TA ETHYLENEDIAMINE DARI MONOETHANOLAMINE DAN AMMONIA

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan}

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia sebagai negara berkembang banyak melakukan pembangunan di segala bidang. Sampai saat ini pembangunan sektor industri di Indonesia mengalami peningkatan, salah satunya adalah pembangunan sub sektor industri kimia. Namun ketergantungan impor luar negeri masih lebih besar dibandingkan ekspornya. Indonesia masih banyak mengimpor bahan baku atau produk-produk suatu industri kimia dari luar negeri.

Akibat dari ketergantungan impor ini menyebabkan devisa negara berkurang. Oleh karena itu diperlukan suatu usaha untuk menanggulangi ketergantungan terhadap impor, salah satunya adalah dengan mendirikan pabrik untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri. Dengan berdirinya pabrik di Indonesia, akan menghemat devisa negara dan membuka peluang berdirinya pabrik lain yang menggunakan produk pabrik tersebut. Selain itu dapat membuka kesempatan untuk alih teknologi, membuka lapangan kerja baru dalam usaha ikut mengurangi angka pengangguran dan kemiskinan, serta meningkatkan pendapatan asli daerah setempat.

Ethylenediamine merupakan senyawa yang memiliki banyak kegunaan. Penggunaan yang utama adalah sebagai bahan baku pestisida (fungisida), bahan untuk mengolah selulosa pada industri pulp dan kertas,

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} zat aditif pada minyak pelumas dan bahan bakar, bleach activator, bahan

baku pembuatan lem dan bahan pelapis (coating). Selain itu ethylenediamine juga digunakan untuk serat sintetik, dispersan pada detergen, serta pada industri farmasi. Penggunaan ethylenediamine dunia pada tahun 1990 sebesar 84.000 ton dan pada tahun 2003 mencapai 140.000 ton .

Dengan semakin beragam dan meningkatnya penggunaan ethylenediamine, maka diperkirakan permintaan pasar dunia terhadap ethylenediamine pada tahun-tahun mendatang juga akan terus meningkat. Oleh karena itu, pendirian pabrik ethylenediamine di Indonesia diharapkan memiliki masa depan yang cerah.

1.2Kapasitas Perancangan

Kapasitas pabrik ethylenediamine ditentukan dengan didasarkan pada pertimbangan berikut :

a. Prediksi kebutuhan ethylenediamine b. Ketersediaan bahan baku.

c. Kapasitas komersial pabrik ethylenediamine 1.2.1 Prediksi Kebutuhan Ethylenediamine

Sampai saat ini, di Indonesia belum terdapat pabrik ethylenediamine, sehingga kebutuhan ethylenediamine masih harus diimpor dari luar negeri. Penggunaan ethylenediamine untuk memenuhi kebutuhan dalam negeri akan terus mengalami peningkatan, terutama

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} untuk industri pestisida. Berdasarkan data Statistik Perdagangan Luar

Negeri Indonesia, impor kebutuhan ethylenediamine di Indonesia cukup banyak. Hal ini dapat dilihat pada tabel 1.1.

Tabel 1.1. Data Impor Ethylenediamine di Indonesia tahun 1997-2001

Tahun Kebutuhan (kg)

1997 1998 1999 2000 2001

355701 296197 281875 284324 317452

(Biro Pusat Statistik, 1997-2001) Dari data Tabel 1.1. akan diperoleh grafik pada gambar :

y = -8837.1x + 2E+07

250000 270000 290000 310000 330000 350000 370000

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

Tahun

Ju

m

la

h

(

k

g

)

Gambar.1.1. Grafik Impor Ethylenediamine di Indonesia

Dari data impor ethylenediamine Indonesia, bila dilakukan pendekatan dengan regresi linier dapat dinyatakan dengan persamaan garis lurus

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} y = -8837,1 x + 2.107

Dengan : y = jumlah impor ethylenediamine (kg/tahun) x = tahun.

Besarnya impor ethylenediamine di Indonesia untuk tahun 2012 adalah sebesar 19.000 ton, sehingga prarancangan pabrik berkapasitas 20.000 ton/tahun mampu mencukupi kebutuhan impor.

Sedangkan pabrik ethylenediamine yang sudah berdiri di dunia dapat dilihat pada tabel 1.2.

Tabel 1.2. Data Pabrik Ethylenediamine

Nama Perusahaan Lokasi Kapasitas (ton/th) Union Carbide

Texaco BASF AG Berol Kemi Dow Jefferson Modokemi Synair

Lousiana, Amerika Serikat Texas, Amerika Serikat Antwerp, Jerman Jerman

Texas, AS

Stenungsund, Jerman Amerika Serikat

82.000 32.000 30.000 25.000 22.500 10.000 20.000 (Kirk Othmer,1997dan Mc.Ketta, 1972) 1.2.2. Ketersediaan Bahan Baku

Bahan baku utama pembuatan ethylenediamine yang berupa ammonia diperoleh dari PT. Pupuk Kaltim yang memiliki kapasitas 1000 ton/hari. Sedangkan monoethanolamine masih harus diimpor dari

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} Funshun Beifhang Chemical Co, Northeast China yang berkapasitas

150.000 ton/tahun. Hal ini karena di Indonesia masih belum terdapat pabrik monoethanolamine.

1.2.3. Kapasitas Ekonomis Pabrik dengan Proses yang Sama

Proses yang dipakai dalam pembuatan ethylenediamine ini adalah proses dengan bahan baku monoethanolamine dan ammonia yang

memiliki rentang kapasitas antara 10.000 sampai 82.000 ton per tahun. Kapasitas rancangan minimum pabrik ethylenediamine dapat

diketahui dari kapasitas pabrik ethylenediamine yang telah berdiri yaitu Modokemi di Stenungsund, Jerman dengan kapasitas10.000 ton per tahun.

Berdasarkan hal tersebut, maka dalam prarancangan pabrik ethylenediamine ini ditetapkan kapasitas produksi sebesar 20.000 ton per tahun dan pabrik mulai beroperasi pada tahun 2012.

1.3Pemilihan Lokasi Pabrik

Pabrik yang akan didirikan berlokasi di kawasan industri Bontang Kalimantan Timur. Faktor – faktor yang mempengaruhi dalam pemilihan lokasi pabrik di daerah Kalimantan Timur antara lain :

1.3.1 Faktor Primer 1.3.1.1 Bahan Baku

Bahan baku merupakan kebutuhan utama bagi kelangsungan operasi sehingga keberadaannya harus benar –

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} benar diperhatikan. Ammonia yang menjadi bahan baku utama

diperoleh dari PT. Pupuk Kaltim, Kalimantan Timur, sedangkan monoethanolamine diimpor dari China. Sehingga pemilihan lokasi di kawasan industri Bontang Kalimantan Timur ini diharapkan dapat menjamin kelangsungan operasi pabrik.

1.3.1.2 Pemasaran

Lokasi pabrik berada di kawasan industri sehingga merupakan area yang potensial untuk pemasaran. Selain itu lokasi yang berdekatan dengan pantai dan pelabuhan akan menguntungkan untuk keperluan ekspor produk ke luar negeri.

1.3.1.3 Utilitas

Utilitas yang dibutuhkan adalah keperluan air, listrik, dan bahan bakar. Kebutuhan air pendingin diperoleh dari laut. Kebutuhan tenaga listrik diperoleh dari generator yang dibangun sendiri serta pasokan dari PLN. Sedangkan kebutuhan bahan bakar dapat diperoleh dari Pertamina.

1.3.1.4 Tenaga Kerja

Tenaga kerja yang dibutuhkan diperoleh dari masyarakat sekitar selain tenaga ahli yang harus didatangkan dari luar wilayah.

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} Transportasi dan telekomunikasi di kawasan industri

Bontang, Kalimantan Timur cukup baik, sehingga arus barang dan komunikasi dapat berjalan dengan lancar. Transportasi, baik darat, laut, maupun udara cukup baik dan relatif mudah diperoleh.

1.3.2. Faktor Sekunder

1.3.2.1 Kebijakan Pemerintah

Bontang merupakan kawasan industri dan berada dalam teritorial Negara Republik Indonesia sehingga secara geografis pendirian pabrik di kawasan tersebut tidak bertentangan dengan kebijakan pemerintah

1.3.2.2 Tanah dan Iklim

Penentuan suatu kawasan tentunya terkait dengan masalah tanah, yaitu tidak rawan terhadap bahaya tanah longsor, gempa, maupun banjir. Jadi pemilihan lokasi pendirian pabrik di kawasan industri Bontang sudah tepat. Kondisi iklim di Bontang seperti iklim di Indonesia pada umumnya ini tidak membawa pengaruh yang besar terhadap jalannya proses produksi.

1.3.2.3 Buangan Pabrik

Hasil buangan pabrik sebelum dibuang ke lingkungan, harus diolah terlebih dahulu. Lokasi pabrik berada di kawasan industri Bontang, yang telah tersedia unit pengolahan limbah

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} akan memberikan kemudahan dalam menangani masalah

limbah.

1.3.2.4 Keamanan Masyarakat

Masyarakat Bontang merupakan campuran dari berbagai suku bangsa yang hidup saling berdampingan, hal ini bukan merupakan faktor penghambat tetapi menjadi faktor pendukung pendirian suatu pabrik. Pembangunan pabrik di lokasi tersebut dipastikan akan mendapat sambutan baik dan dukungan dari masyarakat setempat, dan dapat meningkatkan taraf hidup masyarakat.

1.4Tinjauan Pustaka

1.4.1 Macam – macam Proses Pembuatan Ethylenediamine

Ada beberapa macam proses utama yang digunakan dalam proses pembuatan ethylenediamine, yaitu:

1.4.1.1 Metode Ammonolysis Ethylene Dichloride

Metode ini telah digunakan sejak enam puluh tahun yang lalu. Pembuatan ethylenediamine dengan metode ini dilakukan dengan mereaksikan ethylene dichloride (C2H4Cl2 atau EDC)

dengan ammonia (NH3) pada reaktor fixed bed fase gas dengan

suhu dan tekanan yang tinggi, sehingga dihasilkan produk yang berupa campuran ethylenediamine dan garam amonium klorida.

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} Garam tersebut kemudian dinetralisasi, biasanya dengan larutan

soda kaustik (NaOH). Reaksi :

C2H4Cl2 (g) + 3 NH3 (g) → NH4Cl (g) + C2H4(NH2)2(g) +

HCl(g)

EDC amonia amonium klorida EDA asam klorida

Distribusi produk dapat dikendalikan dengan mengatur perbandingan mol NH3 : EDC dan me-recycle produk. Jika

perbandingan mol NH3:EDC diperbesar, maka akan

meningkatkan produk ethylenediamine. Namun jika perbandingan mol NH3:EDC diperkecil akan memacu

terbentuknya polyethylene polyamine lain, seperti piperazine, diethylenetriamine (DETA), amino ethyl piperazine (AEP), triethylenetetramine (TETA) dan tetraethyilenepentamine (TEPA). Produk-produk amina tersebut dapat dipisahkan dari campuran yang mengandung garam dengan kristalisasi disertai penguapan, ekstraksi pelarut atau kombinasi dari proses-proses tersebut. Setelah produk-produk amina dipisahkan dari garamnya, harus dimurnikan lagi dengan metode distilasi fraksional. ( Kirk Othmer, 1983)

Kelemahan utama dari proses ini adalah adanya resiko terjadinya korosi pada peralatan yang disebabkan terbentuknya

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} garam amonium klorida serta kesulitan untuk me-recovery

senyawa-senyawa amine dari produk larutan yang bercampur dengan asam klorida. (US.Patent No.3068290)

1.4.1.2. Metode Ammonolysis Ethylene Glicol

Ethylenediamine dapat diproduksi dengan mereaksikan ethylene glicol dan ammonia serta hidrogen. Reaksi dilakukan pada fase cair, suhu dan tekanan tinggi pada reaktor fixed bed. Suhu reaksi antara 220oC sampai 270oC. Tekanan operasi harus lebih tinggi dari 1000 lb/in2, yaitu sekitar 3000 sampai 6000 lb/in2. Perbandingan mol umpan ethylene glicol dan ammonia minimal 1:15, dan sebaiknya digunakan perbandingan 20 – 30 mol ammonia per mol ethylene glicol. Katalis yang dapat digunakan dalam proses ini adalah nikel dan tembaga. (US.Patent No.3137730)

Proses yang terjadi pada pembuatan ethylenediamine dari ethylene glicol dan ammonia serta hidrogen adalah sebagai berikut. Umpan ethylene glicol, ammonia dan hidrogen dengan perbandingan tertentu sebelum direaksikan dalam reaktor dipanaskan terlebih dahulu dalam preheater. Selanjutnya ethylene glicol, ammonia dan hidrogen bereaksi di dalam reaktor fixed bed fase gas pada suhu dan tekanan tertentu. Aliran hasil dari reaktor kemudian dialirkan ke stripper untuk memisahkan sisa ammonia dan hidrogen yang tidak bereaksi. Produk yang

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} mengandung ethylenediamine kemudian dipisahkan di dalam

menara distilasi hingga diperoleh produk dengan kemurnian tertentu.(US.Patent No.3137730)

Keuntungan dari proses ini adalah baik reaktan, produk utama maupun produk samping tidak menimbulkan masalah korosi pada peralatan proses. Sedangkan kelemahannya adalah memerlukan tekanan operasi yang sangat tinggi, yaitu minimal 3000 psia atau sekitar 200 atm. Selain itu, dalam prosesnya memerlukan ammonia dalam jumlah yang sangat besar.

1.4.1.3. Metode Ammonolysis Monoethanolamine

Metode ini ditemukan sejak akhir tahun 1960 dan diharapkan dapat menjadi metode alternatif sebagai pengganti proses pembuatan ethylenediamine dari ethylene dichloride yang dinilai kurang menguntungkan dari segi korosivitas terhadap peralatan proses.

Pada metode ini, ethylenediamine dibuat dengan cara mereaksikan monoethanolamine dan ammonia di dalam suatu reaktor fixed bed dengan suhu dan tekanan tinggi. Reaksi ini menghasilkan ethylenediamine sebagai hasil utama dan diethylenetriamine, piperazine serta air sebagai hasil samping. Reaksi :

H2NCH2CH2OH (g) + NH3 (g) → H2NCH2CH2NH2 (g) + H2O (g) MEA (g) + NH3 (g) → EDA (g) + H2O (g)

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan}

H2NCH2CH2OH(g) + H2NCH2CH2NH2(g) →H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2(g) +

H2O(g)

MEA (g) + EDA (g) → DETA (g) + H20 (g)

monoethanolamine ethylenediamine diethylenetriamine air

H2NCH2CH2NH2 (g) + H2NCH2CH2NH2 (g)→HN(CH2CH2)2NH(g) + 2NH3(g)

EDA (g) + EDA (g) → PIP (g) + 2NH3 (g) ethylenediamine ethylenediamine piperazine ammonia

Proses pembuatan ethylenediamine dari monoethanolamine dan ammonia adalah sebagai berikut: ammonia, monoethanolamine, aliran recycle diumpankan ke dalam suatu reaktor fixed bed fase gas. Reaksi berlangsung pada suhu sedang dan hasil keluaran reaktor mengandung produk ethylenediamine, diethylenetriamine, piperazine, monoethanolamine dan ammonia yang tidak bereaksi serta air.

Setelah melalui serangkaian proses pemisahan untuk memisahkan ammonia yang tidak bereaksi, produk dan reaktan dipisahkan dalam menara distilasi. Monoethanolamine di-recycle ke reaktor sedangkan air dibuang. (Mc.Ketta,1972)

Ethylenediamine dapat dihasilkan dengan cara mereaksikan monoethanolamine dengan perbandingan mol monoethanolamine dan ammonia paling sedikit 1:1 sampai 1:16 pada tekanan sekitar 25-1000 psig untuk proses kontinyu dan

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} 200-5000 psig untuk proses batch. Suhu operasi berkisar antara

100 sampai 400oC.

Jika monoethanolamine direaksikan dengan ammonia dengan perbandingan mol paling sedikit 1:3, pada tekanan 25-1000 lb/in2, dalam suatu reaktor unggun tetap berkatalis (fixed bed catalytic) fase gas dengan sekitar 100-400oC maka akan dihasilkan produk-produk yang mengandung nitrogen. Pada kondisi tersebut monoethanolamine yang terkonversi sekitar 70 sampai 80%. Katalis yang biasa digunakan dalam proses ini adalah nickel, cobalt, dan katalis logam lain seperti platina dan palladium. Namun, yang paling sering digunakan adalah Raney nickel dan Raney cobalt.

Berdasarkan beberapa proses pembuatan ethylenediamine, maka dipilih proses dengan bahan baku monoethanolamine dan ammonia karena memiliki beberapa kelebihan diantaranya :

• Tidak menimbulkan korosi pada peralatan proses baik yang disebabkan oleh reaktan, produk utama maupun produk samping seperti pada metode dengan bahan baku ethylene dichloride.

• Tekanan operasi tidak terlalu tinggi dan kebutuhan ammonia tidak terlalu besar bila dibandingkan proses dengan bahan baku ethylene glicol.

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan}

1.4.2 Kegunaan produk

Ethylenediamine dapat dimanfaatkan pada berbagai industri, baik sebagai bahan baku maupun bahan baku pendukung. Pemanfaatan ethylenediamine diantaranya adalah sebagai berikut:

1.4.2.1 Industri Pestisida

Pada industri ini, ethylenediamine digunakan sebagai bahan baku pembuatan pestisida, terutama fungisida. Beberapa jenis fungisida yang dibuat dari ethylenediamine adalah sebagai berikut:

a. Ethylene-bis-dithiocarbamate (EBDC)

Merupakan fungisida yang dibuat dengan cara mereaksikan ethylenediamine dengan carbon disulfide dalam suasana basa dengan menambahkan natrium hidroksida.

H2NCH2CH2NH2 (l)+ CS2 (l)+2NaOH(l) →(CH2NHCS2Na)2 (l) + H2O(l) b. Imidazoline

Golongan imidazoline yang merupakan jenis pestisida adalah 2-heptadecyl-2-imidazoline yang dibuat dengan cara mereaksikan ethylenediamine dengan asam stearat.

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan}

1.4.2.2 Industri pulp dan kertas

Pada industri kertas, ethylenediamine digunakan untuk delignifikasi pada proses pulping.

1.4.2.3 Industri minyak pelumas dan bahan bakar minyak

Ethylenediamine yang telah dialkilasi dapat digunakan sebagai zat aditif pada minyak pelumas dan bahan bakar minyak untuk mencegah terjadinya endapan.

Selain itu, ethylenediamine juga digunakan sebagai zat aditif pada bahan bakar mesin diesel yang berguna untuk menaikkan angka cetane sehingga dapat meningkatkan kualitas bahan bakar mesin diesel.

1.4.2.4 Industri tekstil dan serat

Pada industri tekstil dan serat, baik serat alami maupun serat sintetis, ethylenediamine digunakan sebagai bahan pendukung pada industri zat pewarna untuk serat sintetis. Selain itu ethylenediamine juga digunakan untuk meningkatkan mutu produk tekstil, misalnya sebagai bahan pengawet pada kain dan serat, menghaluskan serat wool dari kerutan serta untuk melindungi kain dan serat dari ngengat.

1.4.3 Sifat Fisis dan Kimia

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} Monoethanolamine adalah cairan tidak berwarna,

mempunyai viskositas sedang, berbau menyengat, larut dalam air dan alkohol. Monoethanolamine digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan ethyleneamines, industri kimia, industri kosmetik, industri pengolahan karet, serta industri farmasi.

a. Sifat Fisis Monoethanolamine

Rumus Molekul : C2H7NO

Bentuk (pada 25oC) : Cair Berat molekul, [gr/mol] : 61,084 Titik didih (pada 1 atm), [oK] : 444,15 Titik beku (pada 1 atm), [oK] : 283,66 Densitas (pada 25 oC), [gr/ml] : 1,014 Tekanan kritis, [bar] : 68,70 Temperatur kritis, [oK] : 638,0

(Yaws, 1999)

b. Sifat Kimia Monoethanolamine

ƒ Dengan bantuan air, monoethanolamine bereaksi dengan CO2 membentuk carbamat

ƒ Monoethanolamine jika bereaksi dengan formaldehid akan membentuk senyawa hidroxymethil

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} ƒ Monoethanolamine bereaksi dengan carbon disulfide

membentuk 2-mercaptothiazoline

ƒ Reaksi antara monoethanolamine dengan asam akan membentuk garam

ƒ Monoethanolamine bereaksi dengan asam atau asam klorida membentuk amides

ƒ Monoethanolamine jika bereaksi dengan ammonia dapat membentuk ethyleneamines.

(Ulmann,1999)

1.4.3.2Bahan Baku Ammonia

Ammonia pada suhu kamar berbentuk gas, berbau menyengat serta mudah terserap di dalam air membentuk larutan ammonia. Penggunaan ammonia yang terbesar adalah sebagai bahan baku pupuk. Selain itu ammonia juga digunakan pada berbagai industri kimia.

a. Sifat Fisis Ammonia

Rumus Molekul : NH3

Bentuk (pada 25oC) : Gas Berat molekul, [gr/mol] : 17,031 Titik didih (pada 1 atm), [oK] : 239,72 Titik beku (pada 1 atm), [oK] : 195,41 Densitas (pada 25 oC), [gr/ml] : 0,602 Viskositas cairan (pada 25 oC), [Cp] : 0,135

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} Viskositas gas (pada 25 oC), [µp] : 101,28

Tekanan kritis, [bar] : 112,78 Temperatur kritis, [oK] : 405,65

(Yaws, 1999)

b. Sifat Kimia Ammonia

• Ammonia stabil pada temperatur sedang, tetapi terdekomposisi menjadi hidrogen dan nitrogen pada temperatur yang tinggi. Pada tekanan atmosfer dekomposisi terjadi pada 450 – 500 oC.

• Oksidasi ammonia pada temperatur yang tinggi menghasilkan nitrogen dan air.

• Reaksi antara ammonia dengan karbondioksida menghasilkan ammonium carbamat, reaksinya sebagai berikut :

2 NH3 + CO2 → NH2CO2NH4

Ammonium carbamat kemudian terdekomposisi menjadi urea dan air.

• Ammonia bereaksi dengan uap phospor pada panas yang tinggi menghasilkan nitrogen dan phospine

2 NH3 + 2 P → 2 PH3 + N2

• Ammonia bereaksi dengan uap belerang menghasilkan ammonium sulfat dan nitrogen. Belerang dan

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} anhydrous ammonia cair bereaksi menghasilkan

nitrogen sulfida.

10 S + 4 NH3 → 6 H2S+ N4S4

• Pemanasan ammonia dengan logam yang reaktif seperti magnesium menghasilkan nitride:

3 Mg + 2 NH3 → Mg3N2 + 3 H2

• Reaksi antara ammonia dengan air bersifat reversibel reaksinya adalah sebagai berikut :

NH3 + H2O NH4+ + OH

-• Kelarutan ammonia dalam air turun dengan cepat dengan naiknya temperatur

• Halogen bereaksi dengan ammonia. Chlorine dan bromine melepaskan nitrogen dari ammonia yang berlebihan untuk menghasilkan garam-garam amonium.

• Reaksi antara ammonia dengan ethylene oxide akan membentuk mono-, di- dan triethanolamine

(Kirk & Othmer,1983)

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} Ethylenediamine pada suhu kamar berbentuk cair tidak

berwarna hingga kekuning-kuningan dan berbau menyengat. Bersifat basa kuat. Larut secara sempurna dalam air dan alkohol. Dalam industri kimia, ethylenediamine merupakan bahan baku pembuatan fungisida. Selain itu, ethylenediamine banyak dimanfaatkan sebagai bahan intermediet dan bahan aditif pada berbagai industri.

a. Sifat Fisis Ethylenediamine

Rumus Molekul : C2H8N2

Bentuk (pada 25oC) : Cair Berat molekul, [gr/mol] : 60,099 Titik didih (pada 1 atm), [oK] : 390,41 Titik beku (pada 1 atm), [oK] : 284,29 Densitas (pada 25 oC), [gr/ml] : 0,983 Viskositas gas (pada 25 oC), [µp] : 72,45 Tekanan kritis, [bar] : 62,90 Temperatur kritis, [oK] : 593,0

(Yaws, 1999)

b. Sifat Kimia Ethylenediamine

ƒ Ethylenediamine bereaksi dengan asam nitrat menghasilkan ethylenedinitramine dan air pada suhu tinggi

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} ƒ Ethylenediamine bereaksi dengan cepat dengan epoksi,

seperti ethylene oxide atau propilen oxide menghasilkan campuran hydroxyalkyl. Jika ethylenediamine direaksikan dengan etilen oxide dengan perbandingan mol 1:4 akan menghasilkan campuran yang terdiri dari mono-, di-, tri-, dan tetrahidroxyethyl

ƒ Ethylenediamine bereaksi dengan aziridine menghasilkan epoxy. Distribusi produk dikendalikan oleh perbandingan mol ethylenediamine dan aziridine. ƒ Ethylenediamine bereaksi secara eksotermis dengan

aldehid menghasilkan mono- dan disubtituted imidazolidines. Distribusi produk tergantung pada stoikiometri dan kondisi reaksi.

ƒ Ethylenediamine dapat bereaksi dengan formaldehid dan sodium cyanide, dalam kondisi basa, akan menghasilkan garam tetrasodium dari ethylenediaminetetraaceticacid. Produk reaksi ini digunakan sebagai chelating agent.

ƒ Ethylenediamine bereaksi dengan carbon disulfide menghasilkan ethylene bis-dithiocarbamat

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} ƒ Ethylenediamine jika direaksikan dengan urea, diethyl

carbonate, karbondioksida, atau fosgen menghasilkan etilen urea (2-imidozolidinone)

(Kirk & Othmer, 1983)

1.4.3.4Produk Diethylenetriamine (DETA)

Diethylenetriamine pada suhu kamar berbentuk cair berwarna kuning dan berbau menyengat dan merupakan cairan higroskopis. Larut dalam air dan hidrokarbon. Diethylenetriamine digunakan sebagai bahan aditif pada bahan bakar minyak dan pelumas. Selain itu diethylenetriamine juga digunakan sebagai bahan intermediet dalam industri lem, pelembut serat kain dan lain sebagainya.

a. Sifat Fisis Diethylenetriamine

Rumus Molekul : C4H13N3

Bentuk (pada 25oC) : Cair Berat molekul, [gr/mol] : 103,167 Titik didih (pada 1 atm), [oK] : 482,25 Titik beku (pada 1 atm), [oK] : 234,15 Densitas (pada 25 oC), [gr/ml] : 0,954 Viskositas gas (pada 25 oC), [µp] : 62,73 Tekanan kritis, [bar] : 42,20 Temperatur kritis, [oK] : 676,0

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan}

b. Sifat Kimia Diethylenetriamine

ƒ Diethylenetriamine beraksi secara eksotermal dengan aldehid menghasilkan imidazolidine.

ƒ Diethylenetriamine bereaksi dengan ethylene oxide atau propilen oxide membentuk campuran hidroxyalkyl derivative.

ƒ Diethylenetriamine bereaksi dengan aziridine membentuk epoxide.

ƒ Diethylenetriamine bereaksi dengan asam, ester, asam anhidrid menghasilkan amidoamines dan polyamides. (Kirk &

Othmer,1983)

1.4.3.5Produk Air a. Sifat Fisis Air

Rumus Molekul : H2O

Bentuk (pada 25oC) : Cair Berat molekul, [gr/mol] : 18,015 Titik didih (pada 1 atm), [oK] : 373,155 Titik beku (pada 1 atm), [oK] : 273,15 Densitas (pada 25 oC), [gr/ml] : 1,027 Viskositas cairan (pada 25 oC), [Cp] : 0,911 Tekanan kritis, [bar] : 220,55 Temperatur kritis, [oK] : 676,0

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} (Yaws, 1999)

1.4.4 Tinjauan Proses Secara Khusus

Reaksi antara monoethanolamine dan ammonia yang menghasilkan ethylenediamine, diethylenetriamine dan air merupakan reaksi ammonolysis.

Reaksi ammonolysis didefinisikan sebagai reaksi antara ammonia dengan suatu senyawa, dimana ammonia bereaksi dengan suatu senyawa membentuk amida atau amina dan hasil yang lain. Reaksi ini umumnya berdasarkan adanya ikatan valensi dalam senyawa, selanjutnya terjadi penambahan rantai –NH2 pada salah satu

pecahannya dan atom hidrogen pada pecahan yang lain. Reaksi yang terjadi adalah :

H2NCH2CH2OH (g) + NH3 (g) → H2NCH2CH2NH2 (g) + H2O (g) monoethanolamine ammonia ethylenediamine air

H2NCH2CH2OH (g) +H2NCH2CH2NH2(g) → H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2(g) + H2O(g)

monoethanolamine ethylenediamine diethylenetriamine air Reaksi ammonolysis terhadap monoethanolamine ini biasanya berlangsung pada fase gas, tekanan dan suhu sedang dan merupakan reaksi katalitik. Reaktor yang digunakan adalah reaktor fixed bed

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Bab I Pendahuluan} berkatalis. Katalis yang biasa digunakan untuk reaksi ini adalah tipe

katalis hidrogenasi seperti nikel, cobalt, platina dan palladium.

Produk yang berupa campuran ethylenediamine, diethylenetriamine, air, dan ammonia serta monoethanolemine yang tidak bereaksi ini selanjutnya dipisahkan dalam partial condenser dan rangkaian menara distilasi untuk memperoleh produk ethylenediamine sebagai produk utama dan diethylenetriamine sebagai produk samping. Sedangkan ammonia dan monoethanolamine yang tidak bereaksi di-recycle untuk direaksikan kembali pada reaktor.

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

29

BAB II

DESKRIPSI PROSES

2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 2.1.1 Bahan Baku

2.1.1.1 Ammonia

Bentuk : cair

Warna : tidak berwarna

Kemurnian : min 99,5% mol

Impuritas : air max.0,5% mol

(www. pupukkaltim.com)

2.1.1.2 Monoethanolamine

Bentuk : cair

Warna : tidak berwarna

Kemurnian : min 99% berat

Impuritas : air max.1% berat

Densitas : 1,0157 gr/cm3 pada 20oC

Berat molekul : 61,084 kg/kmol

(www.funshun.com)

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

30

2.1.2 Produk

2.1.2.1 Ethylenediamine (EDA)

Bentuk : cair

Warna : tidak berwarna hingga kekuning-kuningan

Kemurnian : min 99,3% berat

Impuritas : air.0,5% berat

monoethanolamine 0,3 % berat

Densitas : 0,893 gr/cm3 pada 25oC

Berat molekul : 60,099 kg/kmol

2.1.2.2 Diethylenetriamine (DETA)

Bentuk : cair

Warna : tidak berwarna

Kemurnian : 97,6 % berat

Impuritas : monoethanolamine 2,4 % berat

Densitas : 0,954 gr/cm3 pada 25oC

Berat molekul : 103,167 kg/kmol

2.1.3 Bahan Pendukung 2.1.3.1 Katalis

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

31

Bentuk : butir

Ukuran partikel : 2 – 4 mm

Berat jenis (bulk) : 524,512 kg/m3

(www.acnicat.com)

2.2 Konsep Proses 2.2.1 Dasar Reaksi

Reaksi pembuatan ethylenediamine dari monoethanolamine dan ammonia adalah sebagai berikut:

Reaksi utama :

H2NCH2CH2OH (g) + NH3 (g) → H2NCH2CH2NH2 (g) + H2O (g)

MEA (g) + NH3 (g) → EDA (g) + H2O (g)

monoethanolamine ammonia ethylenediamine air Reaksi samping :

H2NCH2CH2OH(g)+H2NCH2CH2NH2(g)→H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2(g)+H2

O(g)

MEA (g) + EDA (g) → DETA(g) +

H2O(g)

monoethanolamine ethylenediamine diethylenetriamine air

H2NCH2CH2NH2(g) +H2NCH2CH2NH2(g) → HN(CH2CH2)2NH(g) + 2NH3(g)

EDA (g) + EDA (g) → PIP (g) + 2NH3(g)

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

32

(Mc.Ketta,1977)

2.2.2 Mekanisme Reaksi

Langkah reaksi katalitik pembentukan ethylenediamine dari monoethanolaminedan ammonia dengan katalis Raney Nickel, adalah :

1. Transfer massa (difusi) reaktan dari badan utama fluida ke

permukaan luar butir katalis.

2. Difusi reaktan dari mulut pori-pori melalui pori-pori katalis ke

permukaan dalam katalis.

3. Adsorpsi reaktan ke permukaan katalis.

4. Reaksi pembentukan produk.

5. Desorpsi produk dari dalam butir katalis ke permukaan katalis. 6. Difusi produk dari dalam butir katalis ke permukaan luar katalis. 7. Transfer massa produk dari permukaan luar butir katalis ke aliran

utama fluida (gas).

Pada reaksi heterogen fase gas yang antara monoethanolamine dan ammonia dengan katalis Raney Nickel, mengikuti mekanisme reaksi di permukaan dan kecepatan reaksi tidak dipengaruhi oleh langkah transfer massa. (Morris, 1981)

Langkah proses nomor 1, 2, 6, 7 sangat cepat dibandingkan langkah nomor 3, 4, 5 sehingga kecepatan reaksi tidak dipengaruhi oleh transfer massa. Jadi langkah yang menentukan adalah reaksi pada permukaan katalis.(Fogler, 1999)

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

33

a. Reaksi 1

MEA(g) + NH3 (g) → EDA (g) + H2O(g)

Persamaaan kecepatan reaksi :

r1 = k1 . PMEA . PNH3

1. Adsorbsi MEA di permukaan aktif katalis

MEA + S + MEA.S

S MEA A V MEA A

A k P C k C

r = − _{− .}

. A

r =

⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ₋ A S MEA V MEA A K C C P

k . ... (1)

Dengan :

A A A k k K − = Keterangan :

rA : kecepatan adsorbsi

kA : konstanta kesebandingan untuk proses pengikatan

k-A : konstanta kesebandingan untuk proses pelepasan ikatan

Cv : konsentrasi pada puncak aktif

CMEA.S : konsentrasi MEA yang teradsorbsi pada permukaan

katalis

PMEA : tekanan parsial MEA

k-A

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

34

KA : konstanta kesetimbangan adsorbsi

2. Reaksi di permukaan katalis

MEA.S + NH3 EDA.S + H2O

O H S EDA S NH S MEA S

S k C P k C P

r = _{. 3} − _{− . 2}

⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ₋ = S O H S EDA NH S MEA S S K P C P C k

r _. . ₃ . . 2 ... (2)

Dengan : S S S k k K − = Keterangan :

rs : kecepatan reaksi di permukaan katalis

ks : konstanta proporsionalitas reaksi permukaan ke kanan

k-s : konstanta proporsionalitas reaksi permukaan ke kiri

PNH3 : tekanan parsial ammonia

PH2O : tekanan parsial air

CEDA.S : konsentrasi EDA yang bereaksi di permukaan katalis

Ks : konstanta kesetimbangan reaksi di permukaan

k-s

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

35

3. Desorbsi produk

EDA.S EDA + S

V EDA D S EDA D

D k C k P C

r = _. − ₋

⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ₋ = D V EDA S EDA D D K C P C k

r _. . ... (3)

Dengan : D D D k k K − = Keterangan :

rD : kecepatan desorbsi

kD : konstanta kesebandingan desorbsi ke arah kanan

k-D : konstanta kesebandingan desorbsi ke arah kiri

PEDA : tekanan parsial EDA

KD : konstanta kesetimbangan desorbsi

Langkah yang menentukan : Reaksi di permukaan katalis

⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ₋ = = S O H S EDA NH S MEA S S K P C P C k r

r_{1 .} . ₃ . . 2 ... (4)

• >>> → =0 A A A k r k V MEA A S

MEA K P C

C _. = ... (5)

k-D

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

36

• >>> → =0

D D D k r k D V EDA S EDA K C P

C _. = ... (6)

• ks <<<

Substitusi persamaan (5) , (6), ke (4) :

⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ₋ = D S V O H EDA V NH MEA A S K K C P P C P P K k

r_{1 3} 2

⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ₋ = D S A O H EDA NH MEA V A S K K K P P P P C K k

r_{1 3} 2 ... (7)

4. Neraca Puncak

CT = CV + CMEA.S + CEDA.S

= CV + KA PMEA CV +

D V EDA K C P = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ _{+ +} D EDA MEA A V K P P K C 1

Maka :

⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ _{+ +} = D EDA MEA A V T K P P K C C 1

... (8)

Substitusi persamaan (8) ke (7) :

⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ _{+ +} ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ₋ = D EDA MEA A D S A O H EDA NH MEA T A s K P P K K K K P P P P C K k r 1 2 3

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

37

• kS KA CT = k1

• P_MEA K_A = 0

• = 0

D EDA

K P

maka : 2 =0

S D A O H EDA K K K P P Sehingga :

(

)

(

1 0 0

)

0 3 1 1 + + −

= k PMEAPNH

r

r1 = k1 PMEA PNH3

(sesuai dengan persamaan kecepatan dan mekanisme reaksi yang diajukan)

b. Reaksi 2

MEA (g) + EDA (g) → DETA (g) + H2O (g)

Persamaaan kecepatan reaksi : r2 = k2 . PMEA . PEDA

1. Adsorbsi MEA di permukaan aktif katalis

MEA + S MEA.S

MEA A V MEA A

A k P C k C

r = − ₋

k-A

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

38

A

r =

⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ₋ A S MEA V MEA A K C C P

k . ... (10)

Dengan :

A A A k k K − = Keterangan :

rA : kecepatan adsorbsi

kA : konstanta kesebandingan untuk proses pengikatan

k-A : konstanta kesebandingan untuk proses pelepasan ikatan

Cv : konsentrasi pada puncak aktif

CMEA.S : konsentrasi MEA yang teradsorbsi pada permukaan

katalis

PMEA : tekanan parsial MEA

KA : konstanta kesetimbangan adsorbsi

2. Reaksi di permukaan katalis

MEA.S + EDA DETA.S + H2O

O H S DETA S EDA S MEA S

S k C P k C P

r = _. − _{− . 2}

⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ₋ = S O H S DETA EDA S MEA S S K P C P C k

r . 2

.

.

. ... (11)

Dengan : S S S k k K − = k-s ks

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

39

Keterangan :

rs : kecepatan reaksi di permukaan katalis

ks : konstanta proporsionalitas reaksi permukaan ke kanan

k-s : konstanta proporsionalitas reaksi permukaan ke kiri

PEDA : tekanan parsial EDA

PH2O : tekanan parsial air

CDETA.S : konsentrasi DETA yang bereaksi di permukaan katalis

Ks : konstanta kesetimbangan reaksi di permukaan

3. Desorbsi produk

DETA.S DETA + S

V DETA D S DETA D

D k C k P C

r = _. − ₋

⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ₋ = D V DETA S DETA D D K C P C k

r _. . ... (12)

Dengan : D D D k k K − = Keterangan :

rD : kecepatan desorbsi

kD : konstanta kesebandingan desorbsi ke arah kanan

k-D : konstanta kesebandingan desorbsi ke arah kiri

PDETA : tekanan parsial DETA

k-s

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

40

KD : konstanta kesetimbangan desorbsi

Langkah yang menentukan : Reaksi di permukaan katalis

⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ₋ = = S O H S DETA EDA S MEA S S K P C P C k r

r . 2

. 2

.

. ... (13)

• >>> → =0 A A A k r k V MEA A S

MEA K P C

C _. = ... (14)

• >>> → =0

D D D k r k D V DETA S D K C P

C _. = ... (15)

• ks <<<

Substitusi persamaan (14) , (15), ke (13) :

⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ₋ = D S V O H DETA V EDA MEA A S K K C P P C P P K k r 2 1 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ₋ = D S A O H DETA EDA MEA V A S K K K P P P P C K k

r₁ 2 ... (16)

4. Neraca Puncak

CT = CV + CMEA.S + CDETA.S

= CV + KA PMEA CV +

D V DETA K C P = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ _{+ +} D DETA MEA A V K P P K C 1

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

41 Maka : ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ _{+ +} = D DETA MEA A V T K P P K C C 1

... (17)

Substitusi persamaan (8) ke (7) :

⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ _{+ +} ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ₋ = D DETA MEA A D S A O H DETA EDA MEA T A s K P P K K K K P P P P C K k r 1 2

2 ... (18)

• kS KA CT = k2

• P_MEA K_A = 0

• = 0

D D

K P

maka : 2 =0

S D A O H DETA K K K P P Sehingga :

(

)

(

1 0 0

)

0 2

1

+

+ −

= k PMEAPEDA

r

r2 = k2 PMEA PEDA

(sesuai dengan persamaan kecepatan dan mekanisme reaksi yang diajukan)

2.2.3 Kondisi Operasi

Reaksi pembentukan ethylenediamine dari monoethanolamine dan

ammonia berlangsung pada suhu 235-335oC dan tekanan antara 31-33 atm. Reaksi berlangsung pada single bed catalytic reactor. Reaktan

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

42

masuk reaktan pada suhu 235 oC dan tekanan 33 atm dan merupakan

reaksi eksotermis. Katalis yang digunakan adalah Activated Nickel Catalyst atau Raney Nickel. (Morris,1981)

Distribusi produk dan konversi selain ditentukan oleh suhu dan tekanan reaktor, juga dipengaruhi oleh perbandingan mol umpan monoethanolamine dan ammonia. Pada proses ini digunakan perbandingan mol monoethanolamine dan ammonia 1 :5,6 , tekanan

operasi reaktor 31-33 atm dan suhu 235-335oC, maka akan diperoleh

konversi total monoethanolamine sebesar 75%, dimana diasumsikan 84% dari total monoethanolamine yang bereaksi akan berubah menjadi ethylenediamine pada reaksi pertama dan 16% dari total monoethanolamine yang bereaksi akan berubah menjadi diethylenetriamine pada reaksi kedua (Morris,1981)

2.2.4 Tinjauan Termodinamika

Untuk menentukan sifat reaksi apakah berjalan eksotermis atau endotermis maka diperlukan perhitungan panas pembentukan standar (∆Hfo) pada 1 atm dan 298K.

Pada 298 K:

Hf NH3 = -4590 kJ/kmol

Hf H2O = -241800 kJ/kmol

Hf EDA = -17340 kJ/kmol

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

43

Hf DETA = -5860 kJ/kmol

Reaksi utama :

MEA (g) + NH3 (g) EDA (g) + H2O(g)

∆Hfo298 = (Hf EDA(g) + Hf H2O(g)) - (Hf MEA (g) +Hf NH3(g) )

= ( -17340 - 241800 ) – ( -210190 - 4590 ) kJ/kmol

= -3050 kJ/kmol

Karena ∆Hfo298 negatif maka reaksi utama merupakan reaksi eksotermis.

Reaksi samping :

MEA (g) + EDA (g) DETA (g) + H2O(g)

∆Hfo298 = (Hf DETA(g) + Hf H2O(g)) - (Hf MEA (g) +Hf EDA (g) )

= (-5860 - 241800 ) – ( -210190 -17340 ) kJ/kmol

= -20130 kJ/kmol

Karena ∆Hfo298 negatif maka reaksi samping merupakan reaksi

eksotermis.

Dari kedua reaksi diatas, baik reaksi utama maupun reaksi samping merupakan reaksi eksotermis

Sifat reaksi yang reversibel atau irreversibel dapat diketahui dari harga konstanta kesetimbangan.

Pada 298 K :

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

44

∆Gf H2O = -228600 kJ / kmol

∆Gf EDA = 103220 kJ / kmol

∆Gf MEA = -106880 kJ / kmol

∆Gf DETA = 207290 kJ/ kmol

Reaksi utama :

∆G298 = (∆Gf EDA(g)+ ∆Gf H2O(g)) - (∆Gf MEA (g) + ∆Gf NH3 (g) )

= (103220-228600) – (-106880-16400) = - 2100 kJ/kmol

Reaksi samping :

∆G298 = (∆Gf DETA(g)+ ∆Gf H2O(g)) - (∆Gf MEA (g) + ∆Gf EDA(g) )

= (207290 -228900) – (-106880 - 103220) = -17650 kJ/kmol

G298 = - RT ln K298, maka:

ln K298 =

RT G

−

∆ 298

Reaksi utama :

ln K298 =

RT G

−

∆ 298

=

298 314 , 8

2100 x

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

45

= 0,847

K298 = 2,334

298 508 ln ln K K = ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ ₋ ∆ 508 1 298 1 298 R H_R

ln K508 - ln K298 =

314 , 8 050 , 3

− _{.1,387 x 10}-3

ln K508 = 7,461 + 0,847

= 8,308

K508 = 4056,192

Reaksi samping:

ln K298 =

RT G − ∆ 298 = 298 314 , 8 17650 x − −

= 7,124

K298 = 1241,294

298 508 ln ln K K = ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ ₋ ∆ 508 1 298 1 298 R HR

ln K508 - ln K298 =

314 , 8

20130

− _{1,387 x 10}-3

ln K508 = 4,612 + 7,124

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

46

K508 = 124991,373

Karena harga konstanta kesetimbangan (K) besar (>10), maka reaksi bersifat irreversibel ke arah kanan.

2.2.5 Tinjauan Kinetika

Reaksi pembuatan ethylenediamine merupakan reaksi eksotermis sehingga selama reaksi berlangsung akan terjadi pelepasan panas dan hal ini akan mempengaruhi kecepatan reaksi. Harga konstanta kecepatan reaksi (k) dalam pembentukan ethylenediamine mengikuti persamaan umum kinetika menurut persamaan Arrhenius :

k = A [ exp (-E/RT)]

dengan, k = konstanta kecepatan reaksi A = faktor tumbukan

E = energi aktivasi T = suhu mutlak

Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi adalah :

ƒ Suhu

Semakin tinggi suhu, maka harga k (konstanta kecepatan reaksi) akan semakin besar sehingga reaksi berjalan semakin cepat.

ƒ Katalis

Katalis juga berperan dalam menurunkan energi aktivasi sehingga konstanta kecepatan reaksi tinggi dan reaksi dapat berjalan cepat serta lebih mengarahkan reaksi bergeser ke kanan.

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

47

Adapun harga konstanta kecepatan reaksi pada pembuatan ethylenediamine dari monoethanolamine dan ammonia adalah sebagai berikut :

MEA (g) + NH3(g) EDA (g) + H2O(g)

MEA (g) + EDA(g) DETA (g) + H2O (g)

(Morris,1981)

r1 = k1 PMEA. PNH3 ,

jam katalis kg

kmol

.

r2 = k2 PMEA. PEDA ,

jam katalis kg kmol . (Morris,1981)

Untuk menghitung kecepatan reaksi, digunakan konstanta kecepatan reaksi yang besarnya:

k1 = 4,2726*102exp ⎥

⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡− ∗ RT 4 10 4201 , 1

k2 = 2,8601*102 exp ⎥

⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡− ∗ RT 4 10 1284 , 1 (Morris,1981)

2.3 Diagram Alir dan Langkah Proses 2.3.1 Diagram Alir Kuantitatif

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

48

2.3.2 Diagram Alir Kualitatif

Diagram alir kualitatif dapat dilihat pada Gambar 2.2

2.3.3 Diagram Alir Proses

Diagram alir proses dapat dilihat pada Gambar 2.3

2.3.4 Langkah Proses

Proses pembuatan ethylenediamine dari monoethanolemine dan

ammonia ini dapat dibagi menjadi 3 tahapan proses, yaitu :

1. Tahap penyiapan bahan baku.

2. Tahap pembentukan produk.

3. Tahap pemurnian produk.

2.3.4.1 Tahap penyiapan bahan baku

Ammonia cair dari tangki penyimpan T-01 dengan kondisi

30oC dan tekanan 15 atm dicampur dengan ammonia recycle

dari separator S-01 dan dialirkan dengan pompa P-01 ke vaporizer V-01 untuk diubah fasenya menjadi uap.

Monoethanolamine cair yang disimpan dalam tangki

penyimpan T-02 dengan kondisi 30oC dan tekanan 1 atm

dicampur dengan monoethanolamine recycle dari hasil atas

menara distilasi MD-02. Arus gabungan tersebut dicampur lagi

dengan monoethanolamine recycle dari separator S-02,

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

49

dengan pompa P-02 ke vaporizer V-02 untuk diubah fasenya menjadi uap.

2.3.4.2 Tahap reaksi

Bahan baku ammonia dan monoethanolamine yang telah disiapkan tersebut kemudian dicampur dengan ammonia recycle dari hasil atas kondenser parsial CP-01 yang telah dipisahkan dari cairannya dengan separator S-03 dan dinaikkan tekanannya menjadi 15 atm dengan kompresor K-02. Gas ammonia dari

kompresor dengan suhu 518,34oC ini sebelumnya bercampur

dengan umpan, digunakan sebagai pemanas pada MD-01 untuk dimanfaatkan panasnya sehingga suhunya turun menjadi 195,25

o

C.

Arus campuran yang berupa gas dengan tekanan 15 atm dan suhu 214,84oC tersebut kemudian ditekan dengan kompresor K-01 untuk menyesuaikan dengan tekanan operasi reaktor yaitu 33 atm.

Gas keluar kompresor yang masih bersuhu 790oC ini

digunakan dulu sebagai pemanas pada vaporizer umpan monoethanolamine V-02. Selanjutnya digunakan pula sebagai pemanas di reboiler menara distilasi MD-03 dan MD-02 hingga

suhunya turun manjadi 262 oC . Untuk menyesuaikan dengan

suhu operasi reaktor, maka gas umpan ini didinginkan dengan CO-01 sampai suhu 235 oC.

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

50

Gas yang kondisinya telah sesuai dengan kondisi operasi reaktor ini kemudian diumpankan ke dalam reaktor. Pada reaktor terjadi tahap pembentukan produk. Reaksi yang terjadi pada reaktor adalah :

a. Ammonia bereaksi dengan monoethanolamine menghasilkan ethylenediamine dan air sebagai produk samping

b. Monoethanolamine bereaksi dengan ethylenediamine

membentuk diethylenetriamine dan produk samping berupa

air.

Reaksi pembentukan ethylenediamine dari ammonia dan

monoethanolamine dilakukan pada reaktor unggun tetap dengan satu tumpukan katalis (fixed bed singlebed) R-01. Katalis yang digunakan adalah Raney Nickel. Umpan masuk reaktor pada tekanan 33 atm dan suhu 235oC serta produk keluar reaktor pada tekanan 32,9001 atm dan suhu 272,5715 oC.

2.3.4.3 Tahap Pemurnian Produk

Tahap pemurnian produk ini bertujuan untuk :

a. Memisahkan ammonia pada kondenser parsial CP-01 untuk

selanjutnya di-recycle ke reaktor.

b. Memisahkan sisa monoethanolamine dari produk

ethylenediamine dan diethylenetriamine pada menara distilasi (MD-01 dan MD-02)

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

51

c. Mengambil dan memurnikanproduk ethylenediamine pada

menara distilasi MD-03.

Produk gas keluar reaktor dengan kondisi 32,9001 atm dan

272,5715oC ini diturunkan tekanannya menjadi 12 atm dengan

expander EX-01 dan selanjutnya digunakan sebagai pemanas pada vaporizer umpan ammonia V-01 untuk memanfaatkan panas sehingga suhunya turun menjadi 186,46 oC.

Gas produk reaktor ini kemudian dialirkan ke kondenser parsial CP-01, tujuannya untuk memisahkan sisa ammonia yang tidak bereaksi dari komponen lain. Keluaran CP-01 yang masih berupa campuran gas dan cair diumpankan ke separator S-03 untuk memisahkan komponen condensable dan non-condensable. Ammonia yang merupakan non-condensable gas di-recycle sebagai umpan reaktor. Sedangkan condensable gas yang berupa campuran ethylenediamine, diethylenetriamine, air dan sisa monoethanolamine yang tidak bereaksi diumpankan ke menara distilasi MD-01 setelah sebelumnya diturunkan tekanannya dengan liquid expander EX-02 menjadi 1 atm.

Pada menara distilasi MD-01, terjadi pemisahan

ethylenediamine dan air dari monoethanolamine dan diethylenetriamine. Hasil atas MD-01 yang mengandung ethylenediamine dan air kemudian diumpankan ke menara distilasi MD-03,sedangkan hasil bawah yang mengandung

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

52

monoethanolamine dan diethylenetriamine diumpankan ke menara distilasi MD-02.

Pada menara distilasi MD-02, monoethanolamine

dipisahkan dari diethylenetriamine. Hasil atas yang mengandung sebagian besar monoethanolamine dialirkan dan dicampur dengan fresh feed monoethanolamine sebagai umpan reaktor. Sedangkan hasil bawah MD-02 yang berupa diethylenetriamine

dialirkan ke CO-02 untuk didinginkan sampai suhu 30oC dan

selanjutnya disimpan dalam tangki penyimpan produk samping T-03.

Hasil atas menara distilasi MD-01 yang mengandung ethylenediamine, monoethanolamine dan air kemudian dialirkan ke menara distilasi MD-03. MD-03 ini berfungsi untuk memisahkan dan memurnikan ethylenediamine sebagai produk utama dari kandungan monoethanolamine dan air sehingga sesuai dengan spesifikasi pasar. Hasil bawah MD-03 yang

berupa ethylenediamine sebagai porduk utama, kemudian

didinginkan dalam CO-03 sampai suhu 30oC dan selanjutnya

disimpan dalam tangki penyimpan produk T-04. Sedangkan hasil atas yang berupa air dialirkan ke unit pengolahan limbah..

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

53

2.4 Neraca Massa dan Neraca Panas 2.4.1 Neraca Massa

Satuan : kg/jam

Basis : 1 jam operasi

Kapasitas produksi : 20.000 ton/tahun

Tabel 2.1 Neraca Massa Total

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

54

Arus 1 (kg )

Arus 2 ( kg )

Arus 12 ( kg )

Arus 13 ( kg )

Arus 14 ( kg ) NH3

896,429 H2O

4,765 11,503 1134,302 11,458

EDA 51,172 2507,427

MEA

3861,512 25,345 6,368

DETA

1038,075

901,194 3873,015 1063,421 1185,474 2525,253 Total

4774,209 4774,209

Tabel 2.2 Neraca Massa Separator I (S-01)

Input Output Komponen

Umpan (kg) Cairan (kg ) Gas ( kg )

NH3 1120,537 224,107 _896,429

H2O 5,956 1,192 _4,765

1126,493 225,299

901,194 Total

1126,493 1126,493

Tabel 2.3 Neraca Massa Separator II (S-02)

Input Output Komponen

Umpan ( kg ) Cairan (kg ) Gas ( kg )

H2O 14,379 2,876 11,503

EDA 65,270 13,055 52,216

MEA 6379,297 1275,859 5103,438

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

55

6485,428 1297,086 5188,343 Total

6485,428 6485,428

Tabel 2.4 Neraca Massa Reaktor

Input Output Komponen

Arus 5 (kg ) Arus 6( kg )

NH3 7968,260 7071,831

H2O 16,268 1145,759

EDA 52,216 2610,815

MEA 5103,438 1273,639

DETA 21,185 1059,261

Total 13161,368 13161,368

Tabel 2.5 Neraca Massa Kondenser Parsial (CP-01)

Input Output Komponen

Arus 6 ( kg ) Arus 7 (kg ) Arus 8 ( kg )

NH3 7071,831 7071,831

H2O 1145,759 _1145,759

EDA 2610,815 _2610,815

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

56

DETA 1059,261 _1059,261

13161,368 7071,831

6089,474 Total

13161,368 13161,368

Tabel 2.6 Neraca Massa Menara Distilasi I (MD-01)

Input Output Komponen

Arus 8 ( kg ) Arus 9 (kg ) Arus 10 ( kg )

H2O 1145,759 1145,759

EDA 2610,815 2558,599 52,216

MEA 1273,639 6,368 1267,271

DETA 1059,261 0,000 1059,261

6089,474 3710,726 2378,748 Total

6089,474 6089,474

Tabel 2.7 Neraca Massa Menara Distilasi II (MD-02)

Input Output Komponen

Arus 10 ( kg ) Arus 11(kg ) Arus 12 ( kg )

EDA 52,216 52,216

MEA 1267,271 1241,926 25,345

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

57

2378,748 1315,327 1063,421

Total

2378,748 2378,748

Tabel 2.8 Neraca Massa Menara Distilasi III (MD-03)

Input Output Komponen

Arus 9 ( kg ) Arus 13 (kg ) Arus 14 ( kg )

H2O 1145,759 1134,302 11,458

EDA 2558,599 51,172 2507,427

MEA 6,368 6,368

3710,726 1185,474 2525,253 Total

3710,726 3710,726

2.4.2 Neraca Panas

Kapasitas : 20.000 ton / tahun

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Suhu referensi : 298 OK

2.4.2.1 Neraca Panas Alat

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

58

Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)

Qumpan 73141,907

Q laten 982074,883

Q produk 80239,769

Q pemanas 989172,745

Total 1062314,652 1062314,652

Tabel 2.10 Neraca Panas Vaporizer II (V-02)

Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)

Qumpan 1980547,873

Q laten 3400190,553

Q produk 7962928,301

Q pemanas 9382570,981

Total 11363118,854 11363118,854

Tabel 2.11 Neraca Panas Reaktor

Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)

Qmasuk 5695567,272

Qkeluar 6058652,082

Qreaksi 363084,810

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

59

Tabel 2.12 Neraca Panas Kondenser Parsial (CP-01)

Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)

Q6 18489495,596

Q7 510803,324

Q8 6256,092

Qpendingin 17972436,179

Total 18489495,596 18489495,596

Tabel 2.13 Neraca Panas Separator III (S-03)

Arus Q input (kJ/jam) Qoutput (kJ/jam)

Q umpan 367442,110

Q cair 142326,907

Q gas 225115,192

Total 367442,110 367442,110

Tabel 2.14 Neraca Panas Menara Distilasi I (MD-01)

Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)

Q8 277041,745

Q9 1012679,560

Q10 902964,772

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

60

Qr 6107044,161

Total 1915644,332 1915644,332

Tabel 2.15 Neraca Panas Menara Distilasi (MD-02)

Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)

Q10 1207922

Q11 624612,505

Q12 394745,558

Qc -1658448,803

Qr 1469884,867

Total 1019358,063 1019358,063

Tabel 2.16 Neraca Panas Menara Distilasi (MD-03)

Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)

Q9 179285,547

Q13 368176,065

Q14 689921,687

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

61

Qr 8736956,460

Total 1058097,752 1058097,752

Tabel 2.17 Neraca Panas Cooler-01 (CO-01)

Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)

QFluida panas 6522733,565 5694588,516

QFluida dingin 21255722,923 22083867,971

Total 27778456,488 27778456,488

Tabel 2.18 Neraca Panas Cooler-02 (CO-02)

Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)

QFluida panas 443298,061 11273,535

QFluida dingin 11088629,489 11520654,015

Total 11531927,550 11531927,550

Tabel 2.19 Neraca Panas Coler-03 (CO-03)

Arus Q input (kJ/jam) Q output (kJ/jam)

QFluida panas 699724,034 36501,341

QFluida dingin 17022715,782 17685938,475 Total 17722439,816 17722439,816

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

62

2.5 Layout Pabrik dan Peralatan Proses 2.5.1 Layout Pabrik

Tata letak pabrik merupakan suatu pengaturan yang optimal dari seperangkat fasilitas-fasiitas dalam pabrik. Tata letak yang tepat sangat penting untuk mendapatkan efisiensi, keselamatan, dan kelancaran kerja para pekerja serta keselamatan proses.

Untuk mencapai kondisi yang optimal, maka hal-hal yang harus diperhatikan dalam menentukan tata letak pabrik adalah

1. Pabrik ethylenediamine ini merupakan pabrik baru (bukan

pengembangan), sehingga dalam menentukan layout tidak dibatasi oleh bangunan yang ada.

2. Berdasarkan kebutuhan ethylenediamine yang terus meningkat

maka diperlukan adanya perluasan pabrik sebagai pengembangan pabrik masa depan.

3. Faktor keamanan sangat diperlukan untuk bahaya kebakaran dan

ledakan, maka perencanaan layout selalu diusahakan jauh dari sumber api , bahan panas, dan dari bahan yang mudah meledak.

4. Sistem kontruksi yang direncanakan adalah out door untuk

menekan biaya bangunan dan gedung

Secara garis besar layout dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu :

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

63

Merupakan pusat kegiatan administrasi pabrik yang mengatur kelancaran operasi. Laboratorium dan ruang kontrol sebagai pusat pengendalian proses, kualitas dan kuantitas bahan yang akan diproses serta produk yang dijual.

b. Daerah proses

Merupakan daerah dimana alat proses diletakkan dan proses berlangsung.

c. Daerah penyimpanan bahan baku dan produk.

d. Daerah bengkel ,gudang dan garasi. e. Daerah utilitas

Merupakan daerah dimana kegiatan penyediaan bahan pendukung proses berlangsung dipusatkan.

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

64

Skala 1:100 Keterangan gambar :

1. Pos keamanan 9. Musholla

2. Parkir Kendaraan 10. Klinik

3. Laboratorium 11. Utilitas

4. Ruang Kontrol 12. Bengkel & Peralatan

5. Safety 13. Area Perluasan

6. Taman 14. Area Produksi

7. Kantor 15. Area Bongkar Muat

8. Kantin 16. Gudang

Gambar 2.4. Layout Pabrik

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

65

Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam menentukan layout peralatan proses pada pabrik ethylenediamine , 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 didalam dan disekitar 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.

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

66

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 dieliminasi.

Tata letak alat-alat proses harus dirancang sedemikian rupa sehingga :

ƒ Kelancaran proses produksi dapat terjamin. ƒ Dapat mengefektifkan luas lahan yang tersedia.

ƒ Karyawan mendapat kepuasan kerja agar dapat meningkatkan

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB II Deskripsi Proses

67

1:400 Keterangan Gambar :

T-01 : Tangki Ammonia

T-02 : Tangki Monoethanolamine

T-03 : Tangki Diethylenetriamine

T-04 : Tangki Ethylenediamine

R : Reaktor

MD-01 : Menara Distilasi I

MD-02 : Menara Distilasi II

MD-02 : Menara Distilasi III

S : Separator

V-01 : Vaporizer umpan ammonia

V-01 : Vaporizer umpan monoethanolamine

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB III Spesifikasi Peralatan Proses

BAB III

SPESIFIKASI PERALATAN PROSES

Reaktor

Kode : RX

Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi monoethanolamine dengan

ammonia menjadi ethylenediamine dan diethylenetriamine

Tipe : Single-bed Catalytic Reactor

Kondisi operasi

Suhu : 235 – 272,5725 º C

Tekanan : 33 – 32,9001 atm

Waktu tinggal : 9,037 detik

Spesifikasi

Diameter : 1,376 m

Tinggi : 4,103 m

Tebal shell : 1,5 in

Jenis head : elliptical dished head

Tebal head : 2,75 in

Material : Carbon Steel SA 285 grade C

Katalis : Activated Nickel Catalyst (Raney Nickel)

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB III Spesifikasi Peralatan Proses

Vaporizer

Tabel 3.1. Spesifikasi Vaporizer

Kode V-01 V-02

Fungsi Menguapkan NH3

sebelum masuk reaktor

Menguapkan MEA sebelum masuk reaktor

Jenis 1-2 Shell and TubeHE 1-2 Shell and TubeHE

Kondisi operasi

Suhu fluida dingin(ºC) 38,316 – 39,576 117,848 – 279,822

Suhu fluida panas (ºC) 219,565 – 186,461 790,207 – 557,379

Shell side

Material Carbon Steel Carbon Steel

Fluida Umpan ammonia (NH3) Umpan MEA

Kapasitas, kg/jam 1126,493 6485,428

ID shell, in 8 12

∆P (psi) 0,005 0,029

Tube side

Material Carbon Steel Carbon Steel

Fluida Umpan CP Umpan reaktor

Kapasitas, kg/jam 13161,368 13161,368

OD pipa, in 1 0,75

BWG 16 16

Susunan Triangular pitch Triangular pitch

Panjang, ft 12 12

Jumlah pipa 16 82

∆P, psi 0,079 0,037

Dirt factor 0,013 0,009

Uc (BTU / hr . Ft2 . F) 217,036 160,265

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB III Spesifikasi Peralatan Proses

Kondensor Parsial

Kode : CP-01

Fungsi : mengkondensasikan sebagian gas keluar reaktor Jenis : 1-2 Shell and Tube Heat Exchanger

Jumlah : 1

Beban panas (kJ/jam) : 17972436,179

Sisi tube :

Material : Titanium

Fluida : air pendingin

Kapasitas (kg/jam) : 357959,612

OD pipa (in) : 1,5

BWG : 16

Susunan : Triangular pitch

Pitch : 1,875

Panjang (ft) : 12

Jumlah pipa : 206

∆P (psi) : 5,8261

Sisi shell :

Material : Titanium

Fluida : gas dari reaktor

Kapasitas (kg/jam) : 13161,368

ID shell (in) : 33

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB III Spesifikasi Peralatan Proses

Uc (BTU / hr . Ft2 . F) : 187,8980

Ud (BTU / hr . Ft2 . F) : 145,2192

Rd perhitungan : 0,0016

Rd diijinkan : 0,001

Separator

Tabel 3.2. Spesifikasi Separator

Kode S-01 S-02 S-03

Fungsi Memisahkan gas dan

cairan dari V-01

Memisahkan gas dan cairan dari V-02

Memisahkan gas dan cairan dari CP

Jenis Drum tegak dengan

atap berbentuk torispherical

Drum tegak dengan atap berbentuk

torispherical

Drum tegak dengan atap berbentuk

torispherical

Kondisi operasi

Suhu (º C ) 39,575 117,848 41,676

Tekanan (atm) 15 15 12

Waktu tinggal(s) 600 600 600

Diameter (m) 0,457 0,457 0,889

Tinggi (m) 1,743 1,743 3,258

Tebal shell (in) 0,312 0,25 0,375

Tebal head (in) 0,312 0.25 0,375

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB III Spesifikasi Peralatan Proses

Kompresor

Tabel 3.3. Spesifikasi Kompresor

Kode K-01 K-02

Fungsi Menaikkan tekanan gas

recycle ammonia dari kondenser parsial

Menaikkan tekanan gas umpan reaktor

Tipe Kompresor sentifugal Kompresor sentifugal

Kondisi operasi :

Tekanan (atm) 12 – 15 15 – 33

Suhu (ºC ) 41,676 –518,334 214,870 – 790,186

Daya kompresor (HP) 469,502 1911,071

Expander

Tabel 3.4. Spesifikasi Expander

Kode EX-01 EX-02

Fungsi Menurunkan tekanan

gas keluar reaktor

Menurunkan tekanan cairan keluar kondensor

parsial

Tipe Expander Gas Expander Cair

Kondisi operasi

Tekanan (atm) 33 – 12 12 – 1

Suhu (K) 282,572 – 219,564 41,676 – 41,622

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB III Spesifikasi Peralatan Proses

Menara Distilasi

Tabel 3.5. Spesifikasi Menara Distilasi

Kode MD-01 MD-02 MD-03

Fungsi Memisahkan EDA

sebagai hasil utama dari MEA dan

DETA

Memisahkan DETA sebagai produk samping dari MEA

dan EDA

Memisahkan dan memurnikan EDA

sebagai produk utama

Jenis Menara distilasi

dengan plate

Menara distilasi dengan plate

Menara distilasi dengan plate Kondisi operasi

Suhu umpan (ºC) 41,622 175,176 108,368

Suhu distilat (ºC) 108,368 170,578 100,458

Suhu bottom (ºC) 175,176 204,882 117.203

Tekanan (atm) 1 1 1

Kolom / menara Diameter (m)

Atas 1,125 0,849 1,264

Bawah 1,474 1,189 2,167

Tebal Shell (in)

Atas 0,188 0,188 0,188

Bawah 0,188 0,188 0,312

Tinggi (m) 20,037 18,734 22,369

Material Carbon steel SA

283 grade C

Carbon steel SA 283 grade C

Carbon steel SA 283 grade C Head

Tipe Torispherical

Dished Head

Torispherical Dished Head

Torispherical Dished Head

Tebal head (in)

_{Prarancangan Pabrik Ethylenediamine} dari Monoethanolamine dan Ammonia

Kapasitas 20.000 Ton / Tahun

BAB III Spesifikasi Peralatan Proses

Bawah 0,25 0,25 0,312

Tinggi (m)

Atas 0,242 0,188 0,263

Bawah 0,303 0,238 0,417

Plate

Tipe Sieve tray Sieve tray Sieve tray

Jumlah plate 27 25 41

Feed plate ke- 17 11 22

Plate spacing (m) 0,6 0,45 0,45

Isolasi

Material Asbestos Asbestos Asbestos

Lampiran D Reaktor

b. Diameter pipa pengeluaran : G = 3,656 kg/s ρ = 18,325 kg/m3 maka

Di = 156,151 mm = 6,148 in Digunakan pipa standar : IPS = 8 in

OD = 8,625 in SN = 40 ID = 7,981 in

ƒ Isolasi Reaktor

Asumsi : suhu di dalam reaktor = suhu permukaan dinding sebelah dalam shell = suhu permukaan luar shell karena tebal shell relatif kecil dan konduktivitas bahan sangat besar.

Isolator yang digunakan jenis asbestos dengan data-data sebagai berikut : e = 0,93000 (Daftar A-3,J.P. Holman)

kisolasi = 0,16615 W/m.C (Daftar A-3,J.P. Holman)

T1 T2 T3

Lampiran D Reaktor

Suhu rata-rata dalam reaktor (T1=T2) = 272,5715 ºC = 545,5715 K Suhu udara luar (Ta) = 30 ºC = 303 K

Suhu film Tf = (T3 + Ta)/2 = 308 K

β = 1/Tf = 0,029

∆T = T3 - Tf = 278 K

Sifat Fisis udara pada Tf : 308 K

r = 1,149 kg/m3 (Daftar A-5, J.P.Holman) cp = 1006,228 J/kgC

k = 0,027 W/mC m = 0,000019 kg/ms Asumsi : a. Sifat-sifat udara tetap

b. Di sekeliling reaktor terjadi konveksi bebas

Menghitung koefisien perpindahan panas konveksi

Gr = bilangan Grasshof

Pr = bilangan Prandtl

Raf = bilangan Rayleigh

2 2 3

µβ ρ g t l

Gr = ∆

k cp.µ Pr=

Pr . Gr R_af =

Lampiran D Reaktor

Bila Raf = 104 - 109

Bila Raf = 109 – 1012 (Mc Adams,1958)

hc = koefisien perpindahan panas konveksi L = tinggi silinder reaktor = 4,522m Gr = 4,821E+11

Pr = 0,706 Raf = 3,402.E+11

hc = 0,325 W/m2C

Menghitung koefisien perpindahan panas radiasi

Koefisien perpindahan panas radiasi dihitung dengan :

dengan :

e = emisivitas

t = konstanta Stefan Boltzman = 5,67E-08 W/m2K4 Ts = suhu dinding = 313 K

Tu = suhu udara = 303 K

Bahan dinding reaktor adalah Cr-Ni dengan Kb = 17W/mC qr = 61,633 W/m2

( )

1/3

19 .

0 t

hc= ∆

25 . 0 29 . 0 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∆ = L t hc

)

(

T

_s4

T

_u4

qr

=

ε

τ

−

Lampiran D Reaktor

Trial tebal isolasi = 0,412 m qc = hc A (T3 – Ta)

= 69,769W qr = hr A (T3 – Ta)

= 1323,527 W q keluar = qc + qr

= 1393,295W

q masuk = q keluar = q konduksi =

R3 = 0,756 m

Tebal isolasi = 0,412 m check

2 2 3 1 1 2 3 1 ln ln ) ( 2 k R R k R R T T L + − π

Lampiran D Reaktor

Lampiran D Reaktor