KELOMPOK 4 - SIKLOHEKSANA DARI BENZENA - IZZAN FARIZ-rev1 [PDF]

Citation preview

SIMULASI PERANCANAN PABRIK SIKLOHEKSANA DARI HIDROGENASI BENZENA



LAPORAN TUGAS SINTESIS DAN SIMULASI PROSES



Oleh : AGUS WAHYUDHI



102317007



JOSHUA REINALDY R.



102317014



HASNA NABILA PUTRI



102317028



IZZAN FARIZ RAHMAN



102317045



MARIA TABASHA CANTI P.



102317047



LA ODE MUHAMMAD A. A.



102317097



PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS PERTAMINA JAKARTA 2020



BAB I PENDAHULUAN 1.1



Latar Belakang Industri



merupakan



salah



satu



faktor



penting



dalam



perkembangan suatu negara, hal ini untuk meningkatkan perekonomian negara. Selain itu industri yang berkembang pesat pada zaman sekarang ini menuntut suatu negara untuk menigkatkan kualitas dan kapasitas industrinya agar mampu bersaing dengan negara lain. Salah satu industri yang perlu dikembangkan adalah industri kimia. Sektor industri kimia sangat penting dalam memajukan perindustrian di Indonesia. Indonesia perlu melakukan inovasi proses produksi dan pembangunan



pabrik



baru



yang



bertujuan



untuk



mengurangi



ketergantungan pada produk impor serta untuk menambah devisa negara. salah satu cara yang dapat dilakukan adalah dengan pendirian pabrik sikloheksana. Sikloheksana merupakan salah satu produk dari indusri kimia. Industri sikloheksana perlu dikembangkan dalam suatu negara sebab penggunaan sikloheksana dunia selalu meningkat setiap tahunnya. Pada tingkat tahunan pengunaan sikloheksana mengalami peningkatan sebesar 2.4% (www.ish.com). Sikloheksana memiliki rumus senyawa C6H12 berasal dari turunan senyawa benzena, senyawa sikloheksana berwujud cair, memiliki suhu kamar dan bertekanan atmosferik. Sikloheksana digunakan sebagai pelarut non polar, selain itu juga digunakan sebagai bahan mentah industri asam adipat dan kaploraktam. Sikloheksana dapat diperoleh dari proses hidrogenasi benzena. Benzene merupakan senyawa kimia organik yang berfasa liquid dan mudah terbakar. Benzena terdiri atas 6 atom karbon yang membentuk cincin, dengan 1 atom hidrogen berikatan pada tiap 1 atom karbon. Benzena adalah salah satu jenis hidrokarbon aromatik yang memiliki ikatan pi. Benzene dapat membentuk senyawa lainya dengan cara melalui proses pembentukan. Pada proses hidrogenesasi benzene dapat



membetuk



senyawa sikloseksana.



Benzena



direaksikan



dengan



hidrogen dan reaksi berlangsung secara ekotermis. Benzena, hidrogen, dan recycle benzena dipanaskan dan dipertahankan suhunya sampai masuk ke dalam reaktor untuk mencegah cracking dan mencegah terjadinya reaksi samping serta menjaga konversi benzena. Campuran keluar reaktor lalu didinginkan dan dimasukkan ke separator untuk memisahkan fraksi uap (vapor) dan cair (liquid). Fraksi uap yang mengandung hidrogen berlebih kemudian di-recycle yang bertujuan untuk menambah kemurnian hidrogen umpan. Terdapat dua metode dalam hidrogenasi, diantaranya sebagai berikut : 1.1.1



Proses HA-84 Proses ini menggunakan satu reaktor. Benzena, hidrogen,



dan recylce hidrogen dipanaskan terlebih dahulu kemudian dimasukkan ke dalam fixed bed multitube reactor dengan suhu 177260°C dan tekanan 10-15 atm serta menggunakan katalis Pt-Al 2O3. Hasil keluaran reaktor kemudian didinginkan dan dipisahkan oleh separator lalu distabilisasi untuk menghasilkan sikloheksana dengan kemurnian 99,96%. 1.1.2



Proses IFP Proses ini menggunakan dua reaktor. Benzena, hidrogen,



dan recylce benzena dimasukkan ke dalam reaktor pada suhu 180200°C dan tekanan 20 atm. Katalis yang digunakan adalah Nips-2 (Non-Imprinted Polymers) dalam bentuk suspense yang disirkulasi dengan pompa. Keluaran reactor kemudian didinginkan dan dimasukkan ke separator. Fraksi gas di-recylce ke reaktor untuk meningkatkan kemurnian hidrogen umpan. Fraksi cair dimasukkan ke stabilizer untuk memisahkan produksi sikloheksana dengan hidrogen dan light-key yang terlarut didalamnya. Kemudian diperoleh sikloheksana dengan kemurnian 99,8% dari keluaran dasar kolom.



Selain pertimbangan di atas, pendirian pabrik sikloheksana di Indonesia dilakukan atas dasar hal-hal sebagai berikut: 1. Menciptakan lapangan kerja baru. 2. Memicu pertumbuhan industri-industri baru yang menggunakan bahan baku sikloheksana. 3. Mengurangi ketergantungan pada negara asing. 4. Meningkatkan pendapatan negara dari sektor industri. -



Menjelaskan cara produksinya secara singkat dan rute – rute reaksi yang dapat digunakan untuk produksi (cara lain)



1.2



Spesifikasi Bahan Baku



1.2.1 Benzena a. Sifat Fisik



Gambar 1.1 Struktur Benzena 



Berat molekul



: 78,115 g/gmol







Titik didih,1 atm



: 80,09°C







Panas pembakaran



: 3267,6 kJ/kmol







Panas pembentukan



: 82,93 g,kJ/kmol







Temperatur kritis



: 289,01°C







Tekanan kritis



: 4898 kPa







Specific volume



: 0,00147 m3/kg







Densitas liquid, 25°C, 1 atm



: 0.8736 g/cm3







Cp, 25°C, 1 atm



: 137,87 J/mol.K







Viskositas gas, 25°C, 1 atm



: 0,606 cp







Warna



: bening







Fasa



:



Cair



(Kirk



Othmer,1994) 



Kandungan



:



o Benzene



: 70 %mole



o Toluene



: 15 %mole



o P-Xylene



: 15 %mole



1.2.2 Hidrogen



Gambar 1.2 Struktur Hidrogen a. Sifat Fisik 



Berat molekul



: 2,02 g/gmol







Titik didih,1 atm



: -252,60°C







Panas pembakaran



: -241942 kJ/kmol







Panas pembentukan



: 0 kJ/kmol







Temperatur kritis



: -231,08°C







Tekanan kritis



: 1906,56 kPa







Specific volume



: 0,0143 m3/kg







Densitas liquid, 25°C, 1 atm



: 69,86 kg/m3







Cp, 25°C, 1 atm



: 14,1030 kJ/kg°C







Viskositas gas, 25°C, 1 atm



: 0,0088 cp







Fasa



: Uap







Kandungan



and



o Hidrogen 1.3



: 100 %mole



Spesifikasi Produk



1.3.1 Sikloheksana



C6H12 Gambar 1.3 Struktur Sikloheksana a. Sifat Fisik o Berat molekul



: 84,17 g/gmol



o Titik didih,1 atm



: 80,73°C



o Panas pembakaran



: -3690650 kJ/kmol



o Panas pembentukan



: -123,140 kJ/mol



o Temperatur kritis



: 280,39°C



o Tekanan kritis



: 4.075,00 kPa



o Specific volume



: 0,00334 m3/kg



o Densitas liquid, 25°C, 1 atm



: 0.773 g/ml



o Cp, 25°C, 1 atm



: 162,07 J/mol.K



o Viskositas gas, 25°C, 1 atm



: 0.901 cp



o Warna



: bening



o Fasa



: cair



o Kandungan



: 99,2885 %mole



BAB II



REAKSI 2.1



Reaksi Sikloheksana dihasilkan dengan proses hidrogenasi benzena menggunakan katalis Pt-Al2O3[ CITATION CHA12 \l 14345 ] . Reaksi tersebut tidak menghasilkan produk samping dan dapat dituliskan sebagai berikut: 2O 3 C6H12 C6H6 + 3 H2 Pt −Al → Reaksi tersebut terjadi pada kondisi operasi suhu 193C dan tekanan 1206 kPa dengan konversi sebesar 83,38%. Reaksi tersebut merupakan reaksi eksotermis tinggi, sehingga reaktor harus dijaga suhunya agar tetap konstan. Berdasarkan kondisi operasi pada reaktor, nilai konstanta kecepatan reaksi (k) dapat dihitung dengan Persamaan Arrhenius berikut: k = A . e-Ea/RT = 1,8 × 107 e-12.300/RT (Journal of Catalysts, vol. 9) Dengan : k : konstanta kecepatan reaksi A : faktor frekuensi tumbukan Ea : energi aktivasi R : konstanta gas T : suhu reaksi Produk yang dihasilkan oleh reaktor berupa sikloheksana serta senyawa impuritis, yaitu toluena, p-xylene, dan hidrogen. Sikloheksana harus dipisahkan dengan zat impuritisnya menggunakan menara distilasi. Produk yang terkondensasi adalah sikloheksana dan benzena. Maka dari itu, benzena harus dipisahkan menggunakan separator untuk direcycle.



2.2



Spesifikasi Katalis



2.2.1 Pt-Al2O3



Gambar 2.1 Struktur Pt-Al2O3 Pt-Al2O3 merupakan katalis yang digunakan untuk mempercepat proses hidrogenasi benzena menjadi sikloheksana. Katalis tersebut berperan sebagai reformasi katalitik yang berfungsi untuk mengurangi hidrogenolisis dan sintering [ CITATION Ist10 \l 14345 ]. Pada katalis tersebut, yang berperan sebagai komponen aktif ialah platina, sedangkan Al2O3 berperan sebagai pengemban. Katalis tersebut memiliki spesifikasi sebagai berikut:



2.3



o Fasa



: Padatan



o Bentuk



: Spherical



o Titik leleh



: 1772°C



o Luas permukaan



: 150-300 m2/g



o Porositas



: 0,365



Reaktor Reaktor yang digunakan merupakan reaktor jenis Plug Flow Reactor (PFR). Kami menggunakan reaktor tersebut sebab komponen yang diolah memiliki jenis fasa yang berupa gas. Reaktor tersebut memiliki dimensi sebagai berikut: 



Panjang : 4,5 meter







Diameter : 0,5 meter







Jumlah tube (s) : 30



BAB III DESKRIPSI PROSES 3.1



Process Flow Diagram



- Deskripsi dan alasan property package yang digunakan karena hidrokarbon dan gas - Menjelaskan uraian proses pfd unisim dalam bentuk paragraf -



Gambar 3.1 Process Flow Diagram pada Unisim



-Workbook material dan composition stream yang sudah dibuat baru dalam bentuk tabel Tabel 3.1 …… 3.2



Spesifikasi Alat



a. Mixer (MIX-100) Alat



: Mixer



Kode



: MIX-100



Jenis



:-



Fungsi



: Mencampur fresh benzena dengan benzena hasil recycle



Mass flow



: 53153,6253049545 kg/h



Molar flow



: 634,493306639341 kgmole/h



Kondisi Operasi -



Tekanan :



-



Suhu



: 24,97C



Dimensi Nozzles -



Diameter : 0,05 m



b. Menara Distilasi (T-102) Alat



: Distilasi



Kode



: T-102



Jenis



: Rigorous Distillation



Fungsi



: Memisahkan benzena dari zat impuritis (toluena dan p-xylene)



Mass flow



:



-



Produk distilat = 31109,5608097313 kg/h



-



Produk bottom = 22044,0644952232 kg/h



Molar flow



:



-



Produk distilat = 398,156042894288 kgmole/h



-



Produk bottom = 236,337263745053 kgmole/h



Kondisi Operasi



-



Tekanan :



-



Suhu



:



Dimensi Nozzles -



Diameter : 0,05 m



c. Pump (P-100) Alat



: Pump



Kode



: P-100



Jenis



:



Fungsi



: Menaikkan tekanan aliran benzena



Mass flow



: 31109,5608097313 kg/h



Molar flow



: 398,156042894288 kgmole/h



Kondisi Operasi -



Suhu



:



Dimensi Nozzles -



Diameter : 0,05 m



d. Kompressor (K-101) Alat



: Kompressor



Kode



: K-101



Jenis



:



Fungsi



: Menaikkan tekanan aliran feed hidrogen



Mass flow



: 2408,04778615520 kg/h



Molar flow



: 1194,46812868286 kgmole/h



Kondisi Operasi -



Suhu



:



Dimensi Nozzles -



Diameter : 0,05 m



e. Heat Exchanger (E-103) Alat



: Heat Exchanger



Kode



: E-103



Jenis



: Shell and Tube



Fungsi



:



Mass flow



: kg/h



Molar flow



: kgmole/h



Kondisi Operasi -



Tekanan :



Dimensi Nozzles -



Diameter : 0,05 m



f. Heater (E-104) Alat



: Heater



Kode



: E-104



Jenis



:



Fungsi



: Menaikkan suhu aliran benzena



Mass flow



: 31109,5608097313 kg/h



Molar flow



: 398,156042894288 kgmole/h



Kondisi Operasi Kondisi Operasi -



Tekanan :



Dimensi Nozzles -



Diameter : 0,05 m



g. Mixer (MIX-101) Alat



: Mixer



Kode



: MIX-101



Jenis



:



Fungsi



: Mencampur aliran benzena dengan aliran hidrogen



Mass flow



: 33517,6085958865 kg/h



Molar flow



: 1592,62417157715 kgmole/h



Kondisi Operasi -



Tekanan :



-



Suhu



:



Dimensi Nozzles -Diameter



: 0,05 m



h. Reaktor (PFR-101) Alat



: Reaktor



Kode



: PFR-101



Jenis



: Plug Flow Reactor



Fungsi



:



Mass flow



: 33517,6085958865 kg/h



Molar flow



: 1592,62417157715 kgmole/h



Kondisi Operasi -



Tekanan :



-



Suhu



:



Dimensi Nozzles -



Diameter : 0,05 m



i. Cooler (E-105) Alat



: Mixer



Kode



: MIX-100



Jenis



:



Fungsi



: Mencampur fresh benzena dengan benzene hasil recycle



Mass flow



: 53153,6253049545 kg/h



Molar flow



: 634,493306639341 kgmole/h



Kondisi Operasi -



Tekanan :



-



Suhu



:



Dimensi Nozzles -



Diameter : 0,05 m



j. Separator (V-100) Alat



: Mixer



Kode



: MIX-100



Jenis



:



Fungsi



: Mencampur fresh benzena dengan benzene hasil recycle



Mass flow



: 53153,6253049545 kg/h



Molar flow



: 634,493306639341 kgmole/h



Kondisi Operasi -



Tekanan :



-



Suhu



:



Dimensi Nozzles -



Diameter : 0,05 m



k. Kolom Distilasi (T-100) Alat



: Mixer



Kode



: MIX-100



Jenis



:



Fungsi



: Mencampur fresh benzena dengan benzene hasil recycle



Mass flow



: 53153,6253049545 kg/h



Molar flow



: 634,493306639341 kgmole/h



Kondisi Operasi -



Tekanan :



-



Suhu



:



Dimensi Nozzles -



Diameter : 0,05 m



l. Valve (VLV-100) Alat



: Mixer



Kode



: MIX-100



Jenis



:



Fungsi



: Mencampur fresh benzena dengan benzene hasil recycle



Mass flow



: 53153,6253049545 kg/h



Molar flow



: 634,493306639341 kgmole/h



Kondisi Operasi -



Tekanan :



-



Suhu



:



Dimensi Nozzles -



Diameter : 0,05 m



m. Cooler (E-100) Alat



: Mixer



Kode



: MIX-100



Jenis



:



Fungsi



: Mencampur fresh benzena dengan benzene hasil recycle



Mass flow



: 53153,6253049545 kg/h



Molar flow



: 634,493306639341 kgmole/h



Kondisi Operasi -



Tekanan :



-



Suhu



:



Dimensi Nozzles -



Diameter : 0,05 m



Referensi Chandra, T., F, N., N, G. T., C, L., P, A. R., & Anastria, O. (2012). PROSES INDUSTRI KIMIA SIKLOHEKSANA. Semarang: Universitas Diponegoro. Ismawanti, I. F. (2007). PRARANCANGAN PABRIK SIKLOHEKSANA DARI BENZENA DAN HIDROGEN. Yogyakarta: Universitas Islam Indonesia. Istadi, D. (2010, March 26). Retrieved from Department of Chemical Engineering: http://tekim.undip.ac.id/staf/istadi/files/2010/03/katalis2.pdf Setiawan, T. (2017). Retrieved from Academia Edu: https://www.academia.edu/35784585/KATALIS_DAN_KATALISIS