Kuliah 3 PDF [PDF]

Citation preview

TKS 35444 Perancangan Proses Teknik Kimia (Chemical Process Design) Lecture 3- Heuristic for Process Synthesis Semester Genap 2019/2020 (Kelas C) Prodi Sarjana Teknik Kimia Universitas Riau



Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari bagian ini, mahasiswa mampu: 1. Memahami pentingnya pemilihan jalur reaksi yang tidak melibatkan bahan kimia beracun atau berbahaya dan bila tidak dapat dihindari, untuk mengurangi keberadaannya dengan mempersingkat waktu tinggal di unit proses dan menghindari penyimpanannya dalam jumlah besar.



Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari bagian ini, mahasiswa mampu: 2. Mampu mendistribusikan bahan kimia, ketika membuat flowsheet, memperhitungkan keberadaan spesies inert, yang jika tidak, akan terbentuk dengan konsentrasi yang tidak dapat diterima, untuk mencapai selektivitas tinggi terhadap produk yang diinginkan, dan untuk mencapai, bila memungkinkan, reaksi dan pemisahan dalam tangki yang sama (misalnya distilasi reaktif).



Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari bagian ini, mahasiswa mampu: 3. Mampu menerapkan heuristik dalam memilih proses pemisahan untuk pemisahkan cairan, uap, campuran uapcair dan operasi lain yang melibatkan pemrosesan partikel padatan, termasuk adanya fase cair dan / atau uap



Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari bagian ini, mahasiswa mampu: 4. Mampu mendistribusikan bahan kimia, dengan menggunakan reaktan berlebih, pengencer inert, dan aliran dingin (clod shot) (atau panas) hot-shot, untuk melepaskan panas reaksi eksotermik (memasok panas endotermik). Distribusi ini dapat berdampak besar pada integrasi proses yang dihasilkan. 5. Memahami keunggulan, jika memungkinkan, bahwa memompakan cairan lebih dibanding mengkompressi uap.



Bahan Baku dan Reaksi-reaksi Kimia Heuristic 1: Pilih bahan baku dan reaksi-reaksi kimia yang menghindari, atau mengurangi, penanganan dan penyimpanan bahan kimia berbahaya dan beracun. Contoh: Pembuatan Etilen Glikol



Bahan Baku dan Reaksi-reaksi Kimia • Karena kedua reaksi ini sangat eksotermis, mereka perlu dikendalikan dengan hati-hati. Tetapi adanya tumpahan air ke tangki penyimpanan etilen-oksida dapat menyebabkan kecelakaan yang serupa dengan insiden Bhopal. • Proses tersebut dirancang dengan dua langkah reaksi, dengan tangki penyimpanan zat antara, untuk memungkinkan produksi terus menerus, ketika adanya persoalan shut operasi reaksi pertama.



Alternatif untuk Proses Etilen Glikol • Tidak adanya tangki penampung, menyebabkan gangguan produksi etilen glikol ketika reaksi oksidasi shut down. • Penggunaan klorin dan kaustik mahal (dibandingkan dengan oksigen dari udara) pada reaksu satu langkah:



• Alternatif ini membutuhkan bahan baku yang lebih mahal, tetapi sepenuhnya menghindari terbentuknya intermediate.



Alternatif untuk Proses Etilen Glikol • Etilen oksida terbentuk dengan reaksi karbon dioksida membentuk etilen karbonat, intermediate yang jauh lebih sedikit aktif. Reaksi ini terjadi dengan lancar dengan katalis tetra-etil-amonium bromida. Etilena karbonat dapat disimpan dengan aman dan terhidrolisis untuk membentuk produk etilen glikol sesuai kebutuhan.



Alternatif untuk Proses Etilen Glikol • Reaksi (R1) dan (R4) dilangsungkan secara berurutan dengan katalis Ag-gauze dengan mereaksikan etilena dalam aliran yang berisikan oksigen dan karbon monoksida. Untuk menjadi pertimbangan sebagai konsep pemrosesan alternatif, data laboratorium atau pilot-plant tentang laju reaksi diperlukan.



DISTRIBUTION OF CHEMICALS Heuristic 2: Gunakan berlebih salah satu reaktan dalam operasi reaksi untuk mengkonsumsi seluruh bahan kimia yang mahal, beracun, atau berbahaya. MSDS akan menunjukkan bahan kimia mana yang beracun dan berbahaya. Cotoh: Pertimbangkan penggunaan etilen berlebih dalam produksi DCE (dikloroetana)



DISTRIBUTION OF CHEMICALS



DISTRIBUTION OF CHEMICALS Heuristic 3: Jika diperlukan menghasilkan produk yang sangat murni, singkirkan spesies inert sebelum operasi reaksi jika pemisahan mudah dilakukan dan jika bahan inert dapat menyebabkan katalis tidak aktif, tetapi jangan lakukan jika panas reaksi eksotermik yang harus dilepaskan sangat besar.



DISTRIBUTION OF CHEMICALS



• Dua operasi reaksi telah diposisikan. Aliran umpan tidak murni dari reaktan C mengandung spesies inert D, dan karenanya diperlukan keputusan apakah akan menyisihkan D sebelum atau setelah reaksi



Jelas, kemudahan dan biaya pemisahan harus dinilai. Dapat dicapai dengan melihat sifat fisik yang menjadi dasar pemisahan, dan penggunaan simulasi



DISTRIBUTION OF CHEMICALS Heuristic 4: • Membuat aliran purging untuk memberikan jalan keluar bagi bahan kimia yang • Masuk ke proses sebagai impuritis dalam umpan atau • diproduksi /dibentuk dalam reaksi samping yang ireversibel, • Jika bahan kimia tersebut dalam jumlah kecil dan/atau sulit untuk dipisahkan dari bahan kimia lainnya. • Bahan kimia yang lebih ringan keluar dalam aliran purging uap, dan yang lebih berat keluar dalam aliran purging cair.



DISTRIBUTION OF CHEMICALS • Contoh: Loop Sintesis Amonia



DISTRIBUTION OF CHEMICALS Heuristic 5: • Jangan dikeluarkan (purging) bahan kimia yang mahal atau yang beracun dan berbahaya, bahkan dalam konsentrasi yang sangat kecil (lihat MSDS). • Tambahkan pemisah untuk mengambil bahan kimia yang mahal. • Tambahkan reaktor untuk menyingkirikan, jika mungkin, bahan kiia beracun dan berbahaya.



DISTRIBUTION OF CHEMICALS • Contoh: Konverter katalitik pada knalpot mobil.



DISTRIBUTION OF CHEMICALS Heuristic 6: Produk samping yang terbenntuk dalam jumlah kecil dari reaksi reversibel biasanya tidak diambil dengan separator atau di-purging. Biasanya didaur ulang hingga punah (tidak ada dalam sisitem).



Walaupun diproduksi dalam jumlah kecil, bahan kimia yang diproduksi reaksi samping ireversibel, produk samping harus di-purging, jika tidak akan menumpuk dalam proses terus menerus sampai proses tersebut harus shut-down.



DISTRIBUTION OF CHEMICALS



DISTRIBUTION OF CHEMICALS Heuristic 7: Untuk proses dengan reaksi-reaksi yang kompetitif, baik seri maupun paralel, sesuaikan suhu, tekanan, dan katalis untuk mendapatkan yield tinggi dari produk yang diinginkan. Dalam distribusi awal bahan kimia, asumsikan bahwa kondisi ini dapat dipenuhi. Sebelum mengerjakan desain base case, dapatkan data kinetika dan periksa asumsi ini.



DISTRIBUTION OF CHEMICALS • Contoh: Pembuatan Allil Klorida.



DISTRIBUTION OF CHEMICALS



1.02E-03



1.01E-03



1.00E-03



9.90E-04



9.80E-04



9.70E-04



9.60E-04 -0.4



9.70E-4 < 1/T < 9.85E-4 1015 < T < 1030



ln(k)



-0.8



-1.2



ln(k1) ln(k2)



-1.6



1/T (980