PERANCANGAN PABRIK METANOL

Disusun untuk Memenuhi Tugas Perancangan Pabrik Kimia Kelas D

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2012

BAB I

DESKRIPSI PROSES

I.1. Reaksi yang digunakan

CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) H = -48969 kJ/mol

I.2. Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

1. Spesifikasi bahan baku

Karbon dioksida

Rumus kimia : CO2

Bentuk : Gas

Warna : Tidak berwarna

Kemurnian : 99,5%

Hidrogen

Rumus kimia : H2

Bentuk : Gas

Warna : Tidak berwarna

Kemurnian : 99,8 %

2. Spesifikasi bahan pembantu

Spesifikasi katalis reaktor metanol

Senyawa penyusun : Cu-Zn-Al (61:30:9) %

Carrier : Al2O3

Bentuk : Silinder

Ukuran Diameter : 5 mm

Ukuran Tinggi : 10 mm

Bulk Density : 1,2 1,4 gr/cc

Porositas : 0,655

Bet Surface area : 20 30 m2/gr

Kemurnian : 99,3 %

3. Spesifikasi produk

Metanol

Bentuk : cair

Warna (skala platinum / cobalt) : bening (max 5)

Kemurnian, % berat, minimal : 99,85 %

Impuritas air, % berat, max : 0,15 %/1500 ppm

Titik didih (OC) : 64,6

Specific Gravity, 20 / 20 OC : 0,7928

Kenampakan : tidak berwarna

Titik didih pada 50 atm (OC) : 214

I.3. Konsep Proses

a. Dasar Reaksi

Reaksi yang terjadi di dalam reaktor utama menggunakan fixed bed

multitube proses pembuatan metanol terdiri dari reaksi :

CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) H = -48969 kJ/mol

b. Kondisi Operasi

Reaksi pembuatan metanol berlangsung pada kondisi operasi reaktor

utama sebagai berikut :

Temperatur : 200 400 OC

Tekanan : 50 atm

Fasa : gas

Katalis : Cu-Zn-Al (61:30:9) %

BAB II

SPESIFIKASI PERALATAN PROSES PEMBUATAN METHANOL

II.1. TANGKI PENYIMPANAN CO2 DAN H2

Fungsi : - menyimpan bahan baku CO2 dalam bentuk gas

- menyimpan bahan baku H2 dalam bentuk gas

Tipe : tangki spherical

Jumlah : 2 buah

Kondisi Operasi : Tekanan (P) : 15 atm

Suhu (T) : 30oC

Gambar alat :

II.2. KOMPRESOR

Fungsi : - menaikkan tekanan gas H2 dari tangki penyimpanan hingga

20-25 atm

- menaikkan tekanan gas CO2 dari tangki penyimpanan hingga

20-25 atm

- menaikkan campuran gas CO2 dan H2 sebelum masuk reaktor

hingga 50 atm

Tipe : sentrifugal kompresor satu stage

Jumlah : 3

Rasio tekanan : 2,63

Effisiensi : 74,5%

Gambar alat :

II.3. KONDENSOR PARSIAL

Fungsi : mengembunkan dan mempurging impuritas yang ada dalam

bahan baku

Tipe : 1-2 Horizontal parsial kondensor

Jumlah : 1

Shell side : air pendingin

Tube side : senyawa yang akan diembunkan (bahan baku dengan

impuritasnya)

Gambar alat :

II.4. HEATER

Fungsi : menaikkan suhu gas sintesa sebelum masuk reaktor (hingga

200oC)

Tipe : Shell and tube

Jumlah : 1

Shell side : pressurized steam

Tube side : gas sintesa

Gambar alat :

II.5. REAKTOR

Fungsi : tempat untuk mereaksikan CO2 dan H2

Tipe : Fixed bed multitube dengan katalis Cu-Zn-Al (61:30:9) %

Jumlah : 1

Pressure drop : 0,095 atm

Alat pendingin : Jacketed vessel

Pendingin : refrigerant

Reaksi : CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) H = -48969 kJ/mol

Gambar alat :

II.6. KONDENSOR

Fungsi : - mengembunkan produk hasil reaksi dari reaktor

- mengembunkan uap produk yang keluar dari kolom destilasi

Tipe : 1-2 Horizontal kondensor

Jumlah : 2

Shell side : air pendingin

Tube side : produk hasil reaksi dari reaktor

II.7. FLASH DRUM

Fungsi : - memisahkan dan merecycle gas produk yang tidak

terembunkan pada tekanan 35 atm dari cairan metanol-air

- memisahkan dan mempurging gas produk yang sudah tidak

valuable pada tekanan 5 atm dari cairan metanol-air

Tipe : tangki vertikal

Jumlah : 2

Tekanan

Flash drum I : 35 atm

Flash drum II : 5 atm

Suhu

Flash drum I : 146oC

Gambar alat :

II.8. POMPA

Fungsi : - memompa cairan metanol-air dari flash drum II ke tangki

penyimpanan crude metanol

- memompa cairan metanol-air dari tangki penyimpanan crude

metanol ke menara destilasi

- memompa cairan metanol dari kondensor kolom destilasi ke

tangki penyimpanan metanol

- memompa cairan metanol dari tangki penyimpanan keluar

tangki

Tipe : sentrifugal pump

Jumlah : 4

Gambar alat :

II.9. TANGKI PENYIMPANAN CRUDE METANOL

Fungsi : untuk menyimpan cairan metanol-air keluaran reaktor yang sudah

dikondensasi, yang kemurniannya masih rendah

Tipe : tangki silinder horizontal

Jumlah : 1

Kondisi Operasi : Tekanan (P) : 1 atm

Suhu (T) : 30oC

II.10. MENARA DESTILASI

Fungsi : memisahkan metanol dari air sebagai produk atas dengan

kemurnian 99,85%

Tipe : Sieve tray

Jumlah : 1

Kondisi Operasi : Tekanan (P) : 1,3 atm

Suhu (T) : 78oC

Gambar alat :

II.11. REBOILER

Fungsi : menguapkan sebagian produk kolom destilasi

Type : Thermosipon horizontal

Jumlah : 1

Shell side : steam

Tube side : produk kolom destilasi

Gambar alat :

II.12. TANGKI PENYIMPANAN METANOL

Fungsi : menyimpan produk metanol dalam bentuk cair

Tipe : tangki silinder vertikal tertutup

Jumlah : 1

Kondisi Operasi : Tekanan (P) : 1 atm

Suhu (T) : 30oC

Gambar alat :

BAB III

DESKRIPSI PROSES

III.1. DIAGRAM ALIR PROSES

Pembuatan metanol dengan proses hidrogenasi CO2 pada dasarnya dibagi

dalam 3 tahap :

1. Tahap penyiapan bahan baku

2. Tahap reaksi

3. Tahap pemurnian produk

1. Tahap Penyiapan Bahan Baku

Bahan baku pembuatan metanol adalah senyawa karbon dioksida dan gas

hidrogen yang disimpan dalam spherical tank berwujud gas dengan tekanan 15

atm dan temperatur 30OC. Kedua bahan dialirkan ke dalam kompresor sehingga

tekanan naik 20-25 atm. Kemudian dicampurkan pada satu pipa. Hal ini bertujuan

agar gas bisa mengalir ke dalam kondensor parsial untuk memisahkan impuritas

yang terkandung dalam bahan baku. Kemudian output dari kondensor parsial

dialirkan ke heater untuk menaikan temperatur campuran gas menjadi 200OC.

Setelah itu campuran dialirkan ke dalam kompresor untuk dinaikkan tekanannya

menjadi 50 atm dan suhu naik menjadi 260OC.

2. Tahap Reaksi

Campuran gas keluar dari kompresor pada temperatur 260OC dan pada

tekanan 50 atm. Gas reaktan masuk reaktor jenis fixed bed multitube dan berisi

katalis dengan kondisi operasi pada tekanan 50 atm dan suhu 200 400OC. Reaksi

yang terjadi di reaktor metanol adalah :

CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) H = -48969 kJ/mol

Reaksi yang berlangsung di reaktor utama ini berlangsung pada fase gas dengan

menggunakan katalis padat Cu-Zn-Al (61:30:9) %.

3. Tahap Pemurnian Produk

Outlet reaktor dimasukkan ke dalam kondensor untuk merubah fasa

menjadi cair dan tekanan turun menjadi 35 atm. Tetapi karena tidak 100 %

menjadi cairan, maka harus dimasukkan ke dalam flash drum pada tekanan 35

atm untuk memisahkan crude metanol dengan sisa gas yang tidak bereaksi, yang

selanjutnya sisa gas tersebut di recycle ke dalam kondensor parsial. Kemudian

crude metanol dari flash drum pertama dimasukkan lagi ke dalam flash drum

bertekanan 5 atm untuk memisahkan crude metanol dari gas yang tidak valuable

(gas dipurging). Setelah itu, crude metanol dialirkan ke dalam tangki

penampungan dengan menggunakan pompa, yang selanjutnya akan dimasukkan

ke dalam menara destilasi. Hasil bawah menara destilasi yang berupa H2O

dimasukkan ke reboiler dan dikembalikan seluruhnya ke menara destilasi,

sedangkan hasil atas menara destilasi berupa metanol dengan kemurnian 99.85 %

yang disimpan dalam tangki silindrikal.

Flow Sheet Pembuatan Methanol

Komponen No.arus 1 2 3 4 5 6 7 8

CO2 V V V V

H2 V V V V

CH3OH V V V V

Impuritas V V

Gas V V

H2O V V V V

Tabel 1. Aliran Massa Kompenen dalam Proses Pembuatan Methanol