TUGAS AKHIR PRARANCANGAN PABRIK VINYL ACETATE MONOMER DARI ETHYLENE, ACETIC ACID DAN OXYGEN KAPASITAS 100.000 TON TAHUN
PRARANCANGAN PABRIK VINYL ACETATE MONOMER DARI ETHYLENE, ACETIC ACID DAN OXYGEN KAPASITAS 100.000 TON / TAHUN
Oleh :
FERRY SASMITA
I 0506021
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA
2012
commit to user
commit to user
Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat dan kasih-Nya, penulis akhirnya dapat menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen dengan kapasitas 100.000 ton/tahun”.
Dalam penyusunan tugas akhir ini penulis memperoleh banyak bantuan baik berupa dukungan moral maupun material dari berbagai pihak. Oleh karena itu sudah sepantasnya penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. Sunu Herwi Pranolo. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
2. Bapak Ir. Samun Triyoko dan Bapak Ir. Arif Jumari, M.Sc. selaku dosen pembimbing yang telah bersedia membimbing dalam penyusunan tugas akhir.
3. Segenap Civitas Akademika, yang turut membantu dalam penyusunan laporan tugas akhir ini, yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa laporan tugas akhir ini masih jauh dari
sempurna. Oleh karena itu penulis membuka diri terhadap segala saran dan kritik yang membangun. Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya.
Surakarta, Februari 2012
Penulis
commit to user
viii
BAB VI ANALISIS EKONOMI ................................................................... 118
6.1 Pensksiran Harga Peralatan ................................................... 118
6.2 Dasar Perhitungan ................................................................. 120
6.3 Penentuan Total Capital Investment (TCI) ............................. 121
6.4 Hasil Perhitungan .................................................................. 122
6.4.1 Fixed Capital Investment (FCI) ............................. 122
6.4.2 Working Capital Investment (WCI) ........................ 123
6.4.3 Total Capital Investment (TCI) ............................... 123
6.4.4 Manufacturing Cost................................................... 123
6.4.5 General Expense ...................................................... 124
6.4.6 Analisa Kelayakan ................................................... 124
6.5 Kesimpulan .............................................................................. 132
Daftar Pustaka .............................................................................................. xiii Lampiran
commit to user
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Data Impor Vinyl Acetate Monomer di Indonesia ........................ 2 Tabel 1.2
Kapasitas Pabrik VAM Yang Sudah Berdiri ............................... 4 Tabel 1.3
Kelebihan dan kekurangan pemilihan proses pembuatan vinyl acetate monomer ................................................................. 11
Tabel 2.1 Harga ∆H f o dan ∆G f 0 masing-masing komponen ......................... 24 Tabel 2.2
Nilai Konstanta Kinetika ............................................................. 27 Tabel 2.3
Neraca Massa di Tee-01............................................................... 34 Tabel 2.4
Neraca Massa di Tee-02............................................................... 35 Tabel 2.5
Neraca Massa di Tee-03............................................................... 35 Tabel 2.6
Neraca Massa di Reaktor.............................................................. 36 Tabel 2.7
Neraca Massa di Separator........................................................... 36 Tabel 2.8
Neraca Massa di Absorber 1........................................................ 37 Tabel 2.9
Neraca Massa di Absorber 2........................................................ 37 Tabel 2.10
Neraca Massa di Regenerator MEA............................................ 38 Tabel 2.11
Neraca Massa di Menara Distilasi............................................... 38 Tabel 2.12
Neraca Massa di Dekanter........................................................... 38 Tabel 2.13
Neraca Massa Total..................................................................... 39 Tabel 2.14
Neraca Panas Reaktor ................................................................. 39 Tabel 2.15
Neraca Panas Separator .............................................................. 40 Tabel 2.16
Neraca Panas Absorber 1 .......................................................... 40 Tabel 2.17
Neraca Panas Absorber 2 .......................................................... 40
commit to user
xi
Tabel 5.1 Jadwal Pembagian Kelompok Shift ............................................ 108 Tabel 5.2
Jumlah Karyawan menurut Jabatannya ......................................110 Tabel 5.3
Perincian Golongan dan Gaji Karyawan ................................... 112 Tabel 6.1
Data Cost Index Chemical Plant ............................................... 119 Tabel 6.2
Fixed Capital Investment ........................................................... 122 Tabel 6.3
Working Capital Investment ...................................................... 123 Tabel 6.4
Manufacturing Cost ................................................................... 123 Tabel 6.5
General Expense .........................................................................124 Tabel 6.6
Analisis Kelayakan ................................................................... 132
commit to user
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Grafik Data Impor Vinyl Acetate monomer di Indonesia .......... 3 Gambar 1.2 Lokasi Pendirian Pabrik............................................................. 5 Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif ............................................................. 29 Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif ........................................................... 30 Gambar 2.3 Diagram Alir Proses .................................................................. 31 Gambar 4.1 Diagram Alir Pengolahan Air waduk ....................................... 76 Gambar 5.1 Struktur Organisasi Pabrik Vinyl Acetate monomer................... 99 Gambar 6.1 Chemical Engineering Cost Index ............................................ 119 Gambar 6.2 Grafik Analisa Kelayakan ........................................................ 131
commit to user
Ferry Sasmita, 2012, Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer dari Ethylene, Acetic Acid dan Oxygen, Kapasitas 100.000 ton/tahun, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Surakarta
Vinyl acetate monomer merupakan salah satu jenis bahan kimia antara yang dipakai dalam pembuatan polyvinyl acetate, vinyl acetate copolymer dan polyvinyl alcohol.Vinyl acetate monomer dihasilkan dari reaksi gas-gas antara ethylene, acetic acid dan oxygen. Untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri, maka dirancang pabrik vinyl acetate monomer dengan kapasitas 100.000 ton/tahun dengan bahan baku ethylene 36.675,53 ton/tahun, acetic acid 71.673,81 ton/tahun dan oxygen 32.474,65 ton/tahun. Dengan memperhatikan faktor ketersediaan bahan baku, transportasi, tenaga kerja, pemasaran, dan utilitas, maka lokasi pabrik yang dipilih adalah di Cilegon, Banten.
Peralatan utama untuk pabrik yang digunakan antara lain reaktor, separator, absorber, menara distilasi, regenerator, vaporizer dan decanter. Reaktor yang digunakan adalah reaktor fixed bed multitube pada tekanan 10 atm dan suhu
150 0 C. Dari reaktor masuk ke dalam separator memisahkan condensable gas yang meliputi asam asetat, air, dan vinyl acetate monomer dari campuran gas keluar dari reaktor. Produk atas separator dialirkan ke absorber I untuk mengambil VAM yang masih terikut di fase gas. Hasil atas absorber I masuk ke absorber II untuk diambil gas karbondioksidanya sebelum di umpankan kembali ke reaktor. Hasil bawah dari separator dan absorber I dialirkan ke menara distilasi untuk memurnikan vinyl acetate monomer. Hasil atas menara distilasi dialirkan ke decanter untuk memurnikan produk sampai 99,9 % vinyl acetate monomer, dan hasil bawahnya berupa asam asetat dan air dialirkan ke vaporizer untuk di uapkan bersama umpan asam asetat fresh sebelum masuk reaktor. Sementara, fraksi berat dari decanter berupa air,asam asetat dan sedikit vam akan diproses di Unit Pengolahan Limbah.
Utilitas terdiri dari unit penyediaan air untuk konsumsi sebanyak 1275 kg/jam, steam sebanyak 7798,96 kg/jam, air pendingin sebanyak 48.920,4 kg/jam,
udara tekan sebanyak 100 m 3 /jam, tenaga listrik sebesar 1550 kW, bahan bakar
batubara sebanyak 5152,13 kg/jam, dan unit pengolahan limbah. Terdapat tiga buah laboratorium, yaitu laboratorium fisik, laboratorium analitik, dan laboratorium penelitian dan pengembangan.
Bentuk perusahaan adalah PT (Perseroan Terbatas), struktur organisasi adalah line and staff. Sistem kerja karyawan berdasarkan pembagian jam kerja yang terdiri dari karyawan shift dan non shift. Pabrik beroperasi selama 24 jam per hari dan 330 hari per tahun. Jumlah kebutuhan tenaga kerja sebanyak 200 orang.
Hasil analisa ekonomi terhadap prarancangan pabrik vinyl acetate monomer diperoleh total investasi sebesar US$ 45.775.154,49 dan total biaya produksi US$ 120.392.663,61. Hasil analisa kelayakan menunjukkan ROI sebelum pajak 48,67% dan setelah pajak 36,50%. POT sebelum pajak 20 bulan
dan setelah pajak 26 bulan, BEP 45,44%, SDP 29,75% dan DCF sebesar 34,02%. Berdasar analisis ekonomi dapat disimpulkan bahwa pendirian pabrik
vinyl acetate monomer dengan kapasitas 100.000 ton/tahun layak dipertimbangkan untuk direalisasikan pembangunannya.
commit to user
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pendirian Pabrik
Perkembangan industri kimia di Indonesia saat ini terus mengalami peningkatan, baik industi yang menghasilkan produk jadi maupun industri antara. Salah satu diantaranya adalah vinyl asetat. Kebutuhan bahan ini dari tahun ke tahun terus meningkat.
Vinyl asetat merupakan bahan kimia produk antara (intermediate product ) yang dipakai dalam pembuatan polyvinyl acetate, vinyl acetate copolymer , polyvinyl alcohol dan vinyl chloride. Vinyl asetat dalam bentuk polimer sangat luas kegunaannya antara lain dalam induarti cat, sebagai adhesive, pelapis, lem, film, tinta, tekstil dan industri kertas. Sedangkan bentuk kopolimernya misalnya dengan acrylonitrile dipakai untuk industri acrylic fibers (Othmer,1992).
Sampai saat ini kebutuhan vinyl asetat dan kopolimernya masih dipenuhi dengan impor. Oleh karena itu dengan didirikannya pabrik ini di Indonesia diharapkan dapat memberikan keuntungan antara lain:
1. Dapat mengurangi impor vinyl asetat sehingga kebutuhan dalam negeri dapat dipenuhi.
2. Membuka peluang didirikannya pabrik dengan bahan baku vinyl asetat antara lain dalam induarti cat, sebagai adhesive, pelapis, lem, film, tinta, tekstil dan industri kertas.
3. Membuka kesempatan kerja dengan menciptakan lapangan kerja baru.
commit to user
Di dalam menentukan kapasitas produksi pabrik vinyl asetat monomer yang akan didirikan ada beberapa faktor yang menjadi pertimbangan, diantaranya yaitu: jumlah konsumsi produk (kebutuhan dalam negeri), kebutuhan impor, kapasitas pabrik yang sudah ada, pasokan bahan baku yang akan digunakan. Karena di Indonesia belum dibangun pabrik vinyl acetate monomer, maka kebutuhan akan bahan ini dipenuhi dengan impor. Untuk menyusun kapasitas perencanaan pabrik vinyl acetate dilakukan dengan data impor.
1.2.1 Kebutuhan Vinyl Asetat di Dalam Negeri
Berdasarkan data Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia impor, kebutuhan vinyl asetat di Indonesia cukup besar. Dari tabel di bawah ini dapat diketahui kebutuhan vinyl asetat dalam negeri.
Tabel 1-1 Data impor vinil asetat di Indonesia
Tahun
Impor vinil asetat (ton)
(Sumber : Biro Pusat Statistik,2010)
Dari data impor tabel 1.1 diatas, kemudian dilakukan regresi secara polinomial untuk mendapatkan tren kenaikan impor vinyl asetat dan untuk
commit to user
regresi secara polinomial untuk data impor ditunjukkan dalam gambar 1.1
Gambar 1.1 Grafik Data Impor Vinyl Acetate Monomer di Indonesia Dengan membuat grafik kebutuhan vinyl asetat per tahun dapat diperoleh persamaan yang mengikuti persamaan garis polinomial yaitu:
Impor = 724,01*tahun 2 – 2.903.883,39*tahun + 2.911.920.98
Pabrik vinyl asetat ini akan didirikan pada tahun 2015, dengan prediksi kebutuhan vinyl asetat pada tahun tersebut sekitar 93.118,52 ton.
1.2.2 Kapasitas Pabrik yang Sudah Ada
Penentuan kapasitas minimal berdasar pada kapasitas pabrik yang telah berproduksi dan layak untuk didirikan. Berikut ini adalah tabel industri vinyl acetate monomer di berbagai negara dan kapasitas produksinya.
y = 724.01x 2 - 2,903,883.39x + 2,911,779,920.98
R² = 0.95
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010 2011
Im
, to
Tahun
commit to user
Negara
Perusahaan
Kapasitas (ton/tahun) Amerika Serikat
100.000 Amerika Serikat
Du Pont
260.000 Amerika Serikat
Union Carbide
325.000
Inggris
BP Amoco
250.000
Jepang
Showa Denko
120.000 (Olsen, 2001)
1.2.3 Ketersediaan Bahan Baku
Persediaan bahan baku utama pembuatan vinyl acetate monomer yaitu etilena diperoleh dari PT Chandra Asri, Cilegon yang memiliki kapasitas 625.000 ton/tahun, asam asetat dipasok dari Celanese Chemical Co,Ltd., China dengan kapasitas total 600.000 ton/tahun dan oksigen dipasok dari PT Air Liquide, Cilegon dengan kapasitas 100.000 ton/tahun. Semua produk VAM yang dihasilkan akan diprioritaskan untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri.
Berdasarkan faktor-faktor diatas, maka akan direncanakan pendirian pabrik vinyl acetate monomer . Dengan kapasitas produksi vinyl asetat monomer 100.000 ton/tahun, diperlukan bahan baku etilena kurang lebih sebanyak 36.000 ton/tahun, asam asetat sebanyak 71.500 ton/tahun, dan oksigen 32.500 ton/tahun. Pemilihan kapasitas tersebut diharapkan dapat memenuhi kebutuhan vinyl acetate monomer dalam negeri.
commit to user
Lokasi suatu pabrik akan sangat mempengaruhi dalam penentuan kelangsungan produksi serta laba yang diperoleh. Idealnya, lokasi yang dipilih harus dapat memberikan kemungkinan memperluas atau memperbesar pabrik dan memberikan keuntungan untuk jangka panjang. Beberapa faktor yang harus dipertimbangkan untuk menentukan lokasi pabrik agar secara teknis dan ekonomis pabrik yang didirikan akan menguntungkan. Faktor tersebut antara lain: sumber bahan baku, pemasaran, penyediaan tenaga listrik, penyediaan air, jenis transportasi, kebutuhan tenaga kerja, tinggi rendahnya pajak, keadaan masyarakat, karakteristik lokasi, kebijaksanaan pemerintah.
Pabrik vinyl asetat direncanakan akan didirikan di Krakatau Industrial Estate Cilegon (KIEC), Banten . Pemilihan ini dimaksudkan untuk mendapatkan keuntungan secara teknis maupun ekonomis.
Gambar 1.2 Lokasi pendirian pabrik
commit to user
faktor berikut:
1. Faktor Primer
a. Bahan Baku
Bahan baku pabrik vinyl asetat yaitu etilena (C 2 H 4 ) disuplai dari PT Chandra Asri Petrochemical Center ( PT CAPC), yang terletak di desa Sugih, Cilegon. Asam asetat diperoleh dengan cara impor dari Celanese Chemical Co., Ltd, yang terletak di Nanjing, China. Sedangkan oksigen diperoleh dari PT Air Liquide, Cilegon. Pabrik ini direncanakan didirikan di Kawasan Industri Cilegon mendekati bahan baku dan dekat dengan pelabuhan sehingga mempermudah proses transportasi bahan baku. Untuk meningkatkan efektifitas kerja dan menekan biaya produksi maka kota Cilegon sebagai lokasi pendirian pabrik adalah lokasi yang tepat.
b. Pemasaran
Cilegon berada di kawasan indusri Tangerang, Serang dan Merak yang padat dengan industri kimia sebagai pasar potensial. Mengingat bahan yang diproduksi merupakan bahan antara, yang merupakan bahan baku polimer, maka Cilegon dirasa merupakan tempat yang strategis.
c. Utilitas
Utilitas yang dibutuhkan adalah keperluan tenaga listrik, air dan bahan bakar. Karena daerah Cilegon merupakan kawasan industri maka kebutuhan utilatas dapat dipenuhi dengan mudah dan disediakan oleh kawasan. Air yang dibutuhkan diperoleh dari waduk Krenceng yang lokasinya tidak jauh dari pabrik untuk proses, sarana utilitas, dan
commit to user
dari pabrik penyedia air di kawasan industri yaitu PT Krakatau Tirta Industri. Untuk kebutuhan daya listrik, disuplai dari PT Krakatau Daya Listrik dan bila kurang memenuhi menggunakan daya tambahan dari PLN. Sedangkan untuk kebutuhan bahan bakar dipenuhi dari PT Pertamina depot Banten.
d. Tenaga Kerja
Tenaga kerja dapat dipenuhi dengan mudah dari daerah sekitar lokasi pabrik maupun luar lokasi pabrik sesuai dengan kebutuhan dan kriteria perusahaan. Saat ini banyak tenaga kerja terampil dan terdidik yang membutuhkan lapangan pekerjaan. Hal ini juga dapat mengurangi jumlah pengangguran yang ada.
e. Transportasi dan Telekomunikasi
Sarana transportasi dan telekomunikasi sangat penting untuk proses penyediaan bahan baku dan pemasaran produk. Transportasi bahan baku menuju Cilegon cukup mudah karena adanya fasilitas jalan tol selain itu juga cukup dekat dengan pelabuhan sehingga arus transportasi juga lancar. Letak Cilegon dengan kawasan industri Merak dan Tangerang juga memudahkan dalam pemasaran produk.
2. Faktor Sekunder
a. Buangan Pabrik
Buangan limbah cair yang mengandung larutan kimia diolah terlebih dahulu di Water Waste Treatment sebelum dialirkan ke sungai.
commit to user
Saat ini pemerintah sedang giat-giatnya meningkatkan iklim investasi di Indonesia sehingga dengan pendirian pabrik ini akan membantu pemerintah dalam meningkatkan kondisi perindustrian di Indonesia. Oleh karena itu maka pendirian pabrik ini akan mendapat dukungan dari pemerintah baik pusat maupun daerah, sehingga fasilitas dan perijinan pendirian pabrik akan dipermudah.
c. Tanah dan Iklim
Di Krakatau Industrial Estate Cilegon (KIEC) telah disediakan tanah yang relatif cukup luas sehingga memungkinkan adanya perluasan pabrik di masa yang akan datang. Data menyebutkan masih tersedia lahan sebesar 200 hektar yang telah dipersiapkan untuk pembangunan pabrik baru. Lahan ini disebutkan dapat dibeli ataupun disewa dengan masa sewa minimal 20 tahun. Kondisi iklim di Cilegon seperti iklim di Indonesia pada umumnya dan tidak membawa pengaruh yang besar terhadap jalannya proses produksi.
d. Keadaan Masyarakat
Masyarakat di daerah industri akan terbiasa untuk menerima kehadiran suatu pabrik di daerahnya, selain itu masyarakat juga akan dapat mengambil keuntungan dengan pendirian pabrik ini, antara lain dengan adanya lapangan kerja yang baru maupun membuka usaha kecil di sekitar lokasi pabrik
commit to user
1.4.1 Macam-macam Proses
Ada beberapa kemungkinan jalannya proses pembuatan vinyl asetat antara lain:
a. Reaksi asam asetat dengan asetilen pada fase cair
Reaksi:
CH 3 CO 2 H + CH=CH
CH 3 CO 2 CH=CH 2 ∆H= -117 kJ/mol Proses ini sudah lama tidak digunakan karena asetilen mahal sehingga cara ini dianggap kurang ekonomis. (Ullman’s, 1989).
b. Reaksi asam asetat dengan asetilen pada fase gas.
Reaksi:
CH 3 CO 2 H + CH =CH
CH 3 CO 2 CH=CH 2 ∆H= -117 kJ/mol Reaksi terjadi dengan katalis zinc asetat pada activated charcoal pada suhu
160-210 0 C dan tekanan 40 KPa. Asetilen dipanaskan dan dicampur dengan uap asam asetat kemudian diumpankan ke dalam reaktor (reaktor pipa atau fixed bed). Hasil reaksi di quenching dan produk lain dipisahkan. Aliran keluar reaktor berupa vinyl asetat, asam asetat, asetilen, asetaldehid, crotonaldehid, aseton, metil asetat, ethylidene diacetat dan acetit anhidrit. Masing-masing komponen dipisahkan dengan menara distilasi.
Proses ini digunakan sampai tahun 1968, setelah itu jarang digunakan bahkan hanya sekitar 20 % kapasitas dunia yang diproduksi dengan proses ini. Hal ini dikarenakan mahalnya asetilen serta diperlukan biaya yang
commit to user
1989).
c. Reaksi asam asetat dengan etilen dan oksigen pada fase cair
Pembentukan vinyl asetat dari etilen dan asam asetat dengan adanya palladium chloride dan alkali asetat dalam asam asetat glasia dengan reaksi:
C 2 H 4 + PdCl 2 + CH 3 CO 2 H CH 3 CO 2 CH=CH 2 + 2HCl + Pd Reaksi terjadi pada tekanan 3-4 MPa dan suhu 110-130 C. Proses ini sekarang sudah tidak digunakan. (Ullman’s, 1989).
d. Reaksi etilen dengan asam asetat dan oksigen pada fase gas
Reaksi utama adalah reaksi oksidasi antara etilen dan asam asetat yang menghasilkan vinyl asetat dan air, dengan persamaan reksi sebagai berikut:
C 2 H 4 + CH 3 CO 2 H + ½O 2 C 2 H 3 OOCH=CH 2 + H 2 O ...(1) Terjadi reaksi samping antara etilen dan oksigen menghasilkan carbon dioksida dan air dengan reaksi:
C 2 H 4 + 3O 2 2CO 2 + 2H 2 O ...(2) Reaksi pada fase gas tejadi pada 150-160 0 C dan tekanan 0,8-1,0 MPa, dengan katalis heterogen yang mengandung Palladium dengan lifetime 1-5 tahun. Tidak terbentuk asam asetat, produk samping berupa air, karbondioksida dan sedikit residu (etil asetat, ethylidene, diacetat dan glikol asetat) (Dimian & Bildea, 2008). Residu dipisahkan dengan menggunakan distilasi. Dengan ini diperoleh kemurnian vinyl asetat yang tinggi.
commit to user
sekitar 80% kapasitas dunia diproses dangan cara ini. Karena bahan baku etilen lebih murah sehingga proses ini dinilai lebih ekonomis.
1.4.2 Alasan Pemilihan Proses
Dalam proses pembuatan vinyl acetate monomer dipilih proses dengan reaksi antara ethylene, acetic acid dan oxygen pada fase gas. Proses ini dipilih dengan alasan :
1. Tekanan operasi tidak terlalu tinggi antara 0,8 – 1,0 Mpa dan suhu operasi mulai 150 – 160 o C
2. Kemurnian produk yang dihasilkan cukup tinggi, mencapai 99,9 %.
3. Produk samping berupa air dan CO 2
Perbandingan proses-proses pembuatan n-butanol yang mencakup kelemahan dan kelebihan dapat dilihat pada Tabel 1.5
Tabel 1.3 Kelebihan dan kekurangan pemilihan proses pembuatan vinyl acetate monomer
No. Macam Proses Kelebihan Kekurangan
1. Reaksi Asam asetat dengan asetilen pada fase cair
reaksi berlangsung pada fase cair
1. Proses lama yang sudah tidak digunakan lagi
2. Harga bahan baku asetilen yang mahal
3. Kurang ekonomis
commit to user
asetat dengan Asetilen pada
fase gas
mudah didapat dan murah
2. Biaya memurnikan produk mahal
3. Hasil samping terlalu banyak
3. Reaksi Asam asetat dengan
Oksigen dan Etilen fase
cair
Suhu operasi rendah antara
110-130 C
1. Kemurnian Produk kurang tinggi
2. Proses sudah tidak digunakan lagi
3. Tekanan operasi sangat tinggi 3-4 Mpa
4. Reaksi Asam asetat dengan
Oksigen dan Etilen fase
gas*
1. Tekanan tidak terlalu tinggi 0,8-1,0 Mpa, Suhu antara 150 – 160 Celcius
2. Produk samping berupa air dan CO2
3. Diperoleh Kemurnian VAM yang tinggi
Reaksi memerlukan katalis palladium dengan harga yang cukup mahal
1.4.3 Kegunaan Vinyl Asetat
Vinyl asetat merupakan monomer yang sangat penting, kegunaan ini antara lain:
a. Merupakan produk antara untuk pembuatan polyvinyl asetat dan kopolimer vinyl asetat serta polyvinyl alcohol.
b. Merupakan bahan pendukung dalam pembuatan cat, adhesive, dan industri kertas serta tekstil.
c. Bentuk kopolimernya dengan acrilonitrile dipakai untuk industry acrylic fiber. (Othmer, 1992)
commit to user
a. Bahan Baku
Etilen Sifat Fisik - Rumus molekul
: CH 2 =CH 2
- Berat molekul
: 28,05 gr/mol
- Titik Didih
: -103,9 0 C
- Titik kritis
: 169 0 C
- Mudah terbakar - Bentuk gas yang tidak berwarna
(Chandra Asri PC) Sifat Kimia Reaksi-reaksi etilen - Polimerisasi
Etilen murni (>99,9%) bereaksi pada kondisi dan tekanan tertentu dengan bantuan katalis membentuk polyetilen.
CH 2 =CH 2 + 0,5O 2 -(-CH 2 -CH 2 -)-n
Reaksi eksotermik - Oksidasi
Oksidasi etilen membentuk etilen oxide dengan reaksi: CH 2 =CH 2 + 0,5O 2 CH2 - CH2 O
Reaksi berlangsung pada 250-300 0 C dan tekanan 1-2 MPa dengan katalis metallic silver.
commit to user
dengan katalis palladium pada karbon, alumina atau silika alumina
pada suhu 175-200 0 C dan tekanan 0,4-1,0 MPa.
Reaksi: CH 2 =CH 2 + CH 2 CO 2 H + 1/2 O 2 CH 3 CO 2 CH=CH 2 + H 2 O - Halogenasi Halogenasi etilen membentuk etilen dichloride, etilen dibromide ethyl chloride dan sebagainya. Pembentuk etilen dichloride, dengan reaksi:
CH 2 =CH 2 + HCl
ClCH 2 - CH 2 Cl + H 2 O……….( 1 )
CH 2 =CH 2 +O 2 + 4 HCl
2ClCH 2 - CH 2 Cl + H 2 O……...( 2 )
Untuk pembentukan ethyl chloride sebagai berikut :
ClCH 2 – CH 2 Cl + HCl
CH 3 CH 2 Cl
Reaksi tersebut terjadi pada fase cair ( T = 30-90 0 C ) dan pada fase gas ( T = 130 – 250 0 C ) dengan tekanan 300 – 500 KPa dan katalis
AlCl 3 atau FeCl 3
- Alkilasi Reaksi antara etilen dan benzene menghasilkan ethyl benzene dengan
katalis AlCl 3 , BF 3 atau FeCl 3
- Hidrasi Hidrasi etilen menghasilkan etanol
ClCH 2 – CH 2 Cl + H 2 O
C 2 H 5 OH Reaksi terjadi pada suhu 300 0 C dan tekanan 7 MPa dengan katalis
H 3 PO 4 -SiO 2 . ( Othmer, 1992 )
commit to user
Sifat fisik - Rumus molekul
: CH3COOH
- Berat molekul
: 60,05 gr/mol
- Titik didih
: 111,1 0 C
- Titik leleh
: 16, 7 0 C
- Berupa cairan tidak berwarna dengan bau yang sangat menyengat - Mudah larut dalam air maupun pelarut organic lain
( Celanese China ) Sifat kimia Reaksi pada asam asetat: - Esterifikasi
Hampir 93 % asam asetat digunakan untuk memproduksi ester asetat, reaksi esterifikasi atau olefin, baik dengan asam asetat dalam bentuk cair maupun gas. Dengan reaksi:
ROH + CH 3 COOH
R-CH 2 COOH + H 2 O - Dehidrasi Reaksi dehidrasi sangat penting untuk sintesa selulosa asetat dengan rayon Reaksi :
CH 3 COOH
CH 2 = CO + CO
- Klorinasi Reaksi klorinasi merupakan reaksi antara asam asetat anhidrid dengan gas klor dengan menggunakan katalis asetil klorida pada titik didih
commit to user
sebagai hasil samping. Reaksi :
CH 3 COOH + Cl 2 ClCH 2 – COOH + HCl ClCH 2 – COOH + Cl 2 Cl 2 CH – COOH + HCl - Adisi Asam asetat ditambahkan dengan asetilen membentuk vinyl asetat Reaksi :
CH 3 COOH + CH=CH
CH 3 COOCH=CH 2 ( Othmer, 1992)
Oksigen Sifat fisik - Rumus molekul
- Berat molekul
: 32,0 gr/mol
- Titik didih
: -183,0 0 C
( Air Liquide ) Sifat kimia Bereaksi hampir dengan semua zat, apabila reaksi melibatkan panas disebut reaksi pembakaran. Merupakan penyusun udara bersama nitrogen.
commit to user
Vinyl asetat Sifat fisik - Rumus molekul
- Berat molekul
: 86,09 gr/mol
- Titik didih
: 72,3 0 C
- Titik leleh
: < -60 0 C
- Berupa cairan tidak berwarna dengan bau yang khas
( Perry, 1999 ) Sifat kimia Reaksi pada vinyl asetat : - Polimerisasi
Merupakan reaksi terpenting pada vinyl asetat sebagai monomer, salah satunya adalah pembentukan polyvinyl asetat. Reaksi :
nCH 3 CO 2 CH=CH 2 -(-CH 2 – CH -) – n O – C – CH 3 O - Hidrolisa Vinyl asetat terhidrolisa dengan katalis asam atau basa membentuk vinyl alcohol tidak stabil, kemudian membentuk asetaldehid. Reaksi :
CH 3 CO 2 CH=CH 2 CH 2 CHOH
CH 2 OH
CH 3 OH
commit to user
Penambahan chloride dan bromidepada vinyl asetat akan membentuk 1,2 dikloro etil asetat yang dapat didistilasi tanpa terdekomposisi dalam kondisi vakum.
- Hidrogenasi Asam asetat dan ethylidene diasetat akan terbentuk jika hydrogen ditambahkan pada vinyl asetat pada suhu 82 0 C dengan adanya 10 % platinum, sedangkan pada 53 0 C dengan 5 % platinum akan menghasilkan etil asetat - Hidroalkilasi katalitik Hydrogen peroksida akan bereaksi dengan vinyl asetat pada 0 0C, dengan menggunakan katalis ossanium tetra oksida menghasilkan glikoaldehid dengan yield 50%. Reaksi:
CH 2 =CHOOCH 3 + H 2 O 2 CH 2 – CH = COOCH 3
OH
OH Karbon dioksida Sifat fisik - Rumus molekul
: CO 2
- Berat molekul
: 44,01 gr/mol
- Titik didih
: -56,6 0 C
- Titik leleh
: subl -78,5 0 C
( Perry, 1999 )
commit to user
Stabil pada suhu normal, di dalam air akan membentuk asam karbonat (H 2 CO 3 ). Bereaksi membentuk carbon monoksida ( CO ) pada suhu
diatas 1700 0 C 2CO 2 2CO + C 2
Karbon dioksida bereaksi dengan ammonia pada stage pertama pada proses produksi urea menghasilkan ammonium karbonat
CO 2 + 2NH 3 NH 2 COONH 4
( Othmer, 1992 )
1.4.5 Tinjauan Proses Secara Umum
Vinyl asetat dapat dihasilkan dari reaksi oksidasi antara etilen, asam asetat dan oksigen dengan katalis palladium. Etilena direaksikan secara eksotermik dengan asam asetat dan oksigen dalam reaktor fixed bed multitube berkatalis, menghasilkan vinyl asetat dan air. Reaksi terjadi pada
fase gas berlangsung pada 150-160 0 C dan tekanan 0,8-1,0 MPa, dengan katalis heterogen yang mengandung Palladium dengan lifetime 1-5 tahun. Tidak terbentuk asam asetat, produk samping berupa air, karbondioksida dan sedikit residu (etil asetat, ethylidene, diacetat dan glikol asetat). Tidak ada asetaldehid yang terbentuk meskipun asam asetat sebagai bahan baku yang mengandung air. Residu dipisahkan dengan menggunakan distilasi. Dengan ini diperoleh kemurnian vinyl asetat yang tinggi.
Yield yang diperoleh adalah 94 % berdasarkan etilena dan 98 – 99 % berdasarkan asam asetat (Dimian & Bildea, 2008).
commit to user Bab I I Deskripsi Proses
DESKRIPSI PROSES
2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk
2.1.1. Spesifikasi bahan baku
a. Ethylene o Bentuk
: gas
o Berat molekul
: 28,05 g/mol
o Titik didih
: -103,9 ˚C
o Titik kritis
: 169 ˚C
o Kemurnian
: 99,99 %
o Impuritas
: Etana ( 80 ppm )
o Kelarutan : tidak larut dalam air
b. Asam asetat o Bentuk
: cairan tidak berwarna o Berat molekul
: 60,05 g/mol
o Titik didih
: 111,1 ˚C
o Titik leleh
: 16,7 ˚C
o Kemurnian
: 99,85 %
o Impuritas
:H 2 O ( 0,15 % )
o Kelarutan : terlarut sempurna dalam air
c. Oksigen o Bentuk
: gas
commit to user
Bab I I Deskripsi Proses
o Titik didih
: -183 ˚C
o Kemurnian
: 100 %
o Impuritas
:-
o Kelarutan : terlarut sempurna dalam air
2.1.2. Spesifikasi produk
Vinil asetat monomer o Bentuk
: cairan
o Berat molekul
: 86,09 g/mol
o Titik didih
: 72,3 ˚C
o Titik leleh
: < -60 ˚C
o Kemurnian
: 99,9 %
o Impuritas
:H 2 O ( 0,1% )
o Kelarutan : terlarut dalam asam asetat, dan
sangat sedikit larut dalam air ( maks. 1%wt )
2.2. Konsep Proses
2.2.1. Dasar Reaksi
Reaksi utama adalah reaksi oksidasi antara etilena dan asam asetat yang menghasilkan vinyl asetat dan air, dengan persamaan reaksi sebagai berikut:
C 2 H 4 + CH 3 CO 2 H + ½O 2 C 2 H 3 OOCH=CH 2 + H 2 O ...(1) Terjadi reaksi samping antara etilena dan oksigen menghasilkan karbondioksida dan air dengan reaksi:
C 2 H 4 + 3O 2 2CO 2 + 2H 2 O
...(2)
commit to user
Bab I I Deskripsi Proses
Reaksi tersebut berjalan dengan mekanisme sebagai berikut.
2CH 3 COOH + ½ O 2 + Pd ↔ Pd-(CH 3 COOH) 2 + H 2 O
…..(3) Pd-(CH 3 COOH) 2 + CH 3 COO - ↔ Pd-(OCOCH 3 ) 3 - …..(4)
Pd-(OCOCH 3 ) 3 - +C 2 H 4 ↔ C 2 H 3 OOCH=CH 2 + CH 3 COOH +CH 3 COO - + Pd..(5) (Dimian,2008) Reaksi samping : CH 3 COOH + Pd Pd-OCOCH 3 - + H + …..(6) Pd-OCOCH 3 - + 3O 2 + C 2 H 4 ↔ 2Pd-CO 2 ed + CH 3 COO - + 2H 2 O …..(7) 2Pd-CO 2 ed ↔ 2Pd + 2CO 2 …..(8)
2.2.3. Kondisi Operasi
a. Temperatur
Penentuan suhu operasi harus mempertimbangkan fase reaksi dan batasan reaksi serta tinjauan secara termodinamika.Suhu operasi harus berada di bawah 200 o C karena pada suhu ini,katalis akan mengalami kerusakan. Selain itu, katalis Palladium baru teraktivasi pada suhu di atas 140 o C (Contreras,2008). Oleh karena
itu, suhu operasi ditentukan pada 150 o
C. Hal ini didasarkan pada suhu tersebut,
reaktan berfase gas dan pada suhu tersebut didapatkan kecepatan reaksi yang optimum (Han et al,2005). Selain itu, katalis Palladium sudah teraktivasi dan dapat bekerja dengan maksimal.
commit to user
Bab I I Deskripsi Proses
Tekanan yang umum digunakan adalah antara 5 atm sampai 12 atm. Tekanan operasi yang direkomendasi yaitu antara 8 atm sampai 10 atm, karena tekanan yang lebih tinggi memberikan produktivitas lebih tetapi berakibat buruk terhadap selektivitas adsorpsi etilena ke permukaan aktif katalis yang mengakibatkan terjadinya reaksi pembakaran yang tak diinginkan (Dimian,2008). Oleh karena itu, diambil tekanan operasi sebesar 10 atm.
c. Perbandingan mol umpan
Mol umpan yang dimasukkan ke reaktor terdiri dari umpan segar dan recycle . Etilena yang diumpankan lebih banyak dari asam asetat. Umpan dirancang dengan rincian 50% etilena, 16,67% asam asetat, 6% oksigen, 0,01% vinil asetat, 2% air dan 25,32% karbondioksida (%mol). Rasio mol reaktan harus menjamin excess etilen terhadap asam asetat dengan perbandingan 2 : 1 sampai 3 :
1. Konsentrasi oksigen dijaga di bawah 8% mol untuk menghindari terjadinya resiko ledakan (Dimian,2008).
d. Pemakaian katalis
Dalam reaksi heterogen gas-padat, meskipun katalis tidak berubah pada akhir reaksi, tetapi katalis tetap ikut aktif di dalam reaksi. Katalis dapat memperbesar kecepatan reaksi karena dimungkinkan terjadinya mekanisme alternatif di mana energi aktivasi tiap langkah reaksi akan lebih rendah dibandingkan tanpa katalis. Konversi kesetimbangan tidak dipengaruhi katalis, tetapi selektivitasnya dapat ditingkatkan dengan adanya katalis. Permukaan yang luas lebih baik Karena laju reaksi setara dengan luas permukaan yang ditempati, yaitu dengan adanya struktur porous, padatan terdiri dari banyak pori. Luas
commit to user Bab I I Deskripsi Proses
menaikkan kecepatan reaksi dan menyebabkan berkurangnya aktivasi sehingga kecepatan reaksi bertambah besar.
Pada reaksi pembuatan vinyl asetat dari etilena dan asam asetat digunakan katalis Palladium yang merupakan katalis padat dengan diameter 5 mm. Katalis ditempatkan di dalam reaktor fixed bed di dalam sisi tubenya. Umur dari katalis Palladium adalah 3 tahun lebih (Rase,2000).
2.2.4. Tinjauan Termodinamika
Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi (eksotermis/endotermis) dan arah reaksi (reversible /irreversible). Untuk menentukan reaksi eksotermis/endotermis panas reaksi dapat dihitung dengan perhitungan panas pembentukan standar ( ∆Hf o ) pada P=1 atm dan T=25 o C.
Tabel 2.1 Harga ∆H f o dan ∆G f o masing-masing komponen
Komponen
∆H f o , kJ/mol
∆G f o , kJ/mol
Ethylene 52,3
68,12 Acetic acid
-228,6 Vinyl acetate monomer
-243 ( Sumber : Yaws, 1999 )
Perhitungannya adalah sebagai berikut : Reaksi 1 :
C 2 H 4 + CH 3 CO 2 H + ½O 2 C 2 H 3 OOCH=CH 2 + H 2 O
commit to user
Bab I I Deskripsi Proses
= ( ΔHf o VAM + ΔHf o H2O ) – (ΔHf o C2H4 + ΔHf o AcOH )
= (-315,7 – 241,8) – (52,3 – 434,84) = -174,96 kJ/mol
Karena ∆H R o reaksi 1 bernilai negatif maka reaksi bersifat eksotermis.
Perubahan energi Gibbs dapat dihitung dengan persamaan : ∆G 298 = -RT ln K
( Smith Van Ness,1987 ) Dimana : ∆G 298 = Energi bebas Gibbs standar suatu reaksi pada 298 K ( kJ/mol ) R
= konstanta gas ( R = 8,314. kJ/kmol.K )
= temperatur ( K )
= konstanta kesetimbangan
∆G o (298 K) = ∆G o produk - ∆G o reaktan
= ( ΔGf o VAM + ΔGf o H2O ) – (ΔGf o C2H4 + ΔGf o AcOH )
= -228,97 – 228,6 – (68,12 – 376,69) = -149 kJ/mol
∆G o (298 K)
= - R.T. ln K 298 K
ln K
( − 149000)
8,314 .298
= 60,14
ln
KK
ln K
− ln K =
− 174960
8,314
1 423
1 298
ln K
− 60,14 = 20,87
commit to user Bab I I Deskripsi Proses
K 423 K
= 1,5212 . 10 35
Karena harga konstanta kesetimbangan relatif besar, maka reaksi berlangsung searah ke arah kanan (irreversible).
Reaksi 2 :
C 2 H 4 + 3O 2 2 CO 2 + 2H 2 O ΔH R o 2 = ΔHf o produk – ΔHf o reaktan
= ( 2. ΔHf o CO2 + 2. ΔHf o H2o ) – (ΔHf o C2H4 ) = ((2.-393,5) +(2.-241,8) – (52,3 ) = -1322,9 kJ/mol
Karena ∆H R o reaksi 2 bernilai negatif maka reaksi bersifat eksotermis.
∆G o (298 K) = ∆G o produk - ∆G o reaktan
= ( 2. ΔGf o CO2 + 2. ΔGf o H2O ) – (ΔGf o C2H4 )
= ((2. -243)+(2. - 228,6 ) – 68,12 = -1011,32 kJ/mol
∆G o (298 K)
= - R.T. ln K 298 K
ln K
( − 1011320)
8,314 .298
= 408,19
ln
KK
ln K
− ln K =
1322900
8,314
1 423
1 298
ln K
− 408,19 = 157,79
commit to user Bab I I Deskripsi Proses
K 423 K
= e 565,98 Karena harga konstanta kesetimbangan sangat besar, maka reaksi berlangsung searah ke arah kanan (irreversible).
2.2.5. Tinjauan Kinetika
Reaksi pembentukan vinyl asetat dari asam asetat dan etilena dengan katalis Palladium merupakan reaksi heterogen dalam fase gas (pereaktan) dan fase padat (katalis). Persamaan kecepatan reaksi pembentukan vinyl asetat dapat dirumuskan sebagai berikut :
Di mana P Et merupakan tekanan parsial dari etilen dan P Ox adalah tekanan parsial dari oksigen dan nilai k dapat didefinisi dengan :
. exp( − / )
Nilai dari energi aktivasi E 1 , A 1 , α, β, dan E 1 dapat dilihat pada Tabel 2-2.
Pada reaksi samping (2), kecepatan reaksinya hampir sama, yaitu :
. exp( − / )
Nilai dari energi aktivasi E 2 ,A 2 , α, β, dan E 2 dapat dilihat pada Tabel 2-2. Tabel 2- 2 Nilai konstanta kinetika Reaksi
A( molVA/liter-cat/s )
E( kJ/mol ) Utama (1)
0,36
0,20
9,7.10 -3 15 Samping (2)
-0,29
0,85
5,13.10 -4 21 (Dimian, 2008)
commit to user
Bab I I Deskripsi Proses
2.3. Diagram Alir Proses dan Tahapan Proses
2.3.1. Diagram Alir Proses
Diagram alir Prarancangan Pabrik Vinyl Acetate Monomer yaitu :
a. Diagram Alir Kualitatif
( Gambar 2.1 )
b. Diagram Alir Kuantitatif ( Gambar 2.2 )
c. Diagram Alir Proses ( Gambar 2.3 )
Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif
Bab I I Deskripsi Proses
No KOM PONEN
Laju Alir Massa Overall ( kg/ jam )
Arus 14 Arus 15
Arus 16
Arus 17
Arus 18 Arus 19 Arus 20 Arus 21 Arus 22 Arus 23
1 C2H4
0,00 0,00 2 CH3COOH
12613,64 35,51 5 H2O
0,00 0,00 7 M EA
Gambar 2.2 Diagram Alir Kuantitatif
Bab I I Deskripsi Proses
No
KOMPONEN
Arus 1 Laju Alir Massa Overall ( kg/jam ) Arus 2 Arus 3 Arus 4 Arus 5 Arus 6 Arus 7 Arus 8 Arus 9 Arus 10 Arus 11 Arus 12 Arus 13 Arus 14 Arus 15 Arus 16 Arus 17 Arus 18 Arus 19 Arus 20 Arus 21 Arus 22 Arus 23 Arus 24 Arus 25
1 C 2 H 4 0,000 0,000 0,000
4630,749 0,000 4630,749 41676,744 46307,494 41676,744 0,000 41676,744 0,000 0,000 41676,744 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,00 41676,744 0,00 0,000 0,000
2 CH 3 COOH
0,000 0,000 0,000 28,425 28,425 12677,569 8616,718 4060,850 4032,425 12649,144 28,425 0,000 0,000 0,000 12649,144 0,000 0,000 0,00 28,425 0,00 12613,636 5 35,507 H 2 O 13,575 266,666 266,666 0,000 0,000 0,000 1189,632 1189,632 4490,861 3567,895 922,966 76,857 3644,752 922,966 329,948 76,857 253,092 3314,804 11602,633 11383,846 218,79 922,966 218,79 12,626 3302,177
Bab I I Deskripsi Proses
commit to user Bab I I Deskripsi Proses
Reaksi pembentukan vinyl asetat dapat dilakukan pada fase cair dan fase gas. Namun, reaksi fasa gas lebih baik dari pada fase cair karena menghasilkan produk dengan kemurnian yang lebih baik dan tidak banyak masalah korosi pada proses (Dimian,2008).
Pada proses pembuatan vinyl asetat, umpan berupa etilena, oksigen, dan asam asetat (99,85%wt) yang masing-masing disimpan di dalam tangki TT-01, TT-02 dan TT-03. Asam asetat fresh dicampur dengan asam asetat recycle kemudian diumpankan ke vaporizer (VP-01) untuk mengubah fase menjadi fase gas. Setelah itu, ketiga bahan baku dicampur dengan arus recycle gas. Pada pencampuran gas ini, konsentrasi oksigen dikontrol dengan mengatur aliran oksigen masuk. Hal ini dilakukan agar konsentrasi oksigen yang masuk ke dalam reaktor tidak melebihi 8% mol campuran untuk menghindari resiko ledakan. Rasio mol reaktan harus menjamin excess etilena terhadap asam asetat dengan perbandingan 2 : 1 sampai 3 : 1. Setelah itu, campuran gas etilena, asam asetat,
dan oksigen dipanaskan dengan heater (E-102) sampai suhu 150 o
C. Hal ini
dilakukan untuk menyesuaikan dengan kondisi operasi reaktor (R-01). Reaktor yang digunakan adalah reaktor fixed bed multitube, dengan menggunakan katalis
Palladium. Reaktor ini beroperasi pada tekanan 10 atm dan 150 o
C, dengan
konversi per pass etilen sebesar 10% . Reaksi yang terjadi dalam reaktor :
C 2 H 4 + CH 3 CO 2 H + ½O 2 C 2 H 3 OOCH=CH 2 + H 2 O
C 2 H 4 + 3O 2 2CO 2 + 2H 2 O
commit to user
Bab I I Deskripsi Proses
vinyl asetat, asam asetat dan air. Selanjutnya, produk keluaran reaktor dialirkan ke unit pemisahan untuk pemurnian produk.
Produk keluaran reaktor dialirkan dan didinginkan dengan heat exchanger (E-201) hingga temperatur 127 o
C. Setelah didinginkan, produk terdiri atas 2 fase,
yaitu fase gas (etilena, oksigen, karbondioksida) dan fase cair (vinyl asetat, asam asetat dan air). Campuran produk ini kemudian dialirkan ke separator (FG-01) untuk memisahkan fase gas dan fase cair. Produk atas dari FG-01 ini adalah etilena, oksigen, karbondioksida dan sedikit vinyl asetat, sedangkan produk bawahnya merupakan campuran vinyl asetat, asam asetat, dan air.
Produk atas yang merupakan campuran gas etilena, oksigen, karbondioksida dan sedikit vinyl asetat dimasukkan absorber (T-101) untuk mengambil vinyl asetat yang masih terikut dalam fasa gas. Selanjutnya, campuran gas ini dimasukkan ke absorber (T-102) untuk mengambil sebagian jumlah gas karbondioksida agar tidak terjadi akumulasi di reaktor dan kemudian gas di- recycle kembali.
Produk bawah Separator (FG-01) dicampur dengan arus hasil absorber T- 101 yang kemudian dialirkan ke menara destilasi (T-201). Produk atas merupakan vinyl asetat, air dan sedikit asam asetat, sedangkan produk bawah merupakan asam asetat dengan sedikit campuran air. Asam asetat yang diperoleh sebagai produk bawah, direcycle kembali dan dicampurkan dengan asam asetat fresh. Produk atas kolom destilasi didinginkan dengan condensor (E-202). Kemudian dialirkan ke dalam decanter (FL-01) untuk dipisahkan dengan prinsip perbedaan massa jenis komponen. Produk atas keluaran decanter merupakan vinyl asetat
commit to user
Bab I I Deskripsi Proses
Produk bawah decanter (FL-01) merupakan campuran air dan sedikit asam asetat yang kemudian akan diolah di unit pengolahan limbah.
2.4. Neraca Massa dan Neraca Panas Produk
: Vinil asetat monomer 99,9% berat Kapasitas
: 100.000 ton/tahun
Satu tahun produksi
: 330 hari
Waktu operasi selama 1 hari : 24 jam
2.4.1 Neraca Massa
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan
: kg/jam
a. Neraca massa di Tee-01 Tabel 2.3 Neraca Massa di Tee-01
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
CH 3 COOH
9036,15
21051,37
30087,51
13,58
253,09
266,67 Total
9049,73
21304,46
30354,18
30354,18
30354,18
commit to user Bab I I Deskripsi Proses
Tabel 2.4 Neraca Massa di Tee-02
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
CH 3 COOH
c. Neraca massa di Tee-03 Tabel 2.5 Neraca Massa di Tee-03
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
C 2 H 4 41676,74
4630,75
46307,49
CH 3 COOH
33045,34
33045,23
O 2 2240,44 4100,96
6341,40
VAM
28,43
28,43
1189,63
1189,63
CO 2 36810,24
36810,24
Total
114990,82
4100,96
4630,75
123722,53
123722,53
123722,53
commit to user
Bab I I Deskripsi Proses
Tabel 2.6 Neraca Massa di Reaktor
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Arus 8
Arus 9
C 2 H 4 46307,49
41676,74
CH 3 COOH
e. Neraca massa di Separator (FG-01) Tabel 2.7
Neraca Massa di Separator
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
C 2 H 4 41676,74
41676,74
CH 3 COOH
24222,23
21264,41
2957,82
O 2 2245,91
2245,91 VAM
12677,57
8616,72
4060,85
4490,86
3567,90
922,97
CO 2 38409,21
38409,21 Total
123722,53
33449,02
90273,50
123722,53
123722,53
commit to user
Bab I I Deskripsi Proses
Tabel 2.8
Neraca Massa di Absorber 1
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
C 2 H 4 41676,74
41676,74 CH 3 COOH
g. Neraca massa di Absorber 2 (T-102) Tabel 2.9
Neraca Massa Absorber-02
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Arus 14
Arus 20 Arus 21
Arus 19 Arus 22
C 2 H 4 41676,74
- 41676,74 CH 3 COOH
4972,56 - Total
86241,08 16372,39
218,79 18195,62 84636,64
102832,26
102832,26
commit to user
Bab I I Deskripsi Proses
Tabel 2.10
Neraca Massa di Regenerator MEA
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Neraca massa di Menara Distilasi(T-201) Tabel 2.11
Neraca Massa di Menara Destilasi
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
CH 3 COOH
Neraca massa di Dekanter(FL-01) Tabel 2.12 Neraca Massa di dekanter
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
CH 3 COOH
213,04
213,04
VAM
12649,14
12613,64
35,51
3314,81
12,62
3302,18
commit to user
Bab I I Deskripsi Proses
Neraca massa overall Tabel 2.13 Neraca Massa Total
komponen
INPUT ( kg/jam )
OUTPUT ( kg/jam )
Arus 24 Arus 25
C 2 H 4 4630,75
0,00 0,00 CH 3 COOH
2.4.2. Neraca Panas
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan
: kJ/jam
a. Neraca Panas di reaktor (R-01) Tabel 2.14 Neraca panas Reaktor
Komponen
Qinput ( kJ/jam )
Qoutput ( kJ/jam )
Q umpan
20.332.062,04
Q produk
22.670.537,81
Q pengendali
47.391.876,28
Q reaksi
49.730.352,06
TOTAL
70.062.414,10
70.062.414,10
commit to user Bab I I Deskripsi Proses
Tabel 2.15 Neraca Panas separator
Komponen
Q input ( kJ/jam )
Q output ( kJ/jam )
Q umpan
20.280.175,13
- Q produk atas
12.114.427,41 Q produk bawah
c. Neraca Panas di absorber 1(T-101)
Tabel 2.16 Neraca Panas di Absorber 1
Komponen
Q input ( kJ/jam )
Q output ( kJ/jam )
Q umpan gas
6.752.505,81
Q umpancair
500.209,18
Q Pelarutan
78,70
Q produk gas
6.053.360,76
Q produk cair
852.914,93 Q laten terserap
d. Neraca Panas di absorber 2(T-102) Tabel 2.17 Neraca Panas di Absorber 2
Komponen
Q input ( kJ/jam )
Q output ( kJ/jam )
Q umpan gas
6.053.360,76
Q umpancair
3.557.556,37
Q produk gas
5.974.533,19
Q produk cair
3.636.383,94
TOTAL
9.610.917,13
9.610.917,13
commit to user Bab I I Deskripsi Proses
Tabel 2.18 Neraca Panas Menara Distilasi
Komponen
Q input ( kJ/jam )
Q output ( kJ/jam)
Q umpan
9.018.662,65
Q condensor
140.303.746,59
Q reboiler
f. Neraca Panas di regenerator MEA (T-202) Tabel 2.19 Neraca Panas Regenerator
Komponen
Q input ( kJ/jam )
Q output ( kJ/jam)
Q umpan
6.594.786,23
Q condensor
1.061.268,53
Q reboiler
g. Neraca Panas di dekanter(FL-01) Tabel 2.20 Neraca Panas Dekanter
Komponen
Q input ( kJ/jam )
Q output ( kJ/jam)
Q umpan
561741,62
Q fase berat
215199,61
Q fase ringan
346542,01
TOTAL
561741,62
561741,62
commit to user Bab I I Deskripsi Proses
Tabel 2.21 Neraca Panas Vaporizer
Komponen
Q input ( kJ/jam )
Q output ( kJ/jam)
Q umpan
5429721,97
Q pemanas
25787651,31
Q uap keluar
6816733,65
Q cair keluar
3209353,95
Q penguapan
2.5. Lay Out Pabrik dan Peralatan Proses
2.5.1. Lay Out Pabrik
Lay out pabrik merupakan suatu pengaturan atau penyusunan peralatan proses dan fasilitas pabrik lainnya, sedemikian rupa sehingga pabrik dapat berfungsi dengan efektif, efisien, dan aman. Tata letak pabrik yang baik bertujuan agar :
o Mempermudah arus masuk dan keluar area pabrik. o Proses pengolahan bahan baku menjadi produk lebih efisien. o Mempermudah penanggulangan bahaya yang mungkin terjadi seperti
kebakaran, ledakan dll. o Mencegah terjadinya polusi. o Memudahkan pemasangan, pemeliharaan, dan perbaikan. o Menekan biaya produksi serendah mungkin dengan hasil yang
maksimum.
commit to user
Bab I I Deskripsi Proses
dipertimbangkan dalam menentukan tata letak pabrik adalah :
o Pabrik Vinyl Acetate Monomer ini merupakan pabrik baru sehingga dalam tata letak pabrik tidak dibatasi oleh bangunan yang ada. o Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di
masa mendatang. o Faktor keamanan, terutama bahaya kebakaran sangat penting maka dalam merencanakan lay out selalu diusahakan untuk memisahkan sumber api dan panas dari sumber bahan baku yang mudah meledak. Unit – unit yang ada dikelompokkan agar memudahkan pengalokasian bahaya kebakaran yang mungkin terjadi.
o Sistem konstruksi yang direncanakan adalah out door untuk menekan biaya bangunan gedung, sedangkan jalannya proses dalam pabrik tidak dipengaruhi oleh perubahan musim.
o Fasilitas untuk karyawan seperti masjid, kantin, parkir, dan sebagainya diletakkan strategis sehingga tidak mengganggu jalannya proses.