PEMBUATAN FORMALDEHID DENGAN
PEMBUATAN FORMALDEHID DENGAN
PROSES HALDOR TOPSOE
PROSES HALDOR TOPSOE
1.
1. PENDAHULUANPENDAHULUAN Perekonomia
Perekonomian Indonesia n Indonesia mengalamengalami tren mi tren positif selama beberapa tahun terakhir, yaknipositif selama beberapa tahun terakhir, yakni sebesar 5,5 % per tahun (Departemen Perdagangan dan Perindustrian, 2009). Salah satu sebesar 5,5 % per tahun (Departemen Perdagangan dan Perindustrian, 2009). Salah satu investasi yang positif dan berkelanjutan adalah bentuk investasi yang
investasi yang positif dan berkelanjutan adalah bentuk investasi yang diarahkan pada sektor diarahkan pada sektor yang produktif seperti industri, badan usaha mandiri, koperasi dan sebagainya. Investasi di yang produktif seperti industri, badan usaha mandiri, koperasi dan sebagainya. Investasi di sektor industri dapat mendatangkan keuntungan yang sangat besar bagi devisa n
sektor industri dapat mendatangkan keuntungan yang sangat besar bagi devisa n egara karenaegara karena dapat menciptakan lapangan kerja, memicu sektor lain untuk berkembang, serta menstimulasi dapat menciptakan lapangan kerja, memicu sektor lain untuk berkembang, serta menstimulasi investor untuk berinvestasi di Indonesia. Salah satu
investor untuk berinvestasi di Indonesia. Salah satu industri yang layak adalah industri yangindustri yang layak adalah industri yang memproduksi formaldehid.
memproduksi formaldehid. Formaldehid merupakan
Formaldehid merupakan aldehidaaldehida yang berwujudyang berwujud gasgas tetapi biasanya dijual berupa larutantetapi biasanya dijual berupa larutan (kemurnian minimal 37,1% ). Formaldehid banyak digunakan dalam industri kimia terutama (kemurnian minimal 37,1% ). Formaldehid banyak digunakan dalam industri kimia terutama sebagai chemical intermediate
sebagai chemical intermediate, diantaranya , diantaranya adalah digunakan dalam pabrik urea adalah digunakan dalam pabrik urea formaldehidformaldehid,, resin fenol formaldehid, dan
resin fenol formaldehid, dan resin melamin formaldehid. Formalresin melamin formaldehid. Formaldehid dibuat dari dehid dibuat dari bahan bakubahan baku metanol dan udara.
metanol dan udara. dehid (murni) dehid (murni) Sifat fisis Sifat fisis B BMM : : 3300,,00226 6 gg//ggmmooll T Tiittiik k lleelleehh : : - - 11117700CC T
Tiittiik k ddiiddiihh : : - - 119900C C pada pada 1 1 atmatm Te
Tempemperatratur ur krikritistis : : 13135500CC T
Teekkaannaan n kkrriittiiss : : 665 5 aattmm
Sifat kimia Sifat kimia
•• Reaksi dengan air Reaksi dengan air
Formaldehid dengan adanya air dapat membentuk methylen glikol. Formaldehid dengan adanya air dapat membentuk methylen glikol. CH
CH22=O =O + + HH22O O HO HO – – CHCH22– OH– OH
(Mc Ketta vol 23, p.356, 1983) (Mc Ketta vol 23, p.356, 1983)
•• Reaksi dengan asetaldehidReaksi dengan asetaldehid F
Forormamaldldeehihid d dedengngan an asaseetataldldehehid id dadalalam m lalarurutatah h NNaOaOH H dadapapat t memembmbeentntuk uk pantaerythrito
pantaerythritol l dan sodium format.dan sodium format. CH
CH22=O + CH=O + CH33-CHO -CHO + + NaOHNaOH →→C(CHC(CH22OH)OH)2
2 + HCOONa+ HCOONa (Mc Ketta vol 23, p.357, 1983) (Mc Ketta vol 23, p.357, 1983) Formaldeh Formaldehid 37,1 id 37,1 % wt.% wt. F
Foorrmmaallddeehhiidd : : 3377,,1 1 % % wwtt..
Wujud
Wujud : : cairancairan
K
Keennaammppaakkaann : : jjeerrnniihh
K
Keemmuurrnniiaann : : FFoorrmmaallddeehhiidd mmiinn. . 3377,,11% % bbeerraatt
H
H22OO 6611,,6 6 - - 6622% % bbeerraatt M
Meettaannooll 00,,9 9 - - 11,,33% % bbeerraatt
D
Deennssiittyy : : 11,,00008 8 – – 11,,11004 4 gg//ccmm33
(Mc Ketta vol 23, p.351, 1983) (Mc Ketta vol 23, p.351, 1983) 2
2..Kegunaan formaldehidKegunaan formaldehid
Formaldehid banyak digunakan sebagai : Formaldehid banyak digunakan sebagai :
-- CChehemmicical al IIntnteerrmmeeddiaiattee
Fo
Formrmalaldedehihid d babanynyak ak didigugunanakakan n dadalalam m ininduduststri ri kikimimia a teterurutatama ma sesebabagagaii chemical chemical intermediate,
intermediate,diantaranya adalah dalam pembuatan plastik. diantaranya adalah dalam pembuatan plastik. Sebagian besar produk Sebagian besar produk formaldehidformaldehid dig
digunaunakan kan daldalam am papabribrik k ureurea a forformamaldeldehidhid, , reresin sin fefenol nol forformamaldeldehidhid, , dan dan reresin sin memelalaminmin formaldehid. Resin-resin ini bereaksi dengan asam dan katalis alkalin yang mana material formaldehid. Resin-resin ini bereaksi dengan asam dan katalis alkalin yang mana material produknya
produknya dapat dapat diperlakukdiperlakukan an dengan dengan perubahaperubahan n suhu suhu ((thermosetting thermosetting ), resin ini berfungsi), resin ini berfungsi untuk
untuk laminating laminating /pelapisan,/pelapisan, coating coating dandan protective coating protective coating yang digunakan luas untuk pabrik yang digunakan luas untuk pabrik kertas dan tekstil. Resin-resin ini juga berguna sebagai zat adesif untuk
kertas dan tekstil. Resin-resin ini juga berguna sebagai zat adesif untuk plywoo plywood d dan produk dan produk kayu lainnya
kayu lainnya
-- DDigigununakakan an sesecacara ra lalangngsusungng
Formalde
Formaldehid juga digunakan secara hid juga digunakan secara langsung akan tetapi dalam jumlah yang kecil langsung akan tetapi dalam jumlah yang kecil misalnyamisalnya sebagai pengawet bahan penelitia
sebagai pengawet bahan penelitian dan n dan disinfectan pada rumah sakit. (disinfectan pada rumah sakit. (Ullmann vol 15, p.19Ullmann vol 15, p.19,, 1971).
Fo
Formarmaldeldehid hid yanyang g akaakan n dipdiprodroduksuksi i beberkarkadar dar 3737% % w/w w/w karkarena ena disdisesuesuaikaikan an dendengagann kebutuhan industr
kebutuhan industri terutama industri perei terutama industri perekat kayu. Selain itu kat kayu. Selain itu kadar formaldkadar formaldehid yang terdapatehid yang terdapat di pasaran
di pasaran nasional maupnasional maupun internasional berkaun internasional berkadar 37% sampadar 37% sampai 55% sehingga sesuai dengai 55% sehingga sesuai dengann kebutuhan pasar.
kebutuhan pasar.
3. Pemilihan Proses 3. Pemilihan Proses
Ada
Ada bebebeberapa macam rapa macam prosproses es yang dapat yang dapat digudigunakanakan n untuuntuk k memmembuat buat formformaldealdehid.hid. Proses-pro
Proses-proses tersebut adalah ses tersebut adalah ::
a.
a. ProProses Hses Hidroidrokarkarbonbon
Proses hidrokarbon ini adalah proses yang dikembangkan pada awal perkembangan Proses hidrokarbon ini adalah proses yang dikembangkan pada awal perkembangan industri formaldehid. Proses ini merupakan proses oksidasi langsung dari hidrokarbon yang industri formaldehid. Proses ini merupakan proses oksidasi langsung dari hidrokarbon yang lebih tinggi. Biasanya yang digunakan adalah etilen dengan katalis asam borat atau asam lebih tinggi. Biasanya yang digunakan adalah etilen dengan katalis asam borat atau asam phospat
phospat atau atau garamnya garamnya dari dari campuracampuran n clay clay atau atau tanah tanah diatome. diatome. Proses Proses ini ini mempunmempunyaiyai kele
kelemahamahan n yang yang mermerupakupakan an alasalasan an mengmengapa apa prosproses es ini ini tidak dikembatidak dikembangkangkan n lagilagi, , yaityaituu dihasilkan beberapa hasil samping yang terbentuk bersama-sama formaldehid, antara lain dihasilkan beberapa hasil samping yang terbentuk bersama-sama formaldehid, antara lain asetaldehid, propane, asam-asam organik. Sehingga tentu saja diperlukan pemurnian untuk asetaldehid, propane, asam-asam organik. Sehingga tentu saja diperlukan pemurnian untuk mendapatkan formaldehid dengan kemurnian tertentu. Dengan demikian proses menjadi mendapatkan formaldehid dengan kemurnian tertentu. Dengan demikian proses menjadi mahal dan hasilnya kurang memuaskan. (
mahal dan hasilnya kurang memuaskan. (Ullmann vol 15, p.6 Ullmann vol 15, p.6 , 1971)., 1971).
Reaksi : Reaksi : CH
CH22=CH=CH22 (g)(g) + + OO2 (g)2 (g) 2HCHO2HCHO(g)(g) + + HH22OO
b.
b. ProsProses es Silver Silver CataCatalystlyst
Proses ini menggunakan katalis perak dengan reaktor
Proses ini menggunakan katalis perak dengan reaktor fixed fixed bed bed multitubemultitube. Katalis ini. Katalis ini berbentuk
berbentuk kristal-kristal kristal-kristal perak perak atau atau spherical spherical yang yang ditumpuk ditumpuk pada pada tube. tube. Katalis Katalis iniini mempunyai umur sekitar 8 – 12 bulan. Katalis ini mudah teracuni oleh sulfur dan beberapa mempunyai umur sekitar 8 – 12 bulan. Katalis ini mudah teracuni oleh sulfur dan beberapa logam dari golongan transisi. Reaksi yang terjadi adalah sebagai
logam dari golongan transisi. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :berikut : 1
CH
CH33OH OH + + ½ ½ OO22 HCHO + HHCHO + H22OO ∆∆HH00298298=-37,3 kcal/gmol=-37,3 kcal/gmol
2.
2. DDeehihidrdrooggeenanasisi CH
CH33OOH H HHCCHHO O + + H2H2 ∆∆HH00298298=20,3 kcal/gmol=20,3 kcal/gmol
Secara keseluruhan reaksinya adalah reaksi eksotermis dan pada suhu
Secara keseluruhan reaksinya adalah reaksi eksotermis dan pada suhu yang tinggi yaituyang tinggi yaitu 560 – 620
560 – 620 00C dan tekanan sedikit di atas tekanan atmosfer. Konversi yang terjadi sekitar 65C dan tekanan sedikit di atas tekanan atmosfer. Konversi yang terjadi sekitar 65 –
– 75% 75% dan dan yield yield yang yang diperolediperoleh h sekitar sekitar 89,1%.P89,1%.Pada ada proses proses ini ini udara udara yang yang dimurnikandimurnikan direaksikan dengan methanol dalam reaktor katalitik. Produk didinginkan dengan cepat direaksikan dengan methanol dalam reaktor katalitik. Produk didinginkan dengan cepat dengan pendingin dowterm A, selanjutnya dialirkan ke menara absorber dimana methanol, dengan pendingin dowterm A, selanjutnya dialirkan ke menara absorber dimana methanol, air
air dan dan formformaldealdehid hid terterkondekondensasnsasi i di di dasadasar r menmenara. Untuk ara. Untuk memmemurniurnikan kan prodproduk uk sesusesuaiai dengan keinginan dilakukan pemurnian dengan proses destilasi.
dengan keinginan dilakukan pemurnian dengan proses destilasi.
(Mc Ketta vol 23, p.356, 1983) (Mc Ketta vol 23, p.356, 1983)
c.
c. ProsProses es MixeMixed d Oxide Oxide CataCatalyst/Hlyst/Haldor aldor TopsTopsoeoe
Reaksi terjadi di atas mixed oxide catalyst yang berisi Molybdenum oxide dan iron Reaksi terjadi di atas mixed oxide catalyst yang berisi Molybdenum oxide dan iron oxide dengan perbandingan rasio 1,5 dibanding 3. Katalis berbentuk granular atau spherical oxide dengan perbandingan rasio 1,5 dibanding 3. Katalis berbentuk granular atau spherical dan memp
dan mempunyai umur sekunyai umur sekitar 12 – 15 bulan. itar 12 – 15 bulan. Reaksi terjaReaksi terjadi pada suhu sekitar 20di pada suhu sekitar 200 – 5930 – 59300CC dan
dan dedengangan n tetekankanan an memendendekatkati i tetekankanan an atatmosmosferfer. . UdUdara ara berberlelebihabihan n digdigunaunakan kan untuntuk uk memastikan konversi mendekati sempurna, sekitar 98,4%, dan untuk menghindari terjadinya memastikan konversi mendekati sempurna, sekitar 98,4%, dan untuk menghindari terjadinya eksplosive (range untuk metanol 6,7 – 36,5% vol. dalam udara). Yield yang diperoleh eksplosive (range untuk metanol 6,7 – 36,5% vol. dalam udara). Yield yang diperoleh sekitar 94,4%.
sekitar 94,4%. Reaksi : Reaksi : CH
CH33OH OH + + ½ ½ OO22 HCHO HCHO + + HH22OO ∆∆HH00298298=-37,3 kcal/gmol=-37,3 kcal/gmol
(Mc Ketta vol 23, p.361, 1983) (Mc Ketta vol 23, p.361, 1983) Kat. MoO Kat. MoO22 Kat. Ag Kat. Ag Kat. Ag Kat. Ag
Tabel 1.5.
Tabel 1.5. Proses Pembuatan FormaldehidProses Pembuatan Formaldehid P
Paarraammeetteerr HHiiddrrookkaarrbboonn Sliver cataly Sliver catalystst Haldor TopsHaldor Topsoeoe S
Suuhhu u ooppeerraassii ± ± 772233° ° KK 883333--889933° ° KK 447733--556600° ° K K T
Teekkaannaan n ooppeerraassii 11000 0 - - 33000 0 ppssii 11,,3 3 aattmm 1 1 – – 11,,5 5 aattmm K
Koonnvveerrssii -- 6655,,11 %% 9988,,44 %% Y
Yiieelldd -- 8899,,11 %%.. 9944,,44 %% K
Kaattaalliiss AAlluummuunniiuumm Phosphat Phosphat
A
Ag g / / 1122 FFee22OO33MoOMoO33Cr Cr 22OO33/ 18/ 18
Dari berbagai proses diatas digunakan proses
Dari berbagai proses diatas digunakan proses Haldor T Haldor Topsoeopsoe, dengan pertimbangan:, dengan pertimbangan:
Konversi maupun yieldnya tinggi, artinya proses tersebut dapat menghasilkan produk Konversi maupun yieldnya tinggi, artinya proses tersebut dapat menghasilkan produk de
dengngan an kukuanantititatas s yayang ng lelebibih h babanynyak ak ununtutuk k sasatutuan an babahahan n babaku ku yayang ng sasama ma jijikaka dibandingkan dengan proses silver catalyst.
dibandingkan dengan proses silver catalyst.
Suhu dan tekanan operasi rendah Suhu dan tekanan operasi rendah jika dibandingkan dengan proses silver catalyst. Hal inijika dibandingkan dengan proses silver catalyst. Hal ini berkaitan dengan
berkaitan dengan desain peralatan desain peralatan menjadi lebih menjadi lebih hemat bahan hemat bahan dan dan sistem pengamanansistem pengamanan yang lebih mudah
yang lebih mudah terkontrol.terkontrol.
Lebih ekonomis, hal ini didasarkan refferensi, Mc Ketta vol 23 hal 365, total fixed Lebih ekonomis, hal ini didasarkan refferensi, Mc Ketta vol 23 hal 365, total fixed capitalcapital investeme
investement nt dengan basis dengan basis kapasitas 100.00kapasitas 100.000.000.000 0 lb/tahun proseslb/tahun proses Haldor Topsoe Haldor Topsoe (US $(US $ 4.600.000) lebih rendah dibandingkan proses
4.600.000) lebih rendah dibandingkan prosesSilver Catalyst Silver Catalyst (US $ 5.400.000).(US $ 5.400.000).
Untuk menghasilkan formaldehid 37 % berat, tidak memerlukan menara distilasi seperti yang Untuk menghasilkan formaldehid 37 % berat, tidak memerlukan menara distilasi seperti yang terd
terdapat pada apat pada proproses ses silvesilver r catacatalystlyst. . JumlJumlah ah peraperalatalatan n yang digunakyang digunakan an pun lebih pun lebih sediksedikit,it, sehingga lebih menghemat biaya investasi dan perawatan selama pabrik berdiri. Meskipun sehingga lebih menghemat biaya investasi dan perawatan selama pabrik berdiri. Meskipun demikian, pada proses oksida juga terdapat kekurangan antara lain tidak bisanya merubah demikian, pada proses oksida juga terdapat kekurangan antara lain tidak bisanya merubah komposisi produk dikarenakan tidak adanya menara destilasi seperti
komposisi produk dikarenakan tidak adanya menara destilasi seperti yang terdapat pada prosesyang terdapat pada proses silver.
silver.
4. Bahan Baku 4. Bahan Baku
Bahan baku yang digunakan adalah metanol, katalis, dan udara. Bahan baku yang digunakan adalah metanol, katalis, dan udara.
1.
1. MetanolMetanol
Bahan baku utama yang diperlukan untuk memproduksi formaldehid adalah methanol. Bahan baku utama yang diperlukan untuk memproduksi formaldehid adalah methanol. Methanol bersifat
Methanol bersifat volatilevolatile dan memiliki tekanan uap yang tinggi seiring dengan naiknyadan memiliki tekanan uap yang tinggi seiring dengan naiknya suhu tangki penyimpanan, lebih aman disimpan karena tingkat korosifitas yang rendah. suhu tangki penyimpanan, lebih aman disimpan karena tingkat korosifitas yang rendah. Sedangkan produk yang dihasilkan adalah formaldehid yang korosif
Sedangkan produk yang dihasilkan adalah formaldehid yang korosif terhadap senyawa besiterhadap senyawa besi pasaran,
pasaran, besi-nikel, besi-nikel, dan dan red red brass brass sehingga sehingga diperlukan diperlukan proses proses penyimppenyimpanan anan yang yang lebihlebih khusus dengan tingkat pengamanan yang lebih mahal ketimbang menyimpan methanol. khusus dengan tingkat pengamanan yang lebih mahal ketimbang menyimpan methanol.
Sifat fisis Sifat fisis
B
BMM : : 3322,,00442 2 gg//ggmmooll T
Tiittiik k lleelleeh h ((1 1 aattmm)) : : - - 9977,,668800CC T
Tiittiik k ddiiddiih h ((1 1 aattmm)) : : 6644,,7700CC T
Teemmppeerraattuur r kkrriittiiss : : 223399,,443300CC T
Teekkaannaan n kkrriittiiss : : 7799,,9 9 aattmm Density (25
Density (25ooCC)) : : 00,,778866663 3 gg//ccmm33 Viskositas (25
Viskositas (25ooCC)) : l: laarruuttaan n 00,,55441 1 ccpp gas 0,00958 cp gas 0,00958 cp (Perry, p.3-36, 1999) (Perry, p.3-36, 1999) W Wuujjuudd : : CCaaiir r Warna
Warna : : Jernih, Jernih, tidak tidak bewarnabewarna B
Baauu : : SeepS peerrtti i eettaannooll K
Keemmuurrnniiaann : : 9999,,9 9 % % bbeerraat t ((mmiinniimmaall)) A
Aiirr : : 00,,1 1 % % bbeerraat t ((mmaakkssiimmaall)) D
Deensnsititaas ps paada da 29293 3 KK : 0: 0,7,79929 29 g / g / ccmm33
(Smith-Van ness, p.659, 2001) (Smith-Van ness, p.659, 2001)
Sifat kimia Sifat kimia
Yaitu pe
Yaitu pelepasan unslepasan unsur hidrogen. ur hidrogen. Reaksi Reaksi ini dapat ini dapat dilaksanakan ddilaksanakan dengan bantuaengan bantuan katalisn katalis Mo dan Ag. (
Mo dan Ag. ( Kirk & O Kirk & Othmer thmer , 1978), 1978) CH
CH33OOHH CCHH22O O + + HH22 Metanol
Metanol Formaldehid Formaldehid HidrogenHidrogen
•• Reaksi eterifikasiReaksi eterifikasi
Reaksi eterifikasi adalah pembentukan senyawa eter misalnya MTBE Reaksi eterifikasi adalah pembentukan senyawa eter misalnya MTBE
CH
CH33OH OH + + CHCH22=C(CH=C(CH33))33 → → (CH(CH33))33– C-O-CH– C-O-CH33 Metanol
Metanol isobutyleneisobutylene MTBEMTBE
•• Reaksi esterifikasiReaksi esterifikasi Rea
Reaksi ksi esteesterifikarifikasi si adaladalah ah pempembentbentukan ukan senysenyawa awa esteester r dengdengan an jalajalan n mermereakseaksikanikan met
metanol anol dengdengan an senyasenyawa wa asam asam orgaorganik. nik. ContContohnya pembenohnya pembentukan tukan senysenyawa awa metmetilil asetat.
asetat. CH
CH33OH OH + + CHCH22COOH COOH CH2CH2CO – OCHCO – OCH33 + + HH22OO
Methanol
Methanol Asam AAsam Asetat setat Metil AMetil Asetat setat Air Air
2.
2. KaKatatalis lis (ba(bahan han pependundukunkung)g)
Katalis yang digunakan dari jenis
Katalis yang digunakan dari jenisiron molybdenum.iron molybdenum.
Reaksi kimia dapat berjalan apabila kondisi operasinya telah tercapai. Suatu reaksi kimia yang Reaksi kimia dapat berjalan apabila kondisi operasinya telah tercapai. Suatu reaksi kimia yang memiliki suatu barrier
memiliki suatu barrier energi / energi pengaktifan yang besar baru dapat memulai reaksinyaenergi / energi pengaktifan yang besar baru dapat memulai reaksinya bila barrier ene
bila barrier energi itu telah tergi itu telah terlampaui. Srlampaui. Salah satu cara malah satu cara melampauelampaui barrier i barrier energi tersebut adalahenergi tersebut adalah dengan menaikkan temperatur reaksi. Suatu cara lain untuk menurunkan barrier energi adalah dengan menaikkan temperatur reaksi. Suatu cara lain untuk menurunkan barrier energi adalah dengan menggunakan katalis.
dengan menggunakan katalis.
Suatu katalis dapat mempercepat reaksi kimia tanpa
Suatu katalis dapat mempercepat reaksi kimia tanpa dirinya mengalami perubahan kimiadirinya mengalami perubahan kimia yang permanen. Di samping itu keberadaan katalis akan menyebabkan suatu reaksi dapat yang permanen. Di samping itu keberadaan katalis akan menyebabkan suatu reaksi dapat berjalan
berjalan di di bawah bawah kondisi kondisi tempertemperatur atur operasinya. operasinya. Ini Ini terutama terutama sangat sangat penting penting untuk untuk mengurang
mengurangi rendemen dari produk – i rendemen dari produk – produk yang tidak diinginkan.produk yang tidak diinginkan. pabrik
pabrik formaldeformaldehid hid ini ini digunakan katalis digunakan katalis iron iron molybdenum oxyde molybdenum oxyde (Fe(Fe22OO33MoOMoO33Cr Cr 22OO33) dengan) dengan ma
masa sa aktaktif if 18 18 bulbulan, an, karkarena ena proproses ses oksoksidaidasi si ini ini memembmbutuutuhkahkan n katkatalialis s memetal tal oxyoxyde de (ir(iron,on, molybdenum / vanadium oxyde).
molybdenum / vanadium oxyde). Mo, Ag
Beberapa keistim
Beberapa keistimewaan dari katalis ini ewaan dari katalis ini antara lain :antara lain : 1.
1. Dilihat dDilihat dari ukurannyaari ukurannya, pressure , pressure drop katdrop katalis ini realis ini rendahndah 2.
2. Susunan katSusunan katalis dalam tube sealis dalam tube seragam, sehingragam, sehingga transfer maga transfer massa dan panas bessa dan panas berlangsung dengarlangsung dengann baik
baik 3.
3. SeSeleklektiftifitaitas tinggs tinggii 4.
4. TiTidak mdak mudaudah terh teracuacunini
Data-data katalis yang dipakai dapat disajikan pada Tabel di bawah ini: Data-data katalis yang dipakai dapat disajikan pada Tabel di bawah ini:
Data – data katalis Fe
Data – data katalis Fe22OO33MoOMoO33Cr Cr 22OO33
(Subekti, A, 1995) (Subekti, A, 1995) -- JJeenniiss = Fe = Fe22OO33MoOMoO33Cr Cr 22OO33 -- Bentuk Bentuk = Pressed rings = Pressed rings -- Diameter Diameter = 3,5 mm = 3,5 mm -- DDeennssiittaass = = 11,,8899118 8 g g / / ccmm33 -- PPoorroossiittaass = = 00,,5555 (Subekti, A, 1995) (Subekti, A, 1995) D
Diimmeennssii BBeennttuuk k pprreesssseed d rriinnggss OD OD ID ID H H 4,5 mm 4,5 mm 1,7 mm 1,7 mm 4 mm 4 mm Komposisi : Komposisi : MoO MoO33 Fe Fe22OO33 Cr Cr 22OO33 81 % berat 81 % berat 15 % berat 15 % berat 4 % berat 4 % berat
3. Udara 3. Udara
Supply udara diambil dari udara yang berada di
Supply udara diambil dari udara yang berada di sekitar kawasan pabrik.sekitar kawasan pabrik. Sifat fisik :
Sifat fisik : U
Uddaarraa NN22 OO22
B
Beerraat t mmoolleekkuull 2288,,001122 3311,,999999 W
Wuujjuudd GGaas s ttiiddaak k bbeerrwwaarrnnaa ggaas s ttiiddaak k bbeerrwwaarrnnaa S
Sppeecciiffiic c ggrraavviittyy 1212,,55 11,,11005533 T
Tiittiik k lleelleeh h ((P P = = 1 1 aattmm)) --220099,,8866 --221188,,44 T
Tiittiik k ddiiddiih h ((PP= = 1 1 aattmm)) --119955,,88 --118833 K
Keellaarruuttaan n ddaallaam m 11000 0 bbaaggiiaan n aaiir r ddiinnggiinn 22,,3355 44,,8899 S
Suuhhu u kkrriittiis s ((00KK)) 112266,,22 --115544,,66 T
Teekkaannaan n kkrriittiis s ((bbaarr)) 3344 5500,,4433
Sifat kimia Sifat kimia
•• Oksigen bereaksi dengan semua elemen lain kecuali He, Ne, Ar.Oksigen bereaksi dengan semua elemen lain kecuali He, Ne, Ar.
•• UntuUntu
k beberap
k beberapa bahan yang akan a bahan yang akan diredireaksikaksikan dengan oksigean dengan oksigen harus n harus dipadipanaskanaskan n terlterlebihebih dahulu sampai suhu tertentu pada pembakaran awal.
dahulu sampai suhu tertentu pada pembakaran awal.
•• Merupakan reagen penghidrolisa pada proses hidrolisa.Merupakan reagen penghidrolisa pada proses hidrolisa.
K
Koommppoossiissi i aa. . OOkkssiiggeenn : : 2200,,995 5 % % vvoolluummee b. Nitrog
b. Nitrogenen : 78,09 % : 78,09 % volumevolume cc. . AArrggoonn : : 00,,993 3 % % vvoolluummee d. CO
5. Proses pembuatan formaldehid 5. Proses pembuatan formaldehid
Proses pembuatan formaldehid dengan proses oksidasi
Proses pembuatan formaldehid dengan proses oksidasi Haldor Topsoe menggunakan reaktor Haldor Topsoe menggunakan reaktor fixed bed multitube dengan katalis Iron Molybdenum Oxide (Fe
fixed bed multitube dengan katalis Iron Molybdenum Oxide (Fe22OO33MoOMoO33Cr Cr 22OO33) yang dijaga) yang dijaga
pada kondisi te
pada kondisi temperatumperatur 533 K dan tekanar 533 K dan tekanan 1,4 atm. Kon 1,4 atm. Konversi yang didanversi yang didapat sebesar 98,4 % pat sebesar 98,4 % dandan overall yield sebesar 94,4 %.
overall yield sebesar 94,4 %.
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: a.
a. ReReaksaksi i OkOksidsidasiasi
( ( )) ( ( )) ( ( ) g g ) ( ( )) g g atm atm P P K K T T g g g g OO CH CH OO H H OO OH OH CH CH 33 22 543543 ,, 11,,44 22 22 2 2 1 1 + + →→ + + == == m
meettaannooll ffoorrmmaallddeehhiid d
b.
b. Reaksi SReaksi Sampingamping
( ( )) g g OO ( ( )) g g COCO( ( ) g g ) H H OO( ))( g g O O CH CH 22 22 22 2 2 1 1 + + → → + + formaldeh formaldehid id
Produk hasil reaktor kemudian dimurnikan di dalam alat absorber dari sisa metanol dan gas – Produk hasil reaktor kemudian dimurnikan di dalam alat absorber dari sisa metanol dan gas – gas hasil reaksi, sebelum masuk ke dalam tangki penampungan.
gas hasil reaksi, sebelum masuk ke dalam tangki penampungan.
Proses pembuatan formaldehid dari metanol dan udara dengan katalis iron molybdenum Proses pembuatan formaldehid dari metanol dan udara dengan katalis iron molybdenum oxyde merupakan proses oksidasi fase gas
oxyde merupakan proses oksidasi fase gas Pe
Pembembentuntukan kan forformamaldeldehid hid dardari i memethathanol nol dedengangan n katkatalialis s iroiron n molmolybdybdenuenum m oxyoxydede (Fe
(Fe22OO33MoOMoO33Cr Cr 22OO33)) didasarkan pada reaksi pada reaksi oksidasi berikut :didasarkan pada reaksi pada reaksi oksidasi berikut :
( ( )) ( ( )) ( ( ) g g ) ( ( )) g g atm atm P P K K T T g g g g OO CH CH OO H H OO OH OH CH CH 33 22 543543 ,, 11,,44 22 22 2 2 1 1 + + →→ +
+ == == H= H= -36-36,45,453kk3kkal/al/momoll
Sedangkan reaksi samping yang terjadi adalah : Sedangkan reaksi samping yang terjadi adalah :
( ( )) (( )) (( )) (( )) 4 4773 3 55660 0 , , 11, 4, 4 2 2 2 2 22 1 1 2 2 T T K K P P aattmm g g g g g g g g C CHH OO OO = = − − == COCO HH OO + + → → ++ Se
Secarcara a kekeselseluruuruhan han rereaksaksinyinya a adaadalalah h rereaksaksi i ekseksoteotermrmis. is. UnUntuk tuk okoksidsidasi asi memetantanolol beroperasi pada s
beroperasi pada suhu 473 – 560uhu 473 – 56000K dan tekanan sedikit di K dan tekanan sedikit di atas tekanan atmosfer, udara berlebihatas tekanan atmosfer, udara berlebih
digunakan untuk memastikan konversi mendekati sempurna. (Mc. Ketta, 1984; vol. 23 : 361) digunakan untuk memastikan konversi mendekati sempurna. (Mc. Ketta, 1984; vol. 23 : 361)
Reaksi berlangsung dalam fase gas dengan katalis padat dan bersifat eksotermis. Untuk Reaksi berlangsung dalam fase gas dengan katalis padat dan bersifat eksotermis. Untuk me
menjanjaga ga konkondisdisi i tetempmperaeratur tur agagar ar optoptimimumum, , mamaka ka dibdibutuutuhkahkan n jenjenis is rereaktaktor or yanyang g dadapatpat menyerap panas yang ditimbulkan selama reaksi berlangsung.
menyerap panas yang ditimbulkan selama reaksi berlangsung.
Kat. Fe
Je
Jenis nis rereaktaktor or yanyang g dapdapat at memememenuhnuhi i krikriteteria ria tertersebsebut ut adaadalalah h rereaktaktor or jejenis nis fixfixed ed bebedd multitube. Pada reaktor fixed bed multitube
multitube. Pada reaktor fixed bed multitube , ,reaktan dialirkan di dalam tube yang berisi katalisreaktan dialirkan di dalam tube yang berisi katalis seda
sedangkangkan n untuuntuk k menymenyerap panas erap panas yang yang ditiditimbulmbulkan kan selselama ama reakreaksi si berlberlangsuangsung ng digudigunakanakann medium pendingin berupa dowtherm
medium pendingin berupa dowtherm A yang dialirkan melalui shell.A yang dialirkan melalui shell.
Meskipun biaya perancangan reaktor ini relatif mahal, namun reaktor ini cocok untuk Meskipun biaya perancangan reaktor ini relatif mahal, namun reaktor ini cocok untuk reaksi gas – gas dengan katalis padat yang mempunyai umur panjang. Proses pembentukan reaksi gas – gas dengan katalis padat yang mempunyai umur panjang. Proses pembentukan formaldehid berlangsung pada temperatur operasi 473 – 560
formaldehid berlangsung pada temperatur operasi 473 – 56000K dan tekanan 1 – 1,5 atm. (Mc.K dan tekanan 1 – 1,5 atm. (Mc.
Ketta, 1984; vol. 23 : 364) Ketta, 1984; vol. 23 : 364)
6. Mekanisme Reaksi 6. Mekanisme Reaksi
Mekanisme reaksi oksidasi metanol menjadi formaldehid disebut mekanisme hidroksil. Mekanisme reaksi oksidasi metanol menjadi formaldehid disebut mekanisme hidroksil. Mekanisme ini adalah bagian dari mekanisme oksidasi metanol menjadi CO
Mekanisme ini adalah bagian dari mekanisme oksidasi metanol menjadi CO22 dan Hdan H22O, makaO, maka
setiap langkah mekanisme ini akan terbentuk gugus hidroksil. setiap langkah mekanisme ini akan terbentuk gugus hidroksil. Berikut mekanisme reaksi oksidasi metanol :
Berikut mekanisme reaksi oksidasi metanol :
1.
1. Chemisorbtion OChemisorbtion O22
O
O22 2 O2 O
2.
2. OksOksigeigen men mengongoksiksidasdasi Mi Methethanoanoll CH
CH33OH OH + + 2 2 O O 2 CH2 CH33O O + + 2 2 OHOH
3.
3. GugGugus hius hidrokdroksil sil menjmenjadi adi air air dan dan OksiOksigengen 2
2 OH OH HH22O + OO + O
4.
4. PembentuPembentukan Fkan Formaldehid ormaldehid bebasbebas 2 CH
2 CH33O O 2 2 CHCH22O + 2 HO + 2 H
5.
5. Reaksi antaReaksi antara H dengara H dengan memben membentuk air ntuk air 2
Gambar 2.1 Diagram Alir Proses Gambar 2.1 Diagram Alir Proses
7. Langkah Proses 7. Langkah Proses
Proses pembentukan formaldehid dari metanol dan udara dibagi menjadi tiga tahap, Proses pembentukan formaldehid dari metanol dan udara dibagi menjadi tiga tahap, yaitu:
yaitu: 1.
1. TahTahap Peap Penyiapnyiapan Baan Bahan Bhan Bakuaku
Langkah penyiapan bahan baku dimaksudkan untuk : Langkah penyiapan bahan baku dimaksudkan untuk : a.
a. MengkondisiMengkondisikan tekakan tekanan umpnan umpan sean sehingga sesuahingga sesuai kondisi i kondisi reaktor reaktor b.
b. Mengubah faMengubah fase metanol se metanol menjadi gmenjadi gas di dalam as di dalam alat vaporizalat vaporizer er c.
c. MengkondisiMengkondisikan tempekan temperatur umparatur umpan metanol dn metanol dan oksigen sean oksigen sehingga sesuai dehingga sesuai dengan kondisingan kondisi reaktor
reaktor
Bahan baku utama pembuatan formaldehid adalah metanol dan oksigen. Bahan baku Bahan baku utama pembuatan formaldehid adalah metanol dan oksigen. Bahan baku metanol diambil dari tangki penyimpanan pada kondisi cair temperatur 30
metanol diambil dari tangki penyimpanan pada kondisi cair temperatur 30ooC dan tekanan 1C dan tekanan 1
atm
atm. . MetMetanol anol diudiumpampankan nkan ke ke daladalam m vapvaporizorizer er mengmenggunakgunakan an pompompa pa sehisehingga ngga tekatekanannan umpan metanol naik sampai dengan 1,5 atm.
umpan metanol naik sampai dengan 1,5 atm.
Pada alat vaporizer, metanol diubah fasenya dari bentuk cair ke dalam bentuk gas Pada alat vaporizer, metanol diubah fasenya dari bentuk cair ke dalam bentuk gas pada
pada suhu suhu bubble bubble pointnya 75,25pointnya 75,25 ooC. Jenis vaporizer yang digunakan adalah ketel (100 %C. Jenis vaporizer yang digunakan adalah ketel (100 %
teruapkan). Steam
Bahan baku kedua yaitu oksigen didapat dari udara lingkungan sekitar. Udara ini Bahan baku kedua yaitu oksigen didapat dari udara lingkungan sekitar. Udara ini dilewatka
dilewatkan pada filter untuk n pada filter untuk memisamemisahkan debu yang ada dalam udara. Bahan baku hkan debu yang ada dalam udara. Bahan baku kedua inikedua ini kemudian dilewatkan ke dalam blower untuk menaikkan tekanannya menjadi 1,5 atm..
kemudian dilewatkan ke dalam blower untuk menaikkan tekanannya menjadi 1,5 atm..
2.
2. TahTahap Pemap Pembentbentukan Forukan Formaldmaldehidehid
Pada tahap ini umpan metanol dan oksigen yang telah dikondisikan akan bereaksi di Pada tahap ini umpan metanol dan oksigen yang telah dikondisikan akan bereaksi di dalam reaktor fixed
dalam reaktor fixed bed multitube. Reaksi oksidasi bed multitube. Reaksi oksidasi metanol menghasilkametanol menghasilkan formaldehid padan formaldehid pada reaktor fxed bed multitube berlangsung dalam fase gas pada suhu 506 - 560 K dan tekanan reaktor fxed bed multitube berlangsung dalam fase gas pada suhu 506 - 560 K dan tekanan 1,4 atm.
1,4 atm. Kat
Katalis alis yang yang digudigunakan adalah nakan adalah iron iron molmolybdeybdenum num oxydeoxyde (Fe(Fe22OO33MoOMoO33Cr Cr 22OO33) yang) yang
memliki masa aktif sampai dengan 18 bulan. memliki masa aktif sampai dengan 18 bulan.
Reaksi oksidasi metanol berlangsung secara non isotermal dan non adiabatis. Reaksi Reaksi oksidasi metanol berlangsung secara non isotermal dan non adiabatis. Reaksi oksidasi metanol merupakan reaksi eksotermis, sehingga selama reaksi berlangsung akan oksidasi metanol merupakan reaksi eksotermis, sehingga selama reaksi berlangsung akan dilepas sejumlah panas. Kenaikkan temperatur yang terjadi di dalam reaktor sangat tidak dilepas sejumlah panas. Kenaikkan temperatur yang terjadi di dalam reaktor sangat tidak diinginkan sehingga dibutuhkan medium pendingin untuk menyerap panas yang terjadi diinginkan sehingga dibutuhkan medium pendingin untuk menyerap panas yang terjadi selama reaksi berlangsung. Medium pendingin yang digunakan adalah dowtherm A yang selama reaksi berlangsung. Medium pendingin yang digunakan adalah dowtherm A yang dialirkan melalui shell. Pendingin ini akan mempertahankan kondisi operasi reaktor pada dialirkan melalui shell. Pendingin ini akan mempertahankan kondisi operasi reaktor pada suhu 506 - 560 K dengan tekanan 1,4 atm.
suhu 506 - 560 K dengan tekanan 1,4 atm. Berikut reaksi yang terjadi didalam reaktor : Berikut reaksi yang terjadi didalam reaktor :
( ( )) ( ( )) ( ( ) g g ) ( ( )) g g atm atm P P K K T T g g g g OO CH CH OO H H OO OH OH CH CH 33 22 543543 ,, 11,,44 22 22 2 2 1 1 + + →→ + + == == H = -36,453 kkal/molH = -36,453 kkal/mol (Mc. Ketta, 1984;vol. 23 : 361) (Mc. Ketta, 1984;vol. 23 : 361) Pada temperatur 506 - 560 K dan tekanan 1,4 atm, konversi metanol 98,4 % dapat Pada temperatur 506 - 560 K dan tekanan 1,4 atm, konversi metanol 98,4 % dapat terpenuhi dengan baik. Temperatur sangat mempengaruhi konversi yang terbentuk. Oleh terpenuhi dengan baik. Temperatur sangat mempengaruhi konversi yang terbentuk. Oleh kare
karena na itu itu medmedium ium pendpendingiingin n sangsangat at berpberperaeran n pentpenting ing untuuntuk k memencapncapai ai konvekonversi rsi yangyang diinginkan.
diinginkan.
3.
3. TahTahap ap PemPemurniaurnian Pn Produk roduk
Tahap pemurnian produk dimaksudkan untuk memisahkan larutan formaldehid dari Tahap pemurnian produk dimaksudkan untuk memisahkan larutan formaldehid dari gas O
gas O22 dan Ndan N22 untuk diambil sebagai produk bawah, sedangkan gas Ountuk diambil sebagai produk bawah, sedangkan gas O22 dan Ndan N22 dibuangdibuang
sebagai off gas sebagai off gas
Pada waste heat boiler, panas dari produk reaktor (260
Pada waste heat boiler, panas dari produk reaktor (260 ooC) akan dimanfaatkan untuk C) akan dimanfaatkan untuk
menghasilk
menghasilkan an steamsteam bertekanan 1,5 atm bertekanan 1,5 atm dan suhu dan suhu 111,76111,76ooC yang dapat digunakan sebagaiC yang dapat digunakan sebagai
media pemanas pada alat
media pemanas pada alat vaporizer vaporizer . . KeKelualuaran ran wawaste ste heaheat t boboileiler r yanyang g bebersursuhu hu 120120 ooC,C,
Kat. Fe
didinginkan kembali sebelum masuk ke dalam absorber
didinginkan kembali sebelum masuk ke dalam absorber sampai bersuhu 70sampai bersuhu 70ooC lewat cooler.C lewat cooler. Produk reaktor dimasukkan ke dalam absorber pada suhu 70
Produk reaktor dimasukkan ke dalam absorber pada suhu 70 ooC dan tekanan 1,2 atm.C dan tekanan 1,2 atm. Formaldehid dipisahkan dari gas produk reaktor pada alat pemisah absorber dengan pelarut Formaldehid dipisahkan dari gas produk reaktor pada alat pemisah absorber dengan pelarut air dengan suhu masuk 30
air dengan suhu masuk 30 ooC. Air masuk dan disemprotkan dari atas absorber dengan lajuC. Air masuk dan disemprotkan dari atas absorber dengan laju alir 2667,60 kg / jam. Absorber bekerja berdasarkan sifat
alir 2667,60 kg / jam. Absorber bekerja berdasarkan sifat kelarutan dimana formaldehid dankelarutan dimana formaldehid dan metanol akan larut dalam air, sedangkan O
metanol akan larut dalam air, sedangkan O22 dan Ndan N22 tidak larut dalam air. Gas yang tidak tidak larut dalam air. Gas yang tidak terserap oleh absorber dipurging.
terserap oleh absorber dipurging.
Produk cair keluaran absorber dengan suhu 60
Produk cair keluaran absorber dengan suhu 60 ooC, harus didinginkan lewat cooler C, harus didinginkan lewat cooler sebelum disimpan pada tangki penyimpanan pada temperatur 35
