Proses Pembuatan Stirena Deskripsi Proses

4. Densitas pada 20 °C : 0,9059 gramml 5. Indeks bias : 1,5467 6. Temperatur kritis : 369 °C 7. Tekanan kritis : 3,81 MPa 8. Viskositas pada 20 °C : 0,763 cP 9. Tekanan uap pada 20 °C : 5 mmHg Perry, 1999 Sifat-sifat kimia stirena : 1. Entalpi pembentukan standar pada ΔH f o 298 : –12,456 kJmol 2. Panas penguapan pada 25 °C : 428,44 Jgr. K 3. Reaksi pembentukan stirena : C 6 H 5 CH 2 CH 3 C 6 H 5 CHCH 2 + H 2 etilbenzen stirena hidrogen 4. Reaksi polimerisasi membentuk polystirena terjadi sangat cepat. n C 6 H 5 CHCH 2 C 6 H 5 CHCH 2 n stirena polystirena Wikipedia, 2010

2.4 Proses Pembuatan Stirena

Secara umum terdapat dua proses pembuatan stirena yaitu : 1. Dehidrogenasi Katalitik Dehidrogenasi katalitik adalah reaksi langsung dari etilbenzen menjadi stirena, cara ini adalah proses pembuatan stirena monomer yang banyak dikembangkan dalam produksi komersial. Reaksi terjadi pada fase uap dimana steam melewati katalis padat. Katalis yang digunakan adalah Shell – 105, yang terdiri dari campuran besi sebagai Fe 2 O 3 , kromium sebagai Cr 2 O 3 dan potasium sebagai K 2 CO 3 . Reaksi bersifat endotermis dan merupakan reaksi kesetimbangan. Sedangkan reaktornya dapat bekerja secara adiabatis dan isothermal. Fe 2 O 3 Universitas Sumatera Utara Reaksi yang terjadi : C 6 H 5 CH 2 CH 3 → C 6 H 5 CH = CH 2 + H 2 Yield rendah jika reaksi ini tanpa menggunakan katalis. Temperatur reaktor 580 – 620°C pada tekanan atmosfer. Pada saat kesetimbangan konversi etilbenzen berkisar antara 50 – 70 dengan yield 88 – 89 Ullman, 2005. 2. Oksidasi Etilbenzen Proses ini ada 2 macam yaitu dari Union Carbide dan Halogen International. Proses dari Union Carbide mempunyai 2 produk yaitu stirena dan acetophenon. Proses ini menggunakan katalis asetat diikuti dengan reaksi reduksi menggunakan katalis kromium – besi – tembaga kemudian dilanjutkan reaksi hidrasi alkohol menjadi stirena dengan katalis Titania pada suhu 250°C. Reaksi yang terjadi berturut – turut adalah sebagai berikut : C 6 H 5 CH 2 CH 3 + O 2 → C 6 H 5 COCH 3 + H 2 O C 6 H 5 COCH 3 + H 2 O → C 6 H 5 CH OH CH 3 C 6 H 5 CHOHCH 3 → C 6 H 5 CH = CH 2 + H 2 O Kehilangan proses ini adalah terjadinya korosi pada tahap oksidasi dan produk yang dihasilkan 10 lebih kecil dibandingkan reaksi dehidrogenasi. Proses Halogen International menghasilkan stirena dan Propyleneoxide, yaitu proses mengoksidasi etilbenzen menjadi Ethylbenzene Hidroperoxide kemudian direaksikan dengan propylene membentuk propyleneoxide dan α-phenil-ethylalkohol kemudian didehidrasi menjadi stirena.

2.5 Deskripsi Proses

Dari beberapa uraian proses pembuatan stirena tersebut diatas, maka akan dirancang pabrik stirena monomer melalui proses dehidrogenasi katalitik menggunakan katalis Shell – 105 dengan alasan sebagai berikut : 1. Proses dehidrogenasi adalah proses yang paling sederhana. 2. Proses dehidrogenasi katalitik yang paling banyak dipakai secara komersial. Universitas Sumatera Utara 3. Tidak menimbulkan korosi. 4. Hasil samping berupa toluen dan benzen bisa dijual sehingga dapat menambah keuntungan. Deskripsi proses dalam proses pembuatan stirena yaitu sebagai berikut : Bahan baku etilbenzen dipompakan ke dalam mixer M – 01 dan bercampur dengan etilbenzen recycle dari kolom destilasi. Kemudian etilbenzen dipompakan ke dalam unit vaporizer V – 01 bertekanan 1 atm. Suhu keluaran dari vaporizer adalah 424,1 K. Dari vaporizer, bahan baku diumpankan ke dalam furnace F – 01 untuk mengubah uap jenuh etilbenzen menjadi gas etibenzen pada suhu 873 K. Steam bertekanan rendah yang dihasilkan dalam boiler juga diumpankan ke dalam furnace dan keluar dari furnace pada suhu 993 K dan tekanan 1,5 atm. Setelah itu, umpan etilbenzen dialirkan ke dalam reaktor R – 01 dan dicampurkan dengan steam. Steam pada proses ini berfungsi untuk mencegah terjadinya kerak pada reaktor dan menggeser kesetimbangan reaksi ke arah produk. Reaktor yang digunakan adalah reaktor dengan dua buah bed dimana katalis Shell – 105 berbentuk pelet tersusun pada bagian bed reaktor. Proses dehidrogenasi dari etilbenzen berlangsung pada temperatur 873 K dan tekanan 1 atm. Reaksi yang terjadi di dalam reaktor R – 01 adalah sebagai berikut : C 6 H 5 CH 2 CH 3 C 6 H 5 CHCH 2 + H 2 etilbenzen stirena hidrogen Reaksi samping : C 6 H 5 CH 2 CH 3 C 6 H 6 + C 2 H 4 etilbenzen benzen etilen C 6 H 5 CH 2 CH 3 + H 2 C 6 H 5 CH 3 + CH 4 etilbenzen hidrogen toluen metana 2 H 2 O + C 2 H 4 2 CO + 4 H 2 air etilen karbon monoksida hidrogen H 2 O + CH 4 CO + 3 H 2 air metana karbon monoksida hidrogen Universitas Sumatera Utara H 2 O + CO CO2 + H 2 air karbon monoksida karbon dioksida hidrogen Keluaran dari reaktor akan menghasilkan produk utama stirena, produk samping berupa benzen, toluen, karbon dioksida, dan hidrogen serta etilbenzen sisa reaksi dan air dalam fasa gas pada suhu 780,8 K dan tekanan 1 atm. Campuran ini kemudian dilewatkan ke WHB dan vaporizer hingga suhu produk menjadi 489,5 K. Setelah itu, produk dialirkan ke cooler IV CL – 04 untuk mengurangi beban panas drum separator. Drum separator DS – 01 digunakan untuk memisahkan campuran dari gas hidrogen dan karbon dioksida. Keluaran drum separator menyisakan produk stirena, benzen, etilbenzen sisa reaksi, toluen, dan air pada suhu 373,8 K. Setelah dari drum separator, produk diumpankan ke dalam dekanter DK – 01 untuk mengeluarkan semua air dari campuran. Kemudian campuran benzen, toluen, stirena dan etilbenzen ini didestilasi melalui 3 tahapan destilasi. Pada kolom destilasi 1 D – 01, akan didapatkan stirena dengan kemurnian 99,81 pada produk bawah kolom destilasi. Etilbenzen yang didapatkan pada produk bawah kolom destilasi 2 D – 02 kemudian diumpankan kembali ke dalam mixer. Sedangkan, pada kolom destilasi 3 D – 03 akan didapatkan benzen pada produk atas kolom dan toluen pada produk bawah kolom. Universitas Sumatera Utara Recycle Feed Gambar 2.1 Diagram Alir Proses Tangki Penampung Mixer Reaktor Drum Separator Dekanter Kolom Destilasi I Kolom Destilasi II Kolom Destilasi III Benzen Gas Inert H 2 CO 2 Air H 2 O Produk Stirena Toluen Vaporizer Furnace Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara FLOWSHEET PRA RANCANGAN PABRIK STIRENA DARI ETILBENZEN MELALUI PROSES DEHIDROGENASI KATALITIK MENGGUNAKAN KATALIS SHELL – 105 DENGAN KAPASITAS 100.000 TONTAHUN D-01 C-01 AC-01 RE - 01 C-02 AC-02 RE - 02 C-03 AC-03 RE-03 FUEL CL-04 P CL-01 C H T-02 P-07 P-08 P-09 T-03 T-04 CL-02 CL-03 15 U FG WHB 4 V-01 F-01 DS-01 7 DK-01 8 1 LC FC FC TC TC PC 5 LC TC 6 TC LC CC LC LC TC LC LC KOMPONEN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Laju Alir kgjam Etilbenzen Benzen Toluen Stirena H 2 O H 2 CO 2 Total 13.934,927 35,012 35,012 14004,952 19813,394 35,012 309,523 20192,942 59734,580 5.911,770 919,061 5.904,054 273,181 517,539 12.914,358 19.609,132 22,548 12.603,715 12.626,263 5.879,937 274,063 517,833 310,686 6.982,519 5.878,453 309,523 6.187,976 1,485 273,181 517,833 1,162 793,661 1,485 1,092 516,503 1,162 520,242 272,971 1,330 274,301 P-06 P-05 P-03 P-02 P-01 T - 01 R-01 P-04 M - 01 LC CC CC LC LC LC D-02 D-02 D-03 9 15 35,012 59734,580 33.641,784 33.641,784 339,788 564,974 12.944,133 92.889,330 323,794 595,266 113.569,056 323,794 595,266 5.911,770 339,788 564,974 12.944,133 92.889,330 112.649,995 7,717 66,608 47,435 29,775 92.889,330 93.040,863 Skala : Tanpa Skala Tanggal Tanda Tangan Digambar Nama : Maggie Junialie NIM : 060405008 1.Nama : Dr. Ir. Iriany, MSi NIP : 19640613 199003 2 001 Diperiksa Disetujui 2.Nama : Ir. Renita Manurung, MT NIP : 19681214 199702 2 002 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN DIAGRAM ALIR PABRIK STIRENA DARI ETILBENZEN MELALUI PROSES DEHIDROGENASI KATALITIK MENGGUNAKAN KATALIS SHELL – 105 DENGAN KAPASITAS 80.000 TON TAHUN Temperatur, T o C 30 63,9 100,8 100,8 45 127,6 136,7 102,2 45 45 720 720 498,8 100,8 100,8 Steam Tekanan, P atm 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6 Air Pendingin 14 AIR PENDINGIN BEKAS KONDENSAT 16 Air Umpan Boiler 2 3 10 11 12 13 13 1 13.934,927 35,012 35,012 14004,952 30 1 Universitas Sumatera Utara

BAB III PERHITUNGAN NERACA MASSA

1. Neraca Massa Di Mixer

Input = Output Fresh feed + Recycle feed = Output Tabel 3.1 Neraca Massa Di Mixer Komponen Fresh Feed Alur 1 Recycle Feed Alur 2 Output Alur 3 kg kmol kg kmol kg kmol Etilbenzen 13934,927 131,254 5878,453 55,376 19813,394 186,630 Benzen 35,012 0,448 0,000 0,000 35,012 0,448 Toluen 35,012 0,378 0,000 0,000 35,012 0,378 Stirena 0,000 0,000 309,523 2,969 309,523 2,969 Jumlah 14004,952 132,081 6187,976 58,345 20192,942 190,425 20192,942 kg 20192,942 kg

2. Neraca Massa Di Bed Katalis I

Tabel 3.2 Neraca Massa Di Bed Katalis I Pada Reaktor R – 01 Komponen Input Alur 3 dan 4 Bereaksi kmol Output Alur 5 kmol kg 1 2 3 4 5 6 kmol kg Etilbenzen 186,630 19813,380 -74,646 -2,619 -3,739 105,625 11213,933 Benzen 0,448 35,012 2,619 3,067 239,555 Toluen 0,378 35,012 3,739 4,117 379,632 Stirena 2,969 309,523 74,646 77,615 8083,924 Air 3318,585 59734,580 -5,238 -3,739 -8,977 3300,631 59411,402 CO 2 0,000 0,000 8,977 8,977 395,892 H 2 0,000 0,000 74,646 -2,619 -3,739 13,095 11,218 8,977 101,578 203,156 C 2 H 6 0000 0,000 2,619 -2,619 0,000 0,000 CH 4 0,000 0,000 3,739 -3,739 0,000 0,000 CO 0,000 0,000 5,238 3,739 -8,977 0,000 0,000 Jumlah 3509,011 79927,508 3601,612 79927,494 Universitas Sumatera Utara