TEKNIK REAKSI KIMIA ANALISIS CHEMCAD pht
Simulasi Proses Anhydride
Menggunakan Software Chemcad
201
Disusun Oleh :
Dyah Aysha Puspita -12210005
Anggi Sagitha Putri - 12210010
Fadlianor - 12210017
Luxman Hakim - 12210018
Zulfikar Ali Saydi - 12210022
Khusnan Aji Priya K - 12210023
Rhamadhani Putra -12210024
Sekolah Tinggi Teknologi
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Indocement
Page 1
ABSTRAK
Indonesia sebagai negara berkembang dalam era globalisasi ini semakin banyak
melakukan pembangunan di segala bidang, salah satunya adalah pembangunan di berbagai
bidang industri termasuk di dalamnya industri kimia.Salah satunya adalah phthalic anhydride.
Penggunaan utama dari phthalic anhydride adalah sebagai zat intermediate dalam produksi
plastik dan vinyl chloride. Phthalic anhydridedigunakan sebagai bahan baku pembuatan
DOP (dioctyl phthalate) yang lazim digunakan sebagai zat pelunak atau plasticizer yang
dipakai pada proses pembuatan PVC, kulit sintetis dan sebagainya. Selain itu, phthalic
anhydridememiliki kegunaan yang besar dalam pembuatan UPR (Unsaturated Polyester
Resin).ChemCad merupakan salah satu program aplikasi dalam teknik kimia yang paling
lengkap dan canggih saat ini. Dengan menggunakan Chemcad
akan dapat merancang,
membuat dan menghitung sebuah proses dalam pabrik kimia. Tujuan dari makalah ini adalah
mengetahui Proses pembuatan phthalic Anhidride secara efesien dengan menggunakan
software Chemcad. Metode yang digunakan yaitu menggunakan software chemcad dan
memasukkan reaktor dan reaksi kimia. Hasil dari makalah ini mengetahui Efesiensi
Pembuatan phthalic Anhydride. Diharapkan dengan mengetahui Efesiensi tersebut dapat
meningkatkan produktifitas dan sebagai input informasi.
Kata Kunci : Phthalic anhydride, Proses, Aplikasi chemcad
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 2
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas semua rizki, rahmat dan karunia-Nya sehingga
penulis dapat menyelesaikan karya tulis yang berbentuk laporan hasil penelitian sesuai waktu
yang telah direncanakan. Shalawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada baginda Nabi
Muhammad SAW beserta seluruh keluarga dan sahabatnya yang selalu membantu perjuangan
beliau dalam menegakkan Dinullah di muka bumi ini.
Laporan hasil penelitian ini disusun sebagai salah satu syarat dalam memperoleh
kelulusan dalam mata pelajaran Teknik Reaksi Kimia. Judul laporan penelitian ini adalah
“The Phthalic Anhydride Process (PA)”.
Dalam penulisan Laporan penelitian ini, tentuanya banyak pihak yang telah memberikan
bantuan baik moril maupun materil. Oleh karena itu penulis ingin menyampaikan ucapan
terimakasih yang tiada hingganya kepada :
1. Bapak Pujiyanto S.Si, M.T, selaku dosen pembimbing dalam mata pelajaran Teknik Reaksi
Kimia.
2. Bapak Wiwid Murdany, S.T, selaku asisten dosen dalam mata pelajaran Teknik Reaksi
Kimia.
3. Teman-teman sekalian yang telah membantu memberikan masukan dalam menyelesaikan
masalah pada proses analisa.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 3
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................. ........... i
ABSTRACT ......................................................................................................................... ii
KATA PENGANTAR ....................................................................................................... iii
DAFTAR ISI ...................................................................................................................... iv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ........................................................................................................
1
1.2 Permasalahan ................................................................................ .........................
1
1.2.1 Perumusan Masalah ................................................................................
1
1.2.2 Pembatasan Masalah ..............................................................................
2
1.2.3 Kegunaan Masalah ..................................................................................
2
1.3 Tujuan Penelitian ....................................................................................................
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Phthalic Acid Anhydride (1,2-benzenedicarboxylic anhydride)............................. ....
2.2 Ortho Xylene (1,2-Dimethylbenzene).................................................................
....
2.3 Proses Pembuatan Phthalic Acid Anhydride....................................................... ....
2.4 Pemilihan Proses............................................................................................
....
2.5 Deskripsi Proses.............................................................................................. ....
2.6 Proses Deskripsi dari Gambar............................................................................. ....
2.7 Bahan Baku....................................................................................................... ....
2.8 Produk............................................................................ .........................................
2.9 Sintesis dan Produksi................................................................................................
2.10 Penggunaan....................................................................... .......................................
2.11 Aplikasi........................................................................................................... .........
2.12 Persiapan Ester Ftalat....................................................................................... .....
2.13 Sintesis Organik.............................................................................................. .....
2.14 Persiapan Nitroalkenes Alifatik................................................................................
2.15 Prekursor untuk zat warna......................................................................................
2.16 Keamanan...............................................................................................................
2.17 Chemcad Software.................................................................................................
2.18 Alat-Alat yang digunakan pada Proses pembuatan phtalic anhydride...................
5
7
9
11
12
14
16
16
16
17
17
18
18
18
18
18
19
20
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Waktu Penelitian......................................................................................................
3.2 Teknik Pengumpulan Data.......................................................................................
3.3 Sumber Data.............................................................................................................
3.4 Instrumen Penelitian.................................................................................................
3.5 Metode Analisis........................................................................................................
21
21
21
21
21
BAB IV HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1 Tabel Perubahan pada Feed dan Temperatur...........................................................
4.2 Neraca Massa...........................................................................................................
22
28
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan .............................................................................................................
5.2 Saran-saran ..............................................................................................................
44
44
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................
45
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 4
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Indonesia sebagai negara berkembang dalam era globalisasi ini semakin banyak
melakukan pembangunan di segala bidang, salah satunya adalah pembangunan di berbagai
bidang industri termasuk di dalamnya industri kimia. Salah satunya adalah phthalic
anhydride. Penggunaan utama dari phthalic anhydride adalah sebagai zat intermediate
dalam produksi plastik dan vinyl chloride. Phthalic anhydride digunakan sebagai bahan
baku pembuatan DOP (dioctyl phthalate) yang lazim digunakan sebagai zat pelunak atau
plasticizer yang dipakai pada proses pembuatan PVC, kulit sintetis dan sebagainya. Selain
itu, phthalic anhydride memiliki kegunaan yang besar dalam pembuatan UPR (Unsaturated
Polyester Resin). Phthalic anhydride memiliki penggunaan yang lebih kecil dalam
memproduksi
alkyd resin
yang digunakan dalam cat dan pernis, pewarna tertentu
(anthraquinon, phtalein, rhodamin, phthalasionin, fluorescein), penolak serangga dan
urethane polyester polyol, diallyl phthalatesdan isotonic anhydride.
Anhidrida ftalat (Phthalic anhydride) adalah senyawa organik dengan rumus C6H4
(CO) 2O. Ini adalah anhidrida asam ftalat. Anhidrida ftalat adalah bentuk komersial utama
asam ftalat. Itu anhidrida pertama asam dikarboksilat yang akan digunakan secara komersial.
Ini tidak berwarna padat merupakan bahan kimia industri yang penting, terutama untuk
produksi skala besar plasticizer untuk plastik. Pada tahun 2000, volume produksi di seluruh
dunia diperkirakan sekitar 3 juta ton per tahun.
1.2 Permasalahan
1.2.1 Rumusan Masalah
Permasalahan dalam simulasi ini adalah bagaimana untuk mengetahui proses yang terjadi
dalam proses pembuatan Ahidrida Ftalat, maka yang perlu dilakukan adalah :
1. Bagaimana proses pembuatan phtalic anhydride ?
2. Bagaimana proses pembuatan Phtalic Anhydride menggunakan software Chemcad ?
3. Parameter dan properties apa saja yang perlu diperhatikan pada proses pembuatan
Phtalic Anhydride ?
4. Apa bahan baku dan produk yang dihasilkan oleh proses simulasi?
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 5
5. Apa Mekanisme Reaksi yang terjadi pada proses simulasi?
6. Bagaimana proses yang terjadi pada simulasi?
7. Gambarkan Blok diagramnya dan bagaimana Neraca Massanya ?
8. Jelaskan fungsi dari unit-unit yang ada pada proses simulasi?
9. Bagaimana Pengaruh perubahan Temperatur,dan Laju Umpan (feed O-xylene)
terhadap produk pada simulasi dan tampilkan Grafiknya dan analisa?
1.2.2 Batasan Masalah
Mengingat begitu luasnya ruang lingkup pada simulasi ini, maka penulis membatasi
permasalahan tersebut pada :
1. Mengingat banyaknya jumlah proses simulasi kimia, maka penulis dalam laporan ini hanya
menggunakan simulasi proses dalam proses pembuatan Anhidrida Ftalat
2. Data simulasi yang digunakan adalah data yang diuji menggunakan simulasi software
Chemcad.
1.2.3 Kegunaan Masalah
Simulasi yang penulis lakukan ini mudah-mudahan dapat bermanfaat bagi penulis sendiri,
maupun bagi para pembaca atau pihak-pihak lain yang berkepentingan.
1. Manfaat akademis
Simulasi ini erat hubungannya dengan mata kuliah Teknik Reaksi Kimia, sehingga
dengan melakukan simulasi ini diharapkan penulis dan semua pihak yang berkepentingan
dapat lebih memahaminya.
2. Manfaat dalam implementasi atau praktik.
Simulasi ini memfokuskan kepada Anhidrida Ftalat. sebagai objek simulasi, sehingga
diharapkan para pengambil kebijakan dalam produksi Anhidrida Ftalat. maupun pihakpihak lain yang berkepentingan dapat menggunakan hasil simulasi ini sebagai bahan
pertimbangan dalam pengambilan keputusan.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 6
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui proses pembuatan phtalic anhydride dan analisisnya
2. Mengetahui jawaban dari soal yang diberikan dosen pengampu
3. Mengetahui dan memahami proses pembuatan Phtalic Anhydride menggunakan
software Chemcad.
4. Mengetahui parameter dan properties yang perlu diperhatikan pada proses pembuatan
Phtalic Anhydride.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Proses produksi anhidrida ftalat adalah proses yang sangat rumit, yang melibatkan
beberapa reaksi samping dan produk. Untuk alasan ini, sifat dan kuantitas katalis yang
digunakan dan kontrol suhu di reaktor muncul sebagai faktor yang relevan untuk
dipertimbangkan dalam rangka untuk mencapai selektivitas yang diperlukan terhadap
produk akhir: anhidrida ftalat. Penjelasan ketat dari reaksi kimia di atas menyiratkan
pengetahuan tentang mekanisme dan persamaan kinetik sama.
2.1 Proses Pembuatan Phthalic Acid Anhydride
Proses pembuatan phthalic acid anhydride yang dikenal pada saat ini ada dua jenis,
yaitu :
Pembuatan phthalic acid anhydride dengan proses oksidasi naphthalene
Pada proses ini, umpan berupa naphthalene cair dipompa dan diinjeksikan ke
furnace untuk menguapkan dan menaikkan suhu sampai pada kondisi operasi. Kondisi
operasi reaktor yang diinginkan yaitu pada kisaran suhu 340oC sampai 380oC dengan
tekanan 2 atm. Umpan berupa udara dikompresi dan kemudian dinaikkan suhunya untuk
memenuhi kondisi operasi. Rasio massa udara dengan naphthalene yang digunakan
antara 10:1 sampai 12:1.
Reaksi oksidasi naphthalene mengikuti reaksi dibawah ini :
Gambar 3.1. Reaksi Oksidasi Naphthalene
Reaksi oksidasi naphthalene bersifat eksotermis sehingga dibutuhkan pendinginan
untuk menjaga selalu pada kondisi operasi. Pendinginan menggunakan heat exchanger
dengan molten salt sebagai fluida pendingin. Molten salt mengalir ditube, sedangkan
boiling water mengalir di shell. Pada reaksi ini katalis yang digunakan adalah vanadium
oksida (V2O5) dengan menggunakan fluidized bed reactor.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 8
Naphthalene yang terkonversi mencapai 100% sehingga setiap kilogram
naphthalene menghasilkan yield 0,97 kg phthalic anhydride. Karena udara yang berlebih,
terjadi reaksi pembentukan maleic anhydride. Selain itu, oksidasi naphthalene yang
kurang sempurna menghasilkan naphthoquinone.
Crude phthalic anhydride masuk ke kondenser dan keluar dalam fase cair. Pada
kondenser juga terjadi pemisahan antara crude phthalic anhydride dari noncondensable
gas ( N2, O2, CO2 dan CO). Kemudian arus cair tersebut masuk ke menara distilasi untuk
memisahkan phthalic anhydride sebagai hasil bawah dan sebagai hasil atas yaitu maleic
anhydride. Maleic anhydride merupakan hasil darireaksi oksidasi phthalic anhydride
sebagai akibat penggunaan udara berlebih.Pembentukan maleic anhydride mengikuti
reaksi dibawah ini :
Gambar 3.2. Oksidasi Phthalic Anhydride menjadi Maleic Anhydride
Phthalic anhydride hasil bawah menara distilasi kemudian iumpankan ke dalam
menara distilasi untuk memisahkannya dari naphthoquinone, dengan phthalic anhydride
sebagai hasil atas. Naphthoquinone merupakan hasil oksidasi naphthalene yang tidak
sempurna. Pembentukan naphthoquinone (C10H6O2) terbentuk berdasarkan reaksi di
bawah ini:
C10 H8 + O2 → C10 H6 O2 + H2 O
Pembuatan phthalic anhydride dengan oksidasi dari o-xylene
Pada proses ini, umpan cairan o-xylene 95% (sisanya m-xylene dan p-xylene)
dipanaskan dan diuapkan dengan injeksi langsung dengan udara panas sehingga dapat
menaikkan suhu pada kondisi operasi. Udara yang telah disaring, dikompresi hingga 48,2
sampai 55,2 kPa gauge lalu dipanaskan hingga suhu 149°C. Untuk memelihara aktivitas
katalis, sulfur oksida sejumlah 0,5-2,5% berat ditambahkan pada umpan.
Perbandingan udara terhadap o-xylene pada umpan reaktor ialah 25:1. Udara
berlebih ini mampu menekan campuran umpan berada di bawah low explosion limit
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 9
(LEL 1,5% mol o-xylene). Umpan berupa uap o-xylene dan udara panas dimasukkan ke
reaktor fixed bed pada suhu operasi reaktor yaitu 380°C.
Gambar 3.3. Reaksi Oksidasi O-xylene
Reaksi bersifat eksotermis sehingga diperlukan pendingin reaktor berupa molten salt
(natrium-kalium nitrat-nitrit eutektik) yang disirkulasi di dalam shell. Panas yangdiambil
molten salt kemudian ditukar di heat exchanger sebagai pembangkit steam. Xylene (oxylene, m-xylene, dan p-xylene) yang terkonversi mencapai 100%sehingga setiap
kilogram 95% o-xylene menghasilkan yield 1,03 kg phthalic anhydride. Karena udara
yang berlebih, terjadi reaksi pembentukan maleic anhydride.Selain itu, oksidasi m-xylene
dan p-xylene tidak dapat menghasilkan phthalic anhydride tetapi menghasilkan COx dan
H2O.
Karena udara berlebih di dalam reaktor, keluaran phthalic anhydride berada dibawah
suhu leburnya (130,8°C) sehingga produk menyublim menjadi padat. Oleh karena itu,
untuk mentransfer produk, digunakan switch condenser. Switch condenser ialah
kondenser tabung parallel yang mana beberapa tabung mengalami proses pemanasan
sedangkan yang lain mengalami proses pendinginan. Switch condenser tersebut
dipanaskan dan didinginkan menggunakan arus minyak heat exchanger. Selama
pendinginan, phthalic anhydride memadat. Sebaliknya, selama pemanasan, phthalic
anhydride meleleh dan tertransfer ke tangki penyimpan produk. Gas residual bersuhu
66°C dan 26kPa gauge dikirim ke water scrubber atau ke incinerator.
Phthalic anhydride yang didapat berkadar 99-99,5% dan disimpan dalam bentuk
asam ftalat pada suhu 149°C dan tekanan atmosferis. Karena produk disimpan dalam
bentuk asam ftalat, dibutuhkan pemurnian produk yang terdiri dari dua tahap, yaitu
pemanasan dilanjutkan distilasi vakum selama 8-12 jam sehingga terbentuk anhidrida
sedangkan senyawa yang memiliki titik didih rendah akan menguap dan terpisah melalui
vacuum jet ejector. Produk phthalic anhydride kemudian dimasukkan ke dalam
evaporator, rectifier, dan terakhir di tangki phthalic anhydride.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 10
2.2 Pemilihan Proses
Berikut ini perbandingan proses dari bahan naphthalene dan o-xylene
Bahan baku
Proses Oksidasi Naphthalene
Proses Oksidasi o-xylene
setiap kilogram naphthalene
setiap kilogram 95% oxylene
menghasilkan yield 0,97 kg
menghasilkan yield
phthalic anhydride
1,03 kg phthalic anhydride.
(yield teoritis 1,39 kg/ kg
100% o-xylene)
Rasio umpan
udara:naphthalene = (10-12):1
udara :o-xylene = 25:1
Suhu 360oC dan tekanan 2 atm
Suhu 350oC dan tekanan 2,2
Reactor
Kondisi
Bar
operasi
Finishing
Pemisahan produk dari maleic
Pemisahan produk dari
produk
anhydride dilanjutkan
maleic anhydride
pemisahan naphthoquinone
Emisi
Karbondioksida
Tidak ada karbondioksida
Produk akhir
Kemurnian produk : 85 %
Kemurnian produk : 99,8 %
Harga bahan
US $800 - 1200 /ton
US $ 1488-1680/ton
baku
Tabel Perbandingan Proses dari Bahan Naphthalene dan o-xylene
Berdasarkan data pada tabel 2-1 di atas maka pada pra perancangan pabrik
pembuatan phthalic acid anhydride dipilih proses oksidasi ortho xylene. Proses ini
didasarkan atas beberapa pertimbangan, sebagai berikut :
a. Konversi dan kemurnian produk yang dihasilkan lebih tinggi dibandingkan proses
oksidasi naphthalene.
b. Proses tidak menghasilkan karbondioksida.
c. Nilai jual produk lebih ekonomis karena kemurniannya lebih tinggi.
2.3 Deskripsi Proses
Pra rancangan pabrik pembuatan phthalic acid anhydride dengan proses oksidasi ortho
xylene secara garis besar dapat dikelompokkan dalam empat tahapan proses, yaitu :
1. Proses persiapan bahan baku
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 11
2. Proses reaksi pembentukan phthalic acid
3. Proses pemisahan phthalic acid
4. Proses pengeringan phthalic acid
Proses Persiapan Bahan Baku
0
Bahan baku ortho xylene (C8H10) dengan kondisi temperatur 30 C dan tekanan
1,013 bar disimpan pada tangki bahan baku (T-701). Selanjutnya ortho xylene
0
dipompakan ke vapuorizer (E-701) untuk diuapkan hingga temperatur 150 C dan
tekanan 1,4 bar yang kemudian dipompakan ke furnace (H-701) untuk dipanaskan
0
hingga temperatur 350 C dan tekanan 2,2 bar. Bahan bakar yang dipergunakan pada
furnace adalah liquid natural gas. Selanjutnya gas buang pembakaran pada furnace
dipergunakan untuk memanaskan air untuk menghasilkan steam pada unit waste heat
boiler.
0
Udara pada temperatur 30 C dan tekanan 1,013 bar dari blower (B-701) dialirkan
dengan kompresor (CP-701) ke furnace (H-701) untuk dipanaskan hingga temperatur
350°C dan tekanan 2,2 bar.
Proses Reaksi Pembentukan Phthalic Acid
Uap ortho xylene dan udara yang berasal dai furnace (H-701) diumpankan ke
0
reaktor (R-701) dengan kondisi operasi temperatur 350 C dan tekanan 2,2 bar di
mana reaktor dalam kondisi isothermic. Pada proses ini dipergunakan katalis
vanadium pentoxide untuk mempercepat reaksi dan menghasilkan konversi produk
sebesar 99 % dengan reaksi sebagai berikut
C8H10 + 3 O2
V2O5
C8H4O3 + 3 H2O
Pada reaksi ini produk reaktor berupa campuran antara phthalic acid, oksigen
0
sisa, nitrogen dan air pada temperatur 350 C dan tekanan 2,2 bar. Reaksi pada reaktor
merupakan reaksi exothermic di mana reaksi pembentukan phthalic acid dari oksidasi
ortho xylene menghasilkan panas yang cukup tinggi. Agar panas reaksi dapat
dikendalikan dengan sempurna sesuai dengan kondisi operasi maka diperlukan media
pendingin, yaitu dowterm. Dalam proses ini dowterm yang dipakai adalah air
pendingin. Panas reaksi yang dihasilkan dari reaktor diserap oleh media pendingin
(dowterm).
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 12
Proses pemisahan Phthalic Acid
Produk dari reaktor (R-701) berupa phthalic acid, ortho xylene sisa, oksigen sisa,
nitrogen dan air dialirkan ke kondersor parsial (E-703) untuk mengubah sebagian fasa
0
produk dari uap menjadi cairan dengan menurunkan temperatur hingga 150 C dan
tekanan 1,7 bar. Campuran uap (ortho xylene sisa, oksigen sisa, nitrogen dan air) dan
cairan (phthalic acid) selanjutnya dialirkan ke tangki knock out drum (SC-701) untuk
memisahkan uap dari cairan.
Proses Pengeringan Phthalic Acid
Cairan Phthalic Acid dari knock out drum (SC-701) diumpankan ke spray dryer
(DE-701) untuk dikeringkan sekaligus membentuk butiran kristal phthalic acid
anhydride. Kristal phthalic acid anhydride yang telah kering selanjutnya dialirkan
menggunakan screw conveyor (CS-701) menuju silo. Produk phthalic acid anhydride
yang memiliki kemurnian 99,8 % ini selanjutnya disimpan dalam silo (S-701).
2.4 Proses Deskripsi dari Gambar
Unit X menghasilkan anhidrida ftalat (PA) melalui oksidasi parsial o-xilena
menggunakan udara. Proses saat diilustrasikan pada Gambar.
Udara dikompresi menjadi sekitar 220 kPa dalam satu tahap kompresor sentrifugal
(pada nomor 1) dan dipanaskan sampai 245 ° C dengan menggunakan tekanan tinggi uap
penukar panas (pada nomor 3). Udara panas ini dikompresi kemudian dicampur dengan
pakan o-xylene yang telah dipompa ke sekitar 290 kPa menggunakan gambar nomor 2.
Gabungan o-xylene dan udara bertemu pada gambar nomor 4 lalu aliran memasuki fixedbed reaktor katalitik, gambar 5, pada 245 ° C dan 200 kPa. Untuk alasan keamanan,
konsentrasi o-xylene disimpan pada atau di bawah batas ledakan bawah 1% mol. Rasio oxilena udara diatur dengan menggunakan kontroler rasio antara kompresor dan katup
kontrol pada pompa.
Dalam reaktor, o-xilena tunduk pada berbagai reaksi oksidasi untuk menghasilkan
produk yang diinginkan dari PA, sampingan anhidrida maleat (MA), produk pembakaran,
dan sejumlah kecil asam benzoat. Semua reaksi ini sangat eksotermis, dan suhu reaktor
dikontrol oleh pertukaran panas dengan aliran media pendingin (DOWTHERM A ™)
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 13
yang mengalir bersamaan melalui shell-sisi reaktor. The DOWTHERM A disirkulasikan
melalui reaktor dalam sebuah loop tertutup oleh pompa. Panas akan dihapus dari
DOWTHERM A dengan penguapan air umpan boiler (BFW) untuk menghasilkan uap
bertekanan tinggi (HPS).
Efluen reaktor (Aliran 7) meninggalkan reaktor pada suhu 353 ° C dan tekanan 130
kPa. Penurunan tekanan pada reaktor disebabkan oleh aliran gas reaktan melalui tabung
katalis penuh. Aliran ini didinginkan dalam serangkaian penukar panas (gambar 6-9), di
mana suhu aliran proses dikurangi menjadi 45 ° C dan tekanan tinggi (HPS) dan tekanan
rendah uap (LPS) yang dihasilkan, dan jika ada air pendingin (cw) digunakan untuk
pendinginan produk akhir. Efluen reaktor didinginkan (Aliran 7) adalah campuran dua
fase pada saat ini, dan kemudian dikirim ke satu set beralih kondensor (Condenser #1 dan
Condenser #2) untuk memulihkan PA. Hal ini dicapai dengan pendinginan dan
desublimating PA sebagai solid dalam satu kondensor menggunakan minyak dingin.
Bersamaan, padat PA dilebur menggunakan minyak panas di kondensor kedua, dan jika
ada kondensor ketiga adalah kondensor siaga. Baku PA selanjutnya dimurnikan dengan
mengirimkan cairan stream dari saklar kondensor melalui katup dengan tekanan yang
tinggi dan melalui Aliran 10, dimana suhu meningkat menjadi 230 ° C sebelum ke
menara PA (Gambar 10). Di menara 99,9% mol PA diproduksi sebagai produk bawah
dan MA kemurnian> 95% mol diproduksi di atas bagian menara. MA-produk akhirnya
dikombinasikan dengan MA pulih dari saklar kondensor off gas, Aliran 15, dan dijual.
Peralatan untuk memulihkan MA dari Aliran 7 dan rincian saklar kondensor tidak
ditunjukkan pada Gambar dan dioperasikan terpisah oleh kontraktor. Mereka telah
menentukan bahwa mereka dapat memproses sampai dengan 20% pakan tambahan untuk
kondensor saklar asalkan disampaikan pada tekanan minimal 100 kPa tekanan dan pada
suhu maksimum 50 ° C. Hasil lainnya yang dihasilkan adalah minyak mentah yang
biasanya berupa Maleat Anhidrida dihasilkan dari kondensor 1 dan 2 yang dialirkan
melalui Aliran 17-19. Hasil Anhidrida Ftalat ditunjukan oleh aliran 16.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 14
2.5 Bahan Baku
Bahan baku yang diperlukan untuk membuat Anhidrida Ftalat antara lain :
1. O-xylene : Merupakan bahan utama untuk membentuk Anhidrida Ftalat
2. Udara : Merupakan bahan yang digunakan untuk mixing dengan oxylene agar
mendapatkan anhidrida Ftalat dalam bentuk fase gas yang kemudian akan diolah ke
proses selanjutnya.
3. Water : Merupakan bahan baku yang berfungsi untuk mendinginkan Anhidrida Ftalat
pada menara yang terdapat pada proses di akhir.
2.6 Produk
1. Off-gas : yaitu gas hasil produksi dalam pembuatan Anhidrida Ftalat yang diakibatkan
oleh pendenginan Anhidrida Ftalat dalam menara sehingga terjadi pemisahan antara
fase gas dan fase liquid.
2. MA Soln : Merupakan hasil yang diinginkan dari proses yaitu Anhidrida Ftalat.
3. Crude PA : Merupakan minyak mentah yang dihasilkan dari kondensor 1 dan 2 yang
kemudaian disatukan dan dapat diolah atau digunakan untuk hal-hal lain.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 15
2.7 Sintesis dan produksi
Ftalat anhidrida pertama kali dilaporkan pada tahun 1836 oleh Auguste Laurent. Lebih rute
kontemporer meliputi oksidasi katalitik orto-xilena dan naftalena ("Gibbs proses anhidrida
ftalat"), meskipun penggunaan naftalena telah menurun. Mulai dari o-xylene, oksidasi
mengikuti stoikiometri berikut:
C6H4(CH3)2 + 3 O2 → C6H4(CO)2O + 3 H2O
Reaksi hasil dengan sekitar 70% selektivitas. Sekitar 10% dari anhidrida maleat juga
diproduksi:
C6H4(CH3)2 + 7.5 O2 → C4H2O3 +4 H2O + 4 CO2
Sebuah vanadium pentoksida dimodifikasi (V2O5) berfungsi sebagai katalis, yang aktif
dalam kisaran 320-400 ° C. Anhidrida ftalat dipisahkan dari produk sampingan oleh
serangkaian "beralih kondensor". Anhidrida ftalat dan anhidrida maleat yang ditemukan oleh
distilasi. Ftalat anhidrida juga dapat dibuat dari asam ftalat: [1]
Produksi industri skala besar anhidrida maleat dicapai dengan penyatuan berikut unit proses:
• Catalyst dikemas reaktor unggun
• Beralih Kondensor
• Kolom Distilasi
Aliran reaktan o-xylene dan campuran udara memasuki reaktor tidur dikemas pada suhu 300420 ⁰C dan tekanan sedikit kurang dari 1 atm. Arus produk ini kemudian diproses dalam
switch kondensor untuk pemisahan terkondensasi dari non-terkondensasi. Menyublim
andhydride ftalat pada kondensasi, sehingga setelah kondensasi cairan panas digunakan untuk
melelehkan ftalat anhidrida dan sekaligus kondensor lain dalam seri digunakan untuk proses
kondensasi yang diinginkan, beralih kondensor bolak-balik. Untuk sublimasi efisien
anhidrida ftalat mentah, tekanan parsial anhidrida ftalat harus lebih dari titik tripel anhidrida
ftalat. Jadi, meningkatkan tekanan reaksi akan mendukung pemisahan lebih efisien dalam
switch kondensor. Sekarang-a-hari, tanaman modern yang memiliki kondensor cair, prakondensor untuk beralih kondensor. Sangat hati-hati harus diambil, bahwa suhu operasi
kondensor cair di atas titik tripel. Kondensat dari rangkaian kondensor dikirim ke serangkaian
kolom distilasi untuk pemisahan efektif anhidrida ftalat dari air dan anhidrida maleat.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 16
2.8 Penggunaan
Penggunaan utama dari anhidrida ftalat adalah sebagai perantara kimia dalam produksi
plastik dari vinil klorida. Ester ftalat, yang berfungsi sebagai plasticizer, yang berasal dari
Ftalat Anhydride. Plasticizer phthalate digunakan untuk produksi produk PVC yang fleksibel
seperti kabel, pipa dan selang, kain kulit, sepatu, film untuk kemasan dll Ftalat anhidrida
memiliki penggunaan utama dalam produksi resin poliester dan penggunaan kecil lainnya
dalam produksi alkid resin digunakan dalam cat dan lak; pewarna tertentu (antrakuinon,
phthalein, rhodamin, ftalosianin, fluorescin, dan xanthene pewarna); penolak serangga; dan
poliol poliester untuk poliuretan. Hal ini juga digunakan sebagai inhibitor hangus karet dan
retarder.
2.9 Aplikasi
Anhidrida ftalat adalah serbaguna menengah dalam kimia organik, sebagian karena
bifunctional dan murah tersedia. Hidrolisis dengan air panas membentuk asam orto-ftalat.
Hidrolisis anhidrida tidak biasanya proses reversibel. Asam ftalat Namun mudah mengalami
dehidrasi membentuk anhidrida ftalat atas 180 ° C, ftalat anhidrida ulang bentuk.
2.10 Persiapan Ester Ftalat
Seperti anhidrida lain, reaksi alkoholisis adalah dasar dari pembuatan ester ftalat, yang secara
luas digunakan (dan kontroversial - lihat endocrine disruptor). Plasticizer Pada 1980-an,
sekitar 6,5 × 109 kg ester ini diproduksi setiap tahun , dan skala produksi meningkat setiap
tahun, semua dari anhidrida ftalat. Proses ini dimulai dengan reaksi anhidrida ftalat dengan
alkohol, memberikan monoesters:
3.
C6H4(CO)2O + ROH → C6H4(CO2H)CO2R
Esterifikasi kedua lebih sulit dan membutuhkan penghapusan air:
4.
C6H4(CO2H)CO2R + ROH
C6H4(CO2R)2 + H2O
Diester yang paling penting adalah bis (2-ethylhexyl) phthalate ("DEHP"), yang digunakan
dalam pembuatan polivinil klorida.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 17
2.13
Sintesis Organik
Anhidrida ftalat adalah prekursor berbagai reagen yang berguna dalam sintesis organik.
Derivatif yang penting termasuk ftalimida dan banyak turunannya. Alkohol kiral membentuk
setengah-ester (lihat di atas), dan derivatif ini sering diatasi karena mereka membentuk garam
diastereomer dengan amina kiral seperti brucine A terkait reaksi pembukaan cincin
melibatkan peroksida untuk memberikan asam peroksi berguna.
C6H4 (CO) 2O + H2O2 → C6H4 (CO3H) CO2H
2.14
Persiapan Nitroalkenes Alifatik
Anhidrida ftalat digunakan untuk dehidrasi rantai pendek nitro-alkohol untuk
menghasilkan nitroalkenes, senyawa dengan kecenderungan tinggi untuk polimerisasi.
2.15
Prekursor untuk zat warna
Anhidrida ftalat banyak digunakan dalam industri untuk produksi pewarna tertentu.
Sebuah aplikasi terkenal reaktivitas ini adalah persiapan anthroquinone yang mewarnai
quinizarin oleh reaksi dengan para-klorofenol diikuti dengan hidrolisis klorida.
2.16
Keamanan
Yang paling mungkin paparan anhidrida ftalat adalah melalui kontak kulit atau inhalasi
selama pembuatan atau penggunaan. Studi menunjukkan bahwa paparan anhidrida ftalat
dapat menyebabkan rhinitis, bronkitis kronis, dan asma. Anhydride reaksi ftalat terhadap
kesehatan manusia umumnya sindrom asma-rhinitis-konjungtivitis atau reaksi dan
influenza
seperti
gejala
tertunda
dan
dengan
peningkatan
Immunoglobulin
(Immunoglobulin E, Immunoglobulin G) tingkat dalam darah.
2.17
Chemcad Software
ChemCad merupakan salah satu program aplikasi dalam teknik kimia yang paling
lengkap dan canggih saat ini. Dengan menggunakan Chemcad akan dapat merancang,
membuat dan menghitung sebuah proses dalam pabrik kimia.
Fungsi dari chemcad :
Peningkatan produktivitas dengan perhitungan kinerja teknik kimia sehari-hari
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 18
Memaksimalkan penghasilan dengan pembuatan desain yang labih efisien pada
proses baru dan alat yang baru
Penurunan biaya dengan optimasi proses teknik kimia
Ada 10 tahap dasar untuk mempersiapkan, menjalankan dan dokumentasi pada sebuah proses
simulasi dalam CHEMCAD, yaitu :
1.
Memulai pekerjaan baru
2.
Memilih engineering unit (satuan yang digunakan)
3.
Membuat Flowsheet
4.
Memilih Komponen
5.
Memilih model Thermodinaka
6.
Memasukkan data stream
7.
Spesifikasi unit operasi
8.
Menjalankan simulasi
9.
Menampilkan hasil perhitungan
10. Membuat Laporan dan Flow Diagram Proses (FDP)
2.18
Alat-Alat yang digunakan pada Proses pembuatan phtalic anhydride :
1. Air compressor
2. O-xylene feed Pumps
3. Air heater
4. O-xylene heater
5. Reactor
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 19
6. Downtherms pumps
7. Downtherms cooler
8. High and Medium Pressure
9. Reboiler
10. Condenser
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 20
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1
Waktu Simulasi
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan software yang digunakan untuk
menganalisis proses yang terjadi. Dalam pelaksanaan simulasi, penulis mengumpulkan data
secara langsung dengan mengolah dan merubah parameter-parameter yang ada. Sedangkan
waktu simulasi yang dimulai pada tanggal 9-23 Desember 2014.
3.2
Teknik Pengumpulan Data
Teknik pengumpulan data dilakukan melalui :
a. Mengambil data yang diberikan oleh dosen pengampu
b. Studi dokumen, mengumpulkan data dan informasi dari buku-buku dan internet yang
berkaitan dengan penelitian.
c. Pengukuran dengan merubah parameter yang sudah ada dan di simpan
3.3
Sumber Data
Sumber data penelitian meliputi :
Data yang diperoleh dari dosen pengampu secara langsung. Berdasarkan simulasi ini
data yang diperoleh secara langsung adalah temperatur, tekanan, umpan masuk, alat
yang digunakan, alur proses anhidrida ftalat, dan hasil (produk).
3.4
Instrumen Penelitian
Instrument yang diperlukan untuk penelitian ini adalah :
a. Kertas untuk mencatat hasil perubahan parameter-parameter yang ada.
b. Software Chemcad 6.3.1.4168
3.5
Metode Analisis
Untuk memecahkan permasalahan penelitian ini, maka digunakan metode analisis sebagai berikut
:
Metode yang digunakan dalam pembuatan tugas ini adalah menggunakan software
chemcad. Metode ini merupakan metode yang tepat digunakan, karena akan mendapatkan
hasil yang lebih spesifik.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 21
BAB IV
HASIL DAN ANALISA
1. Apa bahan baku dan produk yang dihasilkan oleh proses simulasi kelompok anda?
Jawab :
Bahan baku yang diperlukan untuk membuat Anhidrida Ftalat antara lain :
O-xylene : Merupakan bahan utama untuk membentuk Anhidrida Ftalat
Udara : Merupakan bahan yang digunakan untuk mixing dengan oxylene
agar mendapatkan anhidrida Ftalat dalam bentuk fase gas yang kemudian
akan diolah ke proses selanjutnya.
Water : Merupakan bahan baku yang berfungsi untuk mendinginkan
Anhidrida Ftalat pada menara yang terdapat pada proses di akhir.
Produk yang dihasilkan dari proses simulasi antara lain :
Off-gas : yaitu gas hasil produksi dalam pembuatan Anhidrida Ftalat yang
diakibatkan oleh pendinginan Anhidrida Ftalat dalam menara sehingga
terjadi pemisahan antara fase gas dan fase liquid.
MA Soln : Merupakan hasil yang diinginkan dari proses yaitu Anhidrida
Ftalat.
Crude PA : Merupakan minyak mentah yang dihasilkan dari kondensor 1
dan 2 yang kemudaian disatukan dan dapat diolah atau digunakan untuk
hal-hal lain.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 22
2. Apa Mekanisme Reaksi yang terjadi pada proses simulasi?
Jawab :
Studi Proses secara umum
Proses produksi anhidrida ftalat adalah proses yang sangat rumit, yang
melibatkan beberapa reaksi samping dan produk. Untuk alasan ini, sifat dan kuantitas
katalis yang digunakan dan kontrol suhu di reaktor muncul sebagai faktor yang
relevan untuk dipertimbangkan dalam rangka untuk mencapai selektivitas yang
diperlukan terhadap produk akhir: anhidrida ftalat. Penjelasan ketat dari reaksi kimia
di atas menyiratkan pengetahuan tentang mekanisme dan persamaan kinetik sama.
Beberapa oleh-produk yang telah diidentifikasi karena reaksi samping dalam
persaingan dengan salah satu yang diinginkan. Selain itu, tiga pra-produk yang
terbentuk dalam reaksi seri sebelumnya mengarah pada sintesis produk (PA, C 8H10).
Produk-produk ini (lihat Gambar 1) diidentifikasi sebagai asam benzoat (BAC,
C7H6O2), metil-maleat anhidrida (MMA, C5H4O3), anhidrida maleat (MA, C4H2O3),
R-tolualdehyde (�-TAL, C8H8O), R-toluic asam (�-TAC, C8H8O2) dan phthalide
(PH, C8H6O2). Jika kondisi oksidasi menjadi lebih agresif, sebagian atau total
pembakaran reaktan terjadi, sehingga produk reaksi adalah karbon monoksida (ketika
beroperasi dengan oksigen rendah untuk reaktan ratio), karbon dioksida
(oxygensurplus stoikiometri dalam aliran umpan) dan air.
Gambar 1
Tata letak umum pabrik produksi anhidrida ftalat memungkinkan kita untuk
membedakan tiga bagian yang berbeda, yang ditetapkan di bawah ini.
I.
Bagian reaksi
Bagian awal dari produksi anhidrida diagram alir proses ftalat adalah bagian
reaksi, di mana reaktan awalnya tertutup dan menyebabkan tekanan inlet dan kondisi
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 23
suhu reaktor katalitik, yang memegang reaksi di dalam tabung tipis diisi dengan
catalytic vanadia pelet -titania atau cincin. Di dalam shell reaktor, aliran kontinu
garam cair memungkinkan kontrol suhu.
II.
Bagian kondensasi
Setelah bagian reaksi, pendinginan dan kondensasi dari gas reaksi yang
diperlukan dalam rangka untuk memulihkan produk. Operasi pertukaran panas
(termasuk panas laten dan sensitif) yang terlibat, memainkan peran utama dalam
integrasi panas dari proses akhir. Pencairan sebagian dari aliran gas outlet reaktor
dilakukan dalam penukar panas yang disebut after-cooler, mendapatkan aliran cairan
kaya anhidrida ftalat. Setelah itu, aliran gas masih mengandung sejumlah produk
penting dari alternatif desublimed dalam beberapa saklar kondensor. Sebuah tangki
penyangga diaduk dipanaskan memungkinkan kita untuk mendapatkan aliran kontinu
produk.
III.
Bagian pemurnian
Akhirnya, kemurnian diperlukan produk dicapai dengan menggunakan kereta
pemurnian yang terdiri dari kolom pemisahan, berfokus pada penghapusan senyawa
yang lebih stabil daripada anhidrida ftalat. Tergantung pada kemurniannya, mereka
mungkin akan merevaluasi. Setelah itu, kolom rektifikasi mengarah ke pemulihan
ftalat anhidrida yang diinginkan dari atas kolom sedangkan limbah berat pulih dari
bawah.
Proses Deskripsi dari Gambar
Unit X menghasilkan anhidrida ftalat (PA) melalui oksidasi parsial o-xilena
menggunakan udara. Proses saat diilustrasikan pada Gambar.
Udara dikompresi menjadi sekitar 220 kPa dalam satu tahap kompresor
sentrifugal (pada nomor 1) dan dipanaskan sampai 245 ° C dengan menggunakan
tekanan tinggi uap penukar panas (pada nomor 3). Udara panas ini dikompresi
kemudian dicampur dengan pakan o-xylene yang telah dipompa ke sekitar 290 kPa
menggunakan gambar nomor 2. Gabungan o-xylene dan udara bertemu pada gambar
nomor 4 lalu aliran memasuki fixed-bed reaktor katalitik, gambar 5, pada 245 ° C dan
200 kPa. Untuk alasan keamanan, konsentrasi o-xylene disimpan pada atau di bawah
batas ledakan bawah 1% mol. Rasio o-xilena udara diatur dengan menggunakan
kontroler rasio antara kompresor dan katup kontrol pada pompa.
Dalam reaktor, o-xilena tunduk pada berbagai reaksi oksidasi untuk menghasilkan
produk yang diinginkan dari PA, sampingan anhidrida maleat (MA), produk
pembakaran, dan sejumlah kecil asam benzoat. Semua reaksi ini sangat eksotermis,
dan suhu reaktor dikontrol oleh pertukaran panas dengan aliran media pendingin
(DOWTHERM A ™) yang mengalir bersamaan melalui shell-sisi reaktor. The
DOWTHERM A disirkulasikan melalui reaktor dalam sebuah loop tertutup oleh
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 24
pompa. Panas akan dihapus dari DOWTHERM A dengan penguapan air umpan boiler
(BFW) untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi (HPS).
Efluen reaktor (Aliran 7) meninggalkan reaktor pada suhu 353 ° C dan tekanan
130 kPa. Penurunan tekanan pada reaktor disebabkan oleh aliran gas reaktan melalui
tabung katalis penuh. Aliran ini didinginkan dalam serangkaian penukar panas
(gambar 6-9), di mana suhu aliran proses dikurangi menjadi 45 ° C dan tekanan tinggi
(HPS) dan tekanan rendah uap (LPS) yang dihasilkan, dan jika ada air pendingin (cw)
digunakan untuk pendinginan produk akhir. Efluen reaktor didinginkan (Aliran 7)
adalah campuran dua fase pada saat ini, dan kemudian dikirim ke satu set beralih
kondensor (Condenser #1 dan Condenser #2) untuk memulihkan PA. Hal ini dicapai
dengan pendinginan dan desublimating PA sebagai solid dalam satu kondensor
menggunakan minyak dingin. Bersamaan, padat PA dilebur menggunakan minyak
panas di kondensor kedua, dan jika ada kondensor ketiga adalah kondensor siaga.
Baku PA selanjutnya dimurnikan dengan mengirimkan cairan stream dari saklar
kondensor melalui katup dengan tekanan yang tinggi dan melalui Aliran 10, dimana
suhu meningkat menjadi 230 ° C sebelum ke menara PA (Gambar 10). Di menara
99,9% mol PA diproduksi sebagai produk bawah dan MA kemurnian> 95% mol
diproduksi di atas bagian menara. MA-produk akhirnya dikombinasikan dengan MA
pulih dari saklar kondensor off gas, Aliran 15, dan dijual. Peralatan untuk
memulihkan MA dari Aliran 7 dan rincian saklar kondensor tidak ditunjukkan pada
Gambar dan dioperasikan terpisah oleh kontraktor. Mereka telah menentukan bahwa
mereka dapat memproses sampai dengan 20% pakan tambahan untuk kondensor
saklar asalkan disampaikan pada tekanan minimal 100 kPa tekanan dan pada suhu
maksimum 50 ° C. Hasil lainnya yang dihasilkan adalah minyak mentah yang
biasanya berupa Maleat Anhidrida dihasilkan dari kondensor 1 dan 2 yang dialirkan
melalui Aliran 17-19. Hasil Anhidrida Ftalat ditunjukan oleh aliran 16.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 25
3. Bagaimana proses yang terjadi pada simulasi?
Jawab :
Reaksi Kimia dan kinetika
Dalam rangka untuk beroperasi dengan aman, campuran reaksi (Aliran 3)
harus dijaga di bawah batas ledakan bawah 1% mol o-xylene di udara. Oksidasi
o-xylene terjadi pada katalis diisi tabung yang didinginkan menggunakan aliran
beredar Dowtherm A. Reaksi yang terjadi sangat eksotermis, dan suhu di manamana dalam reaktor harus dikontrol sangat hati-hati. Katalis, vanadium
pentoksida (V2O5), Sinter atas suhu 400 ° C. Reaksi yang terjadi adalah :
C6H4(CH3) + 3O2 C6H4(CO)2O + 3H2O
o-xylene
Ftalat Anhidrida
C6H4(CO)2O + 15/2 O2 8CO2 + 2H2O
Ftalat Anhidrida
C6H4 (CH3)2 + 21/2 O2 8CO2 +5H2O
o-xylene
C6H4(CH3)2 + 15/2 O2 C2H2 (CO)2O + 4 CO2 + 4 H2O
o-xylene
maleat anhidrida
C2H2(CO)2O + 3O2 4 CO2 + H2O
maleat anhidrida
C6H4(CH3)2 + 3O2 C6H5(COOH) + CO2 + 2 H2O
o-xylene
Asam Benzoat
C6H5(COOH) + 15/2 O2 7 CO2 + 3 H2O
Asam Benzoat
Ekspresi kinetik untuk reaksi-reaksi ini semua memiliki bentuk :
di mana ko memiliki unit kmol/m3-reaktor/jam, Ea memiliki satuan kkal/kmol,
dan pi adalah tekanan parsial di atm.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 26
4. Gambarkan Blok diagramnya dan bagaimana Neraca Massanya ?
Blog Diagram PHTHALIC ANHYDRIDE
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 27
Neraca Massa pada PHTHALIC ANHYDRIDE
CHEMCAD 6.0.1
Page 1
Job Name: The Phthalic Anhydride Process (PA)
Time: 11:48:48
Stream No.
Stream Name
Temp C
Pres bar
Enth kcal/h
Vapor mole fraction
Total kmol/h
Total kg/h
Total std L m3/h
Total std V m3/h
Flowrates in kg/h
O-Xylene
Phthalandione
Maleic Anhydride
o-Tolualdehyde
Phthalide
Oxygen
Nitrogen
Carbon Monoxide
Carbon Dioxide
Water
Phthalic Acid
Maleic Acid
Stream No.
Stream Name
Temp C
Pres bar
Enth kcal/h
Vapor mole fraction
Total kmol/h
Total kg/h
Total std L m3/h
Total std V m3/h
Flowrates in kg/h
O-Xylene
Phthalandione
Maleic Anhydride
o-Tolualdehyde
Phthalide
Oxygen
Nitrogen
Carbon Monoxide
Carbon Dioxide
Water
Phthalic Acid
Maleic Acid
1
AIR
20.0000
1.0130
-48984.
1.0000
1338.4707
38616.0159
44.6333
30000.01
Date: 12/20/2014
2
75.4327
1.6000
4.6986E+005
1.0000
1338.4707
38616.0159
44.6333
30000.01
3
O-XYLENE
20.0000
1.0130
-73276.
0.00000
12.0094
1275.0000
1.4410
269.17
20.1594
6.5000
-73022.
0.00000
12.0094
1275.0000
1.4410
269.17
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
8994.2379
29621.7771
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
8994.2379
29621.7771
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
1275.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
1275.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
5
6
7
8
180.0000
1.3000
1.4570E+006
1.0000
1338.4707
38616.0159
44.6333
30000.01
160.0451
1.3000
1.3839E+006
1.0000
1350.4800
39891.0144
46.0743
30269.18
380.0000
1.2000
-1.9703E+006
1.0000
1354.9518
39891.0038
46.0240
30369.41
134.0000
1.2000
-4.5674E+006
0.99653
1354.9518
39891.0038
46.0240
30369.41
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
8994.2379
29621.7771
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
1275.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
8994.2379
29621.7771
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
1255.4809
77.1338
11.3992
2.7385
7107.5581
29621.7771
7.3701
1053.3078
754.2359
0.0000
0.0000
0.0000
1255.4809
77.1338
11.3992
2.7385
7107.5581
29621.7771
7.3701
1053.3078
754.2359
0.0000
0.0000
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
4
Page 28
CHEMCAD 6.0.1
Page 2
Job Name: The Phthalic Anhydride Process (PA)
Time: 11:48:48
Stream No.
Stream Name
Temp C
Pres bar
Enth kcal/h
Vapor mole fraction
Total kmol/h
Total kg/h
Total std L m3/h
Total std V m3/h
Flowrates in kg/h
O-Xylene
Phthalandione
Maleic Anhydride
o-Tolualdehyde
Phthalide
Oxygen
Nitrogen
Carbon Monoxide
Carbon Dioxide
Water
Phthalic Acid
Maleic Acid
Stream No.
Stream Name
Temp C
Pres bar
Enth kcal/h
Vapor mole fraction
Total kmol/h
Total kg/h
Total std L m3/h
Total std V m3/h
Flowrates in kg/h
O-Xylene
Phthalandione
Maleic Anhydride
o-Tolualdehyde
Phthalide
Oxygen
Nitrogen
Carbon Monoxide
Carbon Dioxide
Water
Phthalic Acid
Maleic Acid
Date: 12/20/2014
9
10
11
134.0000
1.2000
-4.0567E+006
1.0000
1350.2511
39200.6256
45.4972
30264.05
80.0000
1.1500
-4.2017E+006
1.0000
1346.0855
38613.4396
45.0493
30170.69
80.0000
1.1500
-4.6604E+006
0.99691
1350.2511
39200.6256
45.4972
30264.05
14
WATER
30.0000
4.0130
-1.1361E+008
0.00000
1665.2790
30000.0005
30.0000
37324.98
0.0000
570.2481
73.8070
11.2308
1.6757
7107.5431
29621.7523
7.3701
1053.2957
753.7046
0.0000
0.0000
0.0000
14.8087
46.7911
10.2156
0.1418
7107.5315
29621.7363
7.3701
1053.2795
751.5618
0.0000
0.0000
0.0000
570.2481
73.8070
11.2308
1.6757
7107.5431
29621.7523
7.3701
1053.2957
753.7046
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
30000.0005
0.0000
0.0000
15
OFF-GAS
35.4992
1.0130
-5.5517E+006
1.0000
1362.4875
38857.6495
45.3098
30538.31
16
MA SOLN.
38.7401
1.0130
-1.1226E+008
0.00000
1648.3003
29755.7906
29.7287
36944.42
17
18
134.0000
1.2000
-5.1069E+005
0.00000
4.7007
690.3748
0.5268
105.36
80.0000
1.1500
-4.5874E+005
0.00000
4.1656
587.1848
0.4478
93.37
0.0000
0.0000
0.0000
10.2156
0.1315
7107.5103
29621.7346
7.3701
1053.1951
1057.4908
0.0001
0.0000
0.0000
0.0112
0.0354
0.0000
0.0103
0.0213
0.0038
0.0000
0.0843
29683.6818
16.5973
55.3455
0.0000
685.2313
3.3268
0.1685
1.0628
0.0152
0.0269
0.0000
0.0121
0.5313
0.0000
0.0000
0.0000
555.4325
27.0156
1.0151
1.5338
0.0118
0.0169
0.0000
0.0163
2.1427
0.0000
0.0000
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 29
CHEMCAD 6.0.1
Page 3
Job Name: The Phthalic Anhydride Process (PA)
Time: 11:48:48
Stream No.
Stream Name
Temp C
Pres bar
Enth kcal/h
Vapor mole fraction
Total kmol/h
Total kg/h
Total std L m3/h
Total std V m3/h
Flowrates in kg/h
O-Xylene
Phthalandione
Maleic Anhydride
o-Tolualdehyde
Phthalide
Oxygen
Nitrogen
Carbon Monoxide
Carbon Dioxide
Water
Phthalic Acid
Maleic Acid
Date: 12/20/2014
19
CRUDE PA
109.3639
1.1500
-9.6943E+005
1.1392E-005
8.8663
1277.5595
0.9746
198.73
0.0000
1240.6636
30.3424
1.1836
2.5966
0.0270
0.0438
0.0000
0.0284
2.6740
0.0000
0.0000
5. Jelaskan fungsi dari unit-unit yang ada pada proses simulasi?
Jawab :
Pompa Pada Proses Anhidrida Ftalat
1. Nama alat
: O-xylene feed pump
Kode
: P-1701 A/B
Fungsi
: Memompa o-xylene sehingga bercampur dengan udara ke
reaktor
Power
: 1.10 KW
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 30
2.
Bahan
Efisiensi
: Baja karbon
: 65 %
Nama alat
Kode
Fungsi
: Dowtherm pump
: P -1702 A/B
: Mensirkulasikan downtherm A melalui reaktor dalam sebuah
aliran tertutup
: 36,0 KW
: Baja karbon
: 75 %
Power
Bahan
Efisiensi
3.
Nama alat
Kode
Fungsi
Power
Bahan
Efisiensi
: PA tower reflux pumps
: P -1703 A/B
: Memompakan reflux untuk ke proses distilasi maupun
dikembalikan ke puncak menara PA
: 0,50 KW
: Baja karbon
: 65 %
Kompressor Pada Proses Anhidrida Ftalat
1. Nama alat
: Air compressor
Kode
: C -1701
Fungsi
: Menyediakan udara dengan tekanan tinggi
Tipe
: Centrifugal pump.
Power pompa
: 8,25 MW
Power motor
: 9,0 MW
Bahan
: baja karbon
Efisiensi
: 80 %
Alat Penukar Panas (Heat Exchangers)
1. Nama alat
Kode
Fungsi
Q
Tekanan maks.
Luas
Bahan
2. Nama alat
Kode
Fungsi
: Air heater
: E -1701
: Memanaskan udara dengan menggunakan tekanan tinggi uap
penukar panas
: 11,34 MW
: 300 Kpa
: 3.309 m2
: Baja karbon
: O –xylene heater
: E -1702
: Memanaskan dan menguapkan fluida dengan tekanan uap
tinggi
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 31
Q
Tekanan maks.
Luas
Bahan
: 2,445 MW
: 300 Kpa
: 301 m2
: Baja karbon
3. Nama alat
Kode
Fungsi
Q
Tekanan maks.
Luas
Bahan
: Dowtherm cooler
: E -1703
: Pendinginan dowtherm
: 54,012 MW
: 800 Kpa
: 2.376 m2
: Baja karbon
4. Nama alat
Kode
Fungsi
Q
Tekanan maks.
Luas
Bahan
: High prressure
: E -1704
: Menurunkan suhu output reaktor dengan tekana
Menggunakan Software Chemcad
201
Disusun Oleh :
Dyah Aysha Puspita -12210005
Anggi Sagitha Putri - 12210010
Fadlianor - 12210017
Luxman Hakim - 12210018
Zulfikar Ali Saydi - 12210022
Khusnan Aji Priya K - 12210023
Rhamadhani Putra -12210024
Sekolah Tinggi Teknologi
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Indocement
Page 1
ABSTRAK
Indonesia sebagai negara berkembang dalam era globalisasi ini semakin banyak
melakukan pembangunan di segala bidang, salah satunya adalah pembangunan di berbagai
bidang industri termasuk di dalamnya industri kimia.Salah satunya adalah phthalic anhydride.
Penggunaan utama dari phthalic anhydride adalah sebagai zat intermediate dalam produksi
plastik dan vinyl chloride. Phthalic anhydridedigunakan sebagai bahan baku pembuatan
DOP (dioctyl phthalate) yang lazim digunakan sebagai zat pelunak atau plasticizer yang
dipakai pada proses pembuatan PVC, kulit sintetis dan sebagainya. Selain itu, phthalic
anhydridememiliki kegunaan yang besar dalam pembuatan UPR (Unsaturated Polyester
Resin).ChemCad merupakan salah satu program aplikasi dalam teknik kimia yang paling
lengkap dan canggih saat ini. Dengan menggunakan Chemcad
akan dapat merancang,
membuat dan menghitung sebuah proses dalam pabrik kimia. Tujuan dari makalah ini adalah
mengetahui Proses pembuatan phthalic Anhidride secara efesien dengan menggunakan
software Chemcad. Metode yang digunakan yaitu menggunakan software chemcad dan
memasukkan reaktor dan reaksi kimia. Hasil dari makalah ini mengetahui Efesiensi
Pembuatan phthalic Anhydride. Diharapkan dengan mengetahui Efesiensi tersebut dapat
meningkatkan produktifitas dan sebagai input informasi.
Kata Kunci : Phthalic anhydride, Proses, Aplikasi chemcad
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 2
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas semua rizki, rahmat dan karunia-Nya sehingga
penulis dapat menyelesaikan karya tulis yang berbentuk laporan hasil penelitian sesuai waktu
yang telah direncanakan. Shalawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada baginda Nabi
Muhammad SAW beserta seluruh keluarga dan sahabatnya yang selalu membantu perjuangan
beliau dalam menegakkan Dinullah di muka bumi ini.
Laporan hasil penelitian ini disusun sebagai salah satu syarat dalam memperoleh
kelulusan dalam mata pelajaran Teknik Reaksi Kimia. Judul laporan penelitian ini adalah
“The Phthalic Anhydride Process (PA)”.
Dalam penulisan Laporan penelitian ini, tentuanya banyak pihak yang telah memberikan
bantuan baik moril maupun materil. Oleh karena itu penulis ingin menyampaikan ucapan
terimakasih yang tiada hingganya kepada :
1. Bapak Pujiyanto S.Si, M.T, selaku dosen pembimbing dalam mata pelajaran Teknik Reaksi
Kimia.
2. Bapak Wiwid Murdany, S.T, selaku asisten dosen dalam mata pelajaran Teknik Reaksi
Kimia.
3. Teman-teman sekalian yang telah membantu memberikan masukan dalam menyelesaikan
masalah pada proses analisa.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 3
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................. ........... i
ABSTRACT ......................................................................................................................... ii
KATA PENGANTAR ....................................................................................................... iii
DAFTAR ISI ...................................................................................................................... iv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ........................................................................................................
1
1.2 Permasalahan ................................................................................ .........................
1
1.2.1 Perumusan Masalah ................................................................................
1
1.2.2 Pembatasan Masalah ..............................................................................
2
1.2.3 Kegunaan Masalah ..................................................................................
2
1.3 Tujuan Penelitian ....................................................................................................
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Phthalic Acid Anhydride (1,2-benzenedicarboxylic anhydride)............................. ....
2.2 Ortho Xylene (1,2-Dimethylbenzene).................................................................
....
2.3 Proses Pembuatan Phthalic Acid Anhydride....................................................... ....
2.4 Pemilihan Proses............................................................................................
....
2.5 Deskripsi Proses.............................................................................................. ....
2.6 Proses Deskripsi dari Gambar............................................................................. ....
2.7 Bahan Baku....................................................................................................... ....
2.8 Produk............................................................................ .........................................
2.9 Sintesis dan Produksi................................................................................................
2.10 Penggunaan....................................................................... .......................................
2.11 Aplikasi........................................................................................................... .........
2.12 Persiapan Ester Ftalat....................................................................................... .....
2.13 Sintesis Organik.............................................................................................. .....
2.14 Persiapan Nitroalkenes Alifatik................................................................................
2.15 Prekursor untuk zat warna......................................................................................
2.16 Keamanan...............................................................................................................
2.17 Chemcad Software.................................................................................................
2.18 Alat-Alat yang digunakan pada Proses pembuatan phtalic anhydride...................
5
7
9
11
12
14
16
16
16
17
17
18
18
18
18
18
19
20
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Waktu Penelitian......................................................................................................
3.2 Teknik Pengumpulan Data.......................................................................................
3.3 Sumber Data.............................................................................................................
3.4 Instrumen Penelitian.................................................................................................
3.5 Metode Analisis........................................................................................................
21
21
21
21
21
BAB IV HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1 Tabel Perubahan pada Feed dan Temperatur...........................................................
4.2 Neraca Massa...........................................................................................................
22
28
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan .............................................................................................................
5.2 Saran-saran ..............................................................................................................
44
44
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................
45
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 4
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Indonesia sebagai negara berkembang dalam era globalisasi ini semakin banyak
melakukan pembangunan di segala bidang, salah satunya adalah pembangunan di berbagai
bidang industri termasuk di dalamnya industri kimia. Salah satunya adalah phthalic
anhydride. Penggunaan utama dari phthalic anhydride adalah sebagai zat intermediate
dalam produksi plastik dan vinyl chloride. Phthalic anhydride digunakan sebagai bahan
baku pembuatan DOP (dioctyl phthalate) yang lazim digunakan sebagai zat pelunak atau
plasticizer yang dipakai pada proses pembuatan PVC, kulit sintetis dan sebagainya. Selain
itu, phthalic anhydride memiliki kegunaan yang besar dalam pembuatan UPR (Unsaturated
Polyester Resin). Phthalic anhydride memiliki penggunaan yang lebih kecil dalam
memproduksi
alkyd resin
yang digunakan dalam cat dan pernis, pewarna tertentu
(anthraquinon, phtalein, rhodamin, phthalasionin, fluorescein), penolak serangga dan
urethane polyester polyol, diallyl phthalatesdan isotonic anhydride.
Anhidrida ftalat (Phthalic anhydride) adalah senyawa organik dengan rumus C6H4
(CO) 2O. Ini adalah anhidrida asam ftalat. Anhidrida ftalat adalah bentuk komersial utama
asam ftalat. Itu anhidrida pertama asam dikarboksilat yang akan digunakan secara komersial.
Ini tidak berwarna padat merupakan bahan kimia industri yang penting, terutama untuk
produksi skala besar plasticizer untuk plastik. Pada tahun 2000, volume produksi di seluruh
dunia diperkirakan sekitar 3 juta ton per tahun.
1.2 Permasalahan
1.2.1 Rumusan Masalah
Permasalahan dalam simulasi ini adalah bagaimana untuk mengetahui proses yang terjadi
dalam proses pembuatan Ahidrida Ftalat, maka yang perlu dilakukan adalah :
1. Bagaimana proses pembuatan phtalic anhydride ?
2. Bagaimana proses pembuatan Phtalic Anhydride menggunakan software Chemcad ?
3. Parameter dan properties apa saja yang perlu diperhatikan pada proses pembuatan
Phtalic Anhydride ?
4. Apa bahan baku dan produk yang dihasilkan oleh proses simulasi?
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 5
5. Apa Mekanisme Reaksi yang terjadi pada proses simulasi?
6. Bagaimana proses yang terjadi pada simulasi?
7. Gambarkan Blok diagramnya dan bagaimana Neraca Massanya ?
8. Jelaskan fungsi dari unit-unit yang ada pada proses simulasi?
9. Bagaimana Pengaruh perubahan Temperatur,dan Laju Umpan (feed O-xylene)
terhadap produk pada simulasi dan tampilkan Grafiknya dan analisa?
1.2.2 Batasan Masalah
Mengingat begitu luasnya ruang lingkup pada simulasi ini, maka penulis membatasi
permasalahan tersebut pada :
1. Mengingat banyaknya jumlah proses simulasi kimia, maka penulis dalam laporan ini hanya
menggunakan simulasi proses dalam proses pembuatan Anhidrida Ftalat
2. Data simulasi yang digunakan adalah data yang diuji menggunakan simulasi software
Chemcad.
1.2.3 Kegunaan Masalah
Simulasi yang penulis lakukan ini mudah-mudahan dapat bermanfaat bagi penulis sendiri,
maupun bagi para pembaca atau pihak-pihak lain yang berkepentingan.
1. Manfaat akademis
Simulasi ini erat hubungannya dengan mata kuliah Teknik Reaksi Kimia, sehingga
dengan melakukan simulasi ini diharapkan penulis dan semua pihak yang berkepentingan
dapat lebih memahaminya.
2. Manfaat dalam implementasi atau praktik.
Simulasi ini memfokuskan kepada Anhidrida Ftalat. sebagai objek simulasi, sehingga
diharapkan para pengambil kebijakan dalam produksi Anhidrida Ftalat. maupun pihakpihak lain yang berkepentingan dapat menggunakan hasil simulasi ini sebagai bahan
pertimbangan dalam pengambilan keputusan.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 6
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui proses pembuatan phtalic anhydride dan analisisnya
2. Mengetahui jawaban dari soal yang diberikan dosen pengampu
3. Mengetahui dan memahami proses pembuatan Phtalic Anhydride menggunakan
software Chemcad.
4. Mengetahui parameter dan properties yang perlu diperhatikan pada proses pembuatan
Phtalic Anhydride.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Proses produksi anhidrida ftalat adalah proses yang sangat rumit, yang melibatkan
beberapa reaksi samping dan produk. Untuk alasan ini, sifat dan kuantitas katalis yang
digunakan dan kontrol suhu di reaktor muncul sebagai faktor yang relevan untuk
dipertimbangkan dalam rangka untuk mencapai selektivitas yang diperlukan terhadap
produk akhir: anhidrida ftalat. Penjelasan ketat dari reaksi kimia di atas menyiratkan
pengetahuan tentang mekanisme dan persamaan kinetik sama.
2.1 Proses Pembuatan Phthalic Acid Anhydride
Proses pembuatan phthalic acid anhydride yang dikenal pada saat ini ada dua jenis,
yaitu :
Pembuatan phthalic acid anhydride dengan proses oksidasi naphthalene
Pada proses ini, umpan berupa naphthalene cair dipompa dan diinjeksikan ke
furnace untuk menguapkan dan menaikkan suhu sampai pada kondisi operasi. Kondisi
operasi reaktor yang diinginkan yaitu pada kisaran suhu 340oC sampai 380oC dengan
tekanan 2 atm. Umpan berupa udara dikompresi dan kemudian dinaikkan suhunya untuk
memenuhi kondisi operasi. Rasio massa udara dengan naphthalene yang digunakan
antara 10:1 sampai 12:1.
Reaksi oksidasi naphthalene mengikuti reaksi dibawah ini :
Gambar 3.1. Reaksi Oksidasi Naphthalene
Reaksi oksidasi naphthalene bersifat eksotermis sehingga dibutuhkan pendinginan
untuk menjaga selalu pada kondisi operasi. Pendinginan menggunakan heat exchanger
dengan molten salt sebagai fluida pendingin. Molten salt mengalir ditube, sedangkan
boiling water mengalir di shell. Pada reaksi ini katalis yang digunakan adalah vanadium
oksida (V2O5) dengan menggunakan fluidized bed reactor.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 8
Naphthalene yang terkonversi mencapai 100% sehingga setiap kilogram
naphthalene menghasilkan yield 0,97 kg phthalic anhydride. Karena udara yang berlebih,
terjadi reaksi pembentukan maleic anhydride. Selain itu, oksidasi naphthalene yang
kurang sempurna menghasilkan naphthoquinone.
Crude phthalic anhydride masuk ke kondenser dan keluar dalam fase cair. Pada
kondenser juga terjadi pemisahan antara crude phthalic anhydride dari noncondensable
gas ( N2, O2, CO2 dan CO). Kemudian arus cair tersebut masuk ke menara distilasi untuk
memisahkan phthalic anhydride sebagai hasil bawah dan sebagai hasil atas yaitu maleic
anhydride. Maleic anhydride merupakan hasil darireaksi oksidasi phthalic anhydride
sebagai akibat penggunaan udara berlebih.Pembentukan maleic anhydride mengikuti
reaksi dibawah ini :
Gambar 3.2. Oksidasi Phthalic Anhydride menjadi Maleic Anhydride
Phthalic anhydride hasil bawah menara distilasi kemudian iumpankan ke dalam
menara distilasi untuk memisahkannya dari naphthoquinone, dengan phthalic anhydride
sebagai hasil atas. Naphthoquinone merupakan hasil oksidasi naphthalene yang tidak
sempurna. Pembentukan naphthoquinone (C10H6O2) terbentuk berdasarkan reaksi di
bawah ini:
C10 H8 + O2 → C10 H6 O2 + H2 O
Pembuatan phthalic anhydride dengan oksidasi dari o-xylene
Pada proses ini, umpan cairan o-xylene 95% (sisanya m-xylene dan p-xylene)
dipanaskan dan diuapkan dengan injeksi langsung dengan udara panas sehingga dapat
menaikkan suhu pada kondisi operasi. Udara yang telah disaring, dikompresi hingga 48,2
sampai 55,2 kPa gauge lalu dipanaskan hingga suhu 149°C. Untuk memelihara aktivitas
katalis, sulfur oksida sejumlah 0,5-2,5% berat ditambahkan pada umpan.
Perbandingan udara terhadap o-xylene pada umpan reaktor ialah 25:1. Udara
berlebih ini mampu menekan campuran umpan berada di bawah low explosion limit
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 9
(LEL 1,5% mol o-xylene). Umpan berupa uap o-xylene dan udara panas dimasukkan ke
reaktor fixed bed pada suhu operasi reaktor yaitu 380°C.
Gambar 3.3. Reaksi Oksidasi O-xylene
Reaksi bersifat eksotermis sehingga diperlukan pendingin reaktor berupa molten salt
(natrium-kalium nitrat-nitrit eutektik) yang disirkulasi di dalam shell. Panas yangdiambil
molten salt kemudian ditukar di heat exchanger sebagai pembangkit steam. Xylene (oxylene, m-xylene, dan p-xylene) yang terkonversi mencapai 100%sehingga setiap
kilogram 95% o-xylene menghasilkan yield 1,03 kg phthalic anhydride. Karena udara
yang berlebih, terjadi reaksi pembentukan maleic anhydride.Selain itu, oksidasi m-xylene
dan p-xylene tidak dapat menghasilkan phthalic anhydride tetapi menghasilkan COx dan
H2O.
Karena udara berlebih di dalam reaktor, keluaran phthalic anhydride berada dibawah
suhu leburnya (130,8°C) sehingga produk menyublim menjadi padat. Oleh karena itu,
untuk mentransfer produk, digunakan switch condenser. Switch condenser ialah
kondenser tabung parallel yang mana beberapa tabung mengalami proses pemanasan
sedangkan yang lain mengalami proses pendinginan. Switch condenser tersebut
dipanaskan dan didinginkan menggunakan arus minyak heat exchanger. Selama
pendinginan, phthalic anhydride memadat. Sebaliknya, selama pemanasan, phthalic
anhydride meleleh dan tertransfer ke tangki penyimpan produk. Gas residual bersuhu
66°C dan 26kPa gauge dikirim ke water scrubber atau ke incinerator.
Phthalic anhydride yang didapat berkadar 99-99,5% dan disimpan dalam bentuk
asam ftalat pada suhu 149°C dan tekanan atmosferis. Karena produk disimpan dalam
bentuk asam ftalat, dibutuhkan pemurnian produk yang terdiri dari dua tahap, yaitu
pemanasan dilanjutkan distilasi vakum selama 8-12 jam sehingga terbentuk anhidrida
sedangkan senyawa yang memiliki titik didih rendah akan menguap dan terpisah melalui
vacuum jet ejector. Produk phthalic anhydride kemudian dimasukkan ke dalam
evaporator, rectifier, dan terakhir di tangki phthalic anhydride.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 10
2.2 Pemilihan Proses
Berikut ini perbandingan proses dari bahan naphthalene dan o-xylene
Bahan baku
Proses Oksidasi Naphthalene
Proses Oksidasi o-xylene
setiap kilogram naphthalene
setiap kilogram 95% oxylene
menghasilkan yield 0,97 kg
menghasilkan yield
phthalic anhydride
1,03 kg phthalic anhydride.
(yield teoritis 1,39 kg/ kg
100% o-xylene)
Rasio umpan
udara:naphthalene = (10-12):1
udara :o-xylene = 25:1
Suhu 360oC dan tekanan 2 atm
Suhu 350oC dan tekanan 2,2
Reactor
Kondisi
Bar
operasi
Finishing
Pemisahan produk dari maleic
Pemisahan produk dari
produk
anhydride dilanjutkan
maleic anhydride
pemisahan naphthoquinone
Emisi
Karbondioksida
Tidak ada karbondioksida
Produk akhir
Kemurnian produk : 85 %
Kemurnian produk : 99,8 %
Harga bahan
US $800 - 1200 /ton
US $ 1488-1680/ton
baku
Tabel Perbandingan Proses dari Bahan Naphthalene dan o-xylene
Berdasarkan data pada tabel 2-1 di atas maka pada pra perancangan pabrik
pembuatan phthalic acid anhydride dipilih proses oksidasi ortho xylene. Proses ini
didasarkan atas beberapa pertimbangan, sebagai berikut :
a. Konversi dan kemurnian produk yang dihasilkan lebih tinggi dibandingkan proses
oksidasi naphthalene.
b. Proses tidak menghasilkan karbondioksida.
c. Nilai jual produk lebih ekonomis karena kemurniannya lebih tinggi.
2.3 Deskripsi Proses
Pra rancangan pabrik pembuatan phthalic acid anhydride dengan proses oksidasi ortho
xylene secara garis besar dapat dikelompokkan dalam empat tahapan proses, yaitu :
1. Proses persiapan bahan baku
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 11
2. Proses reaksi pembentukan phthalic acid
3. Proses pemisahan phthalic acid
4. Proses pengeringan phthalic acid
Proses Persiapan Bahan Baku
0
Bahan baku ortho xylene (C8H10) dengan kondisi temperatur 30 C dan tekanan
1,013 bar disimpan pada tangki bahan baku (T-701). Selanjutnya ortho xylene
0
dipompakan ke vapuorizer (E-701) untuk diuapkan hingga temperatur 150 C dan
tekanan 1,4 bar yang kemudian dipompakan ke furnace (H-701) untuk dipanaskan
0
hingga temperatur 350 C dan tekanan 2,2 bar. Bahan bakar yang dipergunakan pada
furnace adalah liquid natural gas. Selanjutnya gas buang pembakaran pada furnace
dipergunakan untuk memanaskan air untuk menghasilkan steam pada unit waste heat
boiler.
0
Udara pada temperatur 30 C dan tekanan 1,013 bar dari blower (B-701) dialirkan
dengan kompresor (CP-701) ke furnace (H-701) untuk dipanaskan hingga temperatur
350°C dan tekanan 2,2 bar.
Proses Reaksi Pembentukan Phthalic Acid
Uap ortho xylene dan udara yang berasal dai furnace (H-701) diumpankan ke
0
reaktor (R-701) dengan kondisi operasi temperatur 350 C dan tekanan 2,2 bar di
mana reaktor dalam kondisi isothermic. Pada proses ini dipergunakan katalis
vanadium pentoxide untuk mempercepat reaksi dan menghasilkan konversi produk
sebesar 99 % dengan reaksi sebagai berikut
C8H10 + 3 O2
V2O5
C8H4O3 + 3 H2O
Pada reaksi ini produk reaktor berupa campuran antara phthalic acid, oksigen
0
sisa, nitrogen dan air pada temperatur 350 C dan tekanan 2,2 bar. Reaksi pada reaktor
merupakan reaksi exothermic di mana reaksi pembentukan phthalic acid dari oksidasi
ortho xylene menghasilkan panas yang cukup tinggi. Agar panas reaksi dapat
dikendalikan dengan sempurna sesuai dengan kondisi operasi maka diperlukan media
pendingin, yaitu dowterm. Dalam proses ini dowterm yang dipakai adalah air
pendingin. Panas reaksi yang dihasilkan dari reaktor diserap oleh media pendingin
(dowterm).
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 12
Proses pemisahan Phthalic Acid
Produk dari reaktor (R-701) berupa phthalic acid, ortho xylene sisa, oksigen sisa,
nitrogen dan air dialirkan ke kondersor parsial (E-703) untuk mengubah sebagian fasa
0
produk dari uap menjadi cairan dengan menurunkan temperatur hingga 150 C dan
tekanan 1,7 bar. Campuran uap (ortho xylene sisa, oksigen sisa, nitrogen dan air) dan
cairan (phthalic acid) selanjutnya dialirkan ke tangki knock out drum (SC-701) untuk
memisahkan uap dari cairan.
Proses Pengeringan Phthalic Acid
Cairan Phthalic Acid dari knock out drum (SC-701) diumpankan ke spray dryer
(DE-701) untuk dikeringkan sekaligus membentuk butiran kristal phthalic acid
anhydride. Kristal phthalic acid anhydride yang telah kering selanjutnya dialirkan
menggunakan screw conveyor (CS-701) menuju silo. Produk phthalic acid anhydride
yang memiliki kemurnian 99,8 % ini selanjutnya disimpan dalam silo (S-701).
2.4 Proses Deskripsi dari Gambar
Unit X menghasilkan anhidrida ftalat (PA) melalui oksidasi parsial o-xilena
menggunakan udara. Proses saat diilustrasikan pada Gambar.
Udara dikompresi menjadi sekitar 220 kPa dalam satu tahap kompresor sentrifugal
(pada nomor 1) dan dipanaskan sampai 245 ° C dengan menggunakan tekanan tinggi uap
penukar panas (pada nomor 3). Udara panas ini dikompresi kemudian dicampur dengan
pakan o-xylene yang telah dipompa ke sekitar 290 kPa menggunakan gambar nomor 2.
Gabungan o-xylene dan udara bertemu pada gambar nomor 4 lalu aliran memasuki fixedbed reaktor katalitik, gambar 5, pada 245 ° C dan 200 kPa. Untuk alasan keamanan,
konsentrasi o-xylene disimpan pada atau di bawah batas ledakan bawah 1% mol. Rasio oxilena udara diatur dengan menggunakan kontroler rasio antara kompresor dan katup
kontrol pada pompa.
Dalam reaktor, o-xilena tunduk pada berbagai reaksi oksidasi untuk menghasilkan
produk yang diinginkan dari PA, sampingan anhidrida maleat (MA), produk pembakaran,
dan sejumlah kecil asam benzoat. Semua reaksi ini sangat eksotermis, dan suhu reaktor
dikontrol oleh pertukaran panas dengan aliran media pendingin (DOWTHERM A ™)
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 13
yang mengalir bersamaan melalui shell-sisi reaktor. The DOWTHERM A disirkulasikan
melalui reaktor dalam sebuah loop tertutup oleh pompa. Panas akan dihapus dari
DOWTHERM A dengan penguapan air umpan boiler (BFW) untuk menghasilkan uap
bertekanan tinggi (HPS).
Efluen reaktor (Aliran 7) meninggalkan reaktor pada suhu 353 ° C dan tekanan 130
kPa. Penurunan tekanan pada reaktor disebabkan oleh aliran gas reaktan melalui tabung
katalis penuh. Aliran ini didinginkan dalam serangkaian penukar panas (gambar 6-9), di
mana suhu aliran proses dikurangi menjadi 45 ° C dan tekanan tinggi (HPS) dan tekanan
rendah uap (LPS) yang dihasilkan, dan jika ada air pendingin (cw) digunakan untuk
pendinginan produk akhir. Efluen reaktor didinginkan (Aliran 7) adalah campuran dua
fase pada saat ini, dan kemudian dikirim ke satu set beralih kondensor (Condenser #1 dan
Condenser #2) untuk memulihkan PA. Hal ini dicapai dengan pendinginan dan
desublimating PA sebagai solid dalam satu kondensor menggunakan minyak dingin.
Bersamaan, padat PA dilebur menggunakan minyak panas di kondensor kedua, dan jika
ada kondensor ketiga adalah kondensor siaga. Baku PA selanjutnya dimurnikan dengan
mengirimkan cairan stream dari saklar kondensor melalui katup dengan tekanan yang
tinggi dan melalui Aliran 10, dimana suhu meningkat menjadi 230 ° C sebelum ke
menara PA (Gambar 10). Di menara 99,9% mol PA diproduksi sebagai produk bawah
dan MA kemurnian> 95% mol diproduksi di atas bagian menara. MA-produk akhirnya
dikombinasikan dengan MA pulih dari saklar kondensor off gas, Aliran 15, dan dijual.
Peralatan untuk memulihkan MA dari Aliran 7 dan rincian saklar kondensor tidak
ditunjukkan pada Gambar dan dioperasikan terpisah oleh kontraktor. Mereka telah
menentukan bahwa mereka dapat memproses sampai dengan 20% pakan tambahan untuk
kondensor saklar asalkan disampaikan pada tekanan minimal 100 kPa tekanan dan pada
suhu maksimum 50 ° C. Hasil lainnya yang dihasilkan adalah minyak mentah yang
biasanya berupa Maleat Anhidrida dihasilkan dari kondensor 1 dan 2 yang dialirkan
melalui Aliran 17-19. Hasil Anhidrida Ftalat ditunjukan oleh aliran 16.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 14
2.5 Bahan Baku
Bahan baku yang diperlukan untuk membuat Anhidrida Ftalat antara lain :
1. O-xylene : Merupakan bahan utama untuk membentuk Anhidrida Ftalat
2. Udara : Merupakan bahan yang digunakan untuk mixing dengan oxylene agar
mendapatkan anhidrida Ftalat dalam bentuk fase gas yang kemudian akan diolah ke
proses selanjutnya.
3. Water : Merupakan bahan baku yang berfungsi untuk mendinginkan Anhidrida Ftalat
pada menara yang terdapat pada proses di akhir.
2.6 Produk
1. Off-gas : yaitu gas hasil produksi dalam pembuatan Anhidrida Ftalat yang diakibatkan
oleh pendenginan Anhidrida Ftalat dalam menara sehingga terjadi pemisahan antara
fase gas dan fase liquid.
2. MA Soln : Merupakan hasil yang diinginkan dari proses yaitu Anhidrida Ftalat.
3. Crude PA : Merupakan minyak mentah yang dihasilkan dari kondensor 1 dan 2 yang
kemudaian disatukan dan dapat diolah atau digunakan untuk hal-hal lain.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 15
2.7 Sintesis dan produksi
Ftalat anhidrida pertama kali dilaporkan pada tahun 1836 oleh Auguste Laurent. Lebih rute
kontemporer meliputi oksidasi katalitik orto-xilena dan naftalena ("Gibbs proses anhidrida
ftalat"), meskipun penggunaan naftalena telah menurun. Mulai dari o-xylene, oksidasi
mengikuti stoikiometri berikut:
C6H4(CH3)2 + 3 O2 → C6H4(CO)2O + 3 H2O
Reaksi hasil dengan sekitar 70% selektivitas. Sekitar 10% dari anhidrida maleat juga
diproduksi:
C6H4(CH3)2 + 7.5 O2 → C4H2O3 +4 H2O + 4 CO2
Sebuah vanadium pentoksida dimodifikasi (V2O5) berfungsi sebagai katalis, yang aktif
dalam kisaran 320-400 ° C. Anhidrida ftalat dipisahkan dari produk sampingan oleh
serangkaian "beralih kondensor". Anhidrida ftalat dan anhidrida maleat yang ditemukan oleh
distilasi. Ftalat anhidrida juga dapat dibuat dari asam ftalat: [1]
Produksi industri skala besar anhidrida maleat dicapai dengan penyatuan berikut unit proses:
• Catalyst dikemas reaktor unggun
• Beralih Kondensor
• Kolom Distilasi
Aliran reaktan o-xylene dan campuran udara memasuki reaktor tidur dikemas pada suhu 300420 ⁰C dan tekanan sedikit kurang dari 1 atm. Arus produk ini kemudian diproses dalam
switch kondensor untuk pemisahan terkondensasi dari non-terkondensasi. Menyublim
andhydride ftalat pada kondensasi, sehingga setelah kondensasi cairan panas digunakan untuk
melelehkan ftalat anhidrida dan sekaligus kondensor lain dalam seri digunakan untuk proses
kondensasi yang diinginkan, beralih kondensor bolak-balik. Untuk sublimasi efisien
anhidrida ftalat mentah, tekanan parsial anhidrida ftalat harus lebih dari titik tripel anhidrida
ftalat. Jadi, meningkatkan tekanan reaksi akan mendukung pemisahan lebih efisien dalam
switch kondensor. Sekarang-a-hari, tanaman modern yang memiliki kondensor cair, prakondensor untuk beralih kondensor. Sangat hati-hati harus diambil, bahwa suhu operasi
kondensor cair di atas titik tripel. Kondensat dari rangkaian kondensor dikirim ke serangkaian
kolom distilasi untuk pemisahan efektif anhidrida ftalat dari air dan anhidrida maleat.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 16
2.8 Penggunaan
Penggunaan utama dari anhidrida ftalat adalah sebagai perantara kimia dalam produksi
plastik dari vinil klorida. Ester ftalat, yang berfungsi sebagai plasticizer, yang berasal dari
Ftalat Anhydride. Plasticizer phthalate digunakan untuk produksi produk PVC yang fleksibel
seperti kabel, pipa dan selang, kain kulit, sepatu, film untuk kemasan dll Ftalat anhidrida
memiliki penggunaan utama dalam produksi resin poliester dan penggunaan kecil lainnya
dalam produksi alkid resin digunakan dalam cat dan lak; pewarna tertentu (antrakuinon,
phthalein, rhodamin, ftalosianin, fluorescin, dan xanthene pewarna); penolak serangga; dan
poliol poliester untuk poliuretan. Hal ini juga digunakan sebagai inhibitor hangus karet dan
retarder.
2.9 Aplikasi
Anhidrida ftalat adalah serbaguna menengah dalam kimia organik, sebagian karena
bifunctional dan murah tersedia. Hidrolisis dengan air panas membentuk asam orto-ftalat.
Hidrolisis anhidrida tidak biasanya proses reversibel. Asam ftalat Namun mudah mengalami
dehidrasi membentuk anhidrida ftalat atas 180 ° C, ftalat anhidrida ulang bentuk.
2.10 Persiapan Ester Ftalat
Seperti anhidrida lain, reaksi alkoholisis adalah dasar dari pembuatan ester ftalat, yang secara
luas digunakan (dan kontroversial - lihat endocrine disruptor). Plasticizer Pada 1980-an,
sekitar 6,5 × 109 kg ester ini diproduksi setiap tahun , dan skala produksi meningkat setiap
tahun, semua dari anhidrida ftalat. Proses ini dimulai dengan reaksi anhidrida ftalat dengan
alkohol, memberikan monoesters:
3.
C6H4(CO)2O + ROH → C6H4(CO2H)CO2R
Esterifikasi kedua lebih sulit dan membutuhkan penghapusan air:
4.
C6H4(CO2H)CO2R + ROH
C6H4(CO2R)2 + H2O
Diester yang paling penting adalah bis (2-ethylhexyl) phthalate ("DEHP"), yang digunakan
dalam pembuatan polivinil klorida.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 17
2.13
Sintesis Organik
Anhidrida ftalat adalah prekursor berbagai reagen yang berguna dalam sintesis organik.
Derivatif yang penting termasuk ftalimida dan banyak turunannya. Alkohol kiral membentuk
setengah-ester (lihat di atas), dan derivatif ini sering diatasi karena mereka membentuk garam
diastereomer dengan amina kiral seperti brucine A terkait reaksi pembukaan cincin
melibatkan peroksida untuk memberikan asam peroksi berguna.
C6H4 (CO) 2O + H2O2 → C6H4 (CO3H) CO2H
2.14
Persiapan Nitroalkenes Alifatik
Anhidrida ftalat digunakan untuk dehidrasi rantai pendek nitro-alkohol untuk
menghasilkan nitroalkenes, senyawa dengan kecenderungan tinggi untuk polimerisasi.
2.15
Prekursor untuk zat warna
Anhidrida ftalat banyak digunakan dalam industri untuk produksi pewarna tertentu.
Sebuah aplikasi terkenal reaktivitas ini adalah persiapan anthroquinone yang mewarnai
quinizarin oleh reaksi dengan para-klorofenol diikuti dengan hidrolisis klorida.
2.16
Keamanan
Yang paling mungkin paparan anhidrida ftalat adalah melalui kontak kulit atau inhalasi
selama pembuatan atau penggunaan. Studi menunjukkan bahwa paparan anhidrida ftalat
dapat menyebabkan rhinitis, bronkitis kronis, dan asma. Anhydride reaksi ftalat terhadap
kesehatan manusia umumnya sindrom asma-rhinitis-konjungtivitis atau reaksi dan
influenza
seperti
gejala
tertunda
dan
dengan
peningkatan
Immunoglobulin
(Immunoglobulin E, Immunoglobulin G) tingkat dalam darah.
2.17
Chemcad Software
ChemCad merupakan salah satu program aplikasi dalam teknik kimia yang paling
lengkap dan canggih saat ini. Dengan menggunakan Chemcad akan dapat merancang,
membuat dan menghitung sebuah proses dalam pabrik kimia.
Fungsi dari chemcad :
Peningkatan produktivitas dengan perhitungan kinerja teknik kimia sehari-hari
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 18
Memaksimalkan penghasilan dengan pembuatan desain yang labih efisien pada
proses baru dan alat yang baru
Penurunan biaya dengan optimasi proses teknik kimia
Ada 10 tahap dasar untuk mempersiapkan, menjalankan dan dokumentasi pada sebuah proses
simulasi dalam CHEMCAD, yaitu :
1.
Memulai pekerjaan baru
2.
Memilih engineering unit (satuan yang digunakan)
3.
Membuat Flowsheet
4.
Memilih Komponen
5.
Memilih model Thermodinaka
6.
Memasukkan data stream
7.
Spesifikasi unit operasi
8.
Menjalankan simulasi
9.
Menampilkan hasil perhitungan
10. Membuat Laporan dan Flow Diagram Proses (FDP)
2.18
Alat-Alat yang digunakan pada Proses pembuatan phtalic anhydride :
1. Air compressor
2. O-xylene feed Pumps
3. Air heater
4. O-xylene heater
5. Reactor
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 19
6. Downtherms pumps
7. Downtherms cooler
8. High and Medium Pressure
9. Reboiler
10. Condenser
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 20
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1
Waktu Simulasi
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan software yang digunakan untuk
menganalisis proses yang terjadi. Dalam pelaksanaan simulasi, penulis mengumpulkan data
secara langsung dengan mengolah dan merubah parameter-parameter yang ada. Sedangkan
waktu simulasi yang dimulai pada tanggal 9-23 Desember 2014.
3.2
Teknik Pengumpulan Data
Teknik pengumpulan data dilakukan melalui :
a. Mengambil data yang diberikan oleh dosen pengampu
b. Studi dokumen, mengumpulkan data dan informasi dari buku-buku dan internet yang
berkaitan dengan penelitian.
c. Pengukuran dengan merubah parameter yang sudah ada dan di simpan
3.3
Sumber Data
Sumber data penelitian meliputi :
Data yang diperoleh dari dosen pengampu secara langsung. Berdasarkan simulasi ini
data yang diperoleh secara langsung adalah temperatur, tekanan, umpan masuk, alat
yang digunakan, alur proses anhidrida ftalat, dan hasil (produk).
3.4
Instrumen Penelitian
Instrument yang diperlukan untuk penelitian ini adalah :
a. Kertas untuk mencatat hasil perubahan parameter-parameter yang ada.
b. Software Chemcad 6.3.1.4168
3.5
Metode Analisis
Untuk memecahkan permasalahan penelitian ini, maka digunakan metode analisis sebagai berikut
:
Metode yang digunakan dalam pembuatan tugas ini adalah menggunakan software
chemcad. Metode ini merupakan metode yang tepat digunakan, karena akan mendapatkan
hasil yang lebih spesifik.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 21
BAB IV
HASIL DAN ANALISA
1. Apa bahan baku dan produk yang dihasilkan oleh proses simulasi kelompok anda?
Jawab :
Bahan baku yang diperlukan untuk membuat Anhidrida Ftalat antara lain :
O-xylene : Merupakan bahan utama untuk membentuk Anhidrida Ftalat
Udara : Merupakan bahan yang digunakan untuk mixing dengan oxylene
agar mendapatkan anhidrida Ftalat dalam bentuk fase gas yang kemudian
akan diolah ke proses selanjutnya.
Water : Merupakan bahan baku yang berfungsi untuk mendinginkan
Anhidrida Ftalat pada menara yang terdapat pada proses di akhir.
Produk yang dihasilkan dari proses simulasi antara lain :
Off-gas : yaitu gas hasil produksi dalam pembuatan Anhidrida Ftalat yang
diakibatkan oleh pendinginan Anhidrida Ftalat dalam menara sehingga
terjadi pemisahan antara fase gas dan fase liquid.
MA Soln : Merupakan hasil yang diinginkan dari proses yaitu Anhidrida
Ftalat.
Crude PA : Merupakan minyak mentah yang dihasilkan dari kondensor 1
dan 2 yang kemudaian disatukan dan dapat diolah atau digunakan untuk
hal-hal lain.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 22
2. Apa Mekanisme Reaksi yang terjadi pada proses simulasi?
Jawab :
Studi Proses secara umum
Proses produksi anhidrida ftalat adalah proses yang sangat rumit, yang
melibatkan beberapa reaksi samping dan produk. Untuk alasan ini, sifat dan kuantitas
katalis yang digunakan dan kontrol suhu di reaktor muncul sebagai faktor yang
relevan untuk dipertimbangkan dalam rangka untuk mencapai selektivitas yang
diperlukan terhadap produk akhir: anhidrida ftalat. Penjelasan ketat dari reaksi kimia
di atas menyiratkan pengetahuan tentang mekanisme dan persamaan kinetik sama.
Beberapa oleh-produk yang telah diidentifikasi karena reaksi samping dalam
persaingan dengan salah satu yang diinginkan. Selain itu, tiga pra-produk yang
terbentuk dalam reaksi seri sebelumnya mengarah pada sintesis produk (PA, C 8H10).
Produk-produk ini (lihat Gambar 1) diidentifikasi sebagai asam benzoat (BAC,
C7H6O2), metil-maleat anhidrida (MMA, C5H4O3), anhidrida maleat (MA, C4H2O3),
R-tolualdehyde (�-TAL, C8H8O), R-toluic asam (�-TAC, C8H8O2) dan phthalide
(PH, C8H6O2). Jika kondisi oksidasi menjadi lebih agresif, sebagian atau total
pembakaran reaktan terjadi, sehingga produk reaksi adalah karbon monoksida (ketika
beroperasi dengan oksigen rendah untuk reaktan ratio), karbon dioksida
(oxygensurplus stoikiometri dalam aliran umpan) dan air.
Gambar 1
Tata letak umum pabrik produksi anhidrida ftalat memungkinkan kita untuk
membedakan tiga bagian yang berbeda, yang ditetapkan di bawah ini.
I.
Bagian reaksi
Bagian awal dari produksi anhidrida diagram alir proses ftalat adalah bagian
reaksi, di mana reaktan awalnya tertutup dan menyebabkan tekanan inlet dan kondisi
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 23
suhu reaktor katalitik, yang memegang reaksi di dalam tabung tipis diisi dengan
catalytic vanadia pelet -titania atau cincin. Di dalam shell reaktor, aliran kontinu
garam cair memungkinkan kontrol suhu.
II.
Bagian kondensasi
Setelah bagian reaksi, pendinginan dan kondensasi dari gas reaksi yang
diperlukan dalam rangka untuk memulihkan produk. Operasi pertukaran panas
(termasuk panas laten dan sensitif) yang terlibat, memainkan peran utama dalam
integrasi panas dari proses akhir. Pencairan sebagian dari aliran gas outlet reaktor
dilakukan dalam penukar panas yang disebut after-cooler, mendapatkan aliran cairan
kaya anhidrida ftalat. Setelah itu, aliran gas masih mengandung sejumlah produk
penting dari alternatif desublimed dalam beberapa saklar kondensor. Sebuah tangki
penyangga diaduk dipanaskan memungkinkan kita untuk mendapatkan aliran kontinu
produk.
III.
Bagian pemurnian
Akhirnya, kemurnian diperlukan produk dicapai dengan menggunakan kereta
pemurnian yang terdiri dari kolom pemisahan, berfokus pada penghapusan senyawa
yang lebih stabil daripada anhidrida ftalat. Tergantung pada kemurniannya, mereka
mungkin akan merevaluasi. Setelah itu, kolom rektifikasi mengarah ke pemulihan
ftalat anhidrida yang diinginkan dari atas kolom sedangkan limbah berat pulih dari
bawah.
Proses Deskripsi dari Gambar
Unit X menghasilkan anhidrida ftalat (PA) melalui oksidasi parsial o-xilena
menggunakan udara. Proses saat diilustrasikan pada Gambar.
Udara dikompresi menjadi sekitar 220 kPa dalam satu tahap kompresor
sentrifugal (pada nomor 1) dan dipanaskan sampai 245 ° C dengan menggunakan
tekanan tinggi uap penukar panas (pada nomor 3). Udara panas ini dikompresi
kemudian dicampur dengan pakan o-xylene yang telah dipompa ke sekitar 290 kPa
menggunakan gambar nomor 2. Gabungan o-xylene dan udara bertemu pada gambar
nomor 4 lalu aliran memasuki fixed-bed reaktor katalitik, gambar 5, pada 245 ° C dan
200 kPa. Untuk alasan keamanan, konsentrasi o-xylene disimpan pada atau di bawah
batas ledakan bawah 1% mol. Rasio o-xilena udara diatur dengan menggunakan
kontroler rasio antara kompresor dan katup kontrol pada pompa.
Dalam reaktor, o-xilena tunduk pada berbagai reaksi oksidasi untuk menghasilkan
produk yang diinginkan dari PA, sampingan anhidrida maleat (MA), produk
pembakaran, dan sejumlah kecil asam benzoat. Semua reaksi ini sangat eksotermis,
dan suhu reaktor dikontrol oleh pertukaran panas dengan aliran media pendingin
(DOWTHERM A ™) yang mengalir bersamaan melalui shell-sisi reaktor. The
DOWTHERM A disirkulasikan melalui reaktor dalam sebuah loop tertutup oleh
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 24
pompa. Panas akan dihapus dari DOWTHERM A dengan penguapan air umpan boiler
(BFW) untuk menghasilkan uap bertekanan tinggi (HPS).
Efluen reaktor (Aliran 7) meninggalkan reaktor pada suhu 353 ° C dan tekanan
130 kPa. Penurunan tekanan pada reaktor disebabkan oleh aliran gas reaktan melalui
tabung katalis penuh. Aliran ini didinginkan dalam serangkaian penukar panas
(gambar 6-9), di mana suhu aliran proses dikurangi menjadi 45 ° C dan tekanan tinggi
(HPS) dan tekanan rendah uap (LPS) yang dihasilkan, dan jika ada air pendingin (cw)
digunakan untuk pendinginan produk akhir. Efluen reaktor didinginkan (Aliran 7)
adalah campuran dua fase pada saat ini, dan kemudian dikirim ke satu set beralih
kondensor (Condenser #1 dan Condenser #2) untuk memulihkan PA. Hal ini dicapai
dengan pendinginan dan desublimating PA sebagai solid dalam satu kondensor
menggunakan minyak dingin. Bersamaan, padat PA dilebur menggunakan minyak
panas di kondensor kedua, dan jika ada kondensor ketiga adalah kondensor siaga.
Baku PA selanjutnya dimurnikan dengan mengirimkan cairan stream dari saklar
kondensor melalui katup dengan tekanan yang tinggi dan melalui Aliran 10, dimana
suhu meningkat menjadi 230 ° C sebelum ke menara PA (Gambar 10). Di menara
99,9% mol PA diproduksi sebagai produk bawah dan MA kemurnian> 95% mol
diproduksi di atas bagian menara. MA-produk akhirnya dikombinasikan dengan MA
pulih dari saklar kondensor off gas, Aliran 15, dan dijual. Peralatan untuk
memulihkan MA dari Aliran 7 dan rincian saklar kondensor tidak ditunjukkan pada
Gambar dan dioperasikan terpisah oleh kontraktor. Mereka telah menentukan bahwa
mereka dapat memproses sampai dengan 20% pakan tambahan untuk kondensor
saklar asalkan disampaikan pada tekanan minimal 100 kPa tekanan dan pada suhu
maksimum 50 ° C. Hasil lainnya yang dihasilkan adalah minyak mentah yang
biasanya berupa Maleat Anhidrida dihasilkan dari kondensor 1 dan 2 yang dialirkan
melalui Aliran 17-19. Hasil Anhidrida Ftalat ditunjukan oleh aliran 16.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 25
3. Bagaimana proses yang terjadi pada simulasi?
Jawab :
Reaksi Kimia dan kinetika
Dalam rangka untuk beroperasi dengan aman, campuran reaksi (Aliran 3)
harus dijaga di bawah batas ledakan bawah 1% mol o-xylene di udara. Oksidasi
o-xylene terjadi pada katalis diisi tabung yang didinginkan menggunakan aliran
beredar Dowtherm A. Reaksi yang terjadi sangat eksotermis, dan suhu di manamana dalam reaktor harus dikontrol sangat hati-hati. Katalis, vanadium
pentoksida (V2O5), Sinter atas suhu 400 ° C. Reaksi yang terjadi adalah :
C6H4(CH3) + 3O2 C6H4(CO)2O + 3H2O
o-xylene
Ftalat Anhidrida
C6H4(CO)2O + 15/2 O2 8CO2 + 2H2O
Ftalat Anhidrida
C6H4 (CH3)2 + 21/2 O2 8CO2 +5H2O
o-xylene
C6H4(CH3)2 + 15/2 O2 C2H2 (CO)2O + 4 CO2 + 4 H2O
o-xylene
maleat anhidrida
C2H2(CO)2O + 3O2 4 CO2 + H2O
maleat anhidrida
C6H4(CH3)2 + 3O2 C6H5(COOH) + CO2 + 2 H2O
o-xylene
Asam Benzoat
C6H5(COOH) + 15/2 O2 7 CO2 + 3 H2O
Asam Benzoat
Ekspresi kinetik untuk reaksi-reaksi ini semua memiliki bentuk :
di mana ko memiliki unit kmol/m3-reaktor/jam, Ea memiliki satuan kkal/kmol,
dan pi adalah tekanan parsial di atm.
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 26
4. Gambarkan Blok diagramnya dan bagaimana Neraca Massanya ?
Blog Diagram PHTHALIC ANHYDRIDE
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 27
Neraca Massa pada PHTHALIC ANHYDRIDE
CHEMCAD 6.0.1
Page 1
Job Name: The Phthalic Anhydride Process (PA)
Time: 11:48:48
Stream No.
Stream Name
Temp C
Pres bar
Enth kcal/h
Vapor mole fraction
Total kmol/h
Total kg/h
Total std L m3/h
Total std V m3/h
Flowrates in kg/h
O-Xylene
Phthalandione
Maleic Anhydride
o-Tolualdehyde
Phthalide
Oxygen
Nitrogen
Carbon Monoxide
Carbon Dioxide
Water
Phthalic Acid
Maleic Acid
Stream No.
Stream Name
Temp C
Pres bar
Enth kcal/h
Vapor mole fraction
Total kmol/h
Total kg/h
Total std L m3/h
Total std V m3/h
Flowrates in kg/h
O-Xylene
Phthalandione
Maleic Anhydride
o-Tolualdehyde
Phthalide
Oxygen
Nitrogen
Carbon Monoxide
Carbon Dioxide
Water
Phthalic Acid
Maleic Acid
1
AIR
20.0000
1.0130
-48984.
1.0000
1338.4707
38616.0159
44.6333
30000.01
Date: 12/20/2014
2
75.4327
1.6000
4.6986E+005
1.0000
1338.4707
38616.0159
44.6333
30000.01
3
O-XYLENE
20.0000
1.0130
-73276.
0.00000
12.0094
1275.0000
1.4410
269.17
20.1594
6.5000
-73022.
0.00000
12.0094
1275.0000
1.4410
269.17
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
8994.2379
29621.7771
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
8994.2379
29621.7771
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
1275.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
1275.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
5
6
7
8
180.0000
1.3000
1.4570E+006
1.0000
1338.4707
38616.0159
44.6333
30000.01
160.0451
1.3000
1.3839E+006
1.0000
1350.4800
39891.0144
46.0743
30269.18
380.0000
1.2000
-1.9703E+006
1.0000
1354.9518
39891.0038
46.0240
30369.41
134.0000
1.2000
-4.5674E+006
0.99653
1354.9518
39891.0038
46.0240
30369.41
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
8994.2379
29621.7771
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
1275.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
8994.2379
29621.7771
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
1255.4809
77.1338
11.3992
2.7385
7107.5581
29621.7771
7.3701
1053.3078
754.2359
0.0000
0.0000
0.0000
1255.4809
77.1338
11.3992
2.7385
7107.5581
29621.7771
7.3701
1053.3078
754.2359
0.0000
0.0000
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
4
Page 28
CHEMCAD 6.0.1
Page 2
Job Name: The Phthalic Anhydride Process (PA)
Time: 11:48:48
Stream No.
Stream Name
Temp C
Pres bar
Enth kcal/h
Vapor mole fraction
Total kmol/h
Total kg/h
Total std L m3/h
Total std V m3/h
Flowrates in kg/h
O-Xylene
Phthalandione
Maleic Anhydride
o-Tolualdehyde
Phthalide
Oxygen
Nitrogen
Carbon Monoxide
Carbon Dioxide
Water
Phthalic Acid
Maleic Acid
Stream No.
Stream Name
Temp C
Pres bar
Enth kcal/h
Vapor mole fraction
Total kmol/h
Total kg/h
Total std L m3/h
Total std V m3/h
Flowrates in kg/h
O-Xylene
Phthalandione
Maleic Anhydride
o-Tolualdehyde
Phthalide
Oxygen
Nitrogen
Carbon Monoxide
Carbon Dioxide
Water
Phthalic Acid
Maleic Acid
Date: 12/20/2014
9
10
11
134.0000
1.2000
-4.0567E+006
1.0000
1350.2511
39200.6256
45.4972
30264.05
80.0000
1.1500
-4.2017E+006
1.0000
1346.0855
38613.4396
45.0493
30170.69
80.0000
1.1500
-4.6604E+006
0.99691
1350.2511
39200.6256
45.4972
30264.05
14
WATER
30.0000
4.0130
-1.1361E+008
0.00000
1665.2790
30000.0005
30.0000
37324.98
0.0000
570.2481
73.8070
11.2308
1.6757
7107.5431
29621.7523
7.3701
1053.2957
753.7046
0.0000
0.0000
0.0000
14.8087
46.7911
10.2156
0.1418
7107.5315
29621.7363
7.3701
1053.2795
751.5618
0.0000
0.0000
0.0000
570.2481
73.8070
11.2308
1.6757
7107.5431
29621.7523
7.3701
1053.2957
753.7046
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
30000.0005
0.0000
0.0000
15
OFF-GAS
35.4992
1.0130
-5.5517E+006
1.0000
1362.4875
38857.6495
45.3098
30538.31
16
MA SOLN.
38.7401
1.0130
-1.1226E+008
0.00000
1648.3003
29755.7906
29.7287
36944.42
17
18
134.0000
1.2000
-5.1069E+005
0.00000
4.7007
690.3748
0.5268
105.36
80.0000
1.1500
-4.5874E+005
0.00000
4.1656
587.1848
0.4478
93.37
0.0000
0.0000
0.0000
10.2156
0.1315
7107.5103
29621.7346
7.3701
1053.1951
1057.4908
0.0001
0.0000
0.0000
0.0112
0.0354
0.0000
0.0103
0.0213
0.0038
0.0000
0.0843
29683.6818
16.5973
55.3455
0.0000
685.2313
3.3268
0.1685
1.0628
0.0152
0.0269
0.0000
0.0121
0.5313
0.0000
0.0000
0.0000
555.4325
27.0156
1.0151
1.5338
0.0118
0.0169
0.0000
0.0163
2.1427
0.0000
0.0000
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 29
CHEMCAD 6.0.1
Page 3
Job Name: The Phthalic Anhydride Process (PA)
Time: 11:48:48
Stream No.
Stream Name
Temp C
Pres bar
Enth kcal/h
Vapor mole fraction
Total kmol/h
Total kg/h
Total std L m3/h
Total std V m3/h
Flowrates in kg/h
O-Xylene
Phthalandione
Maleic Anhydride
o-Tolualdehyde
Phthalide
Oxygen
Nitrogen
Carbon Monoxide
Carbon Dioxide
Water
Phthalic Acid
Maleic Acid
Date: 12/20/2014
19
CRUDE PA
109.3639
1.1500
-9.6943E+005
1.1392E-005
8.8663
1277.5595
0.9746
198.73
0.0000
1240.6636
30.3424
1.1836
2.5966
0.0270
0.0438
0.0000
0.0284
2.6740
0.0000
0.0000
5. Jelaskan fungsi dari unit-unit yang ada pada proses simulasi?
Jawab :
Pompa Pada Proses Anhidrida Ftalat
1. Nama alat
: O-xylene feed pump
Kode
: P-1701 A/B
Fungsi
: Memompa o-xylene sehingga bercampur dengan udara ke
reaktor
Power
: 1.10 KW
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 30
2.
Bahan
Efisiensi
: Baja karbon
: 65 %
Nama alat
Kode
Fungsi
: Dowtherm pump
: P -1702 A/B
: Mensirkulasikan downtherm A melalui reaktor dalam sebuah
aliran tertutup
: 36,0 KW
: Baja karbon
: 75 %
Power
Bahan
Efisiensi
3.
Nama alat
Kode
Fungsi
Power
Bahan
Efisiensi
: PA tower reflux pumps
: P -1703 A/B
: Memompakan reflux untuk ke proses distilasi maupun
dikembalikan ke puncak menara PA
: 0,50 KW
: Baja karbon
: 65 %
Kompressor Pada Proses Anhidrida Ftalat
1. Nama alat
: Air compressor
Kode
: C -1701
Fungsi
: Menyediakan udara dengan tekanan tinggi
Tipe
: Centrifugal pump.
Power pompa
: 8,25 MW
Power motor
: 9,0 MW
Bahan
: baja karbon
Efisiensi
: 80 %
Alat Penukar Panas (Heat Exchangers)
1. Nama alat
Kode
Fungsi
Q
Tekanan maks.
Luas
Bahan
2. Nama alat
Kode
Fungsi
: Air heater
: E -1701
: Memanaskan udara dengan menggunakan tekanan tinggi uap
penukar panas
: 11,34 MW
: 300 Kpa
: 3.309 m2
: Baja karbon
: O –xylene heater
: E -1702
: Memanaskan dan menguapkan fluida dengan tekanan uap
tinggi
TEKNIK REAKSI KIMIA- PHTHALIC ANHYDRIDE
Page 31
Q
Tekanan maks.
Luas
Bahan
: 2,445 MW
: 300 Kpa
: 301 m2
: Baja karbon
3. Nama alat
Kode
Fungsi
Q
Tekanan maks.
Luas
Bahan
: Dowtherm cooler
: E -1703
: Pendinginan dowtherm
: 54,012 MW
: 800 Kpa
: 2.376 m2
: Baja karbon
4. Nama alat
Kode
Fungsi
Q
Tekanan maks.
Luas
Bahan
: High prressure
: E -1704
: Menurunkan suhu output reaktor dengan tekana