commit to user
P raran can gan P abrik F orm aldehid dari M etan ol dan U dara P roses M etal O xid e
kapasitas 15.00 0 ton tahun
B A B II D eskripsi P r oses
19
2.2 Konsep Proses
2.2.1 Dasar Reaksi
Proses pembuatan formaldehid dari metanol dan udara dengan katalis iron molybdenum berdasarkan pada reaksi oksidasi. Reaksi yang
terjadi sebagai berikut : CH
3
OH
g
+ ½ O
2 g
HCHO
g
+ H
2
O
g
Othmer, Vol 11, hal 494 Reaksi berlangsung dalam fase gas dengan katalis padat dan
bersifat eksotermis. Oleh karena itu reaktor yang dipilih adalah reaktor fixed bed multi tube
. Reaksi dilakukan pada suhu 300-400
o
C dan tekanan atmosferis dengan perbandingan mol antara metanol dengan oksigen = 1 : 2 US. Pat
: 4,343,954. Suhu reaktor tersebut dipilih berdasarkan pertimbangan
bahwa pada suhu tersebut dihasilkan konversi yang tinggi. Reaksi bersifat eksotermis sehingga untuk mempertahankan suhu reaktor digunakan
pendingin. Pendingin yang digunakan adalah Dow Term A yang mengalir
melalui shell, sedangkan reaktan mengalir melalui tube berisi katalis. Proses ini menggunakan katalis iron molybdenum, dimana katalis ini
berfungsi untuk mengarahkan dan mempercepat reaksi, juga menurunkan energi aktifasi.
commit to user
P raran can gan P abrik F orm aldehid dari M etan ol dan U dara P roses M etal O xid e
kapasitas 15.00 0 ton tahun
B A B II D eskripsi P r oses
20
2.2.2 Mekanisme Reaksi
Mekanisme yang terjadi pada reaksi pembentukan formaldehid adalah sebagai berikut :
1 Transfer gas metanol ke permukaan katalis 2 Transfer gas metanol ke pori-pori katalis
3 Adsorpsi gas metanol oleh katalis 4 Reaksi oksidasi metanol membentuk formaldehid
5 Desorpsi formaldehid 6 Transfer formaldehid ke permukaan katalis
7 Transfer formaldehid ke fase gas Reaksi :
CH
3
OH
g
+ ½ O
2 g
HCHO
g
+ H
2
O
g
A + B C + D
Mekanisme reaksi : A + S
AS Adsorpsi metanol
B + AS CS + D
Reaksi di permukaan katalis CS
C + S Desorpsi formaldehid
Persamaan adsorpsi
AD
r =
−
A AS
V A
A
K C
.C P
k ……1
Persamaan reaksi
S
r =
−
S D
CS B
AS S
K .P
C .P
C k
……2 Persamaan desorpsi
D
r =
V C
C CS
D
.C .K
P C
k −
……3 Fogler , 1999
commit to user
P raran can gan P abrik F orm aldehid dari M etan ol dan U dara P roses M etal O xid e
kapasitas 15.00 0 ton tahun
B A B II D eskripsi P r oses
21 Jika adsorpsi metanol yang mengontrol, maka
S
r = 0 dan
D
r = 0
D
r = 0 C
CS
= P
C
.K
C
.C
V
……4
S
r = 0 C
AS
=
S B
D CS
.K P
.P C
=
S B
D V
C C
.K P
.P .C
.K P
……5 Substitusi 5 ke 1
AD
r =
−
A S
B D
V C
C V
A A
.K .K
P .P
.C .K
P .C
P k
=
−
A S
C B
D C
A V
A
.K K
K .
P .P
P P
.C k
…..6 Ct
= C
V
+ C
AS
+C
CS
= C
V
+
S B
D V
C C
.K P
.P .C
.K P
+ P
C
.K
C
.C
V
= C
V
+ +
C C
S B
C D
C
.K P
.K P
.K .P
P 1
C
V
=
+
+
C C
S C
B D
C
.K P
K K
. P
.P P
1 Ct
..…7
Substitusi 7 ke 6
AD
r =
C C
S C
B D
C A
S B
D C
A A
.K P
K K
. P
.P P
1 .K
K Kc
. P
.P P
P .Ct.
k +
+
−
=
C C
A A
B A
D C
A A
.K P
.K P
1 Kp
1 .
.P P
.P P
1 .Ct.P
k +
+
−
Untuk reaksi irreversible, Kp
1 = 0, sehingga
AD
r =
C C
A A
A A
.K P
.K P
1 .Ct.P
k +
+ =
A S
D B
A A
A A
.K .K
P .P
P .K
P 1
K.P +
+
commit to user
P raran can gan P abrik F orm aldehid dari M etan ol dan U dara P roses M etal O xid e
kapasitas 15.00 0 ton tahun
B A B II D eskripsi P r oses
22 =
.P .Y
P .K
.K P
.P .Y
K 1
.P K.Y
A D
A S
B A
A A
+ +
= .P
.Y ap
.P .Y
ap 1
.P K.Y
A 2
A 1
A
+ +
…..8 2.2.3
Tinjauan Termodinamika
Untuk menentukan sifat reaksi apakah berjalan eksotermis atau endotermis maka diperlukan perhitungan panas pembentukan standart
∆H
f o
pada 1 atm dan 298
o
K. Pada proses pembentukan formaldehid terjadi reaksi sebagai berikut :
CH
3
OH g + ½ O
2
g HCHO g + H
2
O g ∆H
298
= ∆H
produk
– ∆H
reaktan
∆H
298
= -115,9 + -241,8 kJmol – -201,17 + 0 kJmol = -156,53 kJmol
Karena harga ∆H
298
negatif, maka reaksi bersifat eksotermis. ∆G
total
= ∆Gf
produk
– ∆Gf
reaktan
= -109,9 + -228,6 kJmol – -162,51 + 0 kJmol = -175,99 kJmol
ln Kp = - RT
∆G
= - 298
. 314
, 8
175990 −
Kp = 7,06887 x 10
30
Karena harga Kp besar, maka dapat dianggap reaksi searah irreversible.
commit to user
P raran can gan P abrik F orm aldehid dari M etan ol dan U dara P roses M etal O xid e
kapasitas 15.00 0 ton tahun
B A B II D eskripsi P r oses
23
2.2.4 Tinjauan Kinetika
