umpan yang akan di-recycle dan produk yang dihasilkan.
produk dan impurities cukup besar, sehingga lebih mudah
dipisahkan dan persentase impurities tidak begitu besar.
Sumber : Dimian Bildea, 2008; Goerg, 1954; Koons, 1956; Kirk dan Othmer, 1949; Kremer Rowbottom, 1962; Nexant, Inc, 1998; Wu, Wang, Chen, 2002
Berdasarkan tabel 2.3 di atas, maka proses pembuatan Acrylonitrile yang dipilih adalah proses Propene Propylene Ammoxidation, karena secara keseluruhan
proses ini lebih sederhana dibandingkan dengan proses Acetylene.
2.6 Deskripsi Proses
Pembuatan Acrylonitrile dari propena dengan proses Ammoxidation dilakukan dalam beberapa tahap, tahapan tersebut adalah:
1. Tahap Persiapan Bahan baku
Bahan baku yang digunakan dalam proses produksi Acrylonitrile adalah gas propena, ammonia, dan udara oksigen. Propena pada tangki penyimpanan
TT-101 yang berada pada fasa cair dengan kondisi tekanan 0,5 bar dan temperatur – 50
°C. Begitu juga dengan Ammonia pada tangki penyimpanan TT- 102 yang berada dalam fasa cair dengan tekanan 0,5 bar dan temperatur – 40
°C. Temperatur penyimpanan propena dan Ammonia dijaga dengan memberikan
serangkaian refrigerasi pada tangki penyimpanan kedua bahan baku tersebut. Selanjutnya, propena cair pada temperatur – 40
°C dan tekanan 0,5 bar dipompakan dengan pompa J-101 ke Heater E-211 hingga mencapai
temperatur 25 °C dan berubah fasa menjadi gas sebelum diumpankan kedalam
reaktor R-201. Begitu juga dengan Ammonia pada temperatur – 30 °C dan
tekanan 0,5 bar dipompakan dengan pompa J-102 ke Heater E-212 hingga temperatur 25
°C dan berubah fasa menjadi gas sebelum diumpankan ke reaktor R-201.
Tabel 2.3 Perbedaan Proses Acetylene dan proses Propene Propylene Ammoxidation
Universitas Sumatera Utara
Udara 21 oksigen pada kondisi temperatur 25 °C dan tekanan 1 bar
dialirkan melewati kompresor JC-103 dan dipanaskan dengan Heater E-213 hingga udara mencapai tekanan 3,5 bar dan temperatur 250
°C.
2. Tahap Reaksi
Acrylonitrile dihasilkan melalui reaksi oksidasi langsung antara propena, ammonia, dan udara oksigen dengan katalis Bismuth-Molybdenum Oxide
Bi
2
O
3
.MoO
3
. Reaksi berlangsung secara eksotermik pada fasa gas di dalam reaktor Fluidized Bed pada temeperatur 450
° dan tekanan 3,5 bar C. Dalam reaktor R-201, umpan propena dan ammonia yang berfasa gas,
masing-masing pada temperatur 25 °C dan tekanan 3,5 bar dikontakkan dengan
udara pada temperatur 250 °C dan tekanan 3,5 bar. Reaksi yang terjadi dalam
reaktor dapat dituliskan sebagai berikut :
Reaksi Utama :
C
3
H
6
g
+ NH
3
g
+
2 3
O
2
g
→ C
3
H
3
N
g
+ 3H
2
O
g
Propena Ammonia Oksigen Acrylonitrile Air
Reaksi Samping :
C
3
H
6
g
+ 3NH
3
g
+ 3O
2
g
→ 3HCN
g
+ 6H
2
O
g
Propena Ammonia Oksigen Asam Sianida Air
Konversi propena dalam reaktor adalah 98 dengan yield sebesar 82. Campuran gas hasil reaksi dari reaktor R-201 pada temperatur 450
°C, selanjutnya dikontakkan dengan BFW di dalam HE E-201 untuk menurunkan
temperatur gas hasil reaksi menjadi 128 °C dan keluaran HE E-201 akan
menghasilkan Saturated Steam 254
o
C, 42,534 bar yang digunakan untuk proses pemanasan alat proses di dalam pabrik. Selanjutnya, gas hasil reaksi
temperaturnya diturunkan kembali menjadi 28 °C dan berubah fasa menjadi cair
dengan Cooler E-101 menggunakan air pendingin pada 28 °C. Campuran gas
pada temperatur 28 °C tersebut dialirkan ke kolom absorbsi. Tekanan operasi
pada kolom absorbsi adalah pada 1,1 bar.
Universitas Sumatera Utara
3. Tahap Pemisahan dan Pemurnian Produk A.
Kolom Absorbsi T-301
Campuran cairan dan gas hasil reaksi dari ekspander JE-201 selanjutnya dialirkan ke bagian bawah kolom absorbsi T-301 dan air akan
dialirkan dari bagian atas kolom absorbsi sebagai absorben. Pada kolom absorbsi T-301, diinginkan pemisahan sebagian besar propena dan nitrogen
dari Crude Acrylonitrile. Sebagian besar gas Acrylonitrile, ammonia, dan HCN akan terlarut dan diserap oleh air, sedangkan gas-gas yang tidak
terserap oleh air, yaitu nitrogen dan propena akan keluar pada bagian atas kolom absorbsi T-301 dan dialirkan menggunakan Blower G-301 sebagai
off-gas pada temperatur 28 °C.
Selanjutnya, produk bottom kolom absorbsi T-301 dialirkan menggunakan pompa J-301 kedalam reaktor Mixed Flow R-301 untuk
mencampurkan produk bottom dari kolom absorbsi T-301 dengan larutan asam sulfat H
2
SO
4
40 yang dipompakan dengan pompa J-302 dari tangki penyimpanan H
2
SO
4
40 TT- 103 pada temperatur 25 °C agar
Ammonia berlebih yang ada di dalam produk dapat dipisahkan, setelah H
2
SO
4
dan Ammonia bereaksi membentuk senyawa ammonium sulfat [NH
4 2
SO
4
]. Senyawa NH
4 2
SO
4
akan terpisah dari produk setelah melewati proses pemurnian pada kolom distilasi.
Reaksi : H
2
SO
4
l
+ 2NH
3
g
→ NH
4 2
SO
4
s
Asam Sulfat Ammonia Ammonium Sulfat
B. Distilasi T-311
Produk dari reaktor Mixed Flow R-301, berupa HCN, Acrylonitrile, air, dan senyawa NH
4 2
SO
4
pada temperatur 50 °C, selanjutnya dialirkan ke
Heater E-214 untuk dipanaskan sebelum diumpankan ke kolom distilasi T-311 menggunakan pompa J-303 untuk memisahkan produk
Acrylonitrile dan HCN dari air dan senyawa impurities dengan tekanan operasi sebesar 1,1 bar.
Gas yang keluar dari bagian atas kolom distilasi didinginkan dengan kondensor E-102 menggunakan air pendingin pada temperatur 28
°C dan
Universitas Sumatera Utara
ditampung pada Reflux Drum D-301. Selanjutnya, distilat dari Reflux Drum D-301 dialirkan ke Splitter SP-301 untuk membagi aliran produk distilat.
Sebagian produk distilat akan dialirkan ke kolom distilasi T-312 menggunakan pompa J-305 dan sebagian lagi di-reflux ke kolom distilasi
T-311 menggunakan pompa J-304 dengan reflux ratio 1,5. Produk bottom dialirkan menggunakan pompa J-306 ke Reboiler parsial E-215 untuk
dididihkan. Sebagian produk bottom akan diumpankan kembali ke kolom distilasi T-311 dan sebagian lagi dialirkan ke Cooler E-104 menggunakan
air pendingin 28 °C untuk menurunkan temperaturnya menjadi 30 °C
sebelum dialirkan dengan pompa J-307 ke pengolahan limbah cair.
C. Kolom Distilasi T-312
Distilat dari kolom distilasi T-311 dialirkan ke kolom distilasi T- 312 untuk memurnikan produk samping, yaitu HCN dari Crude Acrylonitrile
dengan tekanan operasi sebesar 1,1 bar. Gas yang keluar dari bagian atas kolom distilasi akan didinginkan dengan kondensor E-105 menggunakan air
pendingin pada temperatur 28 °C dan ditampung pada Reflux Drum D-302.
Selanjutnya, distilat dari Reflux Drum D-302 dialirkan ke splitter SP-302 untuk membagi aliran distilat. Sebagian produk distilat, yaitu HCN,
Acrylonitrile, propena, dan air dialirkan ke tangki penyimpanan produk HCN TT-302 menggunakan pompa J-309. Sebagian lagi di-reflux ke kolom
distilasi T-312 menggunakan pompa J-308 dengan reflux ratio 1,5. Produk bottom, yaitu berupa Crude Acrylonitrile dialirkan ke Reboiler parsial E-
216 menggunakan pompa J-310 untuk dididihkan dan diumpankan kembali ke kolom distilasi T-312 dan sebagian lagi dipompakan dengan pompa J-
311 ke kolom distilasi T-313. Distilat pada kolom distilasi T-312, terdiri dari propena, HCN,
Acrylonitrile, dan uap air. Produk bottom, terdiri dari propena, HCN, Acrylonitrile, dan air.
Universitas Sumatera Utara
D. Kolom Distilasi T-313
Produk bottom dari kolom distilasi T-312, berupa Crude Acrylonitrile akan dimurnikan di kolom distilasi T-313 untuk memisahkan
Acrylonitrile dari heavy impurities-nya dengan tekanan operasi 1,1 bar. Gas yang keluar dari bagian atas kolom distilasi akan didinginkan dengan
kondensor E-106 menggunakan air pada temperatur 28 °C dan ditampung
pada Reflux Drum D-303. Selanjutnya, distilat dari Reflux Drum D-303 dialirkan ke Splitter SP-303 untuk membagi aliran distilat. Sebagian produk
distilat, yaitu Acrylonitrile, propena, HCN, dan air dialirkan ke tangki penyimpanan produk Acrylonitrile TT-301 menggunakan pompa J-313.
Sebagian lagi di-reflux ke kolom distilasi T-312 menggunakan pompa J- 312 dengan reflux ratio 1,5. Produk bottom dialirkan ke Reboiler parsial E-
217 menggunakan pompa J-314 untuk dididihkan dan diumpankan kembali ke kolom distilasi T-313. Sebagian lagi aliran lagi, dialirkan ke
Cooler E-108 menggunakan air 28 °C untuk didinginkan hingga temperatur
25 °C sebelum dialirkan ke pengolahan limbah cair dengan pompa J-315.
Distilat pada kolom distilasi T-313, terdiri dari propena, HCN, Acrylonitrile, dan air. Produk bottom, terdiri dari Acrylonitrile dan air.
4. Tahap Finishing
Tahap ini adalah tahap penyimpanan produk setelah selesai dari tahap pemurnian. Produk Acrylonitrile yang diperoleh sebagai distilat kolom distilasi
T-313 sebelum disimpan pada tangki penyimpanan T-302, terlebih dahulu temperaturnya diturunkan menjadi 25
°C dengan Cooler E-107 menggunakan air 28
°C dan selanjutnya Acrylonitrile dialirkan ke tangki penyimpanan TT- 301 menggunakan pompa J-313.
Produk samping, yaitu asam sianida HCN yang merupakan distilat kolom distilasi T-312, dialirkan ke tangki penyimpanan TT-302 menggunakan
pompa J-309. Kondisi penyimpanan HCN adalah pada temperatur 25 °C,
sehingga terlebih dahulu temperaturnya diturunkan menjadi 25 °C dengan
Cooler E-301.
Universitas Sumatera Utara
Udara Off-Gas
Ke Unit Pengolahan Air Limbah Air Pendingin Keluar 68
o
C Kondensat 254
o
C Dowtherm J
Air Proses
E-215 E-216
D-301
E-217 E-106
J-304 J-308
J-312
Saturated Steam 4253,4 kPa, 254
o
C
Dowtherm J Bekas Air Pendingin 28
C
1 2
3 4
5 6
8
9 10
11
12 13
14 15
16 17
18 19
21
22 23
24 25
26 27
28 29
31
32 34
35 36
37 38
40
41 42
43 44
30 FC
7 20
D-302
33 FC
D-303 39
TT-103 J-302
J-102 J-101
JC-101 E-213
E-211 E-212
R-201 E-201
J-201 G-301
E-101
J-301 T-301
J-303 E-214
T-311 E-102
SP-301
J-306 E-104
J-307 J-305
E-103 E-105
T-312 SP-302
J-310 J-311
E-109 J-309
T-313 SP-303
J-314 J-315
E-107 J-313
E-108 FC
FC PC
TC TC
TC TC
TC TC
TC TC
TC TC
TC TC
TC
TC TC
TC TC
PI
FC FC
PC
FC PI
PI FC
FC LC
FC
FC PI
PI FC
FC LC
FC PI
PI FC
FC FC
L C
FC
Saturated Steam 6041,5 kPa, 276
o
C
TT-102 TT-101
LI TC
TC LI
LI PI
TT-101 TC
LC LC
R-301 TC
TT-302
TT-301 LI
LI
R-201
No.
1. 2.
3. 4.
5. 6.
7. 8.
9.
10. 11.
12. 13.
14. 15.
16. 17.
18. 19.
20. 21.
22. 23.
24. 25.
26. 27.
Kode
TT-101 TT-102
TT-103 J-101
J-102 J-302
JC-101 E-211
E-212 E-213
R-201 E-201
E-101
J-201 G-301
J-301 T-301
R-301 J-303
E-214 E-102
D-301 SP-301
J-304 T-311
J-306 E-215
Keterangan
Tangki Penyimpanan Propena Tangki Penyimpanan Ammonia
Tangki Penyimpanan Asam Sulfat Pompa
Pompa Pompa
Kompresor Heater
Heater Heater
Reaktor Fluidized Bed Waste Heat Boiler WHB
Cooler Pompa
Blower Pompa
Kolom Absorpsi Reaktor Mixed Flow
Pompa Heater
Kondensor Reflux Drum
Splitter Pompa
Kolom Distilasi Pompa
Reboiler
No.
28. 29.
30. 31.
32. 33.
34. 35.
36. 37.
38. 39.
40. 41.
42. 43.
44. 45.
46. 47.
48. 49.
50. 51.
52. 53.
54.
Kode
E-104 J-307
J-305 E-103
T-312 E-105
D-302 SP-302
J-308 J-310
E-216 J-311
J-309 T-313
E-106 D-303
SP-303 J-312
J-313 J-314
E-217 J-315
E-107 E-108
E-109 TT-301
E-215
Keterangan
Cooler Pompa
Pompa Cooler
Kolom Distilasi Kondensor
Reflux Drum Splitter
Pompa Pompa
Reboiler Pompa
Pompa Kolom Distilasi
Kondensor Reflux Drum
Splitter Pompa
Pompa Pompa
Reboiler Pompa
Cooler Cooler
Cooler Tangki Penyimpanan Acrylonitrile
Tangki Penyimpanan Asam Sianida
Universitas Sumatera Utara
BAB III NERACA MASSA
Dari perhitungan neraca massa dengan basis 1000 moljam Propena didapatkan produk Acrylonitrile sebanyak 6,2061 kgjam, sehingga faktor pengali scale up
untuk memproduksi 7000 tontahun Acrylonitrile adalah : Basis perhitungan
: 1 jam operasi Waktu bekerja tahun : 330 hari
Satuan operasi : kgjam
Kapasitas produksi = 7.000 tontahun Kapasitas tiap jam =
ton 1
kg 1000
jam 24
hari 1
hari 330
tahun 1
tahun ton
7000 ×
× ×
= 883,8383 jam
kg
Faktor scale-up =
kgjam 2061
, 6
kgjam 8383
, 883
= 142,4139
3.1 Reaktor Fluidized Bed R-201
Tabel 3.1 Neraca Massa Reaktor
Fluidized Bed
R-201 Komponen
Alur Masuk Alur Keluar
Alur 1 Alur 2
Alur 3 Alur 7
F kgjam F kgjam
F kgjam F kgjam
N
2
- -
29.926,8518 29.926,8518
O
2
- -
9.091,7018 -
C
3
H
6
5.981,3828 -
- 119,6277
NH
3
- 2.905,2431
- 532,6279
HCN -
- -
2.034,8664 C
3
H
3
N -
- -
6.065,5209 H
2
O -
- -
8.893,1199 H
2
SO
4
- -
- -
NH
4 2
SO
4
- -
- -
Total 47.572,6145
47.572,6145
Universitas Sumatera Utara