II. DESKRIPSI PROSES
A. Proses Pembuatan Butynediol
Reppe Syntesis Ethynylation of Formaldehyde
Pada prinsipnya proses pembuatan butynediol secara komersial dilaksanakan dengan cara mereaksikan acetylene dengan formaldehyde.
Proses ini disebut dengan proses ”ethynylation of formaldehyde” atau
proses Reppe.
Semua pabrik
butynediol menggunakan
proses ethynilation
of formaldehyde
. Yang digunakan pertama kalinya oleh BASF dilanjutkan oleh G.Farben di Ludwigshafen, FRG setelah perang dunia ke II. Pada
akhir perang dunia ke II, proses perancangan butynediol dipelajari lagi secara luas di Ludwigshafen. Kirk-Othmer, 1998
Secara stoikiometri pembentukan butynediol mengikuti persamaan : HC=CH + 2 HCH=O
HOCH
2
C ≡CCH
2
OH … 1.1
Acetylene Formaldehyde Butynediol
Reaksi lain yang mungkin terjadi , yaitu : HC=CH + HCHO
HC≡CCH
2
OH ...1.2
Acetylene Formaldehyde Propargyl Alcohol
Speight, 2002
1. Jurnal “Kinetics Of Ethynylation Of Formaldehyde To Butynediol”
Chaudhari, Jadkar and Gupte, 1984 menerangkan proses pembuatan butynediol
dengan mereaksikan acetylene dan formaldehyde solution dengan kondisi tekanan parsial acetylene 0,467 atm dan temperatur 80
o
C. Pada proses ini dihasilkan konversi sebesar 85 terhadap acetylene dan
selektivitas sebesar 46 terhadap produk utama yaitu butynediol.
2. Pada US Patent No.3957888 dijelaskan reaksi antara acetylene dan formaldehyde
dalam fasa gas menggunakan reaktor fixed bed dengan katalis copper acetylide berlangsung pada suhu 250
o
C dan tekanan 5 atm. Pada proses ini diperoleh konversi sebesar 91 terhadap acetylene dan
selektivitas sebesar 98,4 terhadap butynediol.
B. Pemilihan Kondisi Operasi
1. Berdasarkan Kelayakan Ekonomi
Tabel 2.1. Harga bahan baku dan produk
No. Bahan Kimia
BM kgkmol Harga USkg
1. Formaldehyde
30 0,13
2. Acetylene
26 0,3
3. Butynediol
86 1,27
Sumber : www.icispricing.com
Perhitungan kelayakan ekonomi produksi butynediol :
1. Jurnal
“Kinetics Of Ethynylation Of Formaldehyde To Butynediol”
Chaudhari, Jadkar and Gupte, 1984
Jika massa produk C
4
H
6
O
2
yang terbentuk sebanyak 1 kg, maka : Mol C
4
H
6
O
2
yang terbentuk =
2 6
4 2
6 4
O H
C BM
tuk yangterben
O H
C massa
=
2 6
4 kmol
kg 2
6 4
O H
C 86
O H
C kg
1
= 0,0116 kmol C
4
H
6
O
2
Selektivitas = terbentuk
yang O
H C
mol terbentuk
yang O
H C
mol
4 3
2 6
4
Mol C
3
H
4
O yang terbentuk = as
selektivit terbentuk
yang O
H C
mol
2 6
4
= 46
, kmol
0116 ,
= 0,0253 kmol
Massa C
3
H
4
O yang terbentuk = 0,0253 kmol x 56 kgkmol = 1,4156 kg
Reaksi a: HC=CH + 2 HCH=O
HOCH
2
C ≡CCH
2
OH 1 : 2 : 1
BM : 26 30 86 Berdasarkan perbandingan stoikiometri, maka :
Mol C
2
H
2
yang bereaksi pada reaksi a : =
terbentuk yang
O H
C mol
x 1
1
2 6
4
=
kmol 0,0116
x 1
1
= 0,0116 kmol Massa C
2
H
2
yang bereaksi pada reaksi a : = 0,0116 kmol x 26 kgkmol
= 0,3023 kg
Reaksi b: HC=CH + HCH=O
HC≡CCH
2
OH 1 : 1 : 1
BM : 26 30 86
Berdasarkan perbandingan stoikiometri, maka : Mol C
2
H
2
yang bereaksi pada reaksi b : =
terbentuk yang
O H
C mol
x 1
1
4 3
=
kmol 0,0253
x 1
1
= 0,0253 kmol Massa C
2
H
2
yang bereaksi pada reaksi b : = 0,0253 kmol x 26 kgkmol
= 0,6572 kg
Total mol C
2
H
2
yang bereaksi : = mol C
2
H
2
yang bereaksi pada reaksi a + mol C
2
H
2
yang bereaksi pada reaksi b
= 0,0116 kmol + 0,0253 kmol = 0,0369 kmol
Massa total C
2
H
2
yang bereaksi = 0,0369 kmol x 26 kgkmol = 0,9596 kg
Konversi = mula
mula H
C mol
bereaksi yang
H C
mol
2 2
2 2
Mol C
2
H
2
mula-mula = konversi
bereaksi yang
H C
mol
2 2
= 85
, kmol
0369 ,
= 0,0434 kmol
Massa C
2
H
2
mula-mula = 0,0434 kmol x 26 kgkmol = 1,1289 kg
Perbandingan molar umpan C
2
H
2
terhadap CH
2
O = 1 : 2 Maka, mol CH
2
O mula-mula =
mula -
mula H
C mol
x 1
2
2 2
=
kmol 0,0434
x 1
2
= 0,0868 kmol Massa CH
2
O mula-mula = 0,0868 kmol x 30 kgkmol = 2,6051 kg
Dari perhitungan diatas, untuk membentuk 1 kg C
4
H
6
O
2
dibutuhkan CH
2
O sebanyak 2,6051 kg dan C
2
H
2
sebanyak 1,1289 kg.
Biaya yang diperlukan untuk membentuk 1 kg C
4
H
6
O
2
sebagai berikut :
Harga CH
2
O = 2,6051 kg x 0,13 USkg = 0,3387 US
Harga C
2
H
2
= 1,1289 kg x 0,3 USkg = 0,3387 US
Total harga bahan baku = 0,3387 US + 0,3387 US = 0,6774 US
Harga produk = 3,72 US x 1 kg = 3,72 US
Perbedaan harga bahan baku dan produk : = 3,72 US - 0,6774 US
= 3,0426 US
2. U.S Patent No. 3957888
Jika massa produk C
4
H
6
O
2
yang terbentuk sebanyak 1 kg, maka : Mol C
4
H
6
O
2
yang terbentuk =
2 6
4 2
6 4
O H
C BM
tuk yangterben
O H
C massa
=
2 6
4 kmol
kg 2
6 4
O H
C 86
O H
C kg
1
= 0,0116 kmol C
4
H
6
O
2
Selektivitas = terbentuk
yang O
H C
mol terbentuk
yang O
H C
mol
4 3
2 6
4
Mol C
3
H
4
O yang terbentuk = as
selektivit terbentuk
yang O
H C
mol
2 6
4
= 984
, kmol
0116 ,
= 0,0118 kmol Massa C
3
H
4
O yang terbentuk = 0,0118 kmol x 56 kgkmol = 0,661751 kg
Reaksi a: HC=CH + 2 HCH=O
HOCH
2
C ≡CCH
2
OH 1 : 2 : 1
BM : 26 30 86 Berdasarkan perbandingan stoikiometri, maka :
Mol C
2
H
2
yang bereaksi pada reaksi a : =
terbentuk yang
O H
C mol
x 1
1
2 6
4
=
kmol 0,0116
x 1
1
= 0,0116 kmol Massa C
2
H
2
yang bereaksi pada reaksi a : = 0,0116 kmol x 26 kgkmol
= 0,3023 kg Reaksi b:
HC=CH + HCH=O
HC≡CCH
2
OH 1 : 1 : 1
BM : 26 30 86 Berdasarkan perbandingan stoikiometri, maka :
Mol C
2
H
2
yang bereaksi pada reaksi b : =
terbentuk yang
O H
C mol
x 1
1
4 3
=
kmol 0,0118
x 1
1
= 0,0118 kmol
Massa C
2
H
2
yang bereaksi pada reaksi b : = 0,0118 kmol x 26 kgkmol
= 0,3072 kg
Total mol C
2
H
2
yang bereaksi : = mol C
2
H
2
yang bereaksi pada reaksi a + mol C
2
H
2
yang bereaksi pada reaksi b
= 0,0116 kmol + 0,0118 kmol = 0,0234 kmol
Massa total C
2
H
2
yang bereaksi = 0,0234 kmol x 26 kgkmol = 0,6096 kg
Konversi = mula
mula H
C mol
bereaksi yang
H C
mol
2 2
2 2
Mol C
2
H
2
mula-mula = konversi
bereaksi yang
H C
mol
2 2
= 91
, kmol
0234 ,
= 0,0258 kmol Massa C
2
H
2
mula-mula = 0,0258 kmol x 26 kgkmol = 0,6699 kg
Perbandingan molar umpan C
2
H
2
terhadap CH
2
O = 1 : 2,8 Maka, mol CH
2
O mula-mula =
mula -
mula H
C mol
x 1
8 ,
2
2 2
=
kmol 0,6699
x 1
8 ,
2
= 0,0721 kmol Massa CH
2
O mula-mula = 0,0721 kmol x 30 kgkmol = 2,1641 kg
Dari perhitungan diatas, untuk membentuk 1 kg C
4
H
6
O
2
dibutuhkan CH
2
O sebanyak 2,1641 kg dan C
2
H
2
sebanyak 0,6699 kg.
Biaya yang diperlukan untuk membentuk 1 kg C
4
H
6
O
2
sebagai berikut :
Harga CH
2
O = 2,1641 kg x 0,13 USkg = 0,2813 US
Harga C
2
H
2
= 0,6699 kg x 0,3 USkg = 0,2010 US
Total harga bahan baku = 0,2813 US + 0,2010 US = 0,4823 US
Harga produk = 3,72 US x 1 kg = 3,72 US Perbedaan harga bahan baku dan produk :
= 3,72 US - 0,4823 US = 3,2377 US
2. Berdasarkan kelayakan teknik
Kelayakan teknik suatu reaksi kimia ditinjau dari energi bebas Gibbs reaksi ΔG°
R
tersebut. Energi bebas Gibbs suatu reaksi dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
T dT
R Cp
RT To
G H
T -
dT R
Cp R
H T
dT R
Cp R
To G
H T
- dT
R Cp
R H
T dT
R Cp
R S
T -
dT R
Cp R
H G
: Sehingga
C 25
referensi, r
temperatu T
reaksi r
temperatu T
T G
H S
T dT
R Cp
R S
S dT
R Cp
R H
H :
Dimana S
T -
H G
T To
T R
T R
T To
T R
T To
T R
T R
T To
T R
T To
T R
T To
T R
T R
o o
o T
R RT
T R
T To
T R
T R
T To
T R
T R
T R
T R
T R
o o
o o
o o
o o
o o
o o
o
Data : 1
Polynomial ideal gas heat capacity Rumus : Y = A+BT+CT
2
+ DT
3
+ET
4
+FT
5
Satuan : -Y = Cp = calmol.K - T = K
2 Liquid heat capacity
Rumus : Y = A+BT+CT
2
+ DT
3
+ET
4
Satuan : -Y = Cp = Jkmol.K - T = K
Komponen Rumus
Molekul A
B C
D E
Formaldehyde CH
2
O
0.00E+00 0.00E+00
0.00E+00 0.00E+00
0.00E+00
Acetylene C
2
H
2
0.00E+00 0.00E+00
0.00E+00 0.00E+00
0.00E+00
Butynediol C
4
H
6
O
2
4.38E+04 4.72E+02
0.00E+00 0.00E+00
0.00E+00
3
Komponen Rumus
Molekul A
B C
D E
F
Formaldehyde CH2O
8.46E+00 -1.07E-02
5.09E-05 -5.50E-08
2.56E-11 -4.46E-15
Acetylene C2H2
4.68E+00 2.65E-02
-2.53E-05 1.04E-08
8.45E-13 -1.21E-15
Butynediol C4H6O2
9.34E+00 4.99E-02
3.50E-05 -1.03E-07
7.72E-11 -2.02E-14
Komponen Rumus
Molekul ∆H°f
Jkmol ∆G°f
Jkmol
Formaldehyde CH2O
-1.16E+08 -1.10E+08
Acetylene C2H2
2.27E+08 2.09E+08
Butynediol C4H6O2
-1.18E+08 -4.20E+07
Jkmol 9
, 205069984
T dT
R Cp
RT T
G H
T -
dT R
Cp R
H G
158 ,
9111 T
dT R
Cp 3005355
dT R
Cp :
H C
, Untuk
T T
o 298
f 298
f T
T 298
f 3
35 R
T T
T T
2g 2
o o
o o
acetylene
Perbandingan energi bebas Gibbs ΔG°
r
produksi butynediol berdasarkan kondisi operasi :
a. Jurnal
“Kinetics Of Ethynylation Of Formaldehyde To Butynediol
” Chaudhari, Jadkar and Gupte, 1984
Reaksi : C
2
H
2 g
+ 2CH
2
O
l
C
4
H
6
O
2l
Temperatur reaksi T = 80 °C = 353 K T
o
= 298 K
Jkmol 2
, 108591275
T dT
R Cp
RT T
G H
T -
dT R
Cp R
H G
T dT
R Cp
dT R
Cp :
O CH
, Untuk
T T
o 298
f 298
f T
T 298
f 353
R T
T T
T l
2
o o
o o
de formaldehy
Jkmol .2
-108591275 T
dT R
Cp RT
T G
H T
- dT
R Cp
R H
G T
dT R
Cp dT
R Cp
: O
CH ,
Untuk
T T
o 298
f 298
f T
T 298
f 523
R T
T T
T g
2
o o
o o
de formaldehy
Nilai ΔG
r 353
:
b. U.S Patent No. 3957888
Reaksi : C
2
H
2 g
+ 2CH
2
O
g
C
4
H
6
O
2g
Temperatur reaksi T = 250 °C = 523 K T
o
= 298 K Jkmol
75 ,
26710590 T
dT R
Cp RT
T G
H T
- dT
R Cp
R H
G 1
, 39337
T dT
R Cp
12991681 dT
R Cp
: O
H C
, Untuk
T T
o 298
f 298
f T
T 298
R R353
T T
T T
2l 6
4
o o
o o
butynediol
Jkmol 14598025
G n
G
i 353
R i
353 R
i
Nilai ΔG
r 523
:
Perubahan Energi Bebas Indikasi
- ΔG
Menjanjikan +ΔG kecil
Patut dikaji lagi +ΔG besar
Hanya mungkin pada kondisi yang diluar kebiasaan
Jkmol 9
205371979. T
dT R
Cp RT
T G
H T
- dT
R Cp
R H
G 158
, 9111
T dT
R Cp
2528017 dT
R Cp
: H
C ,
Untuk
T T
o 298
f 298
f T
T 298
f 523
R T
T T
T 2g
2
o o
o o
acetylene
Jkmol 75
-26710590. T
dT R
Cp RT
T G
H T
- dT
R Cp
R H
G 25618
, 33391
T dT
R Cp
58 ,
10863097 dT
R Cp
: O
H C
, Untuk
T T
o 298
f 298
f T
T 298
R 523
R T
T T
T 2g
6 4
o o
o o
butynediol
Jkmol -14900020
G n
G
i 523
R i
523 R
i
Tabel 2.2 Perbandingan kelayakan ekonomi berdasarkan kondisi operasi produksi butynediol
No. Keterangan
Kondisi Operasi A
Jurnal B
Patent
1 Perbedaan harga
bahan baku dan produk US
3,0246 3,2377
2 Energi Gibbs
ΔG, Jkmol -14598025
14900020 -
3 Temperature
oC 80
250 4
Tekanan atm 1,45
5 5
Konversi 85
91 6
Selektivity 46
98,4
Berdasarkan perbandingan kelayakan ekonomi dan teknik untuk beberapa kondisi operasi proses produksi butynediol seperti yang terlihat pada tabel
2.2 dapat disimpulkan bahwa proses pembuatan butynediol dipilih dengan menggunakan kondisi operasi B karena lebih menguntungkan dari segi
ekonomis dan menjanjikan dari segi teknik. Selain itu konversi dan selektivitas nya lebih besar dari kondisi operasi A.
C. Deskripsi Proses
Bahan baku yang digunakan dalam proses pembuatan butynediol adalah acetylene
dan formaldehyde. Bahan baku acetylene diperoleh dari PT Samator Gas di Gresik Jawa Timur dan formaldehyde diperoleh dari PT.
Arjuna Utama Kimia di Surabaya
Proses pembuatan butynediol berlangsung dalam empat unit, yaitu : 1
Unit Persiapan Bahan Baku 2
Unit Reaksi 3
Unit Pemisahan dan Pemurnian 4
Unit Penyimpanan Produk
1 Unit Persiapan Bahan Baku
Pada tahap awal bahan baku berupa acetylene yang akan masuk ke reaktor diturunkan tekanannya, sedangkan formaldehyde diuapkan didalam
vaporizer . Acetylene dan formaldehyde kemudian dicampur sebelum masuk
ke reaktor. Acetylene dan formaldehyde diumpankan ke reaktor dengan temperatur 250
o
C dan tekanan 5 atm.
2 Unit Reaksi
Reaksi antara acetylene dan formaldehyde merupakan reaksi etinilasi dengan katalisator CuC
2
dijalankan dalam reaktor fixed bed multitube, isothermal
dan eksotermis. Dengan kondisi operasi berlangsung pada suhu 250
dan pada tekanan 5 atm. Reaksi pada reaktor :
C
2
H
2g
+ 2 CH
2
O
g
C
4
H
6
O
2g
Acetylene Formaldehyde Butynediol
Reaksi yang mungkin terjadi : C
2
H
2g
+ CH
2
O
g
C
3
H
4
O
g
Acetylene Formaldehyde Propargyl Alcohol
3 Unit Pemisahan dan Pemurnian
Pada unit ini, gas hasil reaksi kemudian dialirkan menuju partial condenser yang selanjutnya dialirkan menuju separator. Di dalam separator non-
condensable gas seperti gas inert, acetylene dan formaldehyde yang tidak
bereaksi dialirkan menuju ke purge and recycle, sedangkan condensable gas
berupa metanol, air, propargyl alcohol dan butynediol dialirkan ke kolom distilasi 01 untuk memurnikan produk butynediol.
4 Unit Penyimpanan Produk
Hasil produk dari kolom distilasi 01 berupa butynediol dengan kemurnian 55 berat, disimpan dalam tangki penyimpanan produk untuk selanjutnya
siap dipasarkan.
III. SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK
A. Sifat Bahan Baku dan Produk
Bahan Baku
1. Acetylene
a. Rumus Kimia : C
2
H
2
b. Rumus Bangun :
c. Berat Molekul : 26 kgkmol
d. Fase : Gas
e. Titik Didih, pada 1atm : - 84 ºC
f. Titik Leleh : - 81 ºC
g. Temperatur Kritis : 35,3 ºC
h. Tekanan Kritis : 60, 6 atm
Sumber : Software ChemCAD 5.2
Kategori