ii. pemilihan dan uraian proses - selamat datangdigilib.unila.ac.id/5395/15/bab 2.pdf · merupakan...

II. PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES

Usaha produksi dalam pabrik kimia membutuhkan berbagai sistem proses dan

sistem pemroses yang dirangkai dalam suatu sistem proses produksi yang disebut

teknologi proses. Secara garis besar, sistem proses utama dari sebuah pabrik kimia

adalah sistem reaksi serta sistem pemisahan dan pemurnian. Proses perubahan bahan

baku menjadi produk terjadi dalam sistem reaksi. Sistem pemroses bagi sistem reaksi

adalah reaktor. Sistem pemisahan dan pemurnian bertujuan agar hasil dari sistem

pereaksian sesuai dengan permintaan pasar sehingga layak dijual.

A. Macam-Macam Proses

Ada dua macam reaksi untuk membentuk furfuril alkohol. Yaitu reaksi

Cannizaro dan reaksi hidrogenasi. Berikut masing-masing uraian proses:

A.1. Reaksi Cannizaro (Disproposionasi aldehida dengan NaOH)

Reaksi ini ditemukan pada tahun 1853 dan dinamai dari nama

penemunya, Stanislao Cannizaro. Merupakan reaksi kimia yang melibatkan

disproposionasi aldehida yang di oksidasi-reduksi menggunakan basa

menjadi alkohol dan garam. Dalam hal pembuatan furfuril alkohol, furfural

15

Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun

Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung

(C5H4O2) di reduksi menggunakan sodium hidroksida (NaOH)

menghasilkan furfural alkohol (C5H6O2) dan asam furat (C5H3O3Na).

Berikut reaksinya :

2C5H4O2(l) + NaOH(l) C5H6O2(l) + C5H3O3Na(l)

Furfural Sodium hidroksida Furfuril alkohol Asam furat

Proses ini dilakukan dalam skala laboratorium pada tahun 1864

menggunakan sistem batch. Berlangsung pada fasa cair dengan temperatur

70oC dan tekanan 10 atm. Proses ini tidak komersil digunakan pada skala

industri karena yields maksimal hanya 45% dengan konversi sebesar 50%

(US Patent 2,374,149).

A.2 Reaksi Hidrogenisasi

Reaksi ini merupakan reaksi reduksi furfural menggunakan hidrogen

(hidrogenasi) dengan penambahan katalis logam. Proses ini banyak

dilakukan pada skala industri dengan sistem continue yang kemudian

dikembangkan oleh FN Peters dari Quaker Oats Company dari H. Adkinds

dan R.Connor dari Universitas Winconsin. Reaksi ini berlangsung

eksotermis pada temperatur yang relatif tinggi atau tekanan tinggi namun

dihasilkan konversi yang tinggi.

Proses hidrogenasi untuk memproduksi furfuril alkohol merupakan

reaksi katalitik dan dapat dijalankan pada 2 kondisi, yaitu furfural fasa cair

dan furfural fasa uap (Mc. Ketta, 2003). Pada metode fasa cair reaksi

16



berlangsung pada suhu antara 150OC-250

OC dan tekanan sangat tinggi (25–

50 atm). Sedangkan pada vapor-phase reaksi berlangsung pada suhu 170OC

-250OC dan pada tekanan hingga 3 atm. Oleh karena itu, pada proses

hidrogenasi furfural lebih komersil menggunakan metode vapor-phase

sehingga mudah dalam penanganan alat dan murah dalam hal pembiayaan

energi. (US.Patent 2,754,304)

A.2.1. Hidrogenasi pada fasa cair

Hidrogenasi furfural fase cair dapat dilakukan dimana

furfural pada fase cair direaksikan dengan gas hidrogen dengan

menggunakan katalis logam copper, nikel dan alumina. Kondisi

operasi reaktor berlangsung dalam rentang 150OC-250

OC dan

tekanan 25–50 atm. Selama proses reaksi berlangsung, kondisi fase

cair furfural harus dikontrol agar tidak terjadi perubahan fase.

Terjadinya penguapan furfural mengakibatkan perubahan reaksi

akan sulit untuk di kontrol. Untuk menjaga kondisi tersebut maka

dipilih tekanan yang tinggi ini (US.Patent 4,251,396). Tingginya

tekanan operasi mengakibatkan biaya operasional menjadi cukup

mahal.

Proses ini biasanya menggunakan katalis Copper Chromite.

Penggunaan katalis ini sangatlah baik jika ditambah Calcium Oxide

sebagai promotor karena bisa menghasilkan konversi maksimum

17



hingga 99%. Sintesis katalis tersebut menghasilkan Copper

Chromite Calcium Oxide (CuO-Cr2O3.CaO). Katalis tersebut

dipakai pada reaksi dengan ukuran 200 mesh dan bisa di simpan

hingga 1 bulan tanpa mengurangi aktivitas nya. Katalis ini sangat

beracun sehingga penyimpanan haruslah hati-hati agar tidak

mencemari lingkungan. Sebelum digunakan katalis harus di cuci

dengan demineralized water disertai pengadukan, dan setelah itu

katalis dikeringkan menggunakan udara panas pada temperatur

95OC. Pada temperatur antara 271

OC dan 310

OC katalis akan

terdekomposisi sehingga temperatur reaksi haruslah sangat dijaga

agar tidak merusak aktivitas katalis ini. Luas permukaan katalis ini

adalah 88 m2/gram. Katalis ini belum diproduksi di Indonesia,

sehingga untuk mendapatkannya perlu didatangkan impor dari

Jepang atau Korea.

Berikut reaksi yang terjadi :

C5H4O2(l) + H2(g) CuO-Cr2O3.CaO C5H6O2(l)

Furfural hidrogen P = 29 atm furfuril alkohol T = 180

o C

Karena bersifat heterogen (cair-gas), maka ketika keluar

reaktor membutuhkan proses separasi untuk memisahkan produk

dengan reaktan yang tidak bereaksi. Kontrol temperatur operasi

pada reaktor autoclave juga cukup rumit untuk menjaga agar tidak

terbentuknya by-product. Karena ketika temperatur tidak sesuai

18



maka reaksi juga akan membentuk white product (methylfuran) dan

polimernya. Selain itu tekanan yang digunakan selama operasi juga

sangat tinggi. Sehingga, selain kebutuhan energi tinggi, material

yang digunakan untuk peralatan proses juga harus bahan yang

terbaik sehingga membutuhkan investasi yang tinggi (US.Patent

4,251,396).

A.2.2 Hidrogenasi pada fasa uap

Hidrogenasi furfural fase uap dapat dilakukan dimana

furfural cair (feedstock) diuapkan terlebih dahulu sebelum masuk

reaktor. Sama seperti halnya pada hidrogenasi fasa cair, pada

reaktor furfural direaksikan dengan gas hidrogen menggunakan

katalis copper, nikel alumina pada temperatur antara 170OC dan

250OC. Namun, karena direaksikan pada fasa uap maka kondisi

operasi di reaktor berada pada rentang tekanan 1 – 5 atm.

Proses ini biasanya menggunakan katalis Copper sillicate

atau Copper oxida . Furfural diumpankan ke dalam reaktor tubular

fixed bed reactor yang didalamnya terdapat katalis copper oxide

berbentuk extrudate CuO di dalam pipa-pipa tubular reaktor.

Sebelum masuk reaktor furfural diuapkan oleh vaporizer dan

bersamaan dengan gas hidrogen diumpankan ke dalam reaktor.

19



Reaksi dapat berlangsung pada tekanan 2 atm dan temperatur

190OC. Reaksi bersifat eksotermis, sehingga untuk menjaga

temperatur reaksi reaktor harus dilengkapi oleh sistem pendingin

dengan konversi sebesar 80%.

Pada kondisi ini furfural harus dijaga dalam fase uap lewat

jenuh agar tidak terjadi polimerisasi yang akan menghasilkan white

water product serta mencegah pengembunan furfural di dalam pipa

katalis sehingga tidak terbentuk coloured product. Oleh karena itu,

reaktor dioperasikan pada temperatur reaksi (190OC) namun tidak

boleh lebih dari 200OC agar tidak terbentuk methylfuran (Swadesh.

S, 1956).

Berikut reaksi yang terjadi :

C5H4O2(g) + H2(g) CuO C5H6O2(g)

Furfural hidrogen P = 2 atm furfuril alkohol T = 190 o C

(US.Patent 2,754,304)

B. Pemilihan Proses

Pemilihan proses bertujuan untuk menentukan proses mana yang akan dipilih

sehingga menguntungkan baik dari segi ekonomi, energi dan investasi alat.

B.1 Tinjauan Ekonomi

Tinjauan ekonomi ini bertujuan untuk mengetahui keuntungan yang

dihasilkan oleh pabrik per kg produk yang dihasilkan pada masing-masing

20



proses yang akan digunakan. Berikut perbandingan keuntungan yang

diperoleh melalui kedua proses di atas.

Disproposionasi aldehida (dengan NaOH)

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

2C5H4O2(l) + NaOH(l) C5H6O2(l) + C5H3O3Na(l) Furfural Sodium hidroksida Furfuril alkohol Asam furat

Basis : 1 kg C5H6O2 (produk/furfuril alkohol)

BM C5H6O2 : 98 g/mol dan BM C5H3O3Na (by product) = 134,24 g/mol

BM C5H4O2 (bahan baku): 96 g/mol dan BM NaOH = 39,99 g/mol

Jumlah Produk C5H6O2 : molgr

gram

/1,98

000.11 = 10,194 mol

Konversi : 50 % terhadap furfural (C5H4O2)

Reaksi :


Mula-mula x 0,5x - -

Bereaksi 20,388 10,194 10,194 10,194

Sisa x-20,388 0,5x-10,194 10,194 10,194

Mol mula-mula:

x-0,5 x = x-20,388

0,5 x = x-20,388 = 40,776 mol

C5H4O2 = x = 40,776 mol

NaOH = 0,5 x = 20,388 mol

50%

21



Jumlah Reaktan yang dibutuhkan

C5H4O2 gram

kg

mol

grammol

1000

1

1

085,96776,40 = 3,92 kg

NaOH gram

kg

mol

grammol

1000

1

1

99,39 388,20 = 0,814 kg

Jumlah Produk yang terbentuk

C5H6O2 gram

kg

mol

grammol

1000

1

1

1,98194,10 = 1,0000314 kg

C5H3O3Na gram

kg

mol

grammol

1000

1

1

24,134 10,194 = 1,36 kg

Tabel II.1 Harga bahan baku dan produk proses disproposinasi aldehid

$/ton

Bahan Baku

Produk

1. Furfural (C5H402)

2. Sodium Hidroksida (NaOH)

3. Furfuril alkohol(C5H602)

4. Sodium Furat (C5H3O3Na)

1.100*

460**

2.500***

430****

Sumber : */*** web of Puyang Dingxin Chemical Co., Ltd. 12 Feb 2012

**/**** alibaba.com. 9 Feb 2013

Untuk menghitung perolehan keuntungan kasar dapat digunakan

persamaan berikut ini :

EP = Harga Produk – Harga Bahan Baku

EP = ( Harga Furfuril alkohol+ harga sodium furat) - ( harga furfural +

harga hidrogen)

22



EP = {(1,0000314 kg) ( $ 2,5/kg) + (1,36 kg) ( $ 0,43/kg)} – {(3,92 kg) ($

1,1/kg) + (0,814) ($ 0,46/kg)}

EP = $ (3,585-5,078)/kg produk = - $ 1,493 /kg produk (-41%)

Proses Hidrogenasi

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

C5H4O2(g) + H2(g) C5H6O2(g)

Basis : 1 kg C5H6O2 (produk/furfuril alkohol)

BM C5H6O2 : 98,1 g/mol

BM C5H4O2 (bahan baku): 96,085 g/mol dan BM H2 = 2 g/mol

Jumlah Produk C5H6O2 : 1,98

000.11 = 10,194 mol

Konversi : 80% terhadap furfural

Reaksi :

C5H4O2(g) + H2(g) C5H6O2(g)

Mula-mula x -

Bereaksi 10,194 10,194 10,194

Sisa x-10,194 10,194

Mol mula-mula :

x-0,8000 x = x-10,194

0,2000 x = x-10,194

x = 12,7425 mol

C5H4O2 = x = 12,7425 mol

H2 = x = 10,1940 mol

80%

23



Jumlah Reaktan yang dibutuhkan

C5H4O2 gram

kg

mol

grammol

1000

1

1

967425,12 = 0,995 kg

H2 gram

kg

mol

grammol

1000

1

1

2 10,194 = 0,0204 kg

Jumlah Produk yang terbentuk

C5H6O2 gram

kg

mol

grammol

1000

1

1

1,98194,10 = 1,0000314 kg

Tabel II.2 Harga bahan baku dan produk proses hidrogenasi

$/ton

Bahan Baku

Produk

1. Furfural (C5H402)

2. Hidrogen (H2)

3. Furfuril alkohol(C5H602)

1.100*

3.000**

2.500***

Sumber : */*** web of Puyang Dingxin Chemical Co., Ltd. 12 Feb 2012

** web of PT Samator Gas Indonesia. 9 Feb 2013

Untuk menghitung perolehan keuntungan kasar dapat digunakan

persamaan berikut ini :

EP = Harga Produk – Harga Bahan Baku

EP = ( Harga furfuril alkohol) – { ( harga furfural + harga hidrogen)}

EP = (1,0000314 kg) ( $ 2,5/kg)– {(0,995 kg) ($ 1,1/kg) + (0,0204)

($ 3/kg)}

EP = $ (3,0000942-(1,194+0,0714))/kg produk

= $ 1,7347 /kg produk (137%)

24



B.2 Tinjauan Termodinamika

Perubahan entalpi (ΔH) menunjukkan panas reaksi yang dihasilkan

ataupun panas reaksi yang dibutuhkan selama proses berlangsungnya reaksi

kimia. Dalam hal ini, pada reaksi pembentukkan Furfuril alkoholdari furfural.

Besar atau kecil nilai ΔH tersebut menunjukkan jumlah energi yang

dibutuhkan maupun dihasilkan. ΔH bernilai positif (+) menunjukkan bahwa

reaksi tersebut membutuhkan panas agar berlangsungnya reaksi sehingga

semakin besar ΔH maka semakin besar juga energi yang dibutuhkan dan cost

yang harus dikeluarkan. Sedangkan ΔH bernilai negatif (-) menunjukkan

bahwa reaksi tersebut menghasilkan panas selama proses berlangsungnya

reaksi sehingga tidak membutuhkan energi selama proses namun

membutuhkan energi untuk penyerapan panas agar reaksi tetap berlangsung

pada temperatur reaksinya. Penentuan panas reaksi yang berjalan secara

eksotermis atau endotermis dapat dihitung dengan perhitungan panas

pembentukan standar (ΔH°f) pada P = 1 atm dan T = 298 K.

B.2.1 Disproposionasi aldehida (dengan NaOH)

Reaksi yang terjadi :


Furfural Sodium hidroksida Furfuril alkohol Asam furat

Nilai ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat

dilihat pada Tabel II.3. sebagai berikut:

25



Tabel II.3 Nilai ΔH°f disproposinasi aldehid

Komponen ΔH°f, kJ/mol

C5H4O2(l) -201,6

NaOH(l) -425,8

C5H6O2(l) -276,2

C5H3O3Na(l) -365,8

Sumber: Yaws, Thermodynamic chemical data

ΔH°r 298 K = ΔH°f produk - ΔH°f reaktan

= [ΔH°f C5H6O2(l)+ C5H3O3Na(l) ] – [ 2 x ΔH°f C5H4O2(l)

+ (NaOH(l) ]

= [ (-276,2 + (-365,8) ] – [ (2 x -201,6) + (-425,8) ]

= +187 kJ/mol

Karena nilai ΔH°r 298 K positif, maka reaksi bersifat endotermis

Untuk panas reaksi pada suhu 343 K

ΔHo (343K) = ΔH298 +( ΔCpmh ΔT) (Smith, pers. 4.21)

Komponen Koefisien A B C D

C5H4O2(l) 2 66,792 7,0755.10

-1 -1,8082.10

-3 1,9630.10

-6

NaOH(l) 1 87,639 -4,8368.10-4

-4,5423.10-6

1,1863.10-9

C5H6O2(l) 1 72,353 9,3499.10

-1 -2,4272.10

-3 2,5437.10

-6

C5H3O3Na(l) 1 57,639 4,2117.10

-1 -1,2531.10

-3 1,6223.10

-6

Selisih

(produk-reaktan) -1 -91,231 -0,05846 -0,0002334 0,0000023667


Untuk Tam = 320,5 K

26



= -91,231 + ((-0,05846) x (320,5) + ((-0,0002334/3) x ( 4 x 320,5 2 –

298 x 343)) + 0,0000023667 / (298 x 343)

ΔCpmh = 580,347 kJ/mol oK

ΔHrx = 187 + (580,347 x (343 - 298) )

ΔHrx = +26.302,615 kJ/mol

B.2.2 Proses Hidrogenasi

Fasa cair


C5H4O2(l) + H2(g) C5H6O2(l)

Furfural Hidrogen Furfuril alkohol


dilihat sebagai berikut :

Tabel II.4 Nilai ΔH°f proses hidrogenasi cair


C5H4O2(l) -201,6

H2(g) 0

C5H6O2(l) -276,2



= [ ΔH°f C5H6O2(l)] – [ΔH°f C5H4O2(l) + H2(g) ]

= [(-276,2) – (-201,6)] kJ/mol

= -74,6 kJ/mol

Karena nilai ΔH°r 298 K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis


27



ΔHo (453K) = ΔH298 +( ΔCpmh ΔT) (Smith, pers. 4.21)


C5H4O2(l) 1 66,792 7,0755.10

-1 -1,8082.10

-3 1,9630.10

-6

H2(g) 1 25,399 2,0178.10

-2 -3,8549.10

-6 3,1880.10

-8

C5H6O2(l) 1 72,353 9,3499.10

-1 -2,4272.10

-3 2,5437.10

-6

Selisih

(produk-reaktan) -1 30,960 0,09125 -0,007689 -0,000005499


Untuk Tam = 375,5 K

= 30,960 + ((0,09125) x (375,5) + ((-0,007689/3) x ( 4

x 375,5 2 – 298 x 453)) + -0,000005499

/ (298 x 453)

ΔCpmh = -115,122 kJ/mol oK

ΔHrx = -74,6+ (-115,122 x (543 - 298) )

ΔHrx = -17.918,51 kJ/mol

Fasa uap


C5H4O2(g) + H2(g) C5H6O2(g)



dilihat sebagai berikut:

28



Tabel II.5 Nilai ΔH°f proses hidrogenasi uap


C5H4O2(g) -151

H2(g) 0

C5H6O2(g) -211,8



= [ ΔH°f C5H6O2(g)] – [ΔH°f C5H4O2(g) + H2(g) ]

= [(-211,8) – (-151)] kJ/mol

= -60,8 kJ/mol

Karena nilai ΔH°r 298 K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis


ΔHo (463 K) = ΔH298 +( ΔCpmh ΔT) (Smith, pers. 4.21)


C5H4O2(g) 1 15,470 2,9835.10-1

-1,9177.10-5

-1,4621.10-7

C5H6O2(g) 1 -7,696 5,5491.10-1

-4,9754.10-4

2,3193.10-8

H2(g) 1 25,399 2,9906.10-2

-3,8549.10-5

-1,7825.10-8

Selisih

(produk-reaktan) -1 2,233 -0,01569 0,000861 -0,000009154


Untuk Tam = 380,5 K

29



= 2,233 + ((-0,01569) x (370,5) + ((0,000861/3) x ( 4 x

370,5 2 – 298 x 443)) + -0,000009154

/ (298 x 443)

ΔCpmh = -96,743 kJ/mol oK

ΔHrx = -60,8 + (96,743 x (443 - 298) )

ΔHrx = -14.088,355 kJ/mol

B.3 Tinjauan termodinamika berdasarkan energi Gibbs (ΔGo)

Energi Gibbs standar menunjukkan spontan atau tidak spontannya suatu

reaksi kimia. ΔGo bernilai positif (+) menunjukkan bahwa reaksi tersebut

tidak dapat berlangsung secara spontan, sehingga dibutuhkan energi tambahan

dari luar. Sedangkan ΔGo bernilai negatif (-) menunjukan bahwa reaksi

tersebut dapat berlangsung secara spontan dan hanya sedikit membutuhkan

energi. Oleh karena itu, semakin kecil atau negatif ΔGo maka reaksi tersebut

akan semakin baik karena untuk berlangsung spontan energi yang dibutuhkan

semakin kecil.

B.3.1 Disproposionasi aldehida (dengan NaOH)



Furfural hidroksida Furfuril alkohol Asam furat

Nilai ΔG°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat

pada Tabel II.6. sebagai berikut :

30



Tabel II.6 Nilai ΔG°f proses disproposionasi aldehida

Komponen ΔG°f, kJ/mol

C5H4O2(l) -102,87

NaOH(l) -419,2

C5H6O2(l) -154

C5H3O3Na(l) -275,8


ΔG° 298 K = ΔG°f produk - ΔG°f reaktan

= [ ΔG°f C5H6O2(l)+ C5H3O3Na(l) ] – [ 2 x ΔG°f C5H4O2(l)

+ (NaOH(l) ]

= [ (-154 + (-275,8) ] – [ (2 x -102,87) + (-419,2) ]

= +195,14 kJ/mol

Karena nilai ΔG° 298 K positif, maka reaksi bersifat tidak spontan.

Untuk energi Gibbs pada suhu ΔGo (343 K)

= A (T-To) + (T2-To

2) + (T

3-To

3) + (T4

-To4)

= -91,231 (343-298) + (-0,05846/2)(3432-298

2)+( -

0,0002334/3)(3433-298

3)+( 0,0000023667/4)(343

4-

2984) = +322 ,098 Kj/kmol

= A(ln T – ln To) + B(T-To) + (T2

- To2) + (T

3 - To

3)

= -91,231(ln 343-ln 298)+( -0,05846)(343-298)+( -

0,0002334/2)(3432-298

2)+( 0,0000023667/3)(343

3-298

3)

= +21,355 kj/kmol

dTR

CpR T

To

T

dT

R

CpR T

To

31



)(TRoG

= +187 + (322,098-343((+187-195,14)/298)) -21,355

= +54 kj/kmol

B.3.2 Proses Hidrogenasi

Reaksi yang terjadi (fasa uap) :

C5H4O2(g) + H2(g) C5H6O2(g)



pada tabel berikut :

Tabel II.7 Nilai ΔG°f proses hidrogenasi uap


C5H4O2(g) -102,87

H2(g) 0

C5H6O2(g) -154



= [ ΔG°f C5H6O2(g)] – [ΔG°f C5H4O2(g) + H2(g) ]

= [(-154) - (-102,87)] kJ/mol

= -51,13 kJ/mol

Karena nilai ΔG° 298 K negatif, maka reaksi bersifat spontan


T

dT

R

CpRT

T

GHTdT

R

CpRHG T

T

o

TRo

TRo

T

TTRo

TRo

oo

)()()()(

00

0

32



= A (T-To) + (T2-To

2) + (T

3-To

3) + (T4

-To4)

= 2,233 (443-298) + (-0,01569/2)(4432-298

2)+( -

0,007689/3)(4433-298

3)+( -0,000009154 /4)(443

4-

2984) = -89,398 Kj/kmol

= A(ln T – ln To) + B(T-To) + (T2

- To2) + (T

3 - To

3)

= 2,233(ln 443-ln298)+ (-0,01569)(443-298)+( -

0,007689/2)( (4432-298

2)+( -0,000009154/3)(443

3-

2983)

= -17,323 kj/kmol

= -60,8+(-89,398)-443(-60,8-(-51,13))/298)-(-17,323)

= -141,390 kj/kmol

Reaksi yang terjadi (fasa cair) :

C5H4O2(l) + H2(g) C5H6O2(l)



pada tabel berikut :

dTR

CpR T

To

T

dT

R

CpR T

To

T

dT

R

CpRT

T

GHTdT

R

CpRHG T

T

o

TRo

TRo

T

TTRo

TRo

oo

)()()()(

00

0

33



Tabel II.8 Nilai ΔG°f proses hidrogenasi cair


C5H4O2(l) -134,14

H2(g) 0

C5H6O2(l) -206,5



= [ ΔG°f C5H6O2(l)] – [ΔG°f C5H4O2(l) + H2(g) ]

= [(-206,5) – (-134,14)] kJ/mol

= -71,46 kJ/mol

Karena nilai ΔG° 298 K negatif, maka reaksi bersifat spontan.


= A (T-To) + (T2-To

2) + (T

3-To

3) + (T4

-To4)

= 30,960(453-298)+(0,09125/2)(4532-298

2)+(-

0,007689/3)(4533-298

3)+(-0,000005499/4)(453

3-

2983) = -102,472 kj/kmol

= A(ln T – ln To) + B(T-To) + (T2

- To2) + (T

3 - To

3)

= 30,960(ln453-ln298)+0,09125(453-298)+

( -0,007689/2)(4532-298

2)+( -0,000005499/3)(453

3-298

3)

= -31,889 kj/kmol

= -74,5+(-102,472)-453(-74,5-(-71,46))/298)-(-31,889) = -149,704 kj/kmol

dTR

CpR T

To

T

dT

R

CpR T

To

T

dT

R

CpRT

T

GHTdT

R

CpRHG T

T

o

TRo

TRo

T

TTRo

TRo

oo

)()()()(

00

0

34



Berikut matrik dalam mempertimbangkan pemilihan metode yang akan

digunakan:

Tabel II.9 Matrik pemilihan proses

No Parameter Diproposinasi

dengan NaOH

Hidrogenasi

(Fasa cair)

Hidrogenasi

(fasa uap)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Temperatur reaksi

Tekanan operasi

Fasa reaksi

Konversi

Katalis

Kemurnian produk

Jenis reaktor

Keuntungan

Panas reaksi (ΔH0)

Energi Gibbs (ΔGo)

Produk samping

70o C

10 atm

Cair-Cair

50%

-

97%

Batch/CSTR

- $ 1,493/kg produk

(-41%)

+26.302,615 kJ/mol

+54 kJ/mol

-

150-250 o C

10-29 atm

Cair-Gas

Hingga 99%

Copper, nickle,

titanium

90%

Autoclave

$ 1,7347 /kg produk

(137%)

-17.918,51 kJ/mol

-149,704 kJ/mol

Methylfuran

170-250 o C

1-5 atm

Vapor-Gas

80%-99%

Copper, nickle,

titanium

99%

Fixed bed multitube

$ 1,7347 /kg produk

(137%)

-14.088,355 kJ/mol

-141,390 kJ/mol

-

Berdasarkan matrik metode proses hidrogenasi di atas, maka di pilih

proses hidrogenasi dengan katalis Copper oxide (CuO) pada fasa uap untuk

memproduksi furfuril alkohol dari furfural dan/hidrogen karena pertimbangan

memberikan kondisi operasi yang relatif aman dan kemurnian yang dihasilkan

lebih baik dari metode yang lain.

35



C. Deskripsi Proses

Proses pembuatan furfuril alcohol melalui beberapa tahap sebagai berikut :.

1. Tahap penyiapan bahan baku

2. Tahap pembentukan produk

3. Tahap pemurnian produk

C.1 Tahap penyiapan bahan baku

Bahan baku furfural cair diperoleh dari PT Sree International

Indonesia dan langsung diangkut menuju pabrik menggunakan transportasi

darat. Furfural yang dibeli terdiri dari 99,4% furfural dan 0,6% air (persen

berat) disimpan dalam tangki penyimpanan bahan baku (ST-101) pada

temperatur ruangan 300C dan tekanan 1 atm. Dari tangki penyimpanan,

furfural dialirkan oleh pompa (P-101) menuju Adsorber (AD-101) untuk

menghilangkan kandungan 100% air didalamnya agar memperoleh kemurnian

produk yang tinggi dan peralatan seperti reaktor tidak mudah teroksidasi

dengan menggunakan adsorben zeolit dan dalam kondisi isotermal (tidak ada

perubahan suhu). Setelah itu bahan diumpankan menuju vaporizer (VP-101)

dimana furfural cair akan diubah fasanya menjadi uap. Kemudian oleh

separator drum (SD-101) keluaran vaporizer akan dipisahkan antara fasa uap

dan fasa cair nya. Fasa uap langsung diumpankan ke dalam reaktor dan fasa

cair (kondensat) diumpankan kembali ke vaporizer setelah dicampur dengan

fresh feed untuk diuapkan kembali.

36



Gas hidrogen 99,24% (persen mol) dibeli dari PT Air Liquid melalui

sistem piping. Setelah tekanan nya diturunkan oleh Expander (EV-101) bahan

baku gas ini dipanaskan oleh Heater (HT-101) untuk kemudian bercampur

dengan bahan baku lain di mixing point (MP-103). Dari MP-103 bahan

diumpankan ke dalam reaktor fixed bed multitube (RE-201) melalui bagian

atas reaktor yang didalamnya telah terdapat katalis-katalis.

C.2 Tahap pembentukan produk dan pemisahan produk

Di dalam reaktor terdapat tube-tube yang berisi tumpukan katalis

copper silicate, kemudian umpan akan melewati katalis dan terjadi reaksi

hidrogenasi furfural sebagai berikut :

Reaksi utama : C5H4O2(g) + H2(g) C5H6O2(g)

Reaksi terjadi pada fase gas-uap dengan katalis copper silicate pada

kisaran temperatur 1900C dan tekanan 2 atm. Karena reaksi bersifat

eksotermis, untuk mempertahankan temperatur dalam reaktor maka diberi

pendingin. Hasil keluaran reaktor berupa uap furfuril alkohol dan furfural juga

gas hidrogen, nitrogen dan oksigen.

Bahan yang keluar dari reaktor ini dialirkan menuju kondensor (CD-

201) untuk mengkondensasikan seluruh furfuril alkohol dan furfural.

Kemudian keluaran CD-201 ini akan dialirkan menuju Separator Drum (SD-

201) untuk dipisahkan antara gas dan cairan nya. Gas sebagian di recycle ke

37



reaktor dan sebagian lagi di purge. Sedangkan cairan dialirkan menuju heater

untuk kemudian diumpankan ke dalam menara distilasi untuk dimurnikan.

C.3 Tahap pemurnian produk

Untuk mendapatkan kemurnian sesuai dengan yang diharapkan cairan

dimurnikan dengan menggunakan distilasi. Cairan furfural dan furfuril

alkohol dipanaskan oleh heater (HT-301) hingga suhunya sesuai dengan

suhu operasi menara distilasi. Aliran bottom product kaya akan furfuril

alkohol dialirkan menuju tangki penampungan produk (ST-301) dalam

wujud cair setelah didinginkan oleh Cooler (HE-301). Sedangkan top

product sebagian diembunkan oleh Condensor (CD-301) dan dipisahkan

antara fasa uap dan fasa cair nya oleh Separator Drum (SD-301) dimana fasa

uap produk inilah yang akan dikembalikan ke reaktor (RE-201).

ii. pemilihan dan uraian proses - selamat datangdigilib.unila.ac.id/5395/15/bab 2.pdf · merupakan...

Documents