PRARANCANGAN PABRIK STIRENA DENGAN PROSES DEHIDROGENASI ETILBENZENA KAPASITAS 60.000 TONTAHUN

TUGAS AKHIR

Arum Sari (I.0505001) Mellyza C. (I.0505041) JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2010

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Stirena (C 6 H 5 C 2 H 3 ) merupakan salah satu produk senyawa aromatik monomer yang saat ini semakin dibutuhkan. Hal ini terutama disebabkan oleh semakin meningkatnya permintaan produk – produk plastik yang menggunakan bahan dasar stirena. Kegunaan utamanya sebagai zat antara (intermediet) untuk pembuatan senyawa kimia lainnya dan untuk memperkuat industri hilir seperti :PolyStyrene (PS), Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS), Styrene Acrylonitrile (SAN), Styrene Butadiena Latex (SBL), Styrene Butadiene Rubber (SBR), Unsaturated Polyester Resins (UPR) . Kebutuhan dunia akan stirena tiap tahunnya mengalami kenaikan seiring dengan peningkatan kebutuhan sebagai bahan baku untuk polystirena (+50%), ABS (+ 11 %), SAN (+ 1 %), SBR (+ 15 %), SBL (+ 12%), UPR (+ 11%) (anonim,2009).

Meningkatnya permintaan dunia akan stirena selalu diikuti dengan peningkatan produksi pabrik stirena, namun produksi stirena di dalam dunia belum mampu sepenuhnya memenuhi konsumsi dunia akibat keterbatasan kapasitas pabrik yang telah berdiri. Khususnya di Asia Tenggara masih terdapat beberapa negara yang kekurangan akan stirena. Sedangkan di Indonesia, kebutuhan akan stirena sudah dapat terpenuhi oleh PT. Styrindo Mono Indonesia.

Untuk prospek ekspor pasar produk stirena untuk kawasan Asia masih cukup menjanjikan dengan negara tujuan ekspor adalah Malaysia, Thailand dan Filipina. Hal ini tentunya memberikan dampak positif terhadap peningkatan devisa bagi negara.

Dari penjelasan di atas maka dapat ditarik kesimpulan bahwa :

a. Pendirian pabrik stirena dapat diproyeksikan untuk orientasi ekspor mengingat kebutuhan dalam negeri telah dapat dipenuhi oleh PT. Styrindo Mono Indonesia.

b. Mendukung berkembangnya pabrik hilir industri lain yang menggunakan stirena sebagai bahan pembantu maupun bahan baku.

c. Membuka kesempatan lapangan kerja baru sehingga dapat menurunkan tingkat pengangguran di Indonesia.

Dengan mendasarkan pada pertimbangan-pertimbangan tersebut diatas maka pendirian pabrik stirena di Indonesia dipandang masih cukup strategis.

1.2. Kapasitas Rancangan . Dalam menentukan kapasitas produksi yang menguntungkan digunakan beberapa pertimbangan, yaitu:

1) Ketersediaan bahan baku.

2) Kapasitas minimum pabrik.

3) Data impor stirena di negara tujuan ekspor (Malaysia, Filipina, dan Thailand).

1.2.1 Ketersediaan Bahan Baku

Bahan baku merupakan faktor yang sangat penting untuk kelangsungan produksi suatu pabrik dilihat dari ketersediaan maupun kontinuitasnya. Bahan baku pembuatan stirena adalah etilbenzena yang diperoleh dari PT Styrindo Mono Indonesia ( PT SMI ) yang berlokasi di Serang, Banten dengan kapasitas penjualan etilbenzena sebesar 150.000 ton/tahun. Sedangkan kebutuhan untuk produksi stirena pada pabrik yang akan didirikan sebesar 65.000 ton/tahun. Dengan alokasi sebesar 45% dari total kapasitas etilbenzena yang dijual oleh PT SMI diharapkan dapat menjamin ketersediaan dan kontinuitas bahan baku.

Sedangkan untuk bahan pendukung lainnya seperti katalis Fe 2 O 3 diperoleh dengan mengimpor dari Chemsource Enterprice,Pte, Ltd, Singapura.

1.2.2 Kapasitas Minimum Pabrik

Untuk menentukan kapasitas pabrik yang akan didirikan harus memperhatikan kapasitas pabrik sejenis dalam skala komersial yang sudah dibangun. Daftar pabrik stirena beserta lokasi dan kapasitas produksinya disajikan pada tabel1.1.

Tabel 1.1 Daftar Pabrik Stirena beserta Lokasi dan Kapasitas Produksinya

No Pabrik dan Lokasi Kapasitas Proses (Ton/Tahun)

1 Chevron (St. James, La)

dehidrogenasi

2 Dow (Freeport, Texas)

dehidrogenasi

3 Sterling (Texas)

dehidrogenasi

4 Westlake (Lake Charles, La)

dehidrogenasi

5 Lyondell/Bayer (Roterdam, Bld)

oksidasi

6 CSPC (Guangdong, China)

oksidasi

7 Jilin Chemical (China)

dehidrogenasi

8 Guangzhou Petrochemical (China)

dehidrogenasi

9 Lanzhou Petrochemical (China)

dehidrogenasi

10 Panjin Chemical (China)

dehidrogenasi

11 Fushun Petrochemical (China)

dehidrogenasi

12 Dallian Petrochemical (China)

dehidrogenasi

13 Mitshubishi Chemical (Khasima, Japan)

dehidrogenasi

14 Asahi (Mizushima, Japan)

dehidrogenasi

15 Styrindo Mono Indonesia ( Indonesia)

dehidrogenasi

16 Idemitsu Stirena (Malaysia)

dehidrogenasi

17 Ellba Eastern (Singapura)

oksidasi

18 Seraya Chemical (Singapura)

oksidasi

19 Thai Petrochemical (Thailand)

dehidrogenasi Sumber : CMAI,2008

Berdasarkan tabel 1.1 di atas pabrik stirena kapasitas minimum yang pernah dibangun adalah Lanzhou Petrochemical (China) dengan kapasitas sebesar 30.000 ton/tahun dan pabrik stirena dengan kapasitas terbesar adalah Chevron (St.James,La) dengan kapasitas 974.000 ton/tahun. Untuk pabrik yang ada di

Indonesia sendiri saat ini hanya satu yaitu PT. Styrindo Mono Indonesia dengan kapasitas 200.000 ton/tahun. Kapasitas pabrik yang didirikan direncanakan sebesar 60.000 ton/tahun.

1.2.3 Data Impor Stirena di Negara Tujuan Ekspor ( Malaysia, Filipina, dan Thailand)

Stirena yang dihasilkan ditujukan untuk orientasi kebutuhan ekspor dengan mengambil pasar di Asia Tenggara dengan negara tujuan Malaysia, Filipina dan Thailand. Impor stirena di negara tujuan ekspor disajikan pada tabel1.2 :

Tabel 1.2 Data Impor Stirena di Negara Tujuan Ekspor

Impor (ton) Tahun

Malaysia Filipina Thailand 2004

Sumber: (CMAI, 2008)

Gambar 1.1 Grafik Kebutuhan Stirena di Malaysia, Filipina dan Thailand Tahun 2004 – 2007

Pada tabel 1.2 dapat diketahui bahwa impor stirena di negara Malaysia, Filipina dan Thailand mengalami peningkatan dari tahun ke tahun. Peningkatan ini menunjukkan bahwa kebutuhan stirena di negara-negara tersebut semakin meningkat dari tahun ke tahun.

Dari grafik gambar 1.1 dapat dilakukan pendekatan regresi linear, sehingga dapat diperoleh persamaan sebagai berikut : y 1 = 2.285 x – 4.539.201 y 2 = 11.429 x – 22.830.782,5 y 3 = 533,7 x – 1.041.737,1

dengan : y 1 = jumlah kebutuhan stirena di Malaysia (ton/tahun)

2 y = jumlah kebutuhan stirena di Filipina (ton/tahun)

3 y = jumlah kebutuhan stirena di Thailand (ton/tahun) 3 y = jumlah kebutuhan stirena di Thailand (ton/tahun)

Berdasarkan pertimbangan-pertimbangan di atas maka direncanakan pabrik stirena akan mulai produksi pada tahun 2014 dengan kapasitas 60.000 ton/tahun dan diharapkan akan dapat memenuhi sebagian kekurangan konsumsi negara Malaysia, Filipina dan Thailand akan stirena pada tahun 2014. Pertimbangan di atas berdasarkan bahan baku yang tersedia masih mencukupi yaitu sebesar 45 % dari kapasitas total etilbenzena yang dijual oleh PT. Styrindo Mono Indonesia. Penentuan kapasitas ini juga berdasarkan pertimbangan kapasitas pabrik yang telah didirikan serta kebutuhan pasar akan stirena.

1.3. Penentuan Lokasi Pabrik

Pemilihan lokasi pabrik merupakan hal yang sangat penting dalam setiap perancangan suatu pabrik karena menyangkut kelangsungan dan keberhasilannya, baik dari segi ekonomi maupun teknis. Orientasi perusahaan dalam menentukan lokasi pabrik pada prinsipnya ditentukan berdasarkan pertimbangan pada letak geografis, teknis, ekonomis dan lingkungan. Dari pertimbangan tersebut lokasi pabrik dari prarancangan pabrik stirena ini dipilih kawasan industri Pulo Ampel di daerah Serang, Banten yang dekat dengan daerah penghasil bahan baku dengan pertimbangan sebagai berikut :

A. Faktor Primer

a. Penyediaan Bahan Baku Bahan baku merupakan kebutuhan utama bagi kelangsungan suatu pabrik untuk beroperasi sehingga pengadaannya harus benar-benar diperhatikan. Sehingga diutamakan lokasi pabrik yang akan didirikan dekat dengan bahan baku. Hal ini dapat mengurangi biaya transportasi dan penyimpanan serta mengurangi investasi pabrik. Lokasi pabrik yang dipilih adalah kawasan industri Pulo Ampel di daerah Serang, Banten. Bahan baku etilbenzena yang digunakan diperoleh dari PT. Styrindo Mono Indonesia (PT. SMI) yang juga terletak di Serang, Banten.

b. Transportasi Transportasi bahan baku menuju Pulo Ampel cukup mudah, mengingat fasilitas jalan tol Merak – Jakarta – Cikampek cukup memadai dan fasilitas umum transportasi seperti pelabuhan dan bandara tersedia dekat lokasi pabrik sehingga baik transportasi bahan baku maupun pemasaran hasil produksi untuk luar negeri tidak mengalami kesulitan. Banten mempunyai pelabuhan Merak, pelabuhan Ciwandan ,juga terdapat dermaga khusus (Dersus) di daerah Anyer dan di daerah Karangantu, Serang.

B. Faktor Sekunder

a. Tenaga Kerja dan Tenaga Ahli Area kawasan industri Pulo Ampel berlokasi tidak jauh dari wilayah Jabodetabek yang memiliki banyak lembaga pendidikan formal maupun a. Tenaga Kerja dan Tenaga Ahli Area kawasan industri Pulo Ampel berlokasi tidak jauh dari wilayah Jabodetabek yang memiliki banyak lembaga pendidikan formal maupun

b. Kebijakan Pemerintah dan Keadaan Masyarakat Pendirian suatu pabrik perlu mempertimbangkan kebijakan pemerintah yang terkait didalamnya. Kebijakan pengembangan industri dan hubungannya dengan pemerataan kerja dan hasil-hasil pembangunan. kawasan industri Pulo Ampel merupakan daerah yang telah disiapkan untuk kawasan industri sehingga sudah sesuai dengan kebijakan dari pemerintah.

c. Utilitas · Penyediaan Energi Kawasan industri Pulo Ampel menyediakan fasilitas berupa fasilitas untuk memenuhi kebutuhan listrik dari PLTU Sulfindo dengan kapasitas 1050 MW yang mampu mensuplai kebutuhan tenaga listrik pabrik serta menggunakan generator yang dibangun sendiri sebagai cadangan.

· Penyediaan Air Kebutuhan air pabrik meliputi air pendingin proses, air umpan boiler, air

konsumsi umum dan sanitasi serta air pemadam kebakaran diperoleh dari PT.Sauh Bahtera Samudera yang berada di kawasan industri.

· Penyediaan Steam Kebutuhan steam sebagai media pemanas pada reboiler dipenuhi oleh boiler yang menggunakan bahan bakar hasil atas separator.

· Penyediaan Udara Tekan Penyediaaan udara tekan bertujuan untuk memenuhi kebutuhan

instrumentasi, untuk penyediaan udara tekan di bengkel, dan untuk kebutuhan umum yang lain.

· Penyediaan Bahan Bakar Kebutuhan bahan bakar untuk kebutuhan generator yang berupa IDO (Industrial Diesel Oil) dapat diperoleh dari Pertamina. · Pengolahan Limbah Limbah yang dihasilkan oleh pabrik berupa limbah cair yang diolah terlebih dahulu di unit pengolahan limbah cair kemudian dibuang.

Peta Lokasi

PT SMI

LOKASI

Gambar 1.2 Lokasi Rencana Pendirian Pabrik

1.4. Tinjauan Pustaka

1.4.1. Pemilihan Proses Macam–macam Proses Pembuatan Stirena

1. Dehidrogenasi Katalitik

Dehidrogenasi katalitik adalah reaksi langsung dari etilbenzena menjadi stirena, cara tersebut adalah proses pembuatan stirena yang banyak dikembangkan dalam produksi komersial. Reaksi terjadi pada fase uap dimana gas umpan

melewati katalis Fe 2 O 3 padat. Reaksi bersifat endotermis dan merupakan reaksi kesetimbangan (Mc. Ketta, 1980). Reaksi yang terjadi :

6 H 5 CH C 2 CH 3 ↔ C 6 H 5 CH = CH 2 +H 2

Diperoleh yield yang rendah jika reaksi ini berlangsung tanpa menggunakan katalis. Temperatur reaktor 537–665 0

C pada tekanan 0,27-1,3 atm (US Patent 6.096.937). Konversi etilbenzena mencapai 97% (Wenner Dybdal, 1948) dengan selektivitas pembentukan stirena 93-97% (Mc. Ketta, 1980).

2. Oksidasi Etilbenzena

Menurut Kirk Othmer (1994), proses ini ada dua macam yaitu dari Union Carbide dan Halogen Internasional. Proses dari Union Carbide mempunyai dua produk yaitu stirena dan acetophenon. Menggunakan katalis acetate diikuti dengan reaksi reduksi menggunakan katalis chrome-besi-tembaga kemudian dilanjutkan dengan reaksi hidrasi alkohol menjadi stirena dengan katalis titania

pada suhu 250 - 280 o 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 + CH 2 CHCH 3 → H 2 COCHCH 3 + C 6 H 5 CH(OH)CH 3

C 6 H 5 CH(OH)CH 3 → C 6 H 5 CH = CH 2 + H 2 O

Kekurangan proses ini adalah terjadinya korosi pada tahap oksidasi. Proses Halogen Internasional menghasilkan stirena dan propilenaoxide. Yaitu proses mengoksidasi etilbenzena menjadi etilbenzena hidroperoxide kemudian direaksikan dengan propilena membentuk propilenaoxide dan α-phenil-etilalkohol kemudian didehidrasi menjadi stirena.

Perbandingan kedua proses disajikan pada tabel 1.3. Dari uraian proses pembuatan stirena tersebut, maka pabrik stirena dirancang dengan proses dehidrogenasi katalitik dengan menggunakan katalis Fe 2 O 3 dengan alasan sebagai berikut :

1. Proses dehidrogenasi adalah proses yang paling sederhana.

2. Proses dehidrogenasi katalitik yang paling banyak dipakai secara komersial.

3. Hasil samping berupa toluena dan benzena bisa dijual sehingga dapat menambah keuntungan.

4. Tekanan yang digunakan rendah, sehingga lebih aman.

5. Selektivitas tinggi, sehingga pembentukan produk utama akan semakin besar.

6. Kebutuhan bahan pembantu sedikit.

Tabel 1.3 Perbandingan Proses Dehidrogenasi dan Oksidasi Etilbenzena

Parameter

Proses Dehidrogenasi

Proses Oksidasi

Katalitik Etilbenzena

Etilbenzena

0 Suhu reaksi 0 537 – 665 C 250 – 280 C Tekanan

8,16 – 15 atm Hasil konversi

0,27 – 1,3 atm

25 – 30 % Selektivitas

70 % Katalis yang digunakan

Fe 2 O 3 Acetat, krom, besi, tembaga, dan titania

Kebutuhan bahan pembantu Katalis Propilena, oksigen, hidrogen, dan bermacam-macam katalis

Keuntungan

Tekanan rendah

Suhu reaksi rendah

Konversi lebih tinggi Selektivitas tinggi Kebutuhan bahan pembantu sedikit

Kekurangan

Suhu reaksi tinggi

Tekanan tinggi Konversi lebih rendah Selektivitas rendah Kebutuhan bahan pembantu lebih banyak

1.4.2. Tinjauan Proses Dehidrogenasi Secara Umum

Dehidrogenasi adalah salah satu reaksi yang penting dalam industri kimia meskipun penggunaannya relatif sedikit bila dibandingkan dengan proses hidrogenasi. Reaksi dehidrogenasi adalah reaksi yang menghasilkan komponen yang berkurang kejenuhannya dengan cara mengeliminasi atom hidrogen dari suatu senyawa menghasilkan suatu senyawa yang lebih reaktif. Pada prinsipnya semua senyawa yang mengandung atom hidrogen dapat dihidrogenasi, tetapi umumnya yang dibicarakan adalah senyawa yang mengandung carbon seperti hidrokarbon dan alkohol. Proses dehidrogenasi kebanyakan berlangsung secara endotermis yaitu membutuhkan panas.

Dehidrogenasi adalah reaksi yang bersifat endotermis yaitu membutuhkan panas untuk terjadinya reaksi dan suhu yang tinggi diperlukan untuk mencapai konversi yang tinggi pula. Reaksi dehidrogenasi yang sering digunakan dalam skala besar adalah dehidrogenasi etilbenzena menjadi stirena.

Reaksi pembentukan stirena dari etilbenzena :

C 6 H 5 CH 2 CH 3 6 H C 5 CH= CH 2 + H 2

Pada umumnya reaksi dehidrogenasi terhadap senyawa hidrokarbon membutuhkan temperatur tinggi agar tercapai kesetimbangan dan kecepatan reaksi yang lebih sehingga proses ini dapat berlangsung dengan baik pada fase gas. Reaksi dehidrogenasi dalam fase gas hanya sesuai dilakukan pada senyawa hidrokarbon tertentu. Senyawa tersebut harus mempunyai stabilitas termal yang cukup untuk menghindari terjadinya dekomposisi yang tidak diinginkan.

Reaksi dehidrogenasi merupakan reaksi endotermis. Panas untuk reaksi ditambahkan melalui pipa-pipa dan pemanasan umpan. Proses dehidrogenasi ini membutuhkan supplay panas untuk menjaga suhu reaksi. Pemilihan katalis didasarkan atas kondisi reaksi yang bersifat highly endothermic. Katalis yang

digunakan adalah Fe 2 O 3 yang cocok digunakan pada reaksi suhu tinggi (550– 670 o C). Katalis menurun keaktifannya seiring dengan berkurangnya umur hidup

katalis sehingga secara periodik perlu dilakukan regenerasi katalis (Ullmans, 1989).

1.4.3. Sifat Fisis dan Kimia Senyawa yang Terlibat

1. Bahan Baku :

A. Etilbenzena

Sifat Fisis (Ullman’s,2002) : § Wujud

: Cair

§ Berat Molekul : 106,168 gram / mol § Densitas pada 25 °C

: 0,86262 gram / mL § Titik beku

: - 94,949 °C

§ Titik didih pada 1 atm

: 136,2 °C

§ Kelarutan dalam air

: 0,001 % berat

§ Kapasitas panas : untuk gas ideal = 1169 J/kg °K untuk cairan = 1752 J/kg °K § Tekanan kritis

: 36,09 bar

§ Suhu kritis

: 344,02 °C

§ Faktor aksentrik

§ Kompresibilitas kritis

§ Flash point

15 °C

§ Refraktif indeks pada 25 °C

§ Surface tension

: 28,48 mN/m § Viskositas pada 25 o C : 0,6317 cp

Sifat Kimia (Ullman’s,2002) :

1. Reaksi Dehidrogenasi Proses ini dilakukan pada fase gas dengan katalis Fe 2 O 3 dan membutuhkan panas. Reaksi yang terjadi :

C 6 H 5 CH 2 CH 3 →C 6 H 5 = CH 2 + H 2 ∆H (650 °C) = 117,44 kJ/mol Etilbenzena Stirena Hidrogen

2. Reaksi Oksidasi Reaksi oksidasi menghasilkan etilbenzena hidroperokside . Reaksi yang terjadi :

C 6 H 5 CH 2 CH 3 + O 2 → C 6 H 5 CH(OOH)CH 3

Reaksi fase cair dengan udara digelembungkan melalui cairan terhadap katalis. Hidroperoksida merupakan senyawa yang tidak stabil, maka kemungkinan kenaikan temperatur harus dihindari karena akan terjadi dekomposisi. Polietilbenzena merupakan produk samping dari pembuatan etilbenzena.

3. Reaksi Hidrogenasi Dapat terjadi dengan bantuan katalis Ni, Pt, atau Pd menghasilkan etilsiklohexana. Reaksi yang terjadi :

C 6 H 5 CH 2 CH 3 + 3H 2 → C6H11C 2 H 5 Etilbenzena Etilsiklohexana

4. Reaksi Halogenasi Dapat terjadi dengan adanya bantuan panas atau cahaya. Reaksi yang terjadi :

2C 6 H 5 CH 2 CH 3 + Cl 2 → C 6 H 5 CH-ClCH 3 + C 6 H 5 CH 2 Cl Etilbenzena 1-chloro-2phenilethana 2-chloro phenilethana

2. Produk : Stirena

Sifat Fisis (Ullman’s,2002) : § Wujud

: Cair

§ Berat molekul : 104,152 gram / mol § Densitas pada 25 o C : 0,8998 gram / mL

§ Volume kritis

: 3,37 mL/gram

§ Tekanan kritis

: 38,4 bar

§ Titik didih pada 1 atm

: 145 °C

§ Suhu kritis

: 362,1 °C

§ Flash point

: 31,1 °C

§ Kelarutan dalam air

: 0,032 % berat

§ Panas pembakaran 25°C : -4,263 MJ/mol § Panas pembentukan gas (25 0 C) : 147,4 kJ/mol

§ Panas penguapan 25°C

: 421 J/g

§ Faktor aksentrik

: 0,257 § Viskositas pada 25 o C : 0,6719 cp

Sifat Kimia (Ullman’s,2002) :

1. Polimerisasi stirena menjadi polivinilbenzena Reaksi yang terjadi :

nC 6 H 5 CH = CH 2 + O 3 → (CHCH 2 ) n -C 6 H 5

2. Stirena ditambah ozon menjadi benzaldehida Reaksi yang terjadi :

C 6 H 5 CH = CH 2 + O 2 → C 6 H 5 CHO

3. Alkilasi stirena dengan methanol menjadi metilether Reaksi yang terjadi :

C 6 H 5 CH = CH 2 + CH 3 OH → C 6 H 5 -CH(OCH 3 )CH 3

3. Produk Samping

A. Benzena Sifat Fisik (Kirk Othmer, 1983) :

§ Wujud pada 25 o C : cair § Berat molekul

: 78,114 gram / mol § Berat jenis

: 0,8729 gram/cm 3

§ Titik didih pada tekanan 1 atm o : 80,10 C

§ Tekanan uap pada 25 o C : 873,700 kPa § Viskositas pada 25 o C : 0,6071 cp § Tegangan permukaan pada 25 o C : 28,180 dyne/cm

§ Temperatur kritis : 289,0 o C § Tekanan kritis

: 48,6 atm § Flash point o : -11,1 C

§ Panas pembentukan : 48,66 kJ/gmol § Panas peleburan

: 9,874 kJ/kmol § Panas penguapan pada 80 o C : 33,847 kJ/kmol

§ Panas pembakaran pada 25 o C : -3267,6 kJ/gmol § Kelarutan dalam air pada 25 o C : 0,180 gram/100 gram air

Sifat Kimia (Ullman’s,2002): § Benzena adalah sumber senyawa organik yang banyak digunakan sebagai senyawa antara

§ Pembentukan benzena terjadi pada temperatur diatas 500 0 C § Alkilasi katalitik benzena dengan etilen menghasilkan etilbenzena

§ Alkilasi katalitik pada fase gas benzena dan propena menghasilkan cumene

B. Toluena

Sifat Fisik (Ullman’s,2002):

§ Wujud pada 25 o C : cair

§ Berat molekul : 92,141 gram / mol § Titik didih pada tekanan 1 atm o : 110,625 C

§ Temperatur kritis o : 320,8 C § Tekanan kritis

: 40,23 atm § Densitas 25°C 3 : 0,8631 g/cm

§ Viskositas 25°C : 0,5465 cp § Flash point o : 4,0 C

§ Panas penguapan pada 110 0 C : 32,786 kJ/mol § Kelarutan dalam air pada 25 0 C : 0,050 gram/100 gram air

Sifat Kimia (Ullman’s,2002): § Senyawa aromatik

§ Pengoksidasi group metil menghasilkan benzaldehida dan asam benzoat

§ Dapat mengalami dekarboksilasi menjadi phenol atau mengalami hidrogenasi menjadi asam sikloheksankarboksilik

§ Alkilasi dari toluena dengan propilen menghasilkan methylcumene isomer

1.4.4. Kegunaan Produk

Menurut anonim, 2009, stirena dalam industri dapat digunakan antara lain dalam bentuk : · Polystyrene.

Digunakan dalam industri pengemasan, alat-alat rumah tangga, elektronik.

· Acrylonitrile Butadiena Styrene.

Digunakan dalam industri pipa dan kelistrikan/elektronik. · Styrene Acrylonitrile. Digunakan dalam barang-barang rumah tangga, pengemas kosmetik. · Styrene Butadiena Rubber. Digunakan dalam industri perekat, ikat pinggang, sepatu dan ban. · Styrene Butadiena Latex.

Digunakan dalam industri karpet, matras busa dan perekat. · Unsaturated Polyester Resins.

Digunakan dalam industri resin plastic thermosetting.

BAB II DESKRIPSI PROSES

2.1. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

2.1.1 Spesifikasi Bahan Baku

A. Etilbenzena (PT. Styrindo Mono Indonesia, 2009)

Wujud

Cair Kenampakan

= Tidak berwarna Bau

Khas aromatis Komposisi

Etilbenzena

Minimal 99,85 % berat Benzena

Maksimal 0,15 % berat

Berat jenis pada 25 o C =

0,867 g/mL Viskositas pada 25 o C = 0,6268 cp

2.1.2. Spesifikasi Bahan Pembantu

A. Spesifikasi Katalis (Chemsource Enterprice,Pte, Ltd, 2009) Jenis katalis

= Fe 2 O 3 Wujud

= Butiran padat Kenampakan

Kuning Bentuk

Granular Diameter

4,7 mm Bulk density

977 kg/m 3 Porositas

2.1.3 Spesifikasi Produk

Produk Utama

A. Stirena (Cevron Philips Chemical Company, 2004)

Wujud = Cair

Kenampakan = Tidak berwarna Bau

Khas aromatis Komposisi : Stirena

Minimal 99,7 % berat Etilbenzena

Maksimal 0,3 % berat Inhibitor

4-tert-butylcatechol 10 – 20 ppm

Produk Samping

A. Benzena (Chevron Philips Chemical Company,2004)

Tidak berwarna Bau

Khas aromatis Komposisi : Benzena

Minimal 99,95 % berat Toluena

Maksimal 0,05 % berat

B. Toluena (CITGO Petroleum Corporation,2009)

Wujud

Cair

Kenampakan = Tidak berwarna Bau

Khas aromatik Komposisi : Toluena

Minimal 99,92 % berat Benzena

Maksimal 0,03 % berat Etilbenzena

= Maksimal 0,05 % berat

2.2. Konsep Proses

2.2.1 Dasar, Fasa dan Sifat Reaksi

Proses pembuatan stirena dari etilbenzena berdasarkan pada reaksi dehidrogenasi pada molekul etilbenzena dengan melepaskan dua atom hidrogen dari cabang etil. Reaksi berlangsung dalam fasa gas, bersifat reversibel endotermis. Panas yang dibutuhkan digunakan untuk memutus ikatan C-H. Untuk memenuhi kebutuhan panas agar temperatur reaksi dapat tercapai digunakan molten salt yang akan masuk ke reaktor fixed bed multitube.

Reaksi utama yang terjadi :

ΔH = 117440 kj/kmol Di samping itu juga terjadi reaksi samping menurut Wenner Dybdal (1948), menghasilkan benzena, toluena, metana dan etena. Reaksi :

2.2.1 Mekanisme Reaksi

Adsorbsi reaktan ke permukaan katalis

Reaksi pada permukaan katalis

Desorbsi hasil reaksi

2.2.3 Kondisi Operasi

Reaksi berlangsung di dalam reaktor fixed bed multitube yang dioperasikan pada suhu sekitar 537 – 665 o

C dan tekanan 0,27 - 1,3 atm. Pembentukan toluena sebesar 2 % dan benzena 1 % (% mol) dari produk stirena yang dihasilkan. Selektivitas stirena adalah 93-97 % (Kirk Othmer, 1980).

C dan 1,2atm. Pemilihan suhu dan tekanan tersebut dengan mempertimbangkan beberapa hal sebagai berikut :

Dalam hal ini suhu dan tekanan yang digunakan adalah 650 o

1. Reaksi dehidrogenasi ini merupakan reaksi katalitik maka kondisi operasi harus berada pada suhu dan tekanan dimana katalis dalam keadaan aktif dan memberikan selektivitas

yang tinggi. Rentang batas aktivitas katalis Fe O pada suhu 550-670 o 2 3 C dimana pada kondisi suhu tersebut sedikit diatas tekanan atmosferik memberikan konversi keseluruhan etilbenzena 90 % dengan selektivitas stirena sebesar 97 %. Oleh karena itu pemilihan suhu mempertimbangkan agar kecepatan reaksi tinggi dan katalis dalam keadaan aktif.

2. Reaksi dehidrogenasi merupakan reaksi endotermis dimana akan terjadi penurunan suhu

pada saat reaksi berlangsung sehingga suhu perlu dipertahankan 650 o

C untuk menghasilkan konversi dan selektivitas yang tinggi dengan cara menambahkan molten salt sebagai pemanas reaktor.

Fungsi katalis

Katalis yang digunakan adalah Fe 2 O 3. Katalis ini berperan untuk memperoleh konversi dan yield stirena yang lebih tinggi dan memperkecil kemungkinan terjadinya reaksi samping.

2.2.4 Tinjauan Kinetika

Menurut Wenner, Dybdal (1948), reaksi dehidrogenasi etilbenzena dapat ditinjau secara kinetika dari harga konstanta kecepatan reaksi (k) untuk reaksi dehidrogenasi etilbenzena menurut persamaan :

Dan persamaan kecepatan reaksinya adalah :

r 1 =k 1 (P E -P S P H2 /K)

r 2 =k 2 P E

r 3 =k 3 P E P H2 Dengan harga k masing-masing reaksi :

logk1 = (-31.370/5,575T o K) + 0,883

logk2 = (-50.800/5,575T o K) + 9,130 logk2 = (-21.800/5,575T o K) + 2,780

Konstanta kesetimbangan reaksi : ln K = 20,7358 – 12.617,7/T o K Dimana : -rA

= kecepatan reaksi dehidrogenasi ; lbmol/(hr)(lbcat) k

= konstanta kecepatan reaksi ; lbmol/(hr)(atm)(lbcat) K

konstanta kesetimbangan ; atm

T = temperatur reaksi ; o K P EB =

Tekanan parsial etilbenzena ; atm

Tekanan parsial stirena ; atm

P H2 =

Tekanan parsial hidrogen ; atm

2.2.5 Tinjauan Termodinamika

Menurut Smith Van Ness (1975), tinjauan segi termodinamika adalah untuk mengetahui apakah reaksi tersebut melepaskan panas (eksotermis) atau memerlukan panas (endotermis), dan juga apakah reaksi berjalan searah atau bolak-balik.

Reaksi dehidrogenasi etilbenzena :

C 6 H 5 C 2 H 5 (g) ↔ C 6 o H 5 C 2 H 3 (g) + H 2 (g) ΔH 298 = 117440 kj/kmol Etilbenzena Stirena Hydrogen Reaksi dehidrogenasi merupakan reaksi endotermis. Hal ini dapat dilihat dari harga ΔH reaksinya yang positif. Data-data

o pada T = 298 ∆Hf o K:

∆Hf o H

∆Hf o etilbenzena = 29.920 kJ/kmol ∆Hf o stirena = 147.360 kJ/kmol ∆HR o reaksi

∆Hf o produk - ∆Hf reaktan =(

2 )-( ∆Hf etilbenzena) = (147.360 + 0 – 29.920) kJ/kmol = 117.440 kJ/kmol

∆Hf o stirena+

∆Hf o H

Konstanta kesetimbangan reaksi tersebut dapat dihitung menggunakan persamaan :

ln K = 20,7358 – 12.617,7/T o K Dengan : K

: konstanta kesetimbangan, atm

: temperatur reaksi, K

Reaksi berlangsung secara non isotermal non adiabatis. Reaktan masuk reaktor pada suhu 650 o

C dan keluar reaktor pada suhu 632 o C. Reaksi yang terjadi merupakan reaksi kesetimbangan hal ini ditunjukkan dari nilai konstanta kesetimbangan berikut : Pada T = 25 o

C = 298,15 K C = 298,15 K

Pada T = 650 o

C = 923,15 K

ln K= 7,0677 K = 1173,4543

Karena nilai K pada keadaan standar lebih kecil daripada nilai K pada suhu operasi yang diinginkan maka reaksi dapat dianggap berjalan kearah kanan atau ke arah pembentukan stirena.

2. 3 Diagram Alir Proses

2.3.1 Diagram Alir Kualitatif

Diagram Alir Kualitatif disajikan pada gambar 2.1

2.3.2 Diagram Alir Kuantitatif

Diagram Alir Kuantitatif disajikan pada gambar 2.2

2.3.3 Diagram Alir Proses

Diagram Alir Proses disajikan pada gambar 2.3

2.3.4 Langkah proses

Proses pembuatan stirena dari etilbenzena dengan proses dehidrogenasi katalitik terdiri dari 4 langkah proses, yaitu :

1. Penyiapan bahan baku

2. Pembentukan produk

3. Pemurnian produk

4. Penyimpanan produk

1. Tahap Penyiapan Bahan Baku

Persiapan bahan baku selalu dipertimbangkan dalam suatu pabrik, karena kondisi operasi yang diinginkan tidak begitu saja tercapai sehingga bahan baku perlu dikondisikan sedemikian rupa sehingga reaksi bisa berjalan dengan baik.

Tahap penyiapan bahan baku bertujuan untuk mengubah fase etilbenzena dari cair menjadi gas dan menyesuaikan suhu dan tekanan etilbenzena agar sesuai dengan suhu dan tekanan reaksi.

Bahan baku etilbenzena cair disimpan di dalam tangki penyimpan (T-01) pada suhu 30 o C dan tekanan 1 atm. Etilbenzena dari tangki penyimpan dialirkan dengan pompa (P-01) ke vaporizer (VP-01) yang beroperasi pada tekanan 1,2 atm untuk menguapkannya sampai suhu 143

C. Pemanas yang digunakan untuk menguapkan adalah produk keluaran reaktor pada suhu 430 o C dan tekanan 1,1 atm. Gas umpan keluar vaporizer dialirkan ke dalam heat exchanger (HE-01) untuk dipanaskan kembali dengan memanfaatkan panas produk keluaran reaktor sampai suhu 210

C. Gas umpan keluar heat exchanger (HE-01) dialirkan ke dalam furnace (F-01) untuk dipanaskan sampai suhu 650 o C.

2. Tahap Pembentukan Produk

Tahap pembentukan produk bertujuan untuk mereaksikan umpan etilbenzena pada reaktor fixed bed multitube pada suhu 650 o

C dan tekanan 1,2 atm.

Reaktor bekerja secara non isotermal non adiabatis. Gas keluar reaktor pada suhu 629 o C dan tekanan 1,1 atm. Reaktan melewati pipa-pipa yang berisi katalis Fe 2 O 3 . Katalis ini ditempatkan pada tube-tube yang disusun paralel. Reaksi yang terjadi dalam reaktor ini merupakan reaksi sangat endotermis sehingga untuk menjaga suhu reaksi diperlukan pemanas. Pemanas dialirkan pada shell reaktor. Pemanas yang digunakan adalah molten salt. Pemanas masuk pada suhu 700 o

C dan keluar pada suhu 657 o C.

3. Tahap pemurnian

Tahap ini bertujuan untuk memisahkan stirena dari campuran gas produk secara kondensasi dan distilasi. Campuran gas produk keluar reaktor diturunkan suhunya sampai 532 o C dengan memanfaatkan panasnya untuk memanaskan umpan MD-01 pada HE-02. Campuran gas produk yang keluar dari HE-02 dimanfaatkan panasnya kembali untuk memanaskan umpan Tahap ini bertujuan untuk memisahkan stirena dari campuran gas produk secara kondensasi dan distilasi. Campuran gas produk keluar reaktor diturunkan suhunya sampai 532 o C dengan memanfaatkan panasnya untuk memanaskan umpan MD-01 pada HE-02. Campuran gas produk yang keluar dari HE-02 dimanfaatkan panasnya kembali untuk memanaskan umpan

C. Produk reaktor yang keluar dari HE-

02 dimanfaatkan panasnya kembali untuk memanaskan umpan reaktor pada vaporizer VP-01 sehingga suhunya turun menjadi 149 o

C. Produk reaktor dari VP-01 dikondensasikan dalam kondensor parsial (CP-01) pada suhu 40 o

C. Campuran gas yang tidak terkondensasi dan cairan hasil kondensasi dialirkan ke separator (S-01) untuk dipisahkan. Campuran gas yang tidak terkondensasi sebagian besar adalah gas hidrogen, metana, etena, karbon dioksida dan etilbenzena, benzena, toluena, stirena dalam jumlah kecil. Gas tersebut akan digunakan sebagai bahan bakar pada furnace dan boiler. Cairan produk reaktor akan keluar dari bagian bawah separator menuju menara distilasi (MD-01). Menara distilasi (MD-01) bekerja pada tekanan dibawah atmosferik untuk menghindari terjadinya polimerisasi. Selain itu diperlukan penambahan distillation inhibitor 4-tert butyl cathecol untuk menghambat polimerisasi. Menara distilasi (MD-01) divakumkan dengan menggunakan pompa vakum (P-04). Hasil bawah menara distilasi (MD-01) yaitu produk stirena dengan kemurnian 99,7% berat keluar pada suhu 110 o C. Produk stirena dialirkan dengan pompa (P-05) menuju cooler (CL-03) untuk diturunkan suhunya sampai 45 o

C kemudian dimasukkan ke tangki penyimpan stirena (T-02) sebelumnya ditambahkan 4-tert butyl cathecol (TBC sebanyak 10 ppm) untuk menghindari polimerisasi sebelum disimpan dalam tangki penyimpan stirena dalam bentuk cair dan siap dipasarkan.

Hasil atas menara distilasi (MD-01) yaitu campuran benzena, toluena, etilbenzena dan sedikit stirena diembunkan pada kondensor (CD-01) selanjutnya ditampung dalam akumulator (ACC-01). Sebagian embunan akan dikembalikan ke menara distilasi sebagai refluk dengan pompa (P-03) dan sebagian lagi diambil sebagai produk. Produk keluaran dari pompa vakum (P-04) bersuhu diatas 90 o

C sehingga akan terjadi polimerisasi stirena dan polimer yang terbentuk harus dipisahkan terlebih dahulu dengan menggunakan centrifuge (CF-01). Slurry yang mengandung polimer selanjutnya menuju ke unit pengolahan limbah sedangkan komponen cairan yang sudah dipisahkan dari polimer masuk ke dalam menara distilasi (MD-02).

Hasil bawah menara distilasi (MD-02) yaitu campuran toluena, etilbenzena dan stirena dialirkan dengan pompa (P-06) sebagai recycle umpan reaktor. Hasil atas menara distilasi (MD-

02) yaitu campuran benzena, toluena dan ethylbenze diembunkan pada kondensor (CD-02) 02) yaitu campuran benzena, toluena dan ethylbenze diembunkan pada kondensor (CD-02)

Hasil atas menara distilasi (MD-03) yaitu benzena dengan kemurnian 99,95% berat keluar pada suhu 98 o

C dan diembunkan pada kondensor (CD-03) selanjutnya ditampung dalam akumulator (ACC-03). Sebagian embunan akan dikembalikan ke menara distilasi sebagai refluk dan sebagian lagi diambil sebagai produk. Hasil bawah menara distilasi (MD-03) yaitu toluena dengan kemurnian 99,2 % berat keluar pada suhu 83 o

C. Produk benzena dan toluena dialirkan dengan pompa (P-07) dan (P-8) menuju cooler (CL-04) dan (CL-05) untuk diturunkan suhunya sampai 45 o

C kemudian dimasukkan ke tangki penyimpan benzena (T-03) dan tangki penyimpan toluena (T-04).

DAP

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas

2.4.1 Neraca Massa

Neraca massa sistem tabel : Produk

: stirena Kapasitas

: 60.000 ton/tahun Basis perhitungan : 1 jam operasi

1. Pipa pencampuran Tabel 2.1 Neraca Massa Pipa Pencampuran

Masuk Keluar (kg/jam)

(kg/jam) Komponen

Arus 1 Arus 15 Arus 2

C 8 H 10 8007,582 809,402 8816,984

C 6 H 6 12,029

C 7 H 8 0 71,884 71,884

8019,611 881,286 8900,897 Total

2. Reaktor Tabel 2.2 Neraca Massa Reaktor

Masuk

Keluar

Komponen (kg/jam)

(kg/jam)

Arus 2

Arus 7

C 8 H 10 8816,984

C 8 H 8 0,000 7557,868

C 6 H 6 12,029

C 7 H 8 71,884

C 2 H 4 0 20,358

Total

3. Separator (S-02) Tabel 2.3 Neraca Massa Separator (S-02)

Masuk Keluar Komponen (kg/jam)

(kg/jam) Arus 7

Uap (arus 8) Cair (arus 9)

C 8 H 10 881,698

C 8 H 8 7557,868

C 6 H 6 68,713

C 7 H 8 205,609

H 2 143,367

CH 4 23,283

C 2 H 4 20,358

8702,040 Total

4. Menara distilasi I Tabel 2.4 Neraca Massa Menara Distilasi I

Masuk Keluar (kg/jam)

(kg/jam) Komponen Arus 9

Arus 10 Arus 11 (Atas)

(Bawah)

C 6 H 6 874,793 67,296

C 7 H 8 7556,809 203,143

C 8 H 10 67,296 852,066 22,727

C 8 H 8 203,143 3,778 7553,030 8702,040

1126,283 7575,758 Total

5. Centrifuge Tabel 2.5 Neraca Massa Centrifuge

Masuk Keluar Komponen (kg/jam)

(kg/jam) Arus 10 Arus 12 (cairan) Arus 13 (padatan)

C 6 H 6 67,296

C 7 H 8 203,143

C 8 H 10 852,066

C 8 H 8 3,778

1126,283 1066,379 59,904 Total

6. Menara distilasi II Tabel 2.6 Neraca Massa Menara Distilasi II

Masuk Keluar Komponen (kg/jam)

(kg/jam) Arus 12 Atas (arus 14) Bawah (arus 15)

C 6 H 6 63,931 63,931

C 7 H 8 192,985 121,102 71,884

C 8 H 10 809,462

C 8 H 8 0 0 0 1066,379

185,094 881,286 Total

7. Menara distilasi III Tabel 2.7 Neraca Massa Menara Distilasi III

Masuk Keluar Komponen (kg/jam)

(kg/jam) Arus 14 Atas (arus 16) Bawah (arus 17)

C 6 H 6 63,931

C 7 H 8 121,102

C 8 H 10 0,061

C 8 H 8 0 0 0 185,094

121,167 Total

8. Neraca massa total Tabel 2.8 Neraca Massa Total

Masuk

Keluar

Komponen (kg/jam)

(kg/jam)

Arus 1

Arus 8

Arus 11

Arus 13

Arus 16 Arus 17

C 6 H 6 8007,582

C 7 H 8 0 1,059

C 8 H 10 12,029

C 8 H 8 0 2,467

H 2 0 23,283

CO 2 0 20,358

63,927 121,167 Total

2.4.2 Neraca Panas

Neraca panas sistem tabel : Kapasitas

: 60.000 ton/tahun

Suhu referensi

: 298,15 K

Basis perhitungan : 1 jam operasi

1. Reaktor Tabel 2.9 Neraca Panas Reaktor

Komponen Input (kJ/jam)

Output (kJ/jam)

C 8 H 10 11995089,2019

C 8 H 8 0 9612991,0433

C 6 H 6 14977,7705

C 7 H 8 85491,3076

H 2 0 1305801,3519 CH 4 0 47862,6217

C 2 H 4 0 31641,6910

panas reaksi

2. Vaporizer

Tabel 2.10 Neraca Panas di Vaporizer

Komponen Input (kJ/jam) Output (kJ/jam) Q umpan masuk

248912,8297 Q pemanasan

0 1681777,6057 Q penguapan

0 4033501,8767 Q pemanas masuk

7220340,4375 Q pemanas keluar

0 1753973,7848 Total

3. HE-01 Tabel 2.11 Neraca Panas HE-01 Komponen

Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)

C 6 H 6 1845,4132 3158,4964

C 7 H 8 10643,2654 18140,8789

C 8 H 10 1507383,6985 2563001,4431 Q Pemanasan

1064428,4412 - Total

4. HE-02 Tabel 2.12 Neraca Panas HE-02 Komponen

Input (kJ/jam) Output (kJ/jam)

C 6 H 6 2388,9445 9775,3109

C 7 H 8 6043,4250 24697,1238

C 8 H 10 17198,0252 70759,9441

C 8 H 8 172672,3832 708017,8571 Q Pemanasan

Total 9997995,5611 9997995,5611

5. Kondenser parsial Tabel 2.13 Neraca Panas Kondenser Parsial Komponen

Output (kJ/jam) Q umpan masuk

Input (kJ/jam)

- Q pendinginan

- Q kondensasi

- Q pendinginan

8179053,7709 Total

6. Furnace Tabel 2.14 Neraca Panas Furnace Komponen

Input (kJ/jam)

Output (kJ/jam)

C 6 H 6 3158,4964

C 7 H 8 18140,8789

11995089,2019 Molten salt

C 8 H 10 2563001,4431

138496189,6184 Beban furnace

Total

7. Menara distilasi I Tabel 2.15 Neraca Panas Menara Distilasi I Komponen

Output (kJ/jam) Umpan cair masuk

Input (kJ/jam)

- Q reboiler

- Panas distilat

49173,1939 Panas cairan bottom

922824,6897 Q condenser

2770693,1302 Total

8. Menara distilasi II Tabel 2.16 Neraca Panas Menara Distilasi II Komponen

Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam) Umpan cair masuk

- Panas reboiler

- Panas distilat

17760,1803 Panas cairan bottom

191740,1993 Panas condenser

182667,9704 Total

9. Menara Distilasi III Tabel 2.17 Neraca Panas Menara distilasi III Komponen

Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam) Umpan cair masuk

- Panas reboiler

- Panas distilat

7445,0487 Panas cairan bottom

20514,8399 Panas condenser

82131,0598 Total

2.5 Tata Letak Pabrik dan Peralatan

2.5.1 Tata Letak Pabrik

Tata letak pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari seperangkat fasilitas- fasilitas dalam pabrik. Tata letak yang tepat sangat penting untuk mendapatkan efisiensi,

keselamatan dan kelancaran kerja para pekerja serta keselamatan proses. Menurut Vilbrant, 1959 untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik adalah :

1. Kemungkinan perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik di masa depan.

2. Faktor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan ledakan, maka perencanaan lay out selalu diusahakan jauh dari sumber api, bahan panas dan dari bahan yang mudah

meledak, juga jauh dari asap atau gas beracun.

3. Sistem kontruksi yang direncanakan adalah out door untuk menekan biaya bangunan dan gedung, juga karena iklim Indonesia memungkinkan konstruksi secara out door.

4. Harga tanah amat tinggi sehingga diperlukan efisiensi dalam pemakaian dan pengaturan ruangan / lahan.

Secara garis besar lay out dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu :

a. Daerah administrasi / perkantoran, laboratorium dan ruang kontrol Daerah administrasi berfungsi sebagai pusat kegiatan administrasi pabrik dan mengatur kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang dijua.

b. Daerah proses Daerah tempat alat proses diletakkan dan proses berlangsung.

c. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk Daerah untuk tangki bahan baku dan produk.

d. Daerah gudang, bengkel dan garasi Daerah untuk menampung bahan-bahan yang diperlukan oleh pabrik dan untuk keperluan perawatan peralatan proses.

e. Daerah utilitas Daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses berlangsung dipusatkan. Tata letak pabrik disajikan pada gambar 2.4.

2.5.2 Tata Letak Peralatan Proses

Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan lay out peralatan proses pada pabrik stirena menurut Vilbrant, 1959, antara lain :

1. Aliran bahan baku dan produk Pengaliran bahan baku dan produk yang tepat akan memberikan keuntungan ekonomi yang besar serta menunjang kelancaran dan keamanan produksi.

2. Aliran udara Aliran udara di dalam dan di sekitar area proses perlu diperhatikan kelancarannya. Hal ini bertujuan untuk menghindari terjadinya stagnasi udara pada suatu tempat sehingga mengakibatkan akumulasi bahan kimia yang dapat mengancam keselamatan pekerja.

3. Cahaya Penerangan seluruh pabrik harus memadai dan pada tempat-tempat proses yang berbahaya atau beresiko tinggi perlu adanya penerangan tambahan.

4. Lalu lintas manusia Dalam perancangan lay out pabrik perlu diperhatikan agar pekerja dapat mencapai seluruh alat proses dangan cepat dan mudah. Hal ini bertujuan apabila terjadi gangguan pada alat proses dapat segera diperbaiki. Keamanan pekerja selama menjalani tugasnya juga diprioritaskan.

5. Pertimbangan ekonomi Dalam menempatkan alat-alat proses diusahakan dapat menekan biaya operasi dan menjamin kelancaran dan keamanan produksi pabrik.

6. Jarak antar alat proses

Untuk alat proses yang mempunyai suhu dan tekanan operasi tinggi sebaiknya dipisahkan dengan alat proses lainnya, sehingga apabila terjadi ledakan atau kebakaran pada alat tersebut maka kerusakan dapat diminimalkan. Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga :

- Kelancaran proses produksi dapat terjamin. -

Dapat mengefektifkan luas lahan yang tersedia. -

Karyawan mendapat kepuasan kerja agar dapat meningkatkan produktifitas kerja disamping keamanan yang terjadi.

Tata letak peralatan proses disajikan pada gambar 2.5.

Gambar 2.4 Tata Letak Pabrik

Keterangan :

1. Tempat parkir

10. Laboratorium

2. Taman

11. Area pemadam kebakaran

3. Pos keamanan

14. Area proses

16. Pengolahan limbah

8. Poliklinik

17. Area perluasan

9. Control room

18. Tempat parkir

R-01

F-01

S-02

T-04

T-01 T-02

Skala 1: 600

Gambar 2.5 Tata Letak Peralatan Proses

Keterangan : T-01 : Tangki etilbenzena

: Separator T-02 : Tangki stirena

S-02

DK-01 : Dekanter

T-03 : Tangki benzena MD-01 : Menara distilasi I T-04 : Tangki toluena

MD-02 : Menara distilasi II F-01

: Furnace MD-03 : Menara distilasi III R-01 : Reaktor

BAB III SPESIFIKASI PERALATAN PROSES

3.1. Reaktor

Tabel 3.1 Spesifikasi Reaktor Kode

R-01

Fungsi Tempat terjadinya reaksi dehidrogenasi etilbenzena menjadi stirena dan hidrogen

Tipe

Fixed Bed Multitube

Jumlah

1 buah

Kondisi operasi - Tekanan

1,2 atm

- Suhu umpan

650 o C

- Suhu produk

629 o C

- Suhu pemanas masuk

700 o C

- Suhu pemanas keluar

661 o C

Spesifikasi tube - Jumlah

- Susunan Triangular dengan pitch 1 7 / 8 in - Jumlah pass

- Material Carbon Steel SA 167 grade 3 Spesifikasi shell - IDs

- Baffle space

15 in

- Jumlah pass

- Material Carbon Steel SA 167 grade 3 Bentuk head

Torisperical dished head Tebal head

8 in Tinggi head

0,31 m Tinggi total reaktor

3,12 m Harga 2002

US $ 120000 Harga 2014

US$ 133868

3.2. Tangki

Tabel 3.2 Spesifikasi Tangki Kode

Fungsi Menyimpan etilbenzena

Menyimpan toluena selama 30 hari

Menyimpan stirena

Menyimpan benzena

selama 30 hari Tipe

selama 30 hari

selama 30 hari

Silinder vertikal dengan flat

Silinder vertikal dengan flat bottom dan conical roof

Silinder vertikal dengan flat

Silinder vertikal dengan flat

bottom dan conical roof Material

bottom dan conical roof

bottom dan conical roof

Carbon Steel SA 283 grade C Carbon Steel SA 283 grade C Carbon Steel SA 283 grade C Carbon Steel SA 283 grade C Jumlah

1 buah Kondisi operasi

1 atm - Suhu

30 o C 45 o C 45 o C 45 o C Kapasitas

657 bbl Dimensi

- Diameter 30,48 m

6,01 m - Tinggi total

27,43 m

4,57 m

5,48 m - Tebal silinder Course 1

/ 8 in Course 2

16 / 8 in Course 3

1 11 / 16 in

1 5 / in

in

1 9 / 16 in

1 ¼ in

16 in

/ 16 in

16 in Harga 2002

- Tebal head

US $ 32000 Harga 2014

US $ 310000

US $ 270000

US $ 28000

US $ 345828

US $ 301200

US $ 31235

US $ 35698

3.3. Condenser Parsial

Tabel 3.3 Spesifikasi Condenser Parsial Kode

CP-01

Fungsi Mengembunkan sebagian produk reaktor Tipe

Shell and tube

Jumlah

1 buah

Kondisi operasi - Hot Fluid

131 – 40 o C

- Cold fluid

33 – 38 o C

Spesifikasi tube

Cold fluid (air laut)

- Kapasitas

255081 kg/jam

- Pressure drop

0,08 psi

Spesifikasi shell Hot Fluid (produk reaktor) - Kapasitas

8895 kg/jam

- IDs

23,25 in

- Baffle space

11,44 in

- passes

- Pressure drop

0,03 psi

Dirt factor

0,0027 hr.ft 2 . o

F / Btu

Luas transfer panas

3.4. Separator Tabel 3.4 Spesifikasi Separator

Kode

S-02 Fungsi

S-01

Memisahkan fase uap dan

Memisahkan fase uap dan

cair dari condenser parsial Tipe

cair dari vaporizer

Vertical drum

Horizontal drum

Jumlah

1 buah Material

1 buah

Carbon Steel SA 283 grade C Carbon Steel SA 283 grade

Kondisi operasi - Tekanan

1 atm - Suhu

1,2 atm

143 o C 40 o C Dimensi - Diameter

0,92 m - Panjang

1,85 m

3,53 m - Tebal

8,52 m

16 in Harga 2002

16 in

US $ 12000 Harga 2014

Tabel 3.5 Spesifikasi Vaporizer Kode

VP-01

Fungsi Mengubah fase umpan reaktor menjadi gas Tipe

Shell and tube

Jumlah

1 buah

Kondisi operasi - Hot Fluid

384 – 150 o C

- Cold fluid

41 – 143 o C

Spesifikasi tube Hot Fluid (produk reaktor) - Kapasitas

8895 kg/jam

- Panjang

12 ft

- Jumlah

- OD

1,5 in

- BWG

- Pitch

1,875 in

- passes

- Pressure drop

0,62 psi

Spesifikasi shell

Cold Fluid (umpan reaktor)

- Kapasitas

8895 kg/jam

- IDs

33 in

- Baffle space

16,5 in

- passes

- Pressure drop

0,006 psi

0,0019 hr.ft 2 . Dirt factor o

F / Btu

Luas transfer panas

3.6. Heat Exchanger

Tabel 3.6 Spesifikasi Heat Exchanger Kode

Memanaskan umpan etilbenzena

Memanaskan umpan MD 01

sebelum masuk furnace dengan

dengan panas dari produk keluar

panas dari produk keluar reaktor

reaktor

Double Pipe Jumlah

Tipe

Double Pipe

1 buah

1 buah

Ukuran HE

4 x 3 in Kondisi operasi - Hot Fluid

4 x 3 in

532 – 384 o C 629 – 532 o C - Cold fluid

143 – 285 o C 40 – 85 o C Spesifikasi annulus

Cold Fluid (umpan etilbenzena) (umpan MD 01) - Kapasitas

Cold Fluid

8696 kg/jam - Pressure drop

8895 kg/jam

3,2.10 -6 psi - Material

8,7.10 -5 psi

Carbon Steel SA 283

Carbon Steel SA 283

grade C Spesifikasi inner pipe

grade C

Hot Fluid (produk reaktor) - Kapasitas

Hot Fluid (produk reaktor)

8895 kg/jam - Pressure drop

8895 kg/jam

0,0045 psi - Material

0,0005 psi

Cast Steel Dirt factor

Cast Steel

F / Btu Luas transfer panas

0,0036 hr.ft 2 . o

F / Btu

0,0035 hr.ft 2 . o

175 ft 2 33 ft 2

Harga 2002

US $ 1400 Harga 2014

Tabel 3.7 Spesifikasi Furnace Kode

F-01

Fungsi Memanaskan campuran umpan reaktor sampai suhu 650 o C Memanaskan pemanas reaktor sampai suhu 700 o C

Tipe

Vertical tube fired heater

Material

Wrought iron

Beban Panas

16848022 kJ/jam

Jumlah

1 buah

Kondisi operasi - Tekanan

1 atm

- Suhu gas masuk

474 o C

- Suhu gas keluar

675 o C

- Suhu GHP

226 o C

Dimensi Seksi radiasi -Panjang

Seksi konveksi -Panjang

8,33 m

-Lebar

3,65 m

-Tinggi

6,09 m

Harga 2002

US $ 24000

Harga 2014

US $ 26773

3.8. Menara Distilasi

Tabel 3.8 Spesifikasi Menara Distilasi Kode

Memurnikan stirena

Memisahkan etilbenzena sisa untuk recycle

Tipe Packed column dengan condenser Packed column dengan condenser total total dan reboiler parsial

dan reboiler parsial Jumlah

1 buah

1 buah

Kondisi operasi - Tekanan

0,2 atm

1,1 atm

- Suhu umpan

85 o C 108 o C

- Suhu Bottom

89 o C 137 o C

- Suhu Top

76 o C 105 o C

Dimensi atas menara - Diameter

0,9 m

0,35 m

- Tebal head

16 in

16 in

Dimensi bawah menara - Diameter

0,99 m

0,58 m

- Tebal head

Carbon Steel SA 283 grade C Spesifikasi packing - Bahan packing

Carbon Steel SA 283 grade C

plastik

plastik

- Jenis packing

pall ring

pall ring

- Ukuran packing

2 in

1 in

- Jumlah total plate

- Plate umpan masuk

Tinggi menara

27,42 m

13,53 m

Harga 2002

US $ 34000

US $ 4100

Harga 2014

US $ 37929

US $ 4573

3.9. Condenser

Tabel 3.9 Spesifikasi Condenser

Kode

CD-0 Fungsi

CD-01

CD-02

Mengkondensasikan hasil atas MD-

Mengkondensasikan hasil atas MD- Meng

01 02 03 Tipe

Doub Jumlah

Shell and tube

Double Pipe

1 bua Ukuran HE

1 buah

1 buah

2 x Panjang HE

2 x 1 ¼ in

12 f Kondisi operasi - Hot Fluid

12 ft

12 ft

76 - 68 o C 104 - 98 o C 83,38 - Cold fluid

Hot Fluid (hasil atas MD-02) Hot F - Kapasitas

Hot Fluid (hasil atas MD-01)

67 k - Material

1120 kg/jam

119 kg/jam

Carbon Steel SA 283 grade C Carbon Steel SA 283 grade C Carb - Pressure drop

4,7.1 Spesifikasi

1,9.10 -9 psi

1,8.10 -8 psi

Inner pipe Cold Fluid (air laut) Inner - Kapasitas

Tube Cold Fluid (air laut)

1638 - Material

55529 kg/jam

3642 kg/jam

Titan - Jumlah

Titanium

Titanium

1 hair - Pressure drop

66 tube

2 hairpin

0,23 Dirt factor

0,24 psi

0,28 psi