TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK ETILBENZENA DARI ETILEN DAN BENZENA DENGAN PROSES MOBIL-BADGER KAPASITAS 120.000 TONTAHUN

PRARANCANGAN PABRIK ETILBENZENA DARI ETILEN DAN BENZENA DENGAN PROSES MOBIL-BADGER KAPASITAS 120.000 TON/TAHUN

Oleh :

Diah Kusumastuti I 0508005

Fhariest Chrissanto Putra I 0508043 JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

2012

commit to user

commit to user

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur kepada Allah SWT, hanya karena rahmat dan ridho-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul ”Prarancangan Pabrik Etilbenzena dari Etilen dan Benzena dengan Proses Mobil-Badger Kapasitas 120.000 T on/Tahun”.

Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun spiritual dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Dr. Sunu Herwi Pranolo selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

2. Endang Kwartiningsih, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I dan Bregas S. T. Sembodo, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing II, atas bimbingan dan bantuannya dalam penulisan tugas akhir

3. Inayati S.T., M.T., Ph.D. selaku Pembimbing Akademik

4. Kedua Orang tua dan keluarga atas dukungan doa, materi dan semangat yang senantiasa diberikan tanpa kenal lelah

5. Teman - teman mahasiswa Teknik Kimia FT UNS khususnya angkatan 2008

Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini belum sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis dan pembaca sekalian.

Surakarta, Juli 2012

Penulis

commit to user

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Grafik Impor Etilbenzena di Indonesia .......................................

Gambar 1.2 Pemilihan Lokasi Pabrik .............................................................

Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif ............................................................... 31 Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif ............................................................. 32 Gambar 2.3 Diagram Alir Proses .................................................................... 33 Gambar 2.4 Layout Pabrik .............................................................................. 49 Gambar 2.5 Layout Peralatan Proses .............................................................. 50 Gambar 4.1 Diagram Alir Pengolahan Air...................................................... 80 Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Etilbenzena ...................................... 105 Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index ............................................... 125 Gambar 6.2 Grafik Analisa Kelayakan .......................................................... 135

commit to user

INTISARI

Diah Kusumastuti dan Fhariest Chrissanto Putra, 2012, Prarancangan Pabrik Etilbenzena dari Etilen dan Benzena dengan Proses Mobil-Badger, Kapasitas 120.000 Ton/Tahun, Program studi S1 Reguler, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta

Etilbenzena merupakan bahan intermediate yang digunakan untuk proses pembuatan Styrene Monomer. Proses pembuatan etilbenzena dengan proses Mobil-Badger adalah proses pembuatan etilbenzena menggunakan bahan baku benzena dan etilen dengan katalis zeolit tipe AB-97. Prarancangan pabrik etilbenzena kapasitas 120.000 ton/tahun dengan bahan baku benzena 88.926 ton/tahun dan etilen 31.793 ton/tahun. Pabrik direncanakan berdiri di Cilegon, Jawa Barat pada tahun 2016 dan beroperasi pada tahun 2017.

Reaksi pembentukan etilbenzena dari benzena dan etilen melalui proses alkilasi dan transalkilasi fase gas-gas dengan katalis padat. Reaksi alkilasi berlangsung di reaktor fixed bed pada suhu 350°C ~ 449°C dan tekanan 16,4 atm. Reaksi transalkilasi berlangsung di reaktor fixed bed pada suhu 420°C ~ 452°C dan tekanan 6 atm. Produk yang dihasilkan adalah etilbenzena dengan kadar etilbenzena sebesar 99,5%. Tahapan proses meliputi persiapan bahan baku, pembentukan etilbenzena di dalam reaktor, dan pemurnian produk. Pemurnian produk dilakukan di dalam menara distilasi.

Unit pendukung proses pabrik meliputi unit kebutuhan air, steam, udara tekan, tenaga listrik dan bahan bakar. Pabrik juga didukung laboratorium yang mengontrol mutu bahan baku dan produk sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan. Selain itu terdapat unit pengolahan limbah yang menangani limbah baik padat, cair, maupun gas yang dihasilkan dari proses produksi.

Bentuk perusahaan adalah Perseroan Terbatas (PT) dengan struktur organisasi line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non-shift .

Dari hasil analisis ekonomi diperoleh, ROI (Return on Investment) sebelum dan sesudah pajak sebesar 40,84% dan 32,67%, POT (Pay Out Time) sebelum dan sesudah pajak selama 1,97 dan 2,34 tahun, BEP (Break Event Point) 58,54% dan SDP 44,33%. Sedangkan DCF (Discounted Cash Flow) sebesar 18,36%. Jadi dari segi ekonomi pabrik tersebut layak untuk didirikan.

commit to user

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Industri petrokimia di Indonesia dewasa ini terus berkembang secara meluas dan terintegrasi. Perkembangan industri dan juga bahan setengah jadi yang pesat selama ini merupakan faktor pendorong dibangunnya unit-unit industri. Dengan demikian, baik penyediaan maupun kebutuhan akan bahan baku di dalam industri petrokimia akan selalu saling berkaitan.

Etilbenzena dengan rumus kimia (C 6 H 5 ) –C 2 H 5 merupakan cairan yang

jernih dan tidak berwarna serta memiliki bau yang khas. Etilbenzena merupakan senyawa intermediate pada proses pembuatan styrene monomer. Sekitar 85% konsumsi etilbenzena dunia adalah untuk pembuatan styrene monomer. Styrene Monomer sendiri merupakan bahan baku Polystyrene, Styrene Butadiene Rubber,Unsaturated Poliester Resin (UPR) dan Styrene Acrylonitril Polimer (SAP) yang banyak digunakan untuk industri plastik dan industri otomotif.

Kebutuhan Etilbenzena dalam negeri dan luar negeri terus meningkat setiap tahunnya. Kebutuhan etilbenzena dunia meningkat 2,9% per tahun. Pemenuhan kebutuhan dalam negeri saat ini dipenuhi dari PT Styrindo Mono Indonesia dan sebagian kecil dengan cara impor. Oleh karena itu pabrik etilbenzena ini perlu didirikan di Indonesia untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri maupun diekspor untuk meningkatkan devisa negara, membuka lapangan kerja baru untuk penduduk di sekitar wilayah yang didirikan, serta mendorong berdirinya industri-industri yang menggunakan bahan baku etilbenzena.

commit to user

1.2 Kapasitas Perancangan

Pemilihan kapasitas pabrik etilbenzena ini didasarkan dari beberapa pertimbangan, yaitu:

1. Proyeksi Kebutuhan Etilbenzena di Indonesia Berdasarkan data yang diperoleh dari UNdata record view, kebutuhan

etilbenzena di Indonesia dari tahun 2006 sampai dengan tahun 2010 adalah sebagai berikut :

Tabel 1.1 Perkembangan ImporEtilbenzenaTahun 2006-2010

No. Tahun

Impor (Kg/Tahun)

(United Nations Statistics Division, 2011)

Gambar 1.1 Grafik ImporEtilbenzena di Indonesia

y = 18.980x - 38.079.346

R² = 0,468

20000

40000

60000

80000

100000

120000

2006

2007

2008

2009

2010

ebutuha

n(

g /t

a hu

n)

Tahun

commit to user

Dari Tabel 1.1 di atas dapat dilihat bahwa secara umum permintaan etilbenzena di Indonesia masih cenderung fluktuatif. Kebutuhan utama etilbenzena dalam negeri saat ini disuplai oleh PT. Styrindo Mono Indonesia dengan kapasitas produksi 340.000 ton/tahun.

Untuk mengetahui kebutuhan pada tahun 2017, dilakukan regresi dari data yang ada pada Tabel 1.1, didapatkan persamaan seperti pada Gambar 1.1 :

y = 18.980x –38.079.346 dengan y = jumlah impor etilbenzena x = tahun ke-n Pada perancangan pabrik etilbenzena yang direncanakan akan didirikan dan berproduksi di Indonesia pada tahun 2017, maka dari persamaan empiris hubungan antara kapasitas dan tahun diperoleh kebutuhan etilbenzena pada tahun 2017 adalah sebesar 203.314 kg (≈ 203,314 ton).

2. Kebutuhan Etilbenzena Dunia Berdasarkan data yang diperoleh dari Chemical Economics Handbook –

SRI Consulting , kebutuhan global etilbenzena terus berkembang mencapai 2,9% per tahun. Kebutuhan etilbenzena pada 2013diperkirakan sejumlah 31.700.000 ton. Dengan kenaikan yang dianggap konstan, kebutuhan etilbenzena dunia pada tahun 2017 akan mencapai 35.540.000 ton.

Di Eropa, kebutuhan akan terus berkembang mencapai 3%~4% per tahun. Untuk kebutuhan Asia, diperkirakan akan meningkat hingga 3,5% per tahun mencapai 15.880.000 ton (Davis, 2009).

commit to user

3. Ketersediaan Bahan Baku Bahan baku untuk memproduksi etilbenzena adalah benzena dan etilen.

Benzena didapatkan dari Pertamina UP IV Cilacap yang memproduksi benzena sebesar 110.000 ton/tahun dan PT Trans-Pasific Petrochemical Indotama Tubansebesar 300.000 ton/tahun. Bahan baku etilen didapatkan dari PT. Chandra Asri yang memproduksi etilen sebesar 600.000 ton/tahun. Dari kapasitas produksi tersebut, kebutuhan bahan baku pabrik etilbenzena berupa benzena dan etilen dapat terpenuhi.

4. Kapasitas Produksi Minimum Data kapasitas pabrik penghasiletilbenzena telah beroperasi di Dunia dapat

dilihat pada tabel 1.2.

Tabel 1.2 Pabrik Penghasil Etilbenzena

No Pabrik

Lokasi

Kapasitas (ton/tahun)

1. Pars Petrochemical

Iran

645.000

2. Chevron Phillips

Saudi Arabia

850.000

3. Petrochina Daqing Petrochemical Co. China 105.000

4. Chevron Phillips Chemical

USA

131.000

5. PT Styrindo Mono Indonesia

Indonesia

Plant 1 = 100.000 Plant 2 = 240.000

6. Idemitsu SM

Malaysia

228.000 (Davis, 2009)

commit to user

Pabrik direncanakan akan beroperasi pada tahun 2017 dengan kapasitas 120.000 ton/tahun. Kapasitas ini ditentukan sesuai dengan kapasitas minimal pabrik yang sudah berdiri menggunakan proses Mobil-Badger dan dapat memberikan keuntungan yaitu 105.000 ton/tahun.

Selain itu pada tahun 2007, PKN Orlen dan SYNTHOS mengadakan kerja sama untuk mendirikan pabrik etilbenzena di Polandia dengan kapasitas 120.000 ton/tahun. Penentuan kapasitas ini didasarkan pada kebutuhan etilbenzena di Polandia. Namun pada Maret 2009 terjadi pembatalan perjanjian pembangunan antara kedua belah pihak dikarenakan masalah ekonomi. Hal ini membuat Polandia masih terus bergantung pada impor untuk memenuhi kebutuhan etilbenzenanya.

Oleh karena itu diharapkan dengan kapasitas 120.000 ton/tahun, pabrik akan dapat memenuhi kekurangan dari total kebutuhan etilbenzena di Indonesia dan memenuhi kebutuhan etilbenzena di Polandia.

Hasil produksi direncanakan akan di ekspor ke Negara Polandia dan China sehingga dapat menambah devisa negara. Kebutuhan etilbenzena di Negara Polandia dan China dapat dilihat pada tabel 1.3.

commit to user

Tabel 1.3 Data Impor Etilbenzena di Negara Polandia dan China

Negara

Tahun

Impor (Ton) Polandia

(United Nations Statistics Division, 2011)

1.3. Pemilihan Lokasi Pabrik

Lokasi suatu pabrik akan menentukan kedudukan pabrik dalam persaingan maupun penentuan kelangsungan produksinya. Dalam perancangan pabrik etilbenzena ini dipilih lokasi Kawasan Industri Cilegon, Banten. Adapun faktor- faktor yang harus diperhatikan, adalah :

1. Faktor Primer

a. Keberadaan Bahan Baku Bahan baku etilbenzena adalah etilen yang diperoleh dari PT. Chandra Asri yang berlokasi di Cilegon. Benzena yang diperoleh dari Pertamina UP IV Cilacapdan PT Trans-Pasific Petrochemical Indotama Tuban.Letak antara pabrik dan sumber bahan baku yang dekat diharapkan dapat memperlancar proses penyediaan bahan baku.

commit to user

b. Pemasaran Produk dan Sarana Transportasi Produk ditargetkan untuk dipasarkan baik di dalam negeri maupun diekspor ke luar negeri. Untuk kebutuhan dalam negeri produk akan dipasarkan ke beberapa industri cat, antara lain PT. Internasional Paint Indonesia dan PT. Jotun Indonesia. Untuk ekspor ditujukan ke negara China dan Polandia.

Sarana transportasi untuk penyediaan bahan baku dan pemasaran produk dapat dilakukan lewat jalur darat maupun jalur laut. Untuk jalur laut, digunakan Pelabuhan Krakatau Steel Bandar Samudera Cigading, Banten yang jaraknya sekitar ± 10 km dari lokasi pabrik yang direncanakan.

c. Utilitas Dalam hal penyediaan air sudah tersedia di dalam kawasan Industri Cilegon, Banten yang diproduksi oleh PT Krakatau Tirta Industri. Sedangkan untuk kebutuhan energi listrik akan dipenuhi oleh generator listrik milik pabrik dengan daya sebesar 1000 kW.

d. Tenaga Kerja Tersedianya tenaga kerja yang diperlukan baik untuk proses produksi, pemasaran, dan administrasi. Tenaga kerja didapatkan dengan cara memanfaatkan sumber daya manusia yang berada di daerah Jawa Barat dan sekitarnya.

2. Faktor Sekunder

a. Karakteristik Lokasi Karakteristik lokasi adalah menyangkut iklim di daerah tersebut,

commit to user

kemungkinan terjadinya banjir, serta kondisi sosial masyarakat. Kondisi iklim di Cilegon seperti iklim di Indonesia pada umumnya dan tidak membawa pengaruh besar pada proses produksi.

b. Sarana Penunjang Lain Cilegon sebagai kawasan industri yang telah ditetapkan oleh pemerintah sehingga hal-hal yang sangat dibutuhkan dalam kelangsungan proses produksi suatu pabrik telah tersedia dengan baik seperti sarana transportasi, keamanan lingkungan, energi, faktor sosial, serta perluasan pabrik.

Gambar 1.2Pemilihan Lokasi Pabrik

1.4. TINJAUAN PUSTAKA

1.4.1. Macam – macam Proses Pembuatan Etilbenzena

Ada beberapa macam proses utama yang digunakan dalam proses pembuatan etilbenzena, yaitu:

Lokasi Pabrik

Waduk Krakatau Steel

Jalan Raya Anyer

commit to user

1.4.1.1. Proses AlCl 3

Proses ini merupakan proses alkilasi pertama yang dikembangkan untuk memproduksi etilbenzena berdasarkan proses Fiedel-Crafts. Proses ini terjadi

pada fase cair-cair dengan katalis AlCl 3 . Pada proses alkilasi terbentuk hasil

samping berupa dietilbenzena yang nantinya akan direaksikan kembali menjadi etilbenzena melalui reaksi transalkilasi. Reaksi alkilasi lebih cepat dibandingkan dengan transalkilasi sehingga untuk mencapai kondisi optimum keduanya dilakukan dalam dua buah reaktor yang terpisah. Reaksi alkilasi dan transalkilasi dijalankan pada 150 o C ~ 180 o C dan 6 ~ 11 atm. Komposisi aliran utama berupa aromatik cair, gas etilen dan fase cair dari katalis komplek yang mengandung faktor korosif tinggi, sehingga diperlukan pemilihan konstruksi alat yang benar-

benar tepat. Kekorosifan disebabkan oleh promotor dari katalis AlCl 3 yaitu HCl.Yieldyang diperoleh cukup besar yaitu sekitar 99,7%.

Reaksi:

C 6 H 6 + (H 2 C=CH 2 )

   3 AlCl C 6 H 5 C 2 H 5 (1.1)

Benzena Etilen

Etilbenzena

(McKetta, 1984)

1.4.1.2. Proses Alkar

Proses ini dikembangkan oleh UOP dengan katalis BF 3 yang disupport menggunakan Al 2 O 3. Reaksi berlangsung pada fase cair serta tekanan tinggi

mengggunakan reaktor fixed bed. Pada proses Alkar, reaksi alkilasi dijalankan pada suhu operasi 95 o C ~ 150 o C dan tekanan mencapai 35 atm. Sedangkan untuk

reaksi transalkilasi dijalankan pada suhu operasi 180 o

C ~ 230 o

C dan tekanan mencapai 28 atm. Yield yang diperoleh bisa lebih dari 99 %.

commit to user

Reaksi :

C 6 H 6 + (H 2 C=CH 2 )

   3 BF C 6 H 5 C 2 H 5 (1.2)

Benzena Etilen Etilbenzena

(McKetta, 1984) Katalis BF 3 yang digunakan merupakan katalis yang bersifat asam,

sangat beracun, korosif, dan sulit dalam penanganan serta transportasinya (Gerzeliev et al., 2011).

1.4.1.3. Proses Mobil-Badger

Proses ini dikembangkan oleh Mobil Oil Corporation dengan katalis zeolit (ZSM-5) dan berlangsung pada fase gas. Katalis yang dipakai bersifat non korosif, inert terhadap lingkungan, dan memiliki masa aktif yang cukup lama antara 2 ~ 3 tahun. Reaksi pada proses Mobil-Badger adalah sebagai berikut :

C 6 H 6 + (H 2 C=CH 2 )

   5 ZSM C 6 H 5 C 2 H 5 (1.3) Benzena Etilen

Etilbenzena

Kondisi operasi suhu 350 o C ~ 450 o C dan tekanan berkisar antara 8 ~ 28 atm. Benzena dan etilen direaksikan pada reaktor fixed bed. Yield yang dihasilkan mencapai lebih dari 99,5 %. Panas yang dihasilkan dari reaksi cukup besar karena berlangsung pada suhu tinggi sehingga dapat dimanfaatkan kembali untuk pemanas maupun pembuatan steam. Pada proses ini, perbandingan antara etilen dan benzena mencapai 1:7. Hal ini memberikan keuntungan tersendiri karena dapat mengurangi presentase pembentukan dietilbenzena (Kirk and Othmer, 1998).

Kelebihan dan kekurangan dari masing-masing proses pembuatan etilbenzena dapat dilihat pada tabel 1.4.

commit to user

Tabel.1.4 Kelebihan dan kekurangan berbagai proses pembuatan etilbenzena

1. Proses AlCl 3 1. Suhu operasi rendah

antara 150 o

C ~ 180 o C

1. Katalis AlCl 3 - HCl bersifat korosif 2. Memerlukan

proses pemurnian katalis yang kompleks

2. Proses Alkar

1. Suhu operasi rendah

antara 95 o

C ~ 150 o C

1. Katalis BF 3 bersifat asam, beracun, korosif. 2. Memerlukan

proses pemurnian katalis yang kompleks

3. Tidak dapat digunakan untuk

bahan baku dengan impuritas tinggi karena dapat meracuni katalis

3. Proses Mobil-Badger 1. Katalis yang digunakan

merupakan zat yang tidak beracun dan tidak korosif

digunakan kembali 3. Proses sederhana dan tidak

memerlukan

recovery katalis 4. Tidak

menghasilkan

limbah yang berbahaya bagi lingkungan. 5. Dietilbenzena

yang

terbentuk sedikit

1. Suhu operasi tinggi antara 350 o

C ~ 450 o C

commit to user

Pada pendirian pabrik etilbenzena ini dipilih proses Mobil-Badger dengan pertimbangan sebagai berikut :

1. Katalis yang digunakan tidak beracun dan tidak korosif.

2. Panas yang dihasilkan dari reaksi dapat dimanfaatkan kembali untuk pemanasan umpan awal maupun pembuatan steam.

3. Proses sederhana dan tidak memerlukan seleksi recovery katalis.

4. Tidak menghasilkan limbah yang berbahaya bagi lingkungan.

5. Dietilbenzena yang terbentuk sedikit

1.4.2. Kegunaan produk

Etilbenzena merupakan bahan intermediate yang sebagian besarnya digunakan untuk proses produksi Styrene Monomer. Styrene Monomer sendiri merupakan bahan baku dari Polystyrene, Styrene Butadiene Rubber, Styrene Acrylonitril Polymer (SAP), Unsaturated Polyester Resin (UPR) yang banyak digunakan untuk industri polimer dan industri otomotif.

Selain itu sebagian kecil produk etilbenzena digunakan sebagai solvent pada industri cat dan industri karet.

1.4.3. SifatFisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk

1.4.3.1. Bahan baku Benzena (C 6 H 6 )

a. Sifat Fisis :

Rumus Molekul =C 6 H 6 Berat molekul, (g/mol)

= 78,115 Titik leleh, (pada 1 atm), [ o C]

= 5,530

commit to user

Titik didih (pada 1 atm), [ o C] = 80,094

Densitas (pada 25 o C), [g/cm 3 ]

= 0,8736 Tekanan kritis, (atm)

= 48,351 Temperatur kritis, ( o C)

= 289,01

b. Sifat Kimia :

Ada tiga (3) tipe reaksi benzena yang terpenting yaitu :

a. Reaksi subtitusi

Reaksi substitusi benzena biasanya terjadi pada cincin aromatik benzena. Contoh reaksi substitusi yaitu pada konversi klorobenzena menjadi fenol dengan bantuan NaOH pada 400 o C.

Reaksi : C 6 H 5 Cl

C 6 H 5 OH

b. Oksidasi Reaksi yang paling penting adalah oksidasi katalitik Benzena menjadi maleic anhidrid. Sedangkan oksidasi pada fase gas menjadi fenol pada suhu 450-800 o C tanpa adanya katalis.

c. Alkilasi

Beberapa reaksi alkilasi benzena yang dijumpai dalam industri kimia diantaranya:

1) Reaksi alkilasi benzena dengan propilena membentuk cumene baik pada fase gas maupun cair dengan menggunakan katalis BF 3 ataupun

AlCl 3 .

2) Reaksi alkilasi benzena dengan etilena membentuk etilbenzena yang berlangsung pada suhu diatas 370 o C dengan adanya katalis zeolit.

10% NaOH

commit to user

C 6 H 6 + (H 2 C=CH 2 )

C 6 H 5 C 2 H 5 Benzena (g)

Etilen (g) Etilbenzena (g)

(Kirk and Othmer, 1998)

1.4.3.2. Bahan Baku Etilen(C 2 H 2 )

a. Sifat Fisis :

Rumus Molekul = CH 2 = CH 2 Berat molekul, (g/mol)

= 28,0536 Titik didih (pada 1 atm), ( o C)

= -103.71 Titik leleh (pada 1 atm), ( o C)

= -169,15

Densitas, (g/cm 3 )

= 0,214 Tekanan kritis, (atm)

= 49,74 Temperatur kritis, ( o C)

= 9,194

b. Sifat Kimia :

a. Polimerisasi

Etilen dapat bergabung dengan etilen yang lain membentuk molekul yang lebih besar (polimer) dengan cara memutuskan ikatan rangkapnya.

Reaksi : n (H 2 C=CH 2 ) (H 2 C – CH 2 ) n

b. Oksidasi Etilen merupakan bagian dari gugus Alkena, dimana gugus ini dapat dioksidsi menjadi beraneka ragam produk tergantung pada

>370oC, 13 - 27 atm

commit to user

reagensia yang digunakan. Salah satu contohnya adalah reaksi oksidasi etilen menjadi suatu gugus epoksi menggunakan oksigen.

CH 2 = CH 2 + O 2 2 CH CH 2

Etilen Oksigen Etilen oksida

c. Alkilasi

Reaksi alkilasi oleh Friedel Craft sangat efektif untuk mereaksikanetilen dengan benzena menggunakan katalis AlCl 3 . Reaksi : ( H 2 C = CH 2 ) +C 6 H 6 6 C H 5 C 2 H 5

(Kirk and Othmer, 1998)

1.4.3.3. ProdukEtilbenzena (C 8 H 10 )

a. Sifat Fisik :

Rumus Molekul =(C 6 H 5 )-C 2 H 5

Berat molekul, (g/mol) = 106,167 Titik didih (pada 1 atm), [ o C]

= 136,19 Titik leleh (pada 1 atm), [ o C]

= - 94,975

Densitas ( pada 25 o C), [g/cm 3 ]

= 0,8671 Temperatur kritis ( o C)

= 343,05 Tekanan kritis (atm)

= 36,54

Sifat Kimia :

Reaksi yang paling utama dari etilbenzena adalah reaksi dehidrogenasi menghasilkan styrene. Pada reaksi ini digunakan bahan

commit to user

baku etilbenzena dengan kemurnian tinggi. Reaksi etilbenzena menjadi styrene terjadi pada suhu 550 o C~ 680 o C dengan katalis Fe 2 O 3 .

C 6 H 5 CH 2 CH 3 C 6 H 5 CH = CH 2 + H 2

Etilbenzena

Styrene Hidrogen (Kirk and Othmer, 1998)

1.4.4 Tinjauan Proses

Proses pembuatan etilbenzena dari etilen dan benzena termasuk dalam reaksi alkilasi. Reaksi alkilasi adalah penggabungan satu atau lebih gugus alkil ke dalam senyawa hidrokarbon. Proses alkilasi benzena menjadi etilbenzena terdiri dari tiga tahapan, yaitu :

1. Tahap alkilasi, yaitu reaksi alkilasi antara benzena dan etilen

2. Tahap transalkilasi, yaitu konversi dietilbenzena menjadi etilbenzena yang direaksikan kembali dengan benzena melalui reaksi transalkilasi.

3. Tahap pemisahan, yaitu proses pemisahan benzena yang tidak bereaksi, dietilbenzena dan komponen lain dari produk etilbenzena sehingga menghasilkan kemurnian yang diinginkan (Ganji et al., 2004).

Reaksi alkilasi berlangsung pada suhu 350 o

C ~ 450 o Cdan tekanan 8-28 atm . Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

C 6 H 6 (g) + (H 2 C=CH 2 ) (g)

   5 ZSM C 6 H 5 C 2 H 5 (g) (1.4) Benzena Etilen

Etilbenzena

commit to user

Pada reaksi ini terdapat juga reaksi samping berupa pembentukan dietilbenzena. Dietilbenzena kemudian akan direaksikan kembali menjadi etilbenzena melalui reaksi transalkilasi (Kirk and Othmer, 1998).

Reaksi transalkilasi berlangsung pada suhu 420 o C ~ 460 o C dengan reaksi sebagai berikut :

C 6 H 6(g)

+ C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2 (g)

   5 ZSM 2C 6 H 5 C 2 H 5 (g) (1.5) Benzena

Dietilbenzena Etilbenzena

(Lim,1999) Gas keluaran reaktor alkilasi dan transalkilasi kemudian dikondensasikan dan diumpankan ke menara distilasi pertama untuk memisahkan benzena yang tidak bereaksi. Sebelumnya, fraksi hidrokarbon ringan berupa etana dan metana yang merupakan impuritas bahan baku etilen dipisahkan terlebih dahulu dan dapat digunakan sebagai bahan bakar. Hasil atas menara distilasi pertama berupa benzena dialirkan kembali menuju reaktor alkilasi dan transalkilasi untuk direaksikan kembali. Hasil bawah kemudian diumpankan ke menara distilasi kedua untuk pemurnian produk etilbenzena dari dietilbenzena hingga mencapai kadar 99,5% berat. Hasil bawah menara distilasi kedua berupa dietilbenzena kemudian diumpankan ke reaktor transalkilasi untuk direaksikan kembali menjadi etilbenzena (Kirk and Othmer, 1998).

commit to user

BAB II DESKRIPSI PROSES

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

2.1.1. Spesifikasi Bahan Baku

: tidak berwarna

Bau

: khas benzena

Titik didih, [ o C]

: 80,1

Densitas

: 873,7 kg/m 3

Komposisi

a. Benzena

: minimal 99,9 % berat

b. Toluena

: maksimal 0,1 % berat (PT. Pertamina, 2011)

2. Etilen

Wujud : Gas (6,8 atm, 30 o C) Warna

: tidak berwarna

a. Etilen

: minimal 99,5 % mol

b. Metana

: maksimal 0,3 % mol

commit to user

c. Etana

: maksimal 0,2 % mol (PT. Chandra Asri Petro Chemical, 2009)

2.1.2. Spesifikasi Katalis

Jenis

: Zeolit AB-97

Ukuran (diameter)

: 1,5 mm

Bulk density

: 0,6 g/mL

(Sinopec Petrochemical, 2008)

2.1.3. Spesifikasi Produk Etilbenzena

Titik didih,[ o C]

: 136,9

Densitas

: 862,6 kg/m 3

Komposisi

a. Etilbenzena

: minimal 99,5 % berat

b. Benzena

: 0,1%-0,4 % berat

c. Toluena

: 0,1%-0,3 % berat

d. Dietilbenzena

: 200 mg/kg

(Ulmann’s, 2005)

commit to user

2.2. Konsep Proses

2.2.1. Dasar Reaksi

Proses pembuatan etilbenzena dari benzena dan etilen merupakan proses alkilasi benzena pada fase gas yang dilakukan di dalam reaktor fixed bed sehingga menghasilkan produk etilbenzena dengan katalis Zeolit AB-97. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : Reaksi Alkilasi :

C 6 H 6 (g) +C 2 H 4 (g)

C 6 H 5 C 2 H 5 (g)

Reaksi Samping :

C 6 H 5 C 2 H 5 (g) + 2C 2 H 4(g)

C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2 (g)

Reaksi Transalkilasi :

C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2 (g) +C 6 H 6 (g) 2C 6 H 5 C 2 H 5 (g)

2.2.2. Pemakaian Katalis

Katalis yang digunakan adalah zeolit AB-97 yang dapat membantu dalam reaksi alkilasi dan transalkilasi. Alasan penggunaan katalis zeolit AB-97 adalah

karena katalis ini lebih ramah lingkungan dibandingkan katalis AlCl 3 dan BF 3 .

Selain itu, katalis ini tidak terlarut di dalam produk sehingga tidak memerlukan proses pemisahan katalis.

Zeolit AB-97

350-449 o

C, 16,4 atm

Zeolit AB-97

420-452 o

C, 6 atm

350-449 o

C, 16,4 atm

Zeolit AB-97

commit to user

2.2.3. Mekanisme Reaksi

Reaksi pembentukan etilbenzena dengan proses Mobil-Badger adalah termasuk reaksi heterogen yang melibatkan dua fase yaitu reaktan dalam fase gas dan katalis dalam fase padat.

Mekanisme reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

1. Transfer massa reaktan dari badan utama fluida ke permukaan luar katalis (external diffusion)

2. Transfer massa reaktan dari permukaan luar ke permukaan dalam pori – pori katalis (internal diffusion).

3. Adsorbsi reaktan pada permukaan katalis (chemisorbsion).

4. Reaksi pada permukaan katalis.

5. Desorbsi produk reaksi dari permukaan dalam katalis.

6. Transfer massa produk dari permukaan dalam ke permukaan luar katalis.

7. Transfer massa produk dari permukaan luar ke badan utama fluida. Langkah proses nomor 1, 2, 6, 7 sangat cepat dibandingkan langkah nomor 3, 4, 5 sehingga kecepatan reaksi tidak dipengaruhi oleh transfer massa. Jadi langkah yang menentukan adalah reaksi pada permukaan katalis (Fogler, 1999).

Kondisi reaksi pada proses alkilasi benzena dengan suhu tinggi dan katalis AB-97 adalah bahwa etilen yang teradsorbsi akan bereaksi dengan benzena yang teradsorbsi dan etilbenzena yang terbentuk. Reaksi pada permukaan katalis merupakan pengendali reaksi pada proses ini (You and Pan, 2006).

commit to user

2.2.4. Fase Reaksi

Kondisi umpan sebelum masuk reaktor alkilasi maupun reaktor transalkilasi dalam fase gas – gas dengan katalis padat. Reaksi Alkilasi :

C 2 H 4 (g) + C 6 H 6 (g) C 6 H 5 C 2 H 5 (g)

C 6 H 5 C 2 H 5(g) +C 2 H 4 (g)

C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2 (g)

Reaksi transalkilasi :

C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2(g) +C 6 H 6 (g) 2C 6 H 5 C 2 H 5 (g)

2.2.5. Kondisi Operasi

Proses pembuatan etilbenzena terdiri dari reaksi alkilasi dan transalkilasi yang dilakukan dalam dua reaktor fixed bed yang terpisah. Kondisi operasi dalam pembuatan etilbenzena ini dipengaruhi oleh perbandingan mol benzena dan etilen, temperatur, tekanan, dan jenis katalis yang digunakan.

Proses alkilasi benzena menjadi etilbenzena dilakukan pada fase gas dengan tekanan 16,4 atm dan suhu reaksi 350 o C~449 o

C menggunakan katalis

zeolit AB-97. Proses transalkilasi dietilbenzena menjadi etilbenzena dilakukan pada fase gas dengan tekanan 6 atm dan suhu reaksi 420 o C~452 o C menggunakan katalis zeolit AB-97. Hal ini dilakukan dengan melihat pertimbangan pengaruh kondisi suhu dan tekanan yang tinggi di dalam tahapan reaksi heterogen katalitik gas-padat agar reaksi berjalan sempurna. Semakin tinggi tekanan dan temperatur akan menyebabkan kecepatan reaksi bertambah cepat. Selain itu, katalis zeolit AB-97 digunakan agar lebih cepat mengarahkan reaksi bergeser ke kanan dengan

commit to user

konstanta kecepatan reaksi yang tinggi dimana katalis ini aktif pada kondisi suhu dan tekanan tinggi.

2.2.6. Tinjauan Termodinamika

Pada reaksi dipermukaan katalis, terjadi reaksi alkilasi antara etilen dengan benzena menghasilkan etilbenzena. Dengan tinjauan termodinamika, untuk mengetahui reaksi tersebut eksotermis atau endotermis dapat diketahui dari perhitungan ∆H 298 . Reaksi alkilasi : Pembentukan etilbenzena:

C 2 H 4 (g) + C 6 H 6 (g)

6 C H 5 C 2 H 5 (g)

Pada 298 0 C, ∆H o f C 2 H 4 = 52,23 kJ/mol ∆H o f C 6 H 6 = 82,93kJ/mol

∆H o f C 6 H 5 C 2 H 5 = 17,24 kJ/mol

(Yaws, 1999)

∆H o r = ∆H o f C 6 H 5 C 2 H 5 - ( ∆H o f C 2 H 4 + ∆H o f C 6 H 6 )

= 17,24 - ( 82,93+ 52,23 ) = -117,92 kJ/mol

Pembentukan dietilbenzena:

C 6 H 5 C 2 H 5 (g) +C 2 H 4 (g)

C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2 (g)

Pada 298 0 o C, ∆H f C 2 H 4 = 52,23 kJ/mol ∆H o f C 6 H 5 C 2 H 5 = 17,24 kJ/mol

∆H o f C 6 H 5 (C 2 H 5 ) 2 = -22,26 kJ/mol

(Yaws, 1999)

commit to user

∆H o r = ∆H o f C 6 H 5 (C 2 H 5 ) 2 - ( ∆H o f C 2 H 4 + ∆H o f C 6 H 5 C 2 H 5 )

= -22,26 – (17,24 + 52,23) = -91,73 kJ/mol

Reaksi transalkilasi :

C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2(g) +C 6 H 6 (g) 6 2C H 5 C 2 H 5 (g)

Pada 298 0 o C, ∆H f C 6 H 6 = 82,93 kJ/gmol ∆H o f C 6 H 5 (C 2 H 5 ) 2 = -22,26 kJ/gmol ∆H o f C 6 H 5 C 2 H 5 = 17,24 kJ/gmol

(Yaws, 1999) ∆H o r = 2 x ∆H o f C 6 H 5 C 2 H 5 - (∆H o f C 6 H 5 (C 2 H 5 ) 2 + ∆H o f C 6 H 6 )

= 2x (17,24) – (-22,26 + 82,93) = -26,19 kJ/gmol

Karena ∆H yang dihasilkan negatif maka reaksi di atas merupakan reaksi eksotermis.

Dalam tinjauan termodinamika, hubungan antar panas reaksi, suhu dan konstanta kesetimbangan adalah sebagai berikut :

ln 0 RT

H dT

Bila persamaan tersebut diturunkan menjadi :

(Smith and Van Ness,2001)

Sifat reaksi yang reversibel atau irreversibel dapat diketahui dari harga konstanta kestimbangan.

commit to user

Reaksi alkilasi : Pembentukan etilbenzena:

C 2 H 4(g) + C 6 H 6 (g)

6 C H 5 C 2 H 5 (g)

Pada 298 0 C, ∆G o f C 2 H 4 = 68,12 kJ / gmol ∆G o f C 6 H 6 = 129,66 kJ / gmol ∆G o f C 6 H 5 C 2 H 5 = 120,58 kJ / gmol

(Yaws, 1999)

∆G o = ∆G o f C 6 H 5 C 2 H 5 - ( ∆G o f C 2 H 4 + ∆G o f C 6 H 6 ) = 120,58 - ( 68,12 + 129,66 ) = - 77,2 kJ / gmol

 Harga konstanta kesetimbangan pada keadaan standar (T=298 K) ∆G

= - RT ln K

= e - ∆G / RT = e – ( -77200 / 8,314 x 298 ) = 3,41x 10 13

 Harga konstanta kesetimbangan pada keadaan temperatur 723 K ln

Pembentukan dietilbenzena:

C 2 H 4(g)

+C 6 H 5 C 2 H 5(g)

6 C H 4 (C 2 H 5 ) 2 (g)

commit to user

Pada 298 0 C, ∆G o f C 2 H 4 = 68,12 kJ / gmol ∆G o f C 6 H 5 C 2 H 5 = 120,58 kJ / gmol ∆G o f C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2 = 137,86 kJ / gmol

(Yaws, 1999) ∆G o = ∆G o f C 6 H 4 (C 2 H 5 ) - ( ∆G o f C 2 H 4 + ∆G o f C 6 H 5 C 2 H 5 )

= 137,86 - ( 68,12 + 120,58) = - 50,84 kJ / gmol

 Harga konstanta kesetimbangan pada keadaan standar (T=298 K) ∆G

= - RT ln K

= e - ∆G / RT = e

– ( -50840 / 8,314 x 298 )

= 8,16 x 10 9

 Harga konstanta kesetimbangan pada keadaan temperatur 723 K ln

K 723 K 298

∆H R 0

ln K 723 -K 298 = -(-91730)

Reaksi transalkilasi : Pembentukan etilbenzena :

C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2(g) +C 6 H 6 (g) 2C 6 H 5 C 2 H 5 (g)

commit to user

Pada 298 0 C, ∆G o f C 6 H 6 = 129,66 kJ / gmol ∆G o f C 6 H 5 C 2 H 5 = 120,58 kJ / gmol ∆G o f C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2 = 137,86 kJ / gmol

(Yaws, 1999)

∆G o = 2 x ∆G o f C 6 H 5 C 2 H 5 - (∆G o f C 6 H 5 (C 2 H 5 ) 2 + ∆G o f C 6 H 6 )

= 2x (120,58) –(137,86+129,66) = -26,36 kJ/gmol

∆G = - RT ln K 298 K 298 = 4,18 x 10 4

 Harga konstanta kesetimbangan pada keadaan temperatur 743 K ln

Dari perhitungan diatas dapat disimpulkan bahwa reaksi alkilasi dan transalkilasi yang terjadi adalah reaksi searah ke kanan.

2.2.7. Tinjauan Kinetika

Reaksi alkilasi pembuatan etilbenzena merupakan reaksi eksotermis sehingga selama reaksi berlangsung akan terjadi pelepasan panas dan ini akan

commit to user

mempengaruhi kecepatan reaksi. Adapun harga k (konstanta kecepatan reaksi) pada pembuatan etilbenzena dari etilen dan benzena adalah sebagai berikut:

 Reaktor Alkilasi:

C 6 H 6(g) +C 2 H 4 (g)

C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2(g)

Dengan : k 1 =245,3exp(- 48.396 RT) K E =0,457exp( 7.769 RT) k -1 =5,13exp(- 69.641 RT) K B = 6,77 ×10 -3 exp( 12.436 RT)

k 2 =52,41exp(- 45.237 RT) K EB =3,19 ×10 -3 exp( 10.173 RT) k -2 =2,667exp(- 73.491 RT) K DEB =8,58×10 -4 exp( 14.059 RT)

Keterangan : k i = konstanta kecepatan reaksi ke arah produk k -i = konstanta kecepatan reaksi ke arah reaktan

K x = konstanta kesetimbangan adsorpsi i

= nomor reaksi x = Etilen, Benzena, Etilbenzena, Dietilbenzena (You and Pan, 2006)

commit to user

 Reaktor Transalkilasi:

C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2(g) +C 6 H 6 (g) 2C 6 H 5 C 2 H 5 (g)

r=k.pDEB.pB k=5,45 x 10 4 e -24.000 x 4,12 RT

(Lim, 1999)

2.2.8. Perbandingan Mol Reaktan

Pada reaksi alkilasi pembentukan etilbenzena digunakan perbandingan reaktan antara benzena dan etilen adalah sebesar 7 : 1. Umpan benzena dibuat berlebih karena dengan perbandingan tersebut dapat meminimalisir terjadinya reaksi samping yaitu, reaksi pembentukan dietilbenzena.

2.2.9. Reaksi Samping

Reaksi samping yang terjadi pada proses pembentukan etilbenzena adalah reaksi antara umpan etilen dengan etilbenzena yang terbentuk membentuk dietilbenzena :

Reaksi Alkilasi :

C 2 H 4 (g) + C 6 H 6 (g)

6 C H 5 C 2 H 5 (g)

C 6 H 5 C 2 H 5(g) +C 2 H 4 (g)

C 6 H 4 (C 2 H 5 ) 2 (g)

Konversi total etilen pada reaksi ini adalah sebesar 99,7%. Sebanyak 97% etilen bereaksi membentuk etilbenzena dan sisanya, 2,7% bereaksi membentuk dietilbenzena. Untuk meminimalisir pembentukan dietilbenzena, maka digunakan

commit to user

perbandingan umpan benzena yang berlebih sehingga umpan etilen akan lebih cenderung bereaksi dengan umpan benzena daripada etilbenzena yang terbentuk (U.S. Patent 6,252,126 B1).

2.3. Diagram Alir Proses

2.3.1. Diagram Alir Kualitatif

Diagram alir kualitatif dapat dilihat pada gambar 2.1.

2.3.2. Diagram alir Kuantitatif

Diagram alir kuantitatif dapat dilihat pada gambar 2.2.

2.3.3. Diagram alir Proses

Diagram alir proses dapat dilihat pada gambar 2.3.

an .u n s.

c. id

d ig ilib .u n

REAKTOR ALKILASI

MENARA DISTILASI

REAKTOR TRANSALKILASI

KONDENSER

PARSIAL

MENARA DISTILASI

TANGKI BENZENA

ETILENA

TANGKI ETILBENZENA

P = 16,4 atm T = 350 o C

P = 15,9 atm T = 449 o C

Gambar 2.1 Diagram alir Kualitatif

C 6 H 6 C 7 H 8 C 8 H 10

C 10 H 14

P = 6 atm T = 420 o C P = 6 atm T = 420 o C

c. id

d ig ilib .u n

MENARA DISTILASI

REAKTOR TRANSALKILASI

KONDENSER

PARSIAL

MENARA DISTILASI

TANGKI BENZENA

ETILENA

TANGKI ETILBENZENA

Gambar 2.2 Diagram alir Kuanitatif

C 6 H 6 = 11216,87 kg/jam C 7 H 8 = 11,23 kg/jam

CH 4 = 8,61 kg/jam C 2 H 4 = 3998,75 kg/jam C 2 H 6 = 6,89 kg/jam

CH 4 = 8,61 kg/jam C 2 H 4 = 12,00 kg/jam C 2 H 6 = 6,89 kg/jam C 6 H 6 = 67170,50 kg/jam C 7 H 8 = 17,91 kg/jam C 8 H 10 = 14301,98 kg/jam C 10 H 14 = 516,70 kg/jam

CH 4 = 8,61 kg/jam C 2 H 4 = 12,00 kg/jam C 2 H 6 = 6,89 kg/jam C 6 H 6 = 61,50 kg/jam C 7 H 8 = 0,01 kg/jam C 8 H 10 = 1,82 kg/jam C 10 H 14 = 0,01 kg/jam

C 6 H 6 = 67109,00 kg/jam C 7 H 8 = 17,90 kg/jam C 8 H 10 = 4300,16 kg/jam C 10 H 14 = 1516,69 kg/jam

C 6 H 6 = 442,79 kg/jam C 7 H 8 = 0,07 kg/jam C 8 H 10 = 850,63 kg/jam

C 6 H 6 = 442,79 kg/jam C 7 H 8 = 0,07 kg/jam C 8 H 10 = 850,63 kg/jam

C 8 H 10 = 48,02 kg/jam C 10 H 14 = 507,12 kg/jam

C 6 H 6 = 54,97 kg/jam C 7 H 8 = 11,22 kg/jam C 8 H 10 = 15075,76 kg/jam C 10 H 14 = 9,56 kg/jam

C 6 H 6 = 737,98 kg/jam C 7 H 8 = 0,07 kg/jam C 8 H 10 = 0,30 kg/jam

C 6 H 6 = 66758,84 kg/jam C 7 H 8 = 6,68 kg/jam C 8 H 10 = 26,72 kg/jam

commit to user

commit to user

2.3.4. Langkah Proses

Langkah proses pembuatan etilbenzena dapat dikelompokan dalam tiga tahapan proses :

1. Tahap persiapan bahan baku

2. Tahap pembentukan etilbenzena

3. Tahap pemisahan dan pemurnian hasil

2.3.4.1. Tahap Persiapan Bahan Baku

Tahap persiapan bahan baku ini bertujuan untuk mengkondisikan keadaan bahan baku benzena dan gas etilen sehingga siap untuk diumpankan ke dalam reaktor alkilasi.

Bahan baku etilen diperoleh dari PT. Chandra Asri Petro Chemical yang dialirkan langsung pada kondisi 30 o

C, tekanan 6,8 atm. Etilen dinaikkan

tekanannya terlebih dahulu menjadi 16,4 atm menggunakan kompresor (C-01).

Setelah dinaikkan tekanannya, suhu etilen akan naik menjadi 85 o

C, setelah itu suhunya dinaikkan lagi menjadi 171 o

C menggunakan heat exchanger (E-04). Etilen siap diumpankan ke dalam reaktor alkilasi. Benzena disimpan dalam tangki silinder (TT-01) pada suhu 30 o

C dan

tekanan 1 atm dengan kapasitas penyimpanan 30 hari. Umpan segar benzena dicampur dengan recycle benzena dari hasil atas menara distilasi 1 (T-01) yang

bersuhu 82 o

C. Campuran benzena ini mempunyai suhu akhir sebesar 74 o C.

Kemudian menggunakan pompa (J-01) benzena akan dinaikan tekanannya menjadi 16,4 atm. Benzena kemudian dinaikkan suhunnya hingga suhu bubble point , yaitu 209 o Cmenggunakan heat exchanger (E-01). Benzena kemudian

commit to user

diuapkan menggunakan vaporizer 1 (E-02). Uap benzena yang dihasilkan dinaikkan suhunya lagi menggunakan heat exchanger (E-03) hingga suhu 360 o C. Benzena siap diumpankan ke dalam reaktor alkilasi.

2.3.4.2. Tahap Pembentukan Etilbenzena

Tahap pembentukan produk ini bertujuan untuk :

a. Mereaksikan benzena dengan etilen membentuk produk utama etilbenzena dan produk samping dietilbenzena.

b. Mereaksikan dietilbenzena dengan benzena membentuk etilbenzena

c. Memanfaatkan panas keluaran dari tahap pembentukan produk sebagai pemanas benzena di dalam heat exchanger. Benzena dan etilen diumpankan dari tahap persiapan bahan baku menuju bagian puncak reaktor secara kontinyu. Di dalam reaktor alkilasi (R-01) jenis fixed bed yang dioperasikan pada suhu 350 o C dan tekanan 16,4 atm, reaksi terjadi antara benzenadengan etilen membentuk etilbenzenadan reaksi antara etilen sisa dengan etilbenzena membentuk dietilbenzena.

Reaksi alkilasi pada reaktor alkilasi (R-01) bersifat eksotermis sehingga suhu keluaran reaktor akan naik menjadi 449 o

C dan tekanannya akan turun

menjadi 15,9 atm. Sebelum diproses lebih lanjut, produk keluaran reaktor alkilasi (R-01) akan diturunkan tekanannya terlebih dahulu menggunakan throttling valve

hingga tekanan keluaran menjadi 1 atm dan suhunya turun menjadi 444 o

C. Panas

keluaran reaktor yang tinggi dimanfaatkan sebagai media pemanas bahan baku benzena pada heat exchanger (E-01), (E-03). Setelah melewati throttling valve, produk keluaran reaktor alkilasi (R-01) kemudian dilewatkan melalui heat

commit to user

exchanger (E-03), suhu keluarannya turun menjadi sebesar 318 o C.Dari heat exchanger (E-03), keluaran reaktor kemudian dilewatkan heat exchanger (E-01).

Suhu awal masuk media pemanas adalah sebesar 318 o

C dan suhu keluarannya sebesar 173 o C. Sedangkan padareaktor transalkilasi terjadi reaksi antara recyclebenzena dari hasil atas menara distilasi 1 (T-01) dan dietilbenzenadari hasil bawah menara distilasi 2 (T-02) membentuk etilbenzena. Pada reaktor transalkilasi, jenis reaktor yang digunakan adalah fixed bed yang dioperasikan pada suhu 420 o C - 452 o C dan tekanan 6 atm. Sebelum masuk ke reaktor transalkilasi, umpan dietilbenzena dari

hasil bawah menara distilasi 2 (T-02) yang bersuhu 192 o

C dicampur dengan

recycle benzena dari hasil atas menara distilasi 1 (T-01) yang bersuhu 82 o

C. Suhu dari hasil campuran kedua umpan ini adalah sebesar 132 o

C. Kemudian campuran

umpan inidinaikkan tekanannya dari 1 atm menjadi 6 atm menggunakan pompa sentrifugal (J-07). Kemudian campuran umpan ini akan diuapkan menggunakan vaporizer

2 (E-10), dengan suhu masuk sebesar 148 o

C dan suhu keluaran vaporizer 2 (E-10) sebesar 227 o

C. Sebelum masuk ke reaktor transalkilasi (R-02), terlebih dahulu campuran ini dinaikkan suhunya menjadi 420 o

C menggunakan

heat exchanger (E-11). Campuran uap siap diumpankan masuk reaktor transalkilasi (R-02). Reaksi transalkilasi bersifat eksotermis sehingga pada keluaran reaktor transalkilasi (R-02) suhu produk keluaran reaktor akan naik menjadi 452 o C dan tekanannya akan turun menjadi 5,9 atm. Seperti halnya pada reaktor alkilasi (R-01), sebelum diproses lebih lanjut produk keluaran reaktor akan diturunkan tekanannya terlebih dahulu dari 5,9 atm menjadi 1 atm dan

commit to user

suhunya akan turun menjadi 450 o

C. Setelah diturunkan tekanannya, panas produk

keluaran reaktor transalkilasi dimanfaatkan sebagai media pemanasumpan masuk reaktor transalkilasi (R-02). Pemanasan awalumpan masuk reaktor transalkilasi

menggunakan heat exchanger (E-11) dengan suhu masuk 450 o

C dan suhu keluarnya sebesar 264 o

C. Dari heat exchanger (E-11), produk kemudian

dilewatkan melalui heat exchanger (E-12) untuk dikondensasi menjadi suhu 103 o C sehingga dapat dicampur dengan keluaran kondenser parsial (E-05).

2.3.4.3. Tahap Pemisahan dan Pemurnian Hasil

Tahap pemurnian produk ini bertujuan untuk :

a. Memisahkan inertberupa metana, etana dan sisa etilen pada kondenser parsial.

b. Memisahkan sisa benzena dan etilbenzena serta dietilbenzena pada menara distilasi I (T-01). Benzena ini digunakan sebagai recycle pada umpan reaktor alkilasi (R-01) dan umpan pada reaktor transalkilasi (R-02).

c. Memisahkan etilbenzena sebagai hasil atas, dari dietilbenzena pada menara distilasi 2. Dietilbenzena ini digunakan sebagai umpan pada reaktor transalkilasi (R-02).

Produk keluaran reaktor alkilasi (R-01) yang telah dimanfaatkan

panasnya sebagai media pemanas umpan, kemudian akan dikondensasikan menggunakan kondenser parsial (E-05)untuk memisahkan inert yang berupametana, etana dan sisa etilen yang tidak bereaksi. Suhu masuk kondenser parsial (E-05) adalah sebesar 173 o C dan dikondensasikan hingga suhu keluarnya

mencapai 57 o

C. Gas metana, etana dan etilen yang tidak terkondensasi

dikeluarkan melalui vent yang terdapat pada kondensar parsial (E-05). Sedangkan

commit to user

cairan hasil keluaran dari kondenser parsial (E-05) dicampur dengan cairan hasil keluaran dari keluaran kondenser (E-12) untuk diumpankan menuju menara distilasi 1 (T-01).

Umpan masuk pada menara distilasi 1 (T-01) dalam kondisi subcooled yaitu pada suhu 58 o

C dan tekanan 1,2 atm. Hasil atas menara distilasi 1 (T-01)

adalah berupa benzena yang akan digunakan kembalisebagai umpan reaktor alkilasi (R-01) dan sebagai umpan reaktor transalkilasi (R-02). Sedangkan hasil bawah berupa produk etilbenzena dan produk samping dietilbenzena.

Umpan masuk menara distilasi 2 (T-02) dalam kondisi cair jenuh yaitu pada suhu 148 o

C. Hasil atas menara distilasi berupa produk etilbenzena.

Sedangkan hasil bawah berupa produk samping berupa dietilbenzena yang nantinya digunakan sebagai umpan pada reaktor transalkilasi (R-02). Produk etilbenzena dari hasil atas menara distilasi 2 (T-02) sebelum disimpan pada tangki

penyimpanan (TT-02) pada suhu 40 o

C dan tekanan 1 atm, diturunkan dahulu suhunya dengan cara dilewatkan padaheat exchanger (E-13).

2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas

Produk : Etilbenzena 99,5% berat Kapasitas perancangan

: 120.000 ton/tahun Waktu operasi selama 1 tahun

: 330 hari

Waktu operasi selama 1 hari

: 24 jam

commit to user

2.4.1. Neraca massa

Diagram alir neraca massa sistem tabel merujuk pada gambar 2.3.3 Basis perhitungan

: 1 jam operasi

Satuan

: kg

Tabel 2.1 Neraca Massa Tee-01

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

C 6 H 6 11.216,9

66.758,8

77.975,7

C 7 H 8 11,2

Tabel 2.2 Neraca Massa Vaporizer-01

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

C 6 H 6 97.457,6

77.975,7

19481,9

C 7 H 8 25,1

17,9

7,2

C 8 H 10 42,7

26,7

16,0

Jumlah

97525,4

78.020,3

19505,1

97525,4

97525,4

commit to user

Tabel 2.3 Neraca Massa Tee-02

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

C 2 H 4 3.998,8

Tabel 2.4 Neraca Massa Reaktor Alkilasi

Komponen

Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Arus 7

Arus 8

C 2 H 4 3.998,8

C 6 H 6 77.975,7

67.170,5

C 7 H 8 17,9

17,9

C 8 H 10 26,7

14.302,0

C 10 H 14 0,0

516,7

Jumlah

82.034,6

82.034,6

commit to user

Tabel 2.5 Neraca Massa Kondenser Parsial

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

C 2 H 4 12,0

C 6 H 6 67.170,5

61,5

67.109,0

C 7 H 8 17,9

0,0

17,9

C 8 H 10 14.302,0

1,8

14.300,2

C 10 H 14 516,7

Tabel 2.6 Neraca Massa Tee-03

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

C 6 H 6 67.109,0

442,8

67.551,8

C 7 H 8 17,9

0,1

18,0

C 8 H 10 14.300,2

850,6

15.150,8

C 10 H 14 516,7

0,0

516,7

Jumlah

81.943,8

1.293,5

83.237,3

83.237,3

83.237,3

commit to user

Tabel 2.7 Neraca Massa Menara Distilasi-01

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

C 6 H 6 67.551,8

67.496,8

55,0

C 7 H 8 18,0

6,8

11,2

C 8 H 10 15.150,8

27,0

15.123,8

C 10 H 14 516,7

Tabel 2.8 Neraca Massa Menara Distilasi-02

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

C 6 H 6 55,0

55,0

0,0

C 7 H 8 11,2

11,2

0,0

C 8 H 10 15.123,8

15075,8

48,0

C 10 H 14 516,7

Tabel 2.9 Neraca Massa Tee-04

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

C 6 H 6 738,0

0,0

738,0

C 7 H 8 0,1

0,0

0,1

C 8 H 10 0,3

48,0

48,3

C 10 H 14 0,0

507,1

507,1

Jumlah

738,4

555,1

1.293,5

1.293,5

1.293,5

commit to user

Tabel 2.10 Neraca Massa Vaporizer-02

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

C 6 H 6 808,1

C 8 H 10 58,9

48,3

10,6

C 10 H 14 749,7

Tabel 2.11 Neraca Massa Reaktor Transalkilasi

Komponen

Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Arus 20

Arus 22

C 6 H 6 738,0

C 8 H 10 48,3

850,6

C 10 H 14 507,1

Tabel 2.12 Neraca Massa Total

Komponen

Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

Arus 1

Arus 2

Arus 9 Arus 16

C 2 H 4 0,00

3.998,8

12,0 0,00

C 2 H 6 0,00

C 6 H 6 11.216,9

0,00

61,5 55,0

C 7 H 8 11,2

0,00

0,0 11,2

C 8 H 10 0,00

0,00

1,8 15075,8

C 10 H 14 0,00

0,00

0,0 9,6

Jumlah

11.228,1

4.014,3

90,8 15151,6

15242,4

15242,4

commit to user

2.4.2. Neraca Panas

Diagram alir neraca panas sistem tabel Basis perhitungan

: 1 jam operasi

Satuan

: kJ

Tabel 2.13 Neraca Panas Reaktor Alkilasi

Komponen

Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

Arus 7

Q R Arus 8

C 2 H 4 2.678.214,0

11.263,5

C 2 H 6 6.722,9

C 6 H 6 41.421.703,3

50.393.335,7

C 7 H 8 9.940,7

14.020,1

C 8 H 10 15.588,9

Tabel 2.14 Neraca Panas Reaktor Transalkilasi

Komponen

Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

Arus 7

Q reaksi Arus 8

C 6 H 6 504.200,9

334.953,7

C 7 H 8 52,7

58,3

C 8 H 10 36.178,1

704.707,2

C 10 H 14 400.171,2

0,00

Jumlah

940.602,9

99116,3

1.039.719,2

1.039.719,2

1.039.719,2

commit to user

Tabel 2.15 Neraca Panas Menara Distilasi-01

Komponen

Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

Arus 11

Q R Arus 12

Arus 15

C 6 H 6 4.016.611,5

6.990.281,9

12.938,0

C 7 H 8 1.031,5

673,9

2.537,7

C 8 H 10 873.881,9

2.706,6 3.419.945,7

C 10 H 14 33.259,6

Tabel 2.16 Neraca Panas Menara Distilasi-02

Komponen

Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

Arus 15

Q R Arus 16

Arus 17

C 6 H 6 12.938,0

12.102,8

0,0

C 7 H 8 2.537,7

2.374,7

0,0

C 8 H 10 3.419.945,7

3.191.758,4

15.224,7

C 10 H 14 129.811,5

2.250,4

177.885,0

Jumlah

3.565.232,9

7.697.371,7 3.208.486,3

193.109,7 7.861.008,6

11.262.604,6

11.262.604,6

commit to user

Tabel 2.17 Neraca Panas Kondenser Parsial

Komponen

Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam) Q C Arus 8

Q kondensasi

C 2 H 4 1704,98

C 2 H 6 1.420,8 CH 4 1.334,1

C 6 H 6 7.498.559,4

C 7 H 8 2.093,4

C 8 H 10 1.760.765,1

C 10 H 14 67.447,0

Tabel 2.18 Neraca Panas Overall

kJ/jam

Komponen

kJ/jam

Arus Masuk 1

195.643,9 Arus keluar 9

4.003,5 Arus Masuk 2