Bab II KAJIAN PUSTAKA (2)

BAB II

DESKRIPSI PROSES

A. Macam-macam Proses Pembuatan Isopropanolamin

Secara umum, isopropanolamin dapat diproduksi melalui beberapa proses, yaitu:

1. Proses aqueous

Prosedur aqueous phase merupakan proses pembuatan isopropanolamin yang ekonomis dan paling aman. Proses ini tanpa menggunakan katalis, namun menggunakan air yang cukup banyak. Reaksi dijalankan pada temperatur 32°C dan tekanan 1 atm dengan rasio mol ammonia : propilen oksida = 5 : 1. Reaksi yang terjadi adalah:

NH3 + C3H6O → C3H9NO

(Amoniak) (PO) (MIPA)

C3H9NO + C3H6O → C6H15NO2

(MIPA) (PO) (DIPA)

C6H15NO2 + C3H6O → C9H21NO3

(DIPA) (PO) (TIPA)

Konversi terhadap propilen oksida adalah sebesar 98,8%, dan distribusi produk yang dihasilkan yaitu monoisopropanolamin 49,3%, diisopropanolamin 45,5%, dan triisopropanolamin 5,2%.

2. Proses anhydrous

Propilen oksida direaksikan dengan ammonia dalam fase cair dengan rasio molar 1:10 sampai 1:80 pada tekanan 40 atm sampai 200 atm dan pada temperatur antara 20°C sampai 250°C. Kondisi operasi yang disarankan dalam proses anhydrous ini adalah pada tekanan 110 atm dan temperatur 150°C, dengan rasio molar propilen oksida dan ammonia 1:40. Konversi propilen oksida sebesar 95%. Ammonia dan propilen oksida dalam storage tank dipompa ke dalam mixer untuk dicampur, kemudian dipompa menuju preheater untuk dipanaskan dari 35°C menjadi 75°C. Campuran ini kemudian diumpankan ke dalam reaktor yang berisi katalis cation exchange resin. Keluaran reaktor yang berisi campuran monoisopropanolamin, diisopropanolamin, triisopropanolamin, dan ammonia yang tidak bereaksi diumpankan ke dalam menara distilasi untuk dipisahkan.

(United States Patent, 1972)

B. Pemilihan Proses

1. Berdasarkan Tinjauan Ekonomi

Tabel 2.1. Harga bahan baku dan produk

Bahan Harga dalam $ Harga dalam Rp.

NH3(l) (Amonia) 385,81/ton 4.728.873,17 /ton MIPA(l)(Monoisopropalamin) 4.000,00/ton 49.028.000,00 /ton DIPA(l) (Diisopropalamin) 3.000,00/ton 36.771.000,00/ton TIPA(l) (Triisopropalamin) 2.100,00/ton 25.739.700,00/ton

a. Proses aqueous

Pada reaksi I menghasilkan produk MIPA Selektivitas:

- MIPA : 49,3 % - DIPA : 45,5 % - TIPA : 5,2 % Konversi PO : 98,8 %

Kapasitas produk : 15.000 ton MIPA tiap tahun

Selektivitas= Massa Produk

Massa PO yang bereaksi

Massa PO yang bereaksi=15.000 .000kg

0,493 =30.425.963kg

Konversi=Massa PO yang bereaksi

Massa PO mula−mula

Massa PO mula−mula=Massa PO yang bereaksi

Konversi =

30.425.963kg 0,988 Massa PO mula−mula=30.795 .510kg

Massa PO yang bersisa = 369.544, 115 kg Mol PO yang bersisa = 6.371, 48 kmol

Selektivitas DIPA= Massa Produk DIPA

Massa PO yang bereaksi

Massa Produk DIPA=Massa PO yang bereaksi x Selektivitas DIPA Massa Produk DIPA=30.425.963kg x0,455=13.843 .813kg

Mol DIPA=104.088,82kmol

Massa Produk TIPA=Massa PO yangbereaksi x Selektivitas TIPA Massa Produk TIPA=30.425 .963kg x0,052=1.582.150kg

Mol TIPA=8.283,51kmol Dengan reaksi I :

NH3 (l) + PO (l) → MIPA (l)

Mula 2.196.988,27 439.399,65

-Bereaksi 312.372,33 312.372,33 312.372,33

Sisa 1.884.625,94 127.027,32 312.372,33

Dengan reaksi II :

MIPA (l) + PO (l) → DIPA (l)

Mula 312.372,33 127.027,32

-Bereaksi 112.372,33 112.372,33 112.372,33

Sisa 200.000 14.654,99 112.372,33

Dengan reaksi III :

DIPA (l) + PO (l) → TIPA (l) Mula 112.372,33 14.654,99

-Bereaksi 8.283,51 8.283,51 8.283,51

Sisa 104.088,82 6.371,48 8.283,51

Bahan baku yang dibutuhkan:

 Mol PO = 439.399,65 kmol

Massa PO yang dibutuhkan untuk menghasilkan 200.000 kmol MIPA = 30.795.510 kg = 30.795,51 ton

Harga PO = 2.202,00 $ /ton x 30.795,51 ton = 67.811.713,02 $

 Mol NH3 mula-mula = 2.196.988,27 kmol

Massa NH3 yang dibutuhkan untuk menghasilkan 200.000 kmol MIPA = mol NH3 x BM NH3

= 2.196.988,27 kmol x 17 kg/kmol = 37.348.971 kg = 37.348,97 ton

Harga NH3 = 385,81 $/ ton x 37.348,97 ton = 14.409.606,12 $

Jumlah harga bahan baku:

= (67.811.713,02 $ + 14.409.606,12 $) = 82.221.319,14 $

 Massa produk MIPA = 15.000.000 kg = 15.000 ton

Harga produk MIPA = 4.000 $/ ton x 15.000 ton = 60.000.000 $

 Massa DIPA yang dihasilkan : Mol DIPA = 104.088,82 kmol

Massa DIPA = 104.088,82 kmol x 133 kg/kmol = 13.843.813,06 kg = 13.843,81 ton

 Massa TIPA = 8.283,51 kmol x 191 kg/kmol = 1.582.150,41 kg = 1.582,15 ton

Harga produk TIPA = 2.100 $/ ton x 1.582,15 ton = 3.322.515,86 $

Jumlah harga produk:

= 60.000.000 $ + 41.531.439,18 $ + 3.322.515,86 $ = 104.853.955 $ Keuntungan per tahun = Harga Produk – Harga Reaktan

= 104.853.955 $ - 82.221.319,14 $ = 22.632.635,86 $

= Rp 282.907.948.300,-b. Proses anhydrous

Pada reaksi I menghasilkan produk MIPA Yield:

- MIPA : 92,4 % - DIPA : 7,4 % - TIPA : 0,2 % Konversi PO : 95%

Kapasitas produk : 15.000 ton MIPA tiap tahun

Mol MIPA=Massa MIPA(kapasitas)

BM

Mol MIPA=15.000 .000kg

Mol DIPA= 0,74

0,924x

(

15.000 .000

133

)

=120,43kmol Mol TIPA=0,002

0,924 x

(

15.000 .000

191

)

=2,27kmol Dengan reaksi I :

NH3 (l) + PO (l) → MIPA (l)

Mula A B

-Bereaksi 200.122,70 200.122,70 200.122,70 Sisa A-200.122,70 B-200.122,70 200.122,70

Dengan reaksi II :

MIPA (l) + PO (l) → DIPA (l)

Mula 200.122,70 B-200.122,70

-Bereaksi 122,70 122,70 122,70

Sisa 200.000 B-200.245,4 122,70

Dengan reaksi III :

DIPA (l) + PO (l) → TIPA (l)

Mula 122,70 B200.245,4

-Bereaksi 2,27 2,27 2,27 Sisa 120,43 B-200.247,67 2,27

 Menentukan Propilen Oksida

PO sisa reaksi = (100% - 95%) x PO umpan B-200.247,67 = 0,05 x B

0,95b = 200.247,67 B = 210.787,02 kmol

 Menentukan NH3 masuk reaktor

A (NH3)umpan = 40 x (PO)umpan

A = 40 x 210.787,02 kmol A = 8.431.480,84 kmol Bahan baku yang dibutuhkan:

 Mol PO = 210.787,02 kmol

Massa PO yang dibutuhkan untuk menghasilkan 200.000 kmol MIPA = mol PO x BM PO

= 210.787,02 kmol x 58 kg/kmol = 12.225.647,16 kg = 12.225,65 ton

Harga PO = 2.202,00 $ /ton x 12.225,65 ton = 26.920.875,05 $

 Mol NH3 mula-mula = 8.431.480,84 kmol

Massa NH3 yang dibutuhkan untuk menghasilkan 200.000 kmol MIPA = mol NH3 x BM NH3

= 8.431.480,84 kmol x 17 kg/kmol = 143.335.174,3 kg = 143.335,17 ton

Harga NH3 = 385,81 $/ ton x 143.335,17 ton = 55.300.143,59 $

Jumlah harga bahan baku:

= (26.920.875,05 $ + 55.300.143,59 $$) = 82.221.018,64 $

 Massa produk MIPA = 15.000.000 kg = 15.000 ton

Harga produk MIPA = 4.000 $/ ton x 15.000 ton = 60.000.000 $

 Massa DIPA yang dihasilkan : Mol DIPA = 120,43 kmol

Massa DIPA = 120,43 kmol x 133 kg/kmol = 16.017,19 kg = 16,02 ton

Harga produk DIPA = 3.000 $/ ton x 16,02 ton = 48.051,57 $

 Massa TIPA = 2,27 kmol x 191 kg/kmol = 433,57 kg = 0,43 ton

Harga produk TIPA = 2.100 $/ ton x 0,43 ton = 910,49 $

Jumlah harga produk:

= 60.000.000 $ + 48.051,57 $ + 910,49 $ = 60.048.962,07 $

Keuntungan per tahun = Harga Produk – Harga Reaktan = 60.048.962,07 $ - 82.221.018,64 $ = - 22.172.056,3 $

Harga reaktan yang dibutuhkan lebih besar daripada harga produk yang dihasilkan maka dapat disimpulkan bahwa tidak ada keuntungan yang didapat (rugi).

2. Berdasarkan Tinjauan Termodinamika  Panas reaksi (∆HR)

Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi (endotermis/eksotermis) dan reaksi berlangsung secara spontan atau tidak. Penentuan sifat reaksi eksotermis atau

T = 330 K

ΔH1 T = 298 K

ΔHR°298

T = 298 K ΔH2

T =330 K

endotermis dapat ditentukan dengan perhitungan panas pembentukan standart (H°f) pada P= 1 atm dan T = 298,15 K. Pada proses pembentukan isopropanolamin terjadi reaksi sebagai berikut:

a. Proses aqueous

Reaksi 1 :

NH3 + PO MIPA

Harga ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat pada Tabel 2.2. sebagai berikut :

Tabel 2.2. Nilai ∆Hf (298) bahan baku dan produk Komponen ∆Hf (298) (J/mol)

NH3(l) -4,57E+04 C3H6O(l) -9,28E+04 C3H9NO(l) -8,38E+04

(Reid and Prauznitz, 1897) ∆HRx = ∆HR + ∆HRx(298)o _{+ ∆Hp}

... (2.6)

∆ H=R

_∑

¿

∫

T1 T2

Cpig

R dT ... (2.7) ∆ H=ΔC pmh x Δt ... (2.8) ΔCpmh

R =A+BTam+ C 3

(

4Tam

2

−T₁T₂

)

+ D T1T2

... (2.9) ΔHRo_{(298) = ΔH}o_{f produk - ΔH}o_{f reaktan ... (2.10)}

∆HR = ∆H1 + ∆HRo _{+ ∆H2}

Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat dihitung dengan persamaan:

Dari persamaan reaksi (2.1) ΔHRo₍₂₉₈o_{K) = ΔHf}o _C3H9NO(

l)- (ΔHfo C3H6O + ΔHfo NH3) = -8,38.104 _{– (-9,28.10}5_+(-4,57.104₎₎

= -6,99.105 _kJ/kmol ∆H1 = ΔC pmh x Δt

ΔC_pmh

R NH3 ¿2,73 + (2,38.10

-2 _{x 301,5) + ((-1,71.10}-5_{/3) x} ((4x301,52_{) -(298x330))) + (( -1,19.10}-8_{) / (298x330))}

ΔC_pmh

R N H3 ¿ 36 J/mol ΔCpmhNH3 = 300 J/mol K

∆ H NH3 ¿ 2097,835 J/mol = 2,098kJ/mol

ΔC_pmh

R C3H6O ¿ -8,46 + (3,26.10

-1 _{x 301,5) + ((1,71.10}-5_{/3) x} ((4x301,52_{) -(298x330))) + ((4,82.10}-8_{) / (298x330))} ΔC_pmh

R C3H6O ¿ 71,8 J/mol ΔCpmh C3H6O = 5,97.102 J/mol K

∆H C3H6O ¿ 4178,723 J/mol = 4,178 kJ/mol

∆H1= ∆ H NH3 +∆ H C3H6O ∆H1 ¿ 2,098kJ/mol + 4,178 kJ/mol ∆H1 ¿ 6,276 kJ/mol

∆H2 = ΔC pmh x Δt ΔC_pmh

R C3H9NO ¿ -7,49 + (4,1.10

-01 _{x 301,5) + ((-2,83. 10}-04_/3) x (( 4 x 301,5 2_{) – (298 x 330)) + (8,35.10} -08_{)/ (298 x} 330)

ΔCpmh

R C3H9NO =92,7 J/mol ΔCpmh C3H9NO = 771 J/mol K

Δ H C3H9NO=¿ -5394,96J/mol = -5,394 kJ/mol

∆HR = ∆H1 + ∆HRo _{+ ∆H2}

∆HR = 6,276 kJ/mol +( -6,99.105 _{kJ/kmol)+ (-5,394 kJ/mol)} ∆HR = -6,99.105 _kJ/mol

Reaksi 2 :

MIPA + PO  DIPA

Harga ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat pada Tabel 2.3 sebagai berikut :

Tabel 2.3. Harga ΔHo_{f Masing-Masing Komponen} Komponen Harga ΔHo_{f (J/mol)}

PO -9,28E+04

MIPA -8,38E+05

Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat dihitung dengan persamaan:

Dari persamaan reaksi (2.1) ΔHRo₍₂₉₈o_{K) = ΔHf}o _C6H15NO(

l)- (ΔHfo C3H6O + ΔHfo C3H9NO) =-9,97.105_{– (-9,28.10}5_+(-8,38.104₎₎

= -6,55.104 _kJ/kmol ∆H1 = ΔC pmh x Δt

ΔC_pmh

R C3H6O ¿ -8,46 + (3,26.10

-1 _{x 301,5) + ((-1,99.10}-4_{/3) x} ((4x301,52_{) -(298x330))) + ((4,82.10}-8_{) / (298x330))} ΔC_pmh

R C3H6O ¿ 71,8 J/mol ΔCpmh C3H6O = 5,97.102 J/mol K

∆H C3H6O ¿ 4170,485 J/mol = 4,170 kJ/mol

ΔC_pmh

R C3H9NO ¿ -7,49 + (4,1.10

-01 _{x 301,5) + ((-2,83. 10}-04_/3) x (( 4 x 301,5 2_{) – (298 x 330)) + (8,35.10} -08_{)/ (298 x} 330)

ΔC_pmh

R C3H9NO =92,9 J/mol ΔCpmh C3H9NO = 772 J/mol K

Δ H C3H9NO=¿ -5406,67J/mol = -5,406 kJ/mol

∆H1= ∆ H C3H6O + ∆ H C3H9NO ∆H1 ¿ 4,170 kJ/mol + -5,406 kJ/mol ∆H1 ¿ 9,577 kJ/mol

∆H2 = ΔC pmh x Δt ΔCpmh

R C6H15NO ¿ -18,4 + (7,16.10

-01 _{x 301,5) + ((-4,39. 10} -04_{/3) x (( 4 x 301,5} 2_{) – (298 x 330)) + (1,09.10} -07_{)/ (298} x 330)

ΔC_pmh

R C6H15NO =157 J/mol ΔCpmh C6H15NO = 1,31.103 J/mol K

Δ H C6H15NO=¿ -9158,46 J/mol = -9,158 kJ/mol

∆HR = ∆H1 + ∆HRo _{+ ∆H2}

∆HR =9,577 kJ/mol +( -6,99.105 _{kJ/kmol)+( -9,158 kJ/mol)} ∆HR = -6,51.104 _kJ/mol

Reaksi 3 :

DIPA + PO  TIPA

Harga ΔHo_{f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat} pada Tabel 2.4. sebagai berikut :

Tabel 2.4. Harga ΔHo_{f Masing-Masing Komponen} Komponen Harga ΔHo_{f (J/mol)}

PO -9,28E+04

DIPA -9,97E+04

Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat dihitung dengan persamaan:

Dari persamaan reaksi (2.1) ΔHRo₍₂₉₈o_{K) = ΔHf}o _C9H21NO3(

l)-(ΔHfo C3H6O +ΔHfo C9H15NO2) =-9,97.104_{– (-9,28.10}5_+(-3,87.104₎₎

= 7,7.104 _kJ/kmol ∆H1 = ΔC pmh x Δt

ΔC_pmh

R C3H6O ¿ -8,46 + (3,26.10

-1 _{x 301,5) + ((-1,99.10}-4_{/3) x} ((4x301,52_{) -(298x330))) + ((4,82.10}-8_{) / (298x330))} ΔC_pmh

R C3H6O ¿ 71,8 J/mol ΔCpmh C3H6O = 5,97.102 J/mol K

∆H C3H6O ¿ 4170,485 J/mol = 4,170 kJ/mol

ΔC_pmh

R C6H15NO ¿ -18,4 + (7,16.10

-01 _{x 301,5) + ((-4,39. 10} -04_{/3) x (( 4 x 301,5} 2_{) – (298 x 330)) + (1,09.10} -07_{)/ (298} x 330)

ΔC_pmh

R C6H15NO =157 J/mol ΔCpmh C6H15NO = 1,31.103 J/mol K

Δ H C6H15NO=¿ -9158,46 J/mol = -9,158 kJ/mol

∆H1= ∆ H C3H6O + ∆ H C6H15NO2 ∆H1 ¿ 4,170 kJ/mol + -9,158 kJ/mol ∆H1 ¿ 13,328 kJ/mol

∆H2 = ΔC pmh x Δt ΔCpmh

R C6H15NO2 ¿ 1,28 + (8,821.10

-01 _{x 301,5) + ((-4,79. 10} -04_{/3) x (( 4 x 301,5} 2_{) – (298 x 330)) + (9,8.10} -08_{)/ (298} x 330)

ΔC_pmh

R C9H21NO3 =2,24.10

2 _J/mol ΔCpmh C9H21NO3 = 1,86.103 J/mol K

Δ H C9H21NO3=¿ -13010,7J/mol = -13,01 kJ/mol

∆HR = ∆H1 + ∆HRo _{+ ∆H2}

∆HR =-13,01 kJ/mol +( -6,99.105 _{kJ/kmol+9,577 kJ/mol)} ∆HR = -1,94.105 _kJ/mol

Karena harga ΔH298.15K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.

b. Proses anhydrous

Reaksi 1 :

NH3 + PO MIPA

Harga ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat pada Tabel 2.5. sebagai berikut :

Tabel 2.5. Nilai ∆Hf (298) bahan baku dan produk Komponen ∆Hf (298) (J/mol)

T = 373K

ΔH1 T = 298 K

ΔHR°298

T = 298 K ΔH2

T =448K C3H6O(l) -9,28E+04

C3H9NO(l) -8,38E+04 C6H15NO2(l) -9,96E+04 C9H21NO3(l) -3,87E+05

(Reid and Prauznitz, 1897)

∆HRx = ∆HR + ∆HRx(298)o _{+ ∆Hp}

... (2.6)

∆ H=R

_∑

¿

∫

T1 T2

Cpig

R dT ... (2.7) ∆ H=ΔC pmh x Δt ... (2.8) ΔC_pmh

R =A+BTam+ C 3

(

4Tam

2

−T₁T₂

)

+ D

T1T2

... (2.9) ΔHRo_{(298) = ΔH}o_{f produk - ΔH}o_{f reaktan ... (2.10)}

∆HR = ∆H1 + ∆HRo _{+ ∆H2}

Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat dihitung dengan persamaan:

Dari persamaan reaksi (2.1) ΔHRo₍₂₉₈o_{K) = ΔHf}o _C3H9NO(

l)- (ΔHfo C3H6O + ΔHfo NH3) = -8,38.104 _{– (-9,28.10}4_+(-4,57.104₎₎

= 5.47.104 _{J/kmol = 54,7 kJ/kmol} ∆H1 = ΔC pmh x Δt

ΔC_pmh

R NH3 ¿2,73 + (2,38.10

-2 _{x 335,5) + ((-1,71.10}-5_{/3) x} ((4x335,52_{) -(298x373))) + (( -1,19.10}-8_{) / (298x373))}

ΔC_pmh

R N H3 ¿ 29,24 J/mol ΔCpmhNH3 = 243,1 J/mol K

∆ H NH3 ¿ -18.232,6 J/mol = -18,23 kJ/mol

ΔC_pmh

R C3H6O ¿ -8,46 + (3,26.10

-1 _{x 335,5) + ((1,71.10}-5_{/3) x} ((4x335,52_{) -(298x373))) + ((4,82.10}-8_{) / (298x373))} ΔC_pmh

R C3H6O ¿ -30,83 J/mol ΔCpmh C3H6O = -256,34J/mol K

∆H C3H6O ¿ 19.225,5 J/mol = 19,23 kJ/mol

∆H1= ∆ H NH3 +∆ H C3H6O ∆H1 ¿ -18,23 kJ/mol + 19,23 kJ/mol ∆H1 ¿ 1 kJ/mol

∆H2 = ΔC pmh x Δt

ΔC_pmh

R C3H9NO ¿ -7,49 + (4,1.10

-01 _{x 335,5) + ((-2,83. 10}-04_/3) x (( 4 x 335,5 2_{) – (298 x 373)) + (8,35.10} -08_{)/ (298 x} 373)

ΔC_pmh

R C3H9NO = -47,16J/mol ΔCpmh C3H9NO = -392,08 J/mol K

∆HR = ∆H1 + ∆HRo _{+ ∆H2}

∆HR = 1 kJ/mol +54,7 kJ/kmol kJ/kmol + (-58,81 kJ/mol) ∆HR = -3,11 kJ/mol

Reaksi 2 :

MIPA + PO  DIPA

Harga ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat pada Tabel 2.3 sebagai berikut :

Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat dihitung dengan persamaan:

Dari persamaan reaksi (2.1) ΔHRo₍₂₉₈o_{K) = ΔHf}o _C6H15NO2(

l)- (ΔHfo C3H6O + ΔHfo C3H9NO) =-9,97.104_{– (-9,28.10}4_+(-8,38.104₎₎

= -276290 J/kmol = -276,29 kJ/kmol

∆H1 = ΔC pmh x Δt

ΔC_pmh

R C3H6O ¿ -8,46 + (3,26.10

-1 _{x 335,5) + ((1,71.10}-5_{/3) x} ((4x335,52_{) -(298x335,5))) + ((4,82.10}-8_{) / (298x335,5))} ΔC_pmh

R C3H6O ¿ -30,83 J/mol ΔCpmh C3H6O = -256,34J/mol K

ΔC_pmh

R C3H9NO ¿ --7,49 + (4,1.10

-01 _{x 335,5) + ((-2,83. 10}-04_/3) x (( 4 x 335,5 2_{) – (298 x 373)) + (8,35.10} -08_{)/ (298 x} 373)

ΔC_pmh

R C3H9NO = -39,25 J/mol ΔCpmh C3H9NO = -326,36 J/mol K

Δ H C3H9NO=¿ -24476,6 J/mol = -24,47 kJ/mol

∆H1= ∆ H C3H6O + ∆ H C3H9NO ∆H1 ¿ 19,23 kJ/mol + -24,47 kJ/mol ∆H1 ¿ 5,24 kJ/mol

∆H2 = ΔC pmh x Δt ΔC_pmh

R C6H15NO2 ¿ -18,4 + (7,16.10

-01 _{x 301,5) + ((-4,39. 10} -04_{/3) x (( 4 x 371} 2_{) – (298 x 448)) + (1,09.10} -07_{)/ (298 x} 448)

ΔC_pmh

R C6H15NO2 = -80,35 J/mol ΔCpmh C6H15NO2 = -668,11 J/mol K

Δ H C6H15NO2=¿ -50108/mol = -50,108 kJ/mol

∆HR = ∆H1 + ∆HRo _{+ ∆H2}

∆HR = 5,24 kJ/mol + (-276,29 kJ/kmol) + (-50,108 kJ/mol) ∆HR = -331,65 kJ/mol

DIPA + PO  TIPA

Harga ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat pada Tabel 2.3 sebagai berikut :

Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat dihitung dengan persamaan:

Dari persamaan reaksi (2.1) ΔHRo₍₂₉₈o_{K) =ΔHf}o _C9H21NO3(

l)-(ΔHfo C3H6O + ΔHfo C6H15NO2) =-3,87.105_{– (-9,28.10}4_+(-9,96.104₎₎

= -579670 J/kmol = -579,67 kJ/kmol ∆H1 = ΔC pmh x Δt

ΔC_pmh

R C3H6O ¿ -8,46 + (3,26.10

-1 _{x 335,5) + ((1,71.10}-5_{/3) x} ((4x335,52_{) -(298x335,5))) + ((4,82.10}-8_{) / (298x335,5))} ΔC_pmh

R C3H6O ¿ -30,83 J/mol ΔCpmh C3H6O = -256,34J/mol K

∆H C3H6O ¿ 19.225,5 J/mol = 19,23 kJ/mol

ΔC_pmh

R C6H15NO2 ¿ -18,4 + (7,16.10

-01 _{x 335,5) + ((-4,39. 10} -04_{/3) x (( 4 x 335,5} 2_{) – (298 x 373)) + (1,09.10} -07_{)/ (298} x 373)

ΔCpmh

R C6H15NO2 = -68,07 J/mol ΔCpmh C6H15NO2 = -565,95 J/mol K

∆H1= ∆ H C3H6O + ∆ H C6H15NO2 ∆H1 ¿ 19,23 kJ/mol + 42,4 kJ/mol ∆H1 ¿ 61,63 kJ/mol

∆H2 = ΔC pmh x Δt ΔC_pmh

R C9H21NO3 ¿ -8,457 + (0,33 x 335,5) + ((-1,98. 10 -04_{/3) x} (( 4 x 335,52_{) – (298 x 448)) + (9,81.10} -08_{)/ (298 x 448)} ΔC_pmh

R C6H15NO2 = -65,49 J/mol ΔCpmh C6H15NO2 = -544,54 J/mol K

Δ H C9H21NO3=¿ -81700 J/mol = -81,7 kJ/mol ∆HR = ∆H1 + ∆HRo _{+ ∆H2}

∆HR 61,63 kJ/mol + (-579,67 kJ/kmol) + (-81,7 kJ/mol) ∆HR = -599,68 kJ/mol

Karena harga ∆HR negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.

 Energi Bebas Gibbs (∆G)

Perhitungan energi bebas gibbs (∆G) digunakan untuk meramalkan arah reaksi kimia cenderung spontan atau tidak. ΔGo _{bernilai positif (+)} menunjukkan bahwa reaksi tersebut tidak dapat berlangsung secara spontan, sehingga dibutuhkan energi tambahan dari luar yang cukup besar. Sedangkan ΔGo _{bernilai negatif (-) menunjukkan bahwa reaksi tersebut} dapat berlangsung secara spontan dan hanya sedikit membutuhkan energi. ΔGo ₍₂₉₈o_{K) = ΔG}o _{produk - ΔG}o _{reaktan ... (2.10)} ΔG = ΔH – TΔS ... (2.11) ΔGoR(T)

=ΔHoRx−T

(

(

ΔH

o

R(298)_−ΔGoR(298)

T₂₉₈

)

+

(

R

∫

_T1 T2

ΔCp R

dT T −R

∫

_T1

T2 ΔCp

R dT

... (2.12)

a. Proses aqueous

Tabel 2.6. Nilai ∆Gf (298) bahan baku dan produk Komponen ∆Hf (298) (J/mol)

NH3(l) -1,62E+04 C3H6O(l) -2,57E+04 C3H9NO(l) -1,08E+05 C6H15NO2(l) -1,15E+05 C9H21NO3(l) -1,33E+05

(Reid and Prauznitz, 1897)

Reaksi 1 :

NH3 + PO MIPA

ΔGo ₍₂₉₈o_{K) = (ΔG}o _C3H9NO(

l) ) - (ΔGo NH3(l) + (ΔGo C3H6O(l)) = (-1,08E+05) – ((-1,62E+04) + (-2,57E+04)) = -6,61E+4 J/mol = -66,1 kJ/kmol

ΔG=(−699)−301,5x

(

(

−699+66,1

298

)

+(4,73+131)

)

¿−40981,26 kJ/kmol

Reaksi 2 :

MIPA + PO  DIPA ΔGo ₍₂₉₈o_{K) =(ΔG}o_C6H15NO2(

l))-(ΔGoC3H9NO(l)+ (ΔGo C3H6O(l)) = (-1,15E+05) – ((-1,08E+05) + (-2,57E+04)) = -1,73E+5 J/mol = -173 kJ/kmol

7,623+63,2

(

−65,5+173

298

)

+(¿) ΔG=(−65,1)−301,5x¿

¿−21526,99 kJ/kmol

Reaksi 3 :

DIPA + PO  TIPA ΔGo ₍₂₉₈o_{K) =(ΔG}o_C9H21NO3(

l))-(ΔGoC6H15NO2(l)+ΔGo C3H6O(l)) = (-1,33E+05) – ((-1,15E+05) + (-2,57E+04)) = -9,18E+4 J/mol = -918 kJ/kmol

−10,67+39,07

(

77+−918

298

)

+(¿) ΔG=(−194)−301,5x¿ ¿−7905,72 kJ/kmol

b. Proses anhydrous

Reaksi 1 :

NH3 + PO MIPA

ΔGo ₍₂₉₈o_{K) = (ΔG}o _C3H9NO(

l) ) - (ΔGo NH3(l) + (ΔGo C3H6O(l)) = (-1,08E+05) – ((-1,62E+04) + (-2,57E+04)) = -6,61E+4 J/mol = -66,1 kJ/kmol

−71,7—378,84

(

−222,36+66,1

298

)

+(¿) ΔG=(−222,36)−373x¿ ¿−794,125 kJ/kmol

Reaksi 2 :

ΔGo ₍₂₉₈o_{K) =(ΔG}o_C6H15NO2(

l))-(ΔGoC3H9NO(l)+ (ΔGo C3H6O(l)) = (-1,15E+05) – ((-1,08E+05) + (-2,57E+04)) = -1,73E+5 J/mol = -173 kJ/kmol

−71,7—378,84

(

−222,36+173

298

)

+(¿) ΔG=(−222,36)−373x¿ ¿−794,125 kJ/kmol

Reaksi 3 :

DIPA + PO  TIPA ΔGo ₍₂₉₈o_{K) =(ΔG}o_C9H21NO3(

l))-(ΔGoC6H15NO2(l)+ΔGo C3H6O(l)) = (-1,33E+05) – ((-1,15E+05) + (-2,57E+04)) = -9,18E+4 J/mol = -918 kJ/kmol

−71,7—277,74

(

−222,36+−918

298

)

+(¿) ΔG=(−579,67)−373x¿

¿−3262,343 kJ/kmol

Tabel 2.7. Perbandingan Proses

Proses

Proses aqueous (Proses I)

Proses anhydrous (Proses II) Langkah

proses

Pembuatan isopropalamin membutuhkan bahan baku amonia dan propilen oksida dengan rasio mol 5:1dan menggunakan air sebagai katalis.

Pembuatan isopropalamin membutuhkan bahan baku amonia dan propilen oksida dengan rasio mol 40:1 dan menggunakan katalis

Kondisi Operasi

P = 1,3 atm T = 32 °C

P = 80 atm T = 140 °C

Konversi 98,8% 95%

Keuntungan Rp

431.305.915.400,-Mengalami kerugian karena membutuhkan ammonia yang banyak yang menyebabkan biaya bahan baku lebih besar dari produknya

Dari Tabel 2.7. dapat dilihat bahwa proses pembuatan isopropanolamin dengan metode aqueous phase adalah proses yang paling baik untuk dipilih. Kelebihan proses ini adalah:

1. Konversi terhadap Propilen Oksida tinggi.

2. Kondisi operasi sangat menguntungkan jika ditinjau dari segi keamanan dan perancangan alat. Reaktor bekerja pada suhu dan tekanan yang mudah dicapai.

3. Biaya investasi dan biaya operasi rendah.

C. Uraian Proses

Proses pembuatan monoisopropanolamin dapat dibagi dalam empat tahap yaitu :

1. Tahap penyimpanan bahan baku 2. Tahap penyiapan bahan baku 3. Tahap pembentukan produk 4. Tahap pemurnian produk

1. Tahap penyimpanan bahan baku

Bahan baku isopropanolamin yaitu amoniak dan propilen oksida disimpan dalam fase cair.

2. Tahap penyiapan bahan baku

Amoniak dari T-01 diumpankan ke mixer (M-01) untuk dicampur dengan air yang berasal dari menara distilasi pertama dan hasil atas separator. Kemudian keluaran mixer didinginkan di HE-01 sebelum diumpankan ke reaktor (R-01). Propilen oksida dari T-02 langsung diumpankan ke dalam reaktor untuk direaksikan dengan amoniak.

3. Tahap pembentukan produk

Di dalam reaktor terjadi reaksi yang bersifat eksotermis dan irreversible sebagai berikut :

NH3 + C3H6O C3H9NO (MIPA)

C3H9NO + C3H6O C6H15NO2 (DIPA)

C6H15NO2 + C3H6O C9H21NO3 (TIPA)

Reaksi terjadi pada fase cair - cair. Amoniak terpecah dan bergabung dengan propilen oksida melalui reaksi ammonolisis membentuk MIPA, DIPA, TIPA dan besarnya konversi propilen oksida mencapai 98,8%. Karena reaksi bersifat eksotermis maka untuk mempertahankan kondisi operasi diperlukan pendingin.

4. Tahap pemurnian produk

Produk reaktor berupa cairan yang terdiri atas amoniak dan propilen oksida yang belum bereaksi, air, monoisopropanolamin, diisopropanolamin, dan triisopropanolamin. Campuran cairan diumpankan

ke dalam heater (HE-02), dipanaskan sehingga keluaran heater akan menjadi campuran dua fase yang kemudian diumpankan ke dalam separator (SP-01) untuk dipisahkan fase uap dan fase cairnya. Hasil atas separator yang terdiri atas amoniak, propilen oksida, dan sebagian air didinginkan dikembalikan ke mixer. Hasil bawah separator dipanaskan di heater (HE-03) lalu diumpankan ke menara distilasi pertama (MD-01) untuk memisahkan air dari produk. Air dan sedikit monoisopropanolamin yang mempunyai titik didih lebih rendah dari diisopropanolamin dan triisopropanolamin akan diperoleh sebagai hasil atas MD-01. Hasil atas dari MD-01 keluar kemudian dikondensasi dalam CD-01 sehingga menjadi cairan dan dikembalikan ke mixer. Sebagian kecil air, sebagian besar monoisopropanolamin serta disopropanolamin, dan triisopropanolamin yang mempunyai titik didih lebih tinggi akan diperoleh sebagai hasil bawah MD-01. Hasil bawah MD-01 kemudian diumpankan ke menara distilasi kedua (MD-02) untuk memisahkan monoisopropanolamin. Hasil atas MD-02 yang terdiri dari air, monoisopropanolamin dan sedikit diisopropanolamin, yang merupakan produk utama lalu didinginkan di dalam HE-04, kemudian disimpan dalam tangki T-03. Hasil bawah MD-02 yang terdiri atas sebagian kecil monoisopropanolamin serta diisopropanolamin dan triisopropanolamin keluar, lalu diumpankan ke menara distilasi ketiga (MD-03) yang berfungsi untuk memisahkan diisopropanolamin dengan triisopropanolamin. Hasil atas MD-03 yaitu diisopropanolamin dan sebagian kecil triisopropanolamin keluar yang merupakan produk

samping, kemudian didinginkan di dalam HE-05 dan disimpan dalam T-04. Hasil bawah MD-03 yaitu triisopropanolamin dan sebagian kecil diisopropanolamin yang juga produk samping, kemudian didinginkan di dalam HE-06 dan disimpan dalam T-05.

7,623+63,2

(

−65,5+173 298

)

+(¿) ΔG=(−65,1)−301,5x¿ ¿−21526,99 kJ/kmol

Reaksi 3 :

DIPA + PO  TIPA

ΔGo ₍₂₉₈o_{K) =(ΔG}o_C

9H21NO3(l))-(ΔGoC6H15NO2(l)+ΔGo C3H6O(l)) = (-1,33E+05) – ((-1,15E+05) + (-2,57E+04)) = -9,18E+4 J/mol = -918 kJ/kmol

−10,67+39,07

(

77+−918 298

)

+(¿) ΔG=(−194)−301,5x¿ ¿−7905,72 kJ/kmol

b. Proses anhydrous

Reaksi 1 :

NH3 + PO MIPA

ΔGo ₍₂₉₈o_{K) = (ΔG}o _C

3H9NO(l) ) - (ΔGo NH3(l) + (ΔGo C3H6O(l)) = (-1,08E+05) – ((-1,62E+04) + (-2,57E+04)) = -6,61E+4 J/mol = -66,1 kJ/kmol

−71,7—378,84

(

−222,36+66,1 298

)

+(¿) ΔG=(−222,36)−373x¿ ¿−794,125 kJ/kmol

Reaksi 2 :

ΔGo ₍₂₉₈o_{K) =(ΔG}o_C

6H15NO2(l))-(ΔGoC3H9NO(l)+ (ΔGo C3H6O(l)) = (-1,15E+05) – ((-1,08E+05) + (-2,57E+04)) = -1,73E+5 J/mol = -173 kJ/kmol

−71,7—378,84

(

−222,36+173 298

)

+(¿) ΔG=(−222,36)−373x¿ ¿−794,125 kJ/kmol

Reaksi 3 :

DIPA + PO  TIPA

ΔGo ₍₂₉₈o_{K) =(ΔG}o_C

9H21NO3(l))-(ΔGoC6H15NO2(l)+ΔGo C3H6O(l)) = (-1,33E+05) – ((-1,15E+05) + (-2,57E+04)) = -9,18E+4 J/mol = -918 kJ/kmol

−71,7—277,74

(

−222,36+−918 298

)

+(¿) ΔG=(−579,67)−373x¿ ¿−3262,343 kJ/kmol

Tabel 2.7. Perbandingan Proses

Proses Proses aqueous (Proses I) Proses anhydrous (Proses II) Langkah proses Pembuatan isopropalamin membutuhkan bahan baku amonia dan propilen oksida dengan rasio mol 5:1dan menggunakan air sebagai katalis.

Pembuatan isopropalamin membutuhkan bahan baku amonia dan propilen oksida dengan rasio mol 40:1 dan menggunakan katalis

Kondisi Operasi

P = 1,3 atm T = 32 °C

P = 80 atm T = 140 °C

Konversi 98,8% 95%

Keuntungan Rp

431.305.915.400,-Mengalami kerugian karena membutuhkan ammonia yang banyak yang menyebabkan biaya bahan baku lebih besar dari produknya

Dari Tabel 2.7. dapat dilihat bahwa proses pembuatan isopropanolamin dengan metode aqueous phase adalah proses yang paling baik untuk dipilih. Kelebihan proses ini adalah:

1. Konversi terhadap Propilen Oksida tinggi.

2. Kondisi operasi sangat menguntungkan jika ditinjau dari segi keamanan dan perancangan alat. Reaktor bekerja pada suhu dan tekanan yang mudah dicapai.

3. Biaya investasi dan biaya operasi rendah.

C. Uraian Proses

Proses pembuatan monoisopropanolamin dapat dibagi dalam empat tahap yaitu :

1. Tahap penyimpanan bahan baku 2. Tahap penyiapan bahan baku 3. Tahap pembentukan produk 4. Tahap pemurnian produk

1. Tahap penyimpanan bahan baku

Bahan baku isopropanolamin yaitu amoniak dan propilen oksida disimpan dalam fase cair.

2. Tahap penyiapan bahan baku

Amoniak dari T-01 diumpankan ke mixer (M-01) untuk dicampur dengan air yang berasal dari menara distilasi pertama dan hasil atas separator. Kemudian keluaran mixer didinginkan di HE-01 sebelum diumpankan ke reaktor (R-01). Propilen oksida dari T-02 langsung diumpankan ke dalam reaktor untuk direaksikan dengan amoniak.

3. Tahap pembentukan produk

Di dalam reaktor terjadi reaksi yang bersifat eksotermis dan irreversible sebagai berikut :

NH3 + C3H6O C3H9NO (MIPA) C3H9NO + C3H6O C6H15NO2 (DIPA) C6H15NO2 + C3H6O C9H21NO3 (TIPA) Reaksi terjadi pada fase cair - cair. Amoniak terpecah dan bergabung dengan propilen oksida melalui reaksi ammonolisis membentuk MIPA, DIPA, TIPA dan besarnya konversi propilen oksida mencapai 98,8%. Karena reaksi bersifat eksotermis maka untuk mempertahankan kondisi operasi diperlukan pendingin.

4. Tahap pemurnian produk

Produk reaktor berupa cairan yang terdiri atas amoniak dan propilen oksida yang belum bereaksi, air, monoisopropanolamin, diisopropanolamin, dan triisopropanolamin. Campuran cairan diumpankan

ke dalam heater (HE-02), dipanaskan sehingga keluaran heater akan menjadi campuran dua fase yang kemudian diumpankan ke dalam separator (SP-01) untuk dipisahkan fase uap dan fase cairnya. Hasil atas separator yang terdiri atas amoniak, propilen oksida, dan sebagian air didinginkan dikembalikan ke mixer. Hasil bawah separator dipanaskan di heater (HE-03) lalu diumpankan ke menara distilasi pertama (MD-01) untuk memisahkan air dari produk. Air dan sedikit monoisopropanolamin yang mempunyai titik didih lebih rendah dari diisopropanolamin dan triisopropanolamin akan diperoleh sebagai hasil atas MD-01. Hasil atas dari MD-01 keluar kemudian dikondensasi dalam CD-01 sehingga menjadi cairan dan dikembalikan ke mixer. Sebagian kecil air, sebagian besar monoisopropanolamin serta disopropanolamin, dan triisopropanolamin yang mempunyai titik didih lebih tinggi akan diperoleh sebagai hasil bawah MD-01. Hasil bawah MD-01 kemudian diumpankan ke menara distilasi kedua (MD-02) untuk memisahkan monoisopropanolamin. Hasil atas MD-02 yang terdiri dari air, monoisopropanolamin dan sedikit diisopropanolamin, yang merupakan produk utama lalu didinginkan di dalam HE-04, kemudian disimpan dalam tangki T-03. Hasil bawah MD-02 yang terdiri atas sebagian kecil monoisopropanolamin serta diisopropanolamin dan triisopropanolamin keluar, lalu diumpankan ke menara distilasi ketiga (MD-03) yang berfungsi untuk memisahkan diisopropanolamin dengan triisopropanolamin. Hasil atas MD-03 yaitu diisopropanolamin dan sebagian kecil triisopropanolamin keluar yang merupakan produk

samping, kemudian didinginkan di dalam HE-05 dan disimpan dalam T-04. Hasil bawah MD-03 yaitu triisopropanolamin dan sebagian kecil diisopropanolamin yang juga produk samping, kemudian didinginkan di dalam HE-06 dan disimpan dalam T-05.