RINGKASAN

Etilena merupakan senyawa kimia dengan remus kimia C2H4 yang merupakan bagian dari

olefin yang rendah, tidak berwarna, dan tidak berbau, serta mudah terbakar. Kegunaan etilen ini untuk

industri polimer seperti polietilena dan etilen benzene, juga digunakan untuk industri petrokimia

seperti vinil klorida dan etilen glikol. Seiring dengan berkembangnya industri di Indonesia. Kebutuhan

etilen di Indonesia juga semakin meningkat. Untuk meminimalisir pembuatan etilen dari bahan baku

yang di impor, maka dirasa tepat untuk membuat pabrik etilen untuk di didirikan.

Proses pembuatan etilen dilakukan bebebrapa tahap, yakni tahap persiapan bahan baku, tahap

reaksi dan tahap pemurnian produk. Tahap persiapan bahan baku dilakukan dengan proses dan alat

yang sama dengan pemurnian produk karena senyawa-senyawa yang terbentuk dalam reaksi sama

dengan kandungan bahan baku. Adapun bahan baku pada perancangan pabrik ini adalah etana,

propana. Pada tahap pemurnian bahan baku dan produk dilakukan dalam macam Menara tiga destilasi,

yaitu de-methanizer untuk menghilangkan metana, de-ethanizer untuk menghilangkan etana, dan

ethylene tower untuk memurnikan bahan baku etana dan produk etilen. Reaksi dilakukan dalam Plug

Flow Multitube Reactor. Reaksi berlangsung pada fase gas dengan tekanan 1 atm dengan suhu 727 –

10270C. Produk keluar reaktor digabungkan dengan arus masuk refinery gas yang kemudian dilakukan

proses pemurnian produk dan bahan baku. Proses pemurnian produk dan bahan baku dilakukan pada

tekanan tinggi sebesar 15-32 atm dan suhu rendah sebesar -930C. Sehingga dibutuhkan sistem

refrigerasi. Sistem refrigerasi yang diperlukan yakni sistem refrigerasi cascade karena proses

berlangsung pada suhu yang sangat rendah mencapai -930C. Refrigeran yang digunakan adalah MCR

(Multi Component Refrigerant) untuk mendinginkan fluida saat proses dan refrigeran propana untuk

mendinginkan MCR. Adapun porduk yang dihasilkan pada proses ini adalah etilen (produk utama),

sedangkan by produk adalah butane, metana, dan hidrogen.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Memasuki era perdagangan bebas, Indonesia dituntut untuk mampu bersaing

dengan negara lain dalam bidang industri. Perkembangan industri di Indonesia sangat

berpengaruh terhadap ketahanan ekonomi Indonesia. Sektor industri kimia banyak

memegang peranan dalam memajukan perindustrian di Indonesia. Inovasi proses

produksi maupun pembangunan pabrik yang baru yang berorientasi pada

pengurangan ketergantungan kita pada produk luar negeri maupun untuk menambah

devisa negara sangat diperlukan, salah satunya dengan penambahan pabrik etilen.

Etena (etilen) adalah senyawa kimia yang memiliki rumus kimia C2H4 yang

memiliki sifat-sifat: olefin paling ringan, tidak berwarna, tidak berbau, dan mudah

terbakar (Kirk and Othmer, 1979). Adapun penggunaan etena dalam dunia industri

cukup luas antara lain: sebagai bahan baku industri kimia etilen oksida, polietilen,

etilen benzen, vinilklorida, dan etilen glikol.

Kebutuhan etilen terus bertambah seiring dengan perkembangan industri-

industri di Indonesia. Walaupun tingkat konsumsi etilen di Indonesia cukup besar,

namun sampai saat ini kebutuhan akan etilen terus meningkat. Sehingga kebutuhan

akan etilen pemerintah masih bergantung dengan impor. Oleh karena itu, sangat tepat

apabila di Indonesia didirikan pabrik etilen, seiring dengan pemakainya di industri-

industri yang semakin meningkat. Hal ini bertujuan untuk mengantisipasi permintaan

di dalam negeri, mengurangi impor etilen dan membuka tenaga kerja baru.

1.2 Tinjauan Pustaka

1.2.1 Definisi Etilena

Etilen atau etena adalah senyawa alkena paling sederhana yang terdiri dari

empat atom hidrogen dan dua atom karbon yang terhubungkan oleh suatu ikatan

rangkap. Karena ikatan rangkap ini, etena disebut pula hidrokarbon tak

jenuh atau olefin. Pada suhu kamar, molekul etena tidak dapat berputar pada ikatan

rangkapnya sehingga semua atom pembentuknya berada pada bidang yang sama.

Sudut yang dibentuk oleh dua ikatan karbon-hidrogen pada molekul adalah 117°,

sangat dekat dengan sudut 120° yang diperkirakan berdasarkan hibridisasi ideal sp2

(Kirk and Othmer, 1979).

1.2.2 Kegunaan Etilen

Adapun kegunaan produk utama etilen adalah sebagai berikut :

1. Bahan baku pembuatan polietilen

2. Bahan baku pembuatan etilen glikol

3. Sebagai refrigeran

4. Bahan baku pembuatan etilen oksida

5. Bahan baku pembuatan etilen benzen

1.3 Penentuan Kapasitas Perancangan

Penentuan kapasitas produksi suatu industri senantiasa memperhatikan aspek-

aspek yang penting dari segi teknis, ekonomis, finansial dan kapasitas minimal.

Kapasitas produksi pabrik etilen ditentukan berdasarkan beberapa pertimbangan

antara lain :

1. Kebutuhan etilen

2. Ketersediaan bahan baku

3. Kapasitas pabrik yang sudah berdiri

1.3.1 Kebutuhan etilen

Kebutuhan etilen di Indonesia mengalami peningkatan setiap tahunnya.

Berikut ini adalah hasil estimasi kebutuhan etilen di Indonesia (BPS, 2015 ).

Tabel 1.1. Dicari Data Impor etilen di Indonesia

TahunKapasitas

(Ton/Thn)% Pertumbuhan

2010 589,528.73 0

2011 674,594.54 14.4295

2012 716,584.95 6.2245

2013 628,278.39 -12.3233

2014 636,892.11 1.3710

Rata-rata Pertumbuhan 1.9404

Perhitungan dengan 2 metode yaitu, metode perhitungan discounted dan metode

perhitungan regresi linier. Metode perhitungan yang digunakan untuk penentuan

kapasitas produksi suatu pabrik dengan menghitung pertumbuhan impor rata-rata

setiap tahun. Dari data-data impor etilen setiap tahunnya dapat dilakukan prediksi

untuk beberapa tahun ke depan.

Berdasarkan data di atas, diperkirakan kebutuhan etilen akan terus meningkat

pada tahun-tahun mendatang sejalan dengan berkembangnya industri-industri yang

menggunakan etilen sebagai bahan baku. Dari data pertumbuhan dapat digunakan

persamaan berikut untuk menghitung kapasitas produksi pabrik.

1. Metode Discounted

F = P x (1+i)n

Keterangan: F = Nilai pada tahun ke-n

P = Besarnya data pada tahun sekarang (ton/tahun)

i = Kenaikan data rata-rata

n = Selisih tahun (tahun ke-n)

Peluang kapasitas etilen pada tahun 2020:

2020 = 636,892.11x(1+ 1.9404/100)2020-2015

= 701,128.36 ton/tahun

Pabrik etilen direncanakan beroperasi pada tahun 2020. Dari hasil prediksi, impor

etilen di Indonesia pada tahun tersebut adalah tahun 701,128.36 ton.

2. Metode Regresi Linier

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015300,000.00

400,000.00

500,000.00

600,000.00

700,000.00

800,000.00

f(x) = 4841.06090000002 x − 9091038.78780003R² = 0.0251041128066998

Tahun

Kap

asita

s (to

n/ta

hnu)

Gambar 1.2 Hubungan antara Kebutuhan Etilen dengan Tahun Produksi

Dengan menggunakan grafik di atas maka dapat ditentukan persamaan untuk

memperkirakan kebutuhan etilen pada tahun 2022 yaitu :

y = 4841.1x - 9E+06

= (4841.1(2020)) – 9E+06

= 779,022 ton

Berdasarkan perhitungan di atas maka diperkirakan kebutuhan etilen yang

belum terpenuhi pada tahun 2020 adalah 779,022 ton/tahun.

1.3.2 Kebutuhan Bahan Baku

Untuk menjamin kontinuitas produksi pabrik, bahan baku harus mendapat

perhatian yang serius dengan tersedia secara periodik dalam jumlah yang cukup. Bahan

baku yang digunakan dalam pembuatan etilen adalah refinery gas yang diperoleh dari

PT. Badak NGL Bontang yang mencapai 5,4 juta ton/tahun.

1.3.3 Kapasitas Rancangan Pabrik

Dari pertimbangan dari ketersediaan bahan baku yang tersedia, maka ditentukan

kapasitas perancangan sebesar 400.000 ton. Kapasitas perancangan ini dimaksudkan

untuk memenuhi setidaknya 40 % kebutuhan impor etilen sehingga membutuhkan bahan

baku sebesar 3,6 juta ton/ tahun.

Selain itu terdapat dengan pertimbangan lain diambilnya kapasitas 400.000

ton/tahun antara lain:

1. Dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri yang diperkirakan mengalami

kenaikan dari tahun ke tahun sebagai hasil dari pembangunan.

2. Dapat membuka kesempatan berdirinya industri-industri lainnya yang

menggunakan etilen sebagai bahan baku yang selama ini belum berkembang

di Indonesia.

1.4.1 Identifikasi Bahan Baku dan Produk

1.4.1 Sifat Fisis dan Kimia Bahan Baku

1. Etana (C2H6)

a. Sifat-sifat fisis

- Wujud, (25 ºC, 1 atm) : gas tak berwarna

- Berat molekul, (kg/kmol) : 30,07

- Titik didih, (boiling point, ºC) : -88,6

- Temperatur kritis,(oC) : 31.9

- Tekanan kritis,(atm) : 48.2

- Titik beku : -183.7

- Hf (gas) pada 25 oC, kJ/mol : -83.82

- Gf (gas) pada 25 oC, kJ/mol : -31.92

- Antoin A : 6,9533

- Antoin B : 699,106

- Antoin C : 200,264

(Perry, 1997).

b. Sifat-sifat kimia

- Merupakan senyawa kovalen nonpolar

- Mudah terbakar

- Dengan asam halogen akan mengalami reaksi adisi

-

2. Propana (C3H8)

a. Sifat-sifat fisis

- Fase : gas

- Berat molekul, (kg/kmol) : 44,097

- Titik didih (oC) : -104.1

- Titik beku (oC) : -169.5

- Hf (gas) pada 25 oC, kJ/mol : -104.68

- Gf (gas) pada 25 oC, kJ/mol : -24.39

- Antoin A : 7,0188

- Antoin B : 889.864

- Antoin C : 257.084

(Perry, 1997)

b. Sifat kimia

- Merupakan senyawa kovalen nonpolar

- Mudah terbakar

- Memiliki ikatan tunggal

1.4.2 Sifat Fisis dan Kimia Produk

1. Etilen

a. Sifat-sifat fisis

- Rumus Molekul : C2H4

- Fase (25oC, 1 atm) : gas

- Berat molekul, (kg/kmol) : 28,05

- Titik didih (oC) : -103.71

- Titik beku (oC) : -169.15

- Suhu kritis, (oC) : 9.2

- Tekanan kritis (bar) : 50.42

- Densitas (25oC, kg/m3) : 2.0879

- Kemurnian : C2H4 (min. 99.97 %)

- Hf (cair) pada 25 oC, kJ/mol : 52.3

- Gf (cair) pada 25 oC, kJ/mol : 68,26

- Antoin A : 4,02455

- Antoin B : 1585,874

- Antoin C : -99,173

b. Sifat - sifat kimia

- Senyawa olefin paling ringan

- Mudah terbakar

(Kirk and Othmer, 1979)

2. Hidrogen (H2)

a. Sifat-sifat fisis

- Fase : gas

- Berat molekul, (kg/kmol) :2,018

- Titik didih, (K) : 20,4

- Titik beku, (K) : 14

- Suhu kritis, (K) : 33.2

- Tekanan kritis (atm) : 12.8

(Perry, 1997)

b. Sifat-sifat kimia

- Mudah terbakar

- Dengan oksigen akan membentuk air

3. Metana (CH4)

a. Sifat-sifat fisis

- Fase, (1 atm, 25ºC) : gas

- Berat molekul, (kg/kmol) : 16,04

- Titik didih, (ºC) : -161,5

- Titik beku (oC) :-182,5

- Temperatur kritis,(oC) : -82,45

- Tekanan kritis,(atm) : 45,797

- Densitas (25oC, kg/m3) : 1,819

- Viskositas (25oC)(cp) : 0,011

- Hf (gas) pada 25 oC, 1 atm, kJ/mol : -74.78

- ΔGf (gas) pada 25 ºC, 1 atm, kJ/kmol : -50,49

- Antoin A : 6,8456

- Antoin B : 435,621

- Antoin C : 271,361

(Perry, 1997)

b. Sifat kimia

- Merupakan senyawa kovalen nonpolar

- Mudah terbakar

(Kirk and Othmer, 1979).

4. Butana (C2H6)

a. Sifat-sifat fisis

- Wujud, (25 ºC, 1 atm) : gas

- Berat molekul, (kg/kmol) : 58.124

- Titik didih, (boiling point, ºC) : -0,8

- Titik beku (oC) : -138.7

- Temperatur kritis,(oC) : 178.7

- Tekanan kritis,(atm) : 37,5

- Hf (gas) pada 25 oC, kJ/kmol : -125,79

- Gf (solid) pada 25 oC, kJ/kmol : -16,7

- Antoin A : 7,0096

- Antoin B : 1022,48

- Antoin C : 248,145

(Perry, 1997).

b. Sifat-sifat kimia

- Mudah terbakar

- Memiliki ikatan tunggal

BAB II

URAIAN PROSES

2.1 Jenis – Jenis Proses

Proses pembuatan etilen yang sering digunakan di skala industri, yaitu :

1) Proses Dehidrasi Etanol

Proses ini telah ditemukan pada abad XVII ketika pertama kali diketahui

bahwa etilen bisa dibuat dari etanol yang dipanaskan bersama alumina dan silika.

Pada saat sekarang katalis alumina dan asam phospat adalah yang paling sesuai untuk

digunakan dalam industri.

Produk dari dehidrasi etanol adalah etilen sebagai produk utama dan

eter sebagai pruduk lanjutan.

Reaksi :

Al/SiO2

C2H5OH C2H4 + H2O

Etanol 300-400 oC etena air

2C2H5OH (C2H5)2O + H2O

Etanol 230oC eter air

Eter terbentuk pada suhu sekitar 230 0C sementara pada suhu 300-400 0C yield

etena mencapai 94-99 %. Reaktor bekerja secara isotermal dalam pipa-pipa yang

dipanaskan. Pemurnian lebih lanjut diperlukan untuk menghilangkan senyawa

aldehid, asam-asam, CO2 dan air (Ludwig, Kniel, 1980).

2) Proses Perengkahan dengan panas (Thermal cracking)

Reaksi perengkahan merupakan reaksi pemecahan rantai karbon pada suhu

yang cukup tinggi. Reaksi dilakukan dalam reaktor pipa atau langsung di dalam suatu

furnace. Reaksi perengkahan terjadi pada suhu di atas 637 0C tanpa katalis dan

tekanan atmosferis. Setelah keluar dari reaktor, produk didinginkan secara mendadak

dan kemudian dimurnikan untuk mendapatkan produk dengan kemurnian yang

diinginkan. Pada proses ini pengaturan kondisi operasi, terutama pengaturan

pemberian panas, sangat diperhatikan dimaksudkan agar pembentukan produk yang

diinginkan dapat maksimal. Suhu produk keluar sekitar 850 0C didinginkan

mendadak pada alat penukar panas hingga suhu di bawah suhu 640 0C. Untuk proses

pemurnian produk dilakukan pada suhu rendah. (Rase, HF., 1977)

Reaksi :

4C2H6 2CH4 + C2H4 + C4H10 + H2

Tabel 2.1 Perbandingan Proses Pembuatan Ethylene

ParameterProses

Dehidrasi Etanol Thermal Cracking

1. Bahan Baku Etanol Metana, etana, propane,

butane, naphta

2. Segi Proses

Jenis reaksi

Temperatur

Tekanan

Menggunakan katalis

(asam sulfat pekat atau

asam fosfat)

300-400oC

Atmosfer

Tidak menggunakan

katalis

600-1000oC

2-47,7 atm

3. Proses yang proven Jarang digunakan Sering digunakan

4. Kemurnian Produk 94-95% 99,97%

5. Sumber energy panas Fuel gas (supply dari

luar)

Metana, LNG (Fuel gas

dari hasil samping

proses)

6. Segi ekonomi Harga bahan baku

lebih mahal

dibandingkan harga

produknya dimana

harga etanol US $

910/TON

sedangkan harga

etilen US $

Harga bahan baku

lebih murah

Proses berlangsung

tanpa katalis

sehingga biaya

proses lebih murah

300/TON

Dari data diatas terlihat bahwa pada proses Thermal Cracking lebih

menguntungkan dibandingkan dengan proses Dehidrasi Etanol. Dalam aplikasi di

industri juga lebih banyak menggunakan proses thermal cracking dibandingkan

dengan dehidrasi etanol. Dari kedua proses pembuatan Ehylene diatas, maka dipilih

proses pembuatan ethylene dari etana dengan cara thermal cracking.

Dari kedua proses pembuatan etilen di atas, maka dipilih proses pembuatan etilen dari

etana dengan cara thermal cracking. Pertimbangan pemilihan proses ini adalah :

1. Harga bahan baku yang murah, karena bahan baku merupakan limbah

2. Bahan baku mudah diperoleh

2.1.1 Dasar Reaksi

Proses pembuatan etilen dari etana dengan thermal cracking berlangsung

dengan memutus ikatan C-H dalam etana hingga terbentuk Etilen dengan C ikatan

rangkap. Reaksinya adalah sebagai berikut :

4C2H6 2CH4 + C2H4 + C4H10 + H2

Etana Metana Etilen Butana Hidrogen

Reaksi berlangsung fase gas dalam reaktor alir pipa. Reaksi berlangsung endotermis

sehingga perlu adanya suplai panas yang berasal dari fuel gas hasil pembakaran fuel

gas dalam furnace. Reaksi dilakukan pada suhu 1300 K dan tekanan 1 atm tanpa

bantuan katalis.

2.2.2 Mekanisme Reaksi

Reaksi pembentukan Etilen dari etana berlangsung dalam 3 tahapan yaitu :

1 Inisiasi : pembentukan intermediet aktif

2 Propagasi atau Chain TransferI : Interaksi antara intermediet aktif dengan reaktan

atau produk untuk menghasilkan intermediet aktif yang lain.

3 Terminasi : deaktivasi dari intermediet aktif

Reaksi akan berlangsung sebagai berikut

Inisiasi :

C2H6 K1 2CH3* -r1= k1[C2H6]

Propagasi:

CH3* + C2H6

K2 CH4 + C2H5* -r2= k2[C2H6][ CH3

*]

C2H5* K3 C2H4 + H* -r3= k3[C2H5

*]

H* + C2H6 K4 C2H5* + H2 -r4= k4[H*][C2H6]

Terminasi:

2C2H5* K5 C4H10 -r5= k4[C2H5

*]2

2.2.3 Tinjauan Termodinamika

Dalam pembuatan etilen tinjauan termodinamika diperlukan untuk

mengetahui apakah reaksi dapat berlangsung, merupakan reaksi kesetimbangan atau

reaksi searah, eksotermis atau endotermis. Hal seperti ini sangat penting untuk

diketahui dalam proses perancangan reaktor.

Untuk reaksi :

4C2H6 2CH4 + C2H4 + C4H10 + H2

Etana Metana Etilen Butana Hidrogen

Tabel 2.2 Nilai ∆Hf dan ∆Gf

Komponen ∆Hf (kJ/mol) ∆Gf (kJ/mol)

C2H6 -83,820 -31,92

CH4 -74,520 -50,49

C2H4 52,510 68,44

C4H10 -125,790 -16,7

H2 0 0

a.Panas Reaksi standar

Sehingga ∆H reaksinya.

∆HoR = ∆Ho

f produk - ∆Hof reaktan

∆HoR = [2. ∆Hf CH4 + ∆Hf C2H4 + ∆Hf H2 + ∆Hf C4H10 ] - [4. ∆Hf C2H6]

= [2(-74,520) + 52,510 + 0 + (-125,790 ) ] - [4(-83,820)]

= 112,960 kJ/mol

Dari hasil perhitungan di atas dapat terlihat bahwa harga H > 0 sehingga reaksi

merupakan reaksi endotermis.

b. Konstanta kesetimbangan K pada keadaan standar

∆Gf = -R.T.lnK

Dimana:

∆Gf =Energi bebas Gibbs pada keadaan standar

R =konstanta gas (8,314 kJ mol-1.K-1)

T =Suhu standar (298K)

K =Konstanta kesetimbangan reaksi

∆GR = ∆Gf produk - ∆Gf reaktan

=[2. ∆Gf CH4 + ∆Gf C2H4 + ∆Gf H2 + ∆Gf C4H10 ] - [4. ∆Gf C2H6]

= [2(-50,49) + 68,94 + 0 + (-16,7 ) ] - [4(-31,92)]

=78,94 kJ/mol

Konstanta kesetimbangan reaksi pada suhu 25oC dapat dihitung dengan:

K=exp¿¿)

K=exp¿¿)

K= 1.03237

c. Konstanta kesetimbangan K pada suhu 1000 K dan 1273 K

ln (K1

K2¿)=

−∆ HR

¿¿

(Van Ness, 2001)

Dimana

K1 =Konstanta kesetimbangan pada 298 K

K2 =Konstanta kesetimbangan pada suhu operasi 1000 K

T1 =Suhu standar (298K)

T2 =Suhu operasi (1000 K)

R =Konstanta gas ideal (8,314 kJ mol-1.K-1)

∆H =Panas reaksi standar 298K

Sehingga,

ln ( 1K2

¿)=−112,960

8314¿¿)

K2=1,00003

ln ( 1K3

¿)=−112,960

8314¿¿)

K3=1,00004

Karena harga konstanta kesetimbangan relatif besar (K>1), maka reaksi pembentukan

Etilen merupakan reaksi irreversible.

2.2.4 Tinjauan Kinetika

Persamaan kecepatan pembentukan Etilen :

r3= k3[C2H5*] ........……………………………………………………...(1)

Persamaan kecepatan pembentukan intermediet :

r C2H5* = r2 C2H5

* + r3 C2H5* + r4 C2H5

* + r5 C2H5* =0

= -r2 C2H5* - r3 C2H5

* - r4 C2H5* + r5 C2H5

* =0 ……………………….(2)

rH* = r 3C2 H4+r4C2 H6

……......…………………………………………………….(3)

r CH3* = - C2H5

* + r3 C2H5* ………………………………………………(4)

Memasukkan persamaan kecepatan reaksi dalam persamaan (4)

2k1 [C2 H6 ]- k2 [ CH3* ] [C2H5 ]2=0 …………………..………………………(5)

[CH3* ]= 2k1

k2 …………………..………………………(6)

Menambahkan persamaan (2) dan (3) menjadi

-r2C2 H6+-rC2 H5

* =0

k2 [CH3* ] [C2 H6 ]- k5 [ C2 H5

* ]2=0….........………………..………………………(7)

Penyelesaian untuk [C2 H5¿ ] adalah

[C2 H5* ]= {k2

k5[ CH3

* ] [C2H6 ]}1/2

= {2k1 k2

k2 k5[C2H6 ]}

1/2

¿ {2k1 k2

k2 k5[C2H6 ]}

1/2

….......………………………………………………(8)

Substitusi C2 H5*ke persamaan (1), didapatkan

r C2 H4=k3 [ C2 H5

* ] =k3(2k1

k5)

1 /2

[C2 H6 ]1/2…............………………………………(9)

r C2 H6=-k1 [C2 H6 ]-k 2 [CH3

* ] [C2 H6 ]-k 4 [H* ] [C2 H6 ]……..................…………….(10)

Substitusi persamaan (3) didapatkan persamaan

= -k3 [CH3 ] [C2 H6 ] -k4 [ H ] [C2 H6 ]=0

Menggunakan persamaan (8) untuk subtitusi C2H5*, maka

[H* ] = k3

k4(2k1

k5)

1/ 2

[C2 H6 ]-1/2 ...…............……………………………(11)

Persamaan reaksi berkurangnya etana menjadi :

-rC2 H6= ( k1+2 k1 ) (C2H6 ) +k3(2k1

k5)

1/2

[C2 H6 ]1/2...…............……………(12)

(Fogler, 1999)

2.2.5 Kondisi Operasi

Kondisi operasi sangat menentukan jalannya proses dan produk yang

dihasilkan. Pada perancangan ini dipilih kondisi operasi :

Suhu :600- 1000 oC

Tekanan : 2-47,7 atm

Fase reaksi : gas

(Fogler,1999)

Pada kondisi operasi ini diperoleh konversi total 95%.

(Smith, 2005)

2.3.2 Tahapan Proses

Proses pembuatan Etilen dapat dibagi dalam tiga tahap yaitu :

1 Tahap penyiapan bahan baku

2 Tahap proses reaksi

3 Tahap pemurnian produk

2.3.2.1 Tahap penyiapan bahan baku

Fresh feed digabungkan dengan arus yang keluar dari reaktor kemudian

dimasukkan ke dalam Fin Fan untuk didinginkan hingga suhu 37 oC. Kemudian

dimasukkan lagi ke dalam Heat Exchanger dan didinginkan dengan MCR (Multi

Component Refrigerant) hingga suhu -33 oC agar siap dimasukkan didalam unit

pemurnian.

2.3.2.2 Tahap proses reaksi

Hasil bawah ethylene tower yang terdiri dari etana ethylene dan propana yang

bersuhu -18oC dan tekanan 15 atm diuapkan dalam vaporizer dengan menggunakan

MP steam dengan suhu dan tekanan konstan. Uap keluar kemudian dipanaskan dalam

pemanas Heat Exchanger pertama untuk ditukarkan panasnya dengan LPG hasil

bawah dari Deethanizer hingga suhu 37oC. Setelah ditukarkan panasnya kemudian

arus diekspansikan dalam expander pertama hingga bertekanan 10 atm. Arus keluar

ekspander bersuhu 20.06oC. Arus keluar ekspander dipanaskan kembali dalam HE

kedua dengan menggunakan arus panas dari reaktor yang keluar dari HE ketiga

hingga suhu 130oC. Kemudian umpan diekspansikan kembali ke dalam ekspander

kedua hingga bertekanan 1 atm atau sesuai dengan tekanan operasi reaktor. Arus

keluar ekspander kedua bersuhu 44oC. Arus keluar ekspander dipanaskan kembali

dalam HE ketiga hingga bersuhu 125oC. Arus keluar dari HE ketiga dipanaskan

kembali dalam HE keempat dengan produk keluar reaktor hingga bersuhu 725oC.

Arus ini siap dimasukkan reaktor untuk bereaksi.

Reaksi terjadi pada fase gas pada suhu 1000oC dan tekanan 1 atm dalam suatu

reaktor alir pipa multitube.

4C2H6 2CH4 + C2H4 + C4H10 + H2

Etana Metana Ethylene Butana Hidrogen

Etana tercracking membentuk metana, ethylene, butana, dan hydrogen dengan

konversi total 95%. Dalam reaktor terjadi penurunan temperatur akibat reaksi yang

endotermis, sehingga untuk mempertahankan kondisi operasi diperlukan pemanasan

yang dilakukan oleh flue gas (hasil pembakaran fuel gas dalam furnace). Fuel gas

berasal dari sebagian hasil atas demethanizer yang dibakar di dalam suatu furnace

dengan udara excess 20%.

Hasil keluaran reaktor bersuhu 1000 oC didinginkan dalam HE keempat

dengan arus masuk reaktor hingga bersuhu 565.3oC. Pendinginan ini dimaksudkan

agar reaksi berhenti sehingga tidak terbentuk zat-zat yang tidak diinginkan seperti

propilen. Setelah keluar dari HE keempat, produk didinginkan kembali dalam HE

ketiga dan HE kedua untuk ditukarkan panasnya dengan arus yang akan memasuki

reaktor. Kemudian arus ini dimasukkan ke dalam HE kelima untuk didinginkan

kembali sekaligus menghasilkan steam. Kemudian produk dikompresi di dalam

compressor hingga bertekanan 7 atm. Produk keluar compressor bersuhu 375 oC.

Produk keluar dari compressor kemudian didinginkan dengan Fin Fan hingga bersuhu

200oC. Kemudian produk dikompresi kembali dalam compressor hingga bertekanan

20 atm. Arus keluar compressor bersuhu 288 oC. Kemudian produk didinginkan

kembali dengan Fin Fan hingga bersuhu 120 oC. Kemudian produk dikompresi

kembali dengan compressor hingga tekanan 30 atm. Akibat proses kompresi ini suhu

arus naik hingga mencapai 152oC. Arus keluar compressor didinginkan dalam Fin

Fan hingga bersuhu 70oC. Arus keluar dari Fin Fan kemudian dicampurkan dengan

fresh feed untuk kemudian masuk unit pemurnian.

2.3.2.3 Tahap Pemurnian Produk

Produk yang telah bercampur dengan umpan dimasukkan dalam

Demethanizer untuk menghilangkan metana. Arus masuk demethanizer pada suhu -

33oC dalam keadaan saturated. Hasil atas demethanizer yang berupa campuran

hydrogen, metana dan ethylene bersuhu -93oC dikeluarkan sebagai by produk dimana

gas metana akan dijual untuk akhirnya akan dicairkan menjadi LNG, sedangan butana

akan dijual sebagai LPJ. Sedangkan hasil bawah dari demethanizer yang berupa

campuran fraksi berat dimasukkan ke dalam deethanizer pada suhu 16oC. Dalam

deethanizer fraksi C2 dipisahkan menjadi hasil atas dan C3, C4 sebagai hasil bawah.

Deethanizer beroperasi pada tekanan 30 atm, suhu atas -8.47oC, suhu bawah

111.15oC. Hasil atas deethanizer yang berupa campuran etana dan ethylene

diekspansikan terlebih dahulu pada compressor hingga tekanan menjadi 15 atm.

Kemudian arus didinginkan kembali dalam HE hingga bersuhu 21oC dengan

menggunaan Multi Component Refrigerant. Arus keluar dari HE kemudian

dimasukkan ke dalam ethylene tower untuk memisahkan produk ethylene dengan

bahan baku yang akan diumpankan ke dalam reaktor. Hasil bawah Deethanizer

digunakan sebagai pemanas dalam ekspansi bertingkat untuk selanjutnya digunakan

sebagai fuel gas. Ethylene tower beroperasi pada tekanan 15 atm, suhu atas -37,5oC,

dan suhu bawah -18.5oC. Hasil atas ethylene tower berupa ethylene, metana, dan

etana yang diambil sebagai produk utama. Sedangkan hasil bawahnya berupa etana,

ethylene dan propana, diekspansi secara bertingkat untuk kemudian dimasukkan

dalam reaktor untuk mereaksikan etana menjadi ethylene.

Gambar 2.1 Diagram Alir Kualitatif

DAFTAR PUSTAKA

BPS (Badan Pusat Statistik). 2015. Data Impor Etilen di Indonesia. www.bps.id.

Diakses pada tanggal 29 Maret 2016.

Perry, R.H., and Green, D., 1997, Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 7th ed.,

McGraw Hill Companies Inc., USA.

Ludwig, E.E., 1965, Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants,

volume 3, Gulf Publishing Company, Houston.

Smith, J.M., Van Ness, H.C.,2001, Introduction to Chemical Engineering

Thermodynamics, 6th ed, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York.

Smith, R., 2005, Chemical Process Design and Integration, John Wiley and Sons Ltd,

Chichester.

Fogler, S.H., 1999, Element of Chemical Reaction Engineering, Prentice Hall PTR, New

Jersey.

Kirk, R.E., and Othmer, V.R., 1950, Encyclopedia of Chemical Technology, 4th ed, John

Wiley & Sons Inc., New York