Deskripsi Proses TINJAUAN PUSTAKA

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