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