kontruksi dapat diminimalkan dengan cara mengatur letak alat sehingga menghasilkan pemipaan terpendek dan membutuhkan bahan kontruksi paling sedikit. Peletakan alat harus memberikan ruangan cukup bagi masing-masing alat agar dapat beroperasi dengan baik dan distribusi utilitas yang mudah. Peralatan yang membutuhkan perhatian lebih dari operator harus diletakkan dekat control room. Tempat pengambilan sampel, valve, dan instrumen harus diletakkan pada ketinggian tertentu sehingga mudah dijangkau oleh operator. Peletakan alat proses harus memperhatikan ruangan untuk perawatan. Perincian luas tanah untuk masing-masing bangunan dapat

commit to user

No Area Ukuran, m x m Luas,m²

1 Pos Keamanan 2 x (5x5) 25 x 2

2 Kantor 25 x 20 500

3 Kantin 20 x 10 200

4 Laboratorium 20 x 15 300

5 Unit K2PK 20 x 15 300

6 Gudang Utilitas 22,5 x 20 450

7 Gudang Spare Part 20 x 20 400

8 Bengkel 25 x 20 500

9 Ruang Kontrol 22,5 x 20 450

10 Area Proses 100 x 50 5.000

11 Musholla 20 x 15 300

12 Poliklinik 20 x 10 200

13 Area Utilitas 50 x 50 2.500

14 Aula 20 x 15 300

15 Unit Pengolahan Limbah 32 x 25 800

16 Penyimpan Styrene 2.000

17 Penyimpan Ethylbenzene 2.000

18 Unit Transportasi 20 x 17,5 350

19 Parkir Motor 600

20 Parkir Mobil 400

21 Taman dan Jalan 10.000

22 Area Perluasan 100 x 50 5.000

Total 32.600

Gambar II.5 Tata Ruang Pabrik

II.4.2 Lay Out Peralatan

Tata letak alat menampilkan letak alat-alat di pabrik. Penyusunan letak perlatan pabrik harus diperhatikan dengan baik dan mempertimbangkan ukuran, mobilitas, keamanan, serta kemampuan pengawasan. Tata letak alat ditampilkan pada Gambar II.6.

Gambar II.6 Tata Letak Peralatan Proses