Seleksi Proses Deskripsi Proses

Gambar 2.5 Reaksi Esterifikasi Asam Terephthalic dengan Metanol AT yang berbentuk kristal harus disublimasi terlebih dahulu dengan uap metanol untuk mempurifikasi AT dari zat-zat impurities yang volatilitasnya lebih rendah serta logam-logam yang tidak tersublimasi. Excess metanol yang digunakan harus sangat berlebihan untuk menyublimasi AT. AT dan metanol dalam fase gas ini kemudian diesterifikasi di fixed bed reaktor yang berisikan katalis alumina aktif. Reaksi berlangsung sangat cepat pada suhu 300-330 o C dengan konversi reaktor bisa mencapai 96-99 dan reaksi samping yang sangat sedikit. Suhu reaktor terbatas pada maksimal 330 o C karena di atas suhu 330 o C akan terjadi minor disintegration, reaksi samping akan banyak, dan problem teknik akan muncul. US Patent 3,972,912 AT yang tidak teresterifikasi bisa didesublimasi dan direcycle kembali ke reaktor. DMT beserta produk lainnya kemudian diembunkan dan dipisahkan dari metanol dengan kristalisasi. US. Patent 3,377,376

2.5 Seleksi Proses

Dengan mempertimbangkan kelebihan dan kekurangan dari ketiga proses di atas, maka dalam pra rancangan pabrik ini, proses yang digunakan adalah proses yang ketiga, yaitu Esterifikasi AT dan metanol dalam fase gas dengan menggunakan katalis alumina aktif pada reaktor fixed bed. Pemilihan ini didasarkan pada kelebihan proses ini, jika dibandingkan dengan kedua proses lainnya, yaitu: 1. Biaya bahan baku murah. 2. Pengoperasian mudah karena menggunakan proses yang sederhana 3. Proses tanpa oksidasi cenderung lebih ramah lingkungan. 4. Secara komersial dan ekonomis dapat bersaing dengan proses lain. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2.6 Deskripsi Proses

Dimethyl Terephthalate DMT diproduksi secara kontinu dengan proses esterifikasi Asam Terephthalic AT dengan metanol dalam fase gas. Karena kebutuhan proses untuk reaksi dalam fase gas maka AT yang berbentuk padatan kristal harus disublimasi terlebih dahulu dengan uap metanol panas. Kebutuhan panas untuk mensublimasi dan menaikkan suhu uap AT disuplai oleh sensible heat dari uap metanol yang juga berfungsi sebagai reaktan. Proses sublimasi juga bertujuan untuk mempurifikasi AT dari zat-zat impurities yang volatilitasnya lebih rendah dan logam-logam yang tidak tersublimasi. Fresh metanol 99,4 massa yang berasal dari tangki penyimpan dinaikkan tekanannya hingga 1,7 atm dan divaporisasi di forced circulation vaporizer . Uap metanol ini P = 1,7 atm, T = 79 o C kemudian dicampur dengan uap metanol hasil recycle dari menara distilasi 99,4 massa . Uap metanol hasil recycle dari menara destilasi T = 64,86 o C ini terlebih dahulu dinaikkan tekanannya hingga 1,7 atm T = 97,81 o C dengan menggunakan blower. Campuran uap metanol kemudian dinaikkan suhunya hingga menjadi 385 o C di Furnace. Excess metanol, tekanan operasi, dan suhu merupakan variabel yang penting pada proses sublimasi AT. Titik sublimasi normal AT berkisar pada 404 o C, tetapi AT mulai menyublim pada suhu sekitar 300 o C. Semakin tinggi suhu uap metanol maka semakin mudah AT untuk menyublim. Suhu metanol sebagai penyublim sangat terbatas pada suhu reaksi maksimum yang diperbolehkan dalam reaktor. Menurut US Patent 3,972,912 , suhu reaksi maksimal adalah 330 o C, diatas suhu 330 o C akan terjadi minor disintegration, reaksi samping akan banyak, dan problem teknik akan muncul. Suhu metanol yang masuk ke sublimator adalah 385 o C. Suhu ini dipertimbangkan agar sensible heat dari metanol cukup untuk menyublimasi Fresh AT dan AT hasil recycle. Suhu ini juga dipertimbangkan agar uap campuran masuk ke reaktor tidak melebihi suhu 324 o C. Sublimator hanya berupa pipa-pipa dengan U-turn. Pada sublimator , pipa- pipa didesain sedemikian rupa agar menciptakan kondisi dusting. Karena kondisi dusting ini maka waktu tinggal padatan AT dan metanol pada sublimator hampir sama sehingga perbandingan AT dan metanol masuk ke reaktor akan sama setiap saat. Ukuran asam Terephthalic yang diproduksi biasanya berkisar 5-300 m  . UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Persentase Asam Terephthalic dengan distribusi 30-150 m  paling banyak dihasilkan. AT dengan average diameter 20-30 m  membutuhkan waktu 1 s untuk mengalami sublimasi dengan sempurna dan AT dengan average diameter 100 m  membutuhkan waktu 1-3 s untuk mengalami sublimasi dengan sempurna. Waktu yang diperlukan akan lebih banyak untuk AT dengan average diameter 300 m  yaitu 5-6 s. Kecepatan gas yang aman agar gas mampu membawa AT dengan baik dan agar tidak terjadi caking adalah 7-8 ms. US Patent 3,972,912 . Tekanan uap metanol yang dipakai adalah sekitar 1,7 atm. Tekanan yang sedikit lebih dari tekanan atmosferis ini bertujuan agar gas lebih mudah mengalir dan untuk mengatasi pressure drop. Kondisi tekanan proses yang di atas atmosferis akan lebih menguntungkan secara teknis dibandingkan kondisi di bawah atmosferis. Tekanan yang didesain tidak boleh tinggi karena tekanan yang tinggi pada suhu tetap akan menyebabkan fraksi mol jenuh AT di campuran gas akan menurun. Fraksi mol jenuh AT di campuran gas didekati dengan = PA o P. Dengan menurunnya fraksi mol jenuh AT di campuran gas maka excess metanol yang dibutuhkan akan lebih banyak untuk mengencerkan campuran gas agar fraksi mol AT tetap dibawah fraksi mol jenuhnya. Kenaikan excess metanol akan menyebabkan beban panas dalam pabrik bertambah, akibatnya biaya pabrik akan bertambah . Fraksi mol jenuh AT pada campuran gas hasil sublimator berkisar 2,4 . Sublimator didesain agar kandungan AT pada campuran gas berkisar 90 dari kadar kejenuhannya. Dengan menggunakan jumlah metanol 9 kali dari berat fresh AT perbandingan saat masuk ke reaktor diperoleh fraksi mol uap AT pada campuran gas keluar dari sublimator hasil desain berkisar 2,15 yaitu hanya 90 dari harga fraksi mol jenuhnya. Zat-zat impurities yang volatilitasnya lebih rendah serta logam-logam yang tidak tersublimasi ini kemudian dipisahkan dari campuran gas melalui 4 buah cyclones. Reaksi esterifikasi dari campuran gas ini kemudian berlangsung secara adiabatis di 2 buah reaktor fixed bed reaktor secara paralel yang berisikan katalis Alumina A + 1 KOH . Suhu inlet gas reaktor berkisar 324 o C . Reaksi esterifikasi berlangsung secara eksotermis dan adiabatis sehingga outlet gas reaktor berkisar 330 o C. Suhu produk keluar gas tidak melebihi suhu 330 o C walaupun reaksinya UNIVERSITAS SUMATERA UTARA eksotermis. Hal ini disebabkan karena excess metanol yang sangat berlebihan , sehingga panas sensible yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu gas juga besar. Reaksi berlangsung sangat cepat pada suhu 324-330 o C dengan konversi reaktor bisa mencapai 96 . Reaksi samping berupa pembentukan monomethyl Terephthalate MMT sangat kecil dan bisa diabaikan. AT yang tidak teresterifikasi dapat direcycle kembali dengan cara didesublimasi didesublimator pada suhu 220 o C. Untuk mengurangi beban panas pada desublimator maka produk gas keluar reaktor sebelum masuk ke desublimator terlebih dahulu didinginkan dengan heat exchanger hingga 270 o C. Titik dew point desublimasi produk gas berkisar pada 260 o C. Hasil desublimasi dari desublimator berupa padatan yang sedikit basah dengan kandungan AT sebesar 84 massa dan diangkut dengan belt conveyor untuk direcycle dan ditampung pada Bin. Selanjutnya produk gas yang keluar dari desublimator diembunkan sebagian di condenser. Suhu operasi condenser didesain pada 72 o C dengan tekanan atmosferis. Suhu ini dipertimbangkan agar DMT dan AT yang ada di fase gas mengembun semuanya sehingga sisa gas yang tidak mengembun sudah bebas dari DMT dan AT. Sisa gas hanya berupa uap metanol dan air yang kemudian dipurifikasi di menara distilasi. Suhu 72 o C juga didesain agar slurry hasil pengembunan mengandung kadar padatan 40 tidak lebih dari 50 karena alasan teknis pemompaan. Slurry hasil kondensasi di condensor kemudian disempurnakan proses kristalisasinya di crystalyzer. crystalyzer akan mendinginkan slurry sampai suhu 10 o C. Cooling operation dipakai pada crystalyzer karena kelarutan DMT Dimethyl Terephthalate dan AT Asam Terephthalic dalam metanol yang cukup sensitif terhadap perubahan suhu . crystalyzer digunakan untuk menyempurnakan kristalisasi DMT yang berasal dari condenser. Slurry yang berasal dari condenser mengandung AT yang tidak habis bereaksi dengan kadar yang sangat kecil. Jika vaporizing operation digunakan, suhu proses kristalisasi akan tinggi sehingga AT tidak akan pernah terkristal masih larut dalam metanol . AT ini akan terakumulasi terus dan tidak tersaring oleh centrifugal filtration, akibatnya harus dilakukan purging. Purging secara ekonomis akan merugikan karena campuran dengan kadar AT yang cukup UNIVERSITAS SUMATERA UTARA kecil dan dengan kadar DMT yang besar harus dibuang serta akan dibutuhkan unit pengolahan khusus untuk limbah tersebut. Slurry hasil pendinginan di crystalyzer kemudian difiltrasi dengan centrifugal filtration. Centrifugal filtration tidak dilengkapi dengan proses washing. Dengan tidak dilakukan proses washing maka padatan hasil filtrasi hanya dibasahi oleh metanol dengan sedikit air. Metanol memiliki tekanan uap yang lebih besar dibandingkan dengan air sehingga akan lebih mudah diuapkan dibandingkan air. Beban rotary dryer untuk mengeringkan padatan dari cairan metanol akan lebih ringan dibandingkan untuk mengeringkan padatan dari air. Selain itu dengan tidak adanya proses washing maka pencegahan terhadap timbulnya limbah washing bisa dicegah dan tidak akan membutuhkan unit pengolahan khusus untuk limbah tersebut. Padatan hasil filtrasi dengan kadar cairan 10 massa cairanmassa total dikeringkan lebih lanjut di rotary dryer. Udara pengering masuk pada suhu 415 K dan keluar pada suhu 319 K. Kadar cairan kesetimbangan sangat tergantung pada sifat padatan. Untuk padatan yang non porous dan non hygroscopic, kadar cairan kesetimbangan bisa mendekati nol pada suhu dan tekanan tertentu. Sehingga DMT dalam bentuk kristal diperkirakan bisa mencapai kadar cairan kesetimbangan yang sangat kecil. Produk padatan keluar dari rotary dryer dengan kadar 0,05 kg cairan kg padatan kering . Udara pengering yang keluar dari rotary dryer masih mengandung metanol dengan kadar 5,2306 dan selanjutnya metanol pada udara pengering diembunkan sebagian di condenser kedua. Pengembunan di condenser kedua berlangsung pada suhu -5 o C dan membutuhkan pendingin brine dari sistem refrigerasi. Walaupun pengembunan dan pengambilan kembali metanol dari udara pengering tidak begitu ekonomis akan tetapi bisa mencegah timbulnya polusi udara yang berlebihan dari metanol. Hasil embunan ini kemudian dipurifikasi di menara destilasi. Menara destilasi bertujuan untuk merecycle sisa metanol yang tidak bereaksi dengan memperoleh hasil metanol dengan kemurnian 99,4 massa pada sisi enriching dan membuang air hasil reaksi esterifikasi pada sisi stripping. Hasil atas berupa uap metanol dengan kemurnian 99,4 massa dan hasil bawah berupa cairan metanol dengan kadar 1 massa . Hasil atas berupa uap metanol yang kemudian dinaikkan tekanannya hingga 1,7 atm di Blower dan direcycle kembali UNIVERSITAS SUMATERA UTARA untuk bercampur dengan uap fresh metanol dari force circulation vaporizer. Hasil bawah kemudian dioleh ke unit pengolahan limbah. UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Pengolahan Limbah TC TC TC R -01 DE-01 CN-02 RD-01 CF-01 CR-01 RE-01 B-04 TS-01 P-02 P-01 P-03 P-04 P-05 P-06 P-07 P-08 P-09 P-10 BC-02 BC- 01 BE-02 BC-02 BC-03 BC-04 FU-01 F-02 SB-01 BL-01 TC CN-03 TC TC F-03 PC CN-01 TC PC PC gas hasil pembakaran furnace Steam dari utilitas B-03 BE-03 F-01 VP-03 HE-02 FR LC LC LC LC Utilitas LC Atmosfer PC FC RC PC LI MD-01 23 12 5 4 13 11 1 TP-01 TP-01 FC FC BE-01 Utilitas Utilitas Utilitas Utilitas Utilitas B-02 1 2 3 4 6 7 12 13 10 41 33 34 31 28 26 25 23 21 20 16 15 14 B-01 HE-01 CD-03 29 11 38 9 19 CD-01 TS-02 TS-03 TS-04 TS-05 HE-03 PC LC 24 5 17 18 27 30 32 37 35 39 40 TC CD-02 TC TC 36 TC FC FC FC 8 42 43 Asam Tereftalat Metanol Udara Pembakaran Cooling Water Steam Udara Pengering Brine Fuel Oil 22 F-04 34 35 36 37 38 - - - - - 368,3902 110940,5626 110940,5626 55470,2813 55470,2813 18,9429 669,6613 669,6613 334,8307 334,8307 - - - - - - - - - - 15825,6000 - - - - 16212,9331 111610,2240 111610,2240 55805,1120 55805,1120 -5 65 64,86 64,86 64,86 1 1 1 1 1 1298 56721 39432 19716 19716 28 29 30 31 32 33 - 19,3919 19,3919 - - - - 3,5144 778,0732 774,5587 774,5587 406,1685 47,4768 0,2750 108,3489 108,0739 108,0739 89,1310 - 7555,6095 7555,6095 - - - - - - - - - 15825,6000 - - 15825,6000 15825,6000 - 15873,077 7578,7908 24287,0236 16708,2327 16708,2327 495,2995 150 30 50 50 -5 -5 1 1 1 1 1 1 331 73,7 420,1 1751 1298 39 40 41 42 43 - - - - - 61,0724 46,4497 14,6228 58350,3389 58350,3389 26744,7312 25297,0703 1447,6609 352,2153 352,2153 - - - - - - - - - - - - - - - 26805,8037 25343,5200 1462,2837 58702,5542 58702,5542 98,6 99,3 99,3 158,08 225,0868 1 1 1 1,7 1,65 2517 18812 159 24236 26206 SIMBOL KETERANGAN B Bin BC Belt Conveyor BE Bucket Elevator BL Blower CD Condenser CF Centrifugal Filtration CN Cyclones CR Crystalyzer DE Desublimator F Fan FU Furnace HE Heat Exchanger MD Menara Distilasi P Pompa R Reaktor RE Reboiler RD Rotary Dryer SB Sublimator TA Tangki Akumulator TP Tangki Penyimpan TS Tangki Separator Vapour-Liquid VP Vaporizer LC Level Controller L I Level Indicator PC Pressure Controller TC Temperature Controller FC Flow Controller FR Flow Recorder RC Ratio Controller Nomor Alur Butterfly Valve Stream Splitting Valve Alur Proses Alur Utilitas Alur Pengendali Nomor Alur 16 17 18 19 20 21 269,3374 269,3374 19,3919 19,3919 - 19,3919 55857,8695 55857,8695 55856,8088 55856,8088 45347,4508 10509,3580 1754,3177 1754,3177 1754,2328 1754,2328 938,0156 816,2171 7602,3084 7602,3084 7555,6095 7555,6095 - 7555,6095 - - - - - - - - - - - - 65483,8330 65483,8330 65186,0428 65186,0428 46285,4664 18900,5765 270 220 220 72 72 72 1,06 1 1 1 1 1 28624 27029 27003 27003 16735 821,9 22 23 24 25 26 27 23,0636 3,6707 3,6707 19,3918 3,6707 - 10537,681 9759,6089 9759,6089 778,0732 28,3241 9731,2849 824,4093 763,5372 763,5372 60,8721 8,1922 755,3450 7582,6622 27,0528 27,0528 7555,6095 27,0528 - - - - - - - - - - - - - 18967,8163 10553,8697 10553,8697 8413,9466 67,2398 10486,6298 10 10 30 30 75 75 1 1 1 1 1 1 114,1 78,44 4011 89 3,3 4008 12 13 14 15 6733,4340 - 6733,4340 269,3374 58351,3996 - 58351,3996 55857,8695 352,3004 - 352,3004 1754,3177 46,6989 - 46,6989 7602,3084 98,7333 98,7333 - - - - - - 65582,5663 98,7333 65483,833 65483,833 324 324 324 330 1,6 1 1,5 1,2 31261 31261 30585 3 4 5 6 7 - - - - - 720,0762 3600,3810 3600,3810 2880,3048 55470,0342 4,3465 21,7326 21,7326 17,3861 334,8292 - - - - - - - - - - - - - - - 724,4227 3622,1136 3622,1136 2897,6909 55804,8634 79 35,8 79 79 97,81 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 40,1625 91,001 1300,68 1040,5456 20480,665 Neraca Massa kgjam Komponen Kg 1 2 Asam tereftalat - - Metanol 2880,3048 2880,3048 H20 17,3861 17,3861 Dimetil Tereftalat - - Impurities - - udara pengering - - Total 2897,6909 2897,6909 Temperature o C 30 30 Tekanan ATM 1 1,7 Q kW 50,8386 50,8386 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

BAB III HASIL PERHITUNGAN NERACA MASSA

3.1 Sublimator SB-01

Tabel 3.1 Neraca Massa pada Sublimator SB-01 Komponen Masuk kgjam Keluar kgjam Alur 9 Alur 10 Alur 11 Alur 12 Asam Tereftalat 6483,4888 249,9455 6733,4340 Metanol 58350,3389 1,0607 58351,3996 Air 352,2153 0,0851 352,3004 Dimetil Tereftalat 46,6989 46,6990 Impuritis 98,7333 98,7333 subtotal 58702,5542 6582,2221 297,7901 65582,5663 total 65582,5663 65582,5663

3.2 Cyclone CN-01

Tabel 3.2 Neraca Massa pada Cyclone CN-01 Komponen Masuk kgjam Keluar kgjam Alur 12 Alur 13 Alur 14 Asam Tereftalat 6733,4340 6733,4340 Metanol 58351,3996 58351,3996 Air 352,3004 352,3004 Dimetil Tereftalat 46,6990 46,6990 Impuritis 98,7333 98,7333 subtotal 65582,5663 98,73333 65483,833 total 65582,5663 65582,5663 3.3 Reaktor R-01 Tabel 3.3 Neraca Massa pada Reaktor R-01 Komponen Masuk kgjam Keluar kgjam Alur 14 Alur 15 Asam Tereftalat 6733,4340 269,3374 Metanol 58351,3996 55857,8695 Air 352,3004 1754,3177 Dimetil Tereftalat 46,6990 7602,3084 total 65483,833 65483,833 UNIVERSITAS SUMATERA UTARA