PERANCANGAN PROSES KIMIA

STYRENE

Disusun Oleh :

Agus Riyanto Poerwoprajitno NIM.21030110120039

Muhammad Yusuf Zaky NIM.21030110120040

Yohan Ade Sugiarto NIM.21030110120041

Riza Widhy Kusumo NIM.21030110120044

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2013

BAB I

PENDAHULUAN

I.1Latar Belakang

Perkembangan Industri sebagai bagian dari usaha ekonomi jangka panjang

diarahkan untuk menciptakan struktur ekonomi yang lebih baik dan seimbang yaitu

struktur ekonomi dengan dititik-beratkan pada industri maju yang didukung oleh ekonomi

yang tangguh. Indonesia saat ini tengah memasuki era globalisasi dalam segala bidang

yang menuntut tangguhnya sektor industri dan bidang–bidang lain yang saling menunjang.

Hal ini tentunya memacu kita untuk lebih meningkatkan dalam melakukan terobosan-

terobosan baru sehingga produk yang dihasilkan mempunyai daya saing, efisien dan

efektif, disamping itu haruslah tetap akrab dan ramah terhadap lingkungan.

Menanggapi situasi tersebut dan dalam upaya untuk mengurangi

ketergantungan import produk petrokimia, pemerintah menetapkan peraturan yang

mendorong perkembangan industri tersebut. Sejalan dengan itu industri petrokimia di

Indonesia seperti industri Styrene Monomer, juga turut berkembang. Hal ini terutama

disebabkan oleh makin meningkatnya permintaan produk–produk plastik yang

menggunakan bahan dasar Styrene Monomer. Kegunaan utamanya adalah sebagai zat

antara untuk pembuatan senyawa kimia lainnya dan untuk memperkuat industri hilir

seperti :

1. Polystyrene (PS), industri ini merupakan konsumen terbesar Styrene Monomer

karena untuk menghasilkan 1 ton Polystyrene diperlukan 950 kg Styrene Monomer.

Kegunaannya untuk membuat general purpose polystyrene (HIPS).

2. Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS), industri ini mengkonsumsi 600 kg Styrene

Monomer untuk menghasilkan 1 ton ABS. Kegunaannya untuk pembuatan plastik

keras bagi komponen mobil, gagang telpon, pipa plastik, dll.

3. Styrene Butadiena Latex (SBL), industri ini mengkonsumsi 550 kg Styrene

Monomer untuk menghasilkan 1 ton SBL .Kegunaannya untuk pembuatan pelapis

kertas dan pelapis karet.

4. Impact Polystyrene Rubber (IPR), industri auto mobil.

5. Styrene Butadiene Rubber (SBR), digunakan dalam industri ban, radiator, heater,

dan sebagainya.

Styrene Monomer adalah anggota dari kelompok aromatik monomer tak jenuh yang

mempunyai rumus molekul C6H5C2H5 dan mempunyai nama lain cinnomena. Teknologi

pembuatan Styrene Monomer pada mulanya kurang diminati sebab produk polimer yang

dihasilkan rapuh dan mudah patah, kemudian baru pada tahun 1937 pabrik Badische

Aniline Soda Fabrics (BASF) memperkenalkan terobosan baru dalam bidang teknologi

pembuatan Styrene Monomer dengan proses Dehidrogenasi dari bahan baku

Ethylbenzene. Keduanya memproduksi Styrene Monomer dengan kemurnian yang tinggi

yang dapat menjadi polimer yang stabil dan tidak berwarna.

Sejak perang dunia II Styrene Monomer menjadi sangat penting karena

kebutuhan akan karet sintetis semakin meningkat, sehingga dibuatlah produk Styrene

Monomer secara komersial dalam skala besar. Sejak itu produksi Styrene Monomer

menunjukkan peningkatan yang pesat dan karena kebutuhan akan Styrene Monomer terus

meningkat, maka dewasa ini semakin dikembangkan proses pembuatannya yang lebih

efisien dan modern. Oleh sebab itu akan sangat menguntungkan apabila saat ini

mendirikan pabrik Styrene Monomer.

Sampai akhir tahun 2003, di Indonesia baru terdapat satu buah pabrik yang

memproduksi Ethylbenzene sebagai bahan baku pembuatan Styrene Monomer, yaitu PT.

Styrindo Mono Indonesia (PT SMI) yang juga memproduksi Styrene Monomer dengan

kapasitas 340.000 ton/tahun. Untuk memenuhi kebutuhan Ethylbenzene berasal dari PT

Styrindo Mono Indonesia (PT SMI).

Berdasarkan diskripsi diatas dilihat lebih jauh akan keuntungan pendirian pabrik

Styrene Monomer yaitu dari perbandingan harga bahan baku dan hasil produknya.

Menurut data diperoleh data harga bahan baku (Ethylbenzene) yaitu US$ 386/ton

sedangkan harga produk yang dihasilkan (Styrene Monomer) yaitu US$ 990/ton. Apabila

dilihat dari Nexant, total growth diperkirakan untuk styrene monomer di Indonesia sendiri

sebesar 6.2% dalam kurun waktu 2012-2018(estimate). Sehingga diperkirakan pada tahun

2018 di Indonesia adalah sebesar 126 ribu ton. Selain itu, kebutuhan styrene dunia

khususnya di Asia juga mengalami peningkatan sehingga potensi styrene untuk diekspor

sangatlah besar.

Tabel 1.1 Kebutuhan Styrene Indonesia

Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa kebutuhan styrene terus mengalami

peningkatan setiap tahunnya. Apabila dilihat dari Nexant, total growth diperkirakan untuk

styrene monomer di Indonesia sendiri sebesar 6.2% dalam kurun waktu 2012-

2018(estimate).

Tabel 1.2 Kebutuhan Styrene Indonesia hingga 2018

Tahun Jumlah(ton)2010 78074,634512011 82915,261852012 88056,008082013 93515,480592014 99313,440382015 105470,87372016 112010,06792017 118954,69212018 126329,883

(PT Chandra Asri, 2012)

Sehingga diperkirakan pada tahun 2018 di Indonesia adalah sebesar 126 ribu ton.

Selain itu, kebutuhan styrene dunia khususnya di Asia juga mengalami peningkatan

sehingga potensi styrene untuk diekspor sangatlah besar.Oleh karena itu perlu upaya untuk

meningkatkan produksi styrene, salah satunya dengan mendirikan pabrik styrene baru di

Indonesia.

I.2 Tujuan

Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah :

1. Mengetahui macam proses pembuatan styrene

2. Mengetahui reaksi yang terjadi dalam proses pembuatan styrene

3. Mengetahui rancangan proses kimia pada pembuatan styrene.

I.3 Manfaat

Manfaat yang dapat diperoleh dari makalah ini adalah tersedianya informasi

mengenai pabrik styrene sebagai intermediet sehingga dapat menjadi referensi untuk

pendirian suatu pabrik styrene.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Spesifikasi Bahan dan Produk

a) Spesifikasi Bahan Baku Ethylbenzene

Tabel 2.1 Spesifikasi Bahan Baku

Density at 15 ◦C 0.87139 g/cm3

Density at 20 ◦C 0.8670 g/cm3

Density at 25 ◦C 0.86262 g/cm3

mp −94.949 ◦C

bp at 101.3 kPa 136.2◦C

Refractive index at 20 ◦C 1.49588

Refractive index at 25 ◦C 1.49320

Critical pressure 3609 kPa (36.09 bar)

Critical temperature 344.02 ◦C

Flash point 15 ◦C

Autoignition temperature 460 ◦C

Flammability limit lower 1.0%

Flammability limit upper 6.7%

Latent heat fusion 86.3 J/g

Latent heat vaporization 335 J/g

Heating value, gross 42 999 J/g

Heating value, net 40 928 J/g

Kinematic viscosity at 37.8 ◦C 0.6428×10−6 m2/S

Kinematic viscosity at 98.9 ◦C 0.390×10−6 m2/S

Surface tension 28.48 mN/m

Specific heat capacity ideal gas, 25 ◦C 1169 J kg−1 K−1

Specific heat capacity Ideal liquid, 25 ◦C 1752 J kg−1 K−1

Acentric factor 0.3026

Critical compressibility 0.263

Purity Min 99.85%w

Benzene Max 0.3%w

Toluene Max 0.3%w

(Sumber : Ulmann.,2005)

b) Spesifikasi Styrene

Tabel 2.2 Spesifikasi Produk Styrene

Mr 104.153

bp 145.15 ◦C

fp −30.6 ◦C

Critical density, Dc 0.297 g/mL

Critical pressure, Pc 3.83MPa

Critical temperature, Tc 362.1 ◦C

Critical volume, Vc 3.37 mL/g

Flammable limits in air 1.1 – 6.1 vol%

Flash point, Tag Closed Cup (TCC) 31.1 ◦C

Autoignition point 490 ◦C

Heat of combustion, ΔHc (25 ◦C) 4.263MJ/mol

Heat of formation, ΔHf gas (25 ◦C) 147.4 kJ/mol

Heat of formation, ΔHf liquid (25 ◦C) 103.4 kJ/mol

Heat of fusion, ΔHm −11.0 kJ/mol

Heat of polymerization, ΔHp (25 ◦C) −69.8 kJ/mol

Heat of vaporization, ΔHv (25 ◦C) 421.7 J/g

Heat of vaporization, ΔHv (145 ◦C) 356.7 J/g

Volume expansion coefficient (20 ◦C) 9.783×10−4 ◦C−1

Volume expansion coefficient (40 ◦C) 9.978×10−4 ◦C−1

Q value 1.0

e value 0.8

Volume shrinkage on polymerization,

typical

17.0%

Solubility of oxygen (from air) (15 0C) 53 mg/kg

Solubility of oxygen (from air) (25 0C) 50 mg/kg

Purity Min 99.85%w

Ethylbenzene Max 0.13%w

Toluene Max 0.2%w

(Sumber :Ulmann.,2005)

II.2. Jenis Proses

1. Dehidrogenasi Ethylbenzene

Sekitar 85% produksi komersial styrene menggunakan proses

dehidrogenasi langsung ethylbenzene (Ulmann.,2005). Reaksi ini berjalan pada fase

gas dan menggunakan katalis yang mengandung iron oxide. Reaksi ini bersifat

endtorem, dan dapat dibuat adiabatis ataupun isotermal.

Karena reaksi bersifat reversible dan mol produk lebih besar dari pada mol reaktan,

maka dalam reaksi digunakan tekanan rendah agar reaksi dapat bergeser kearah

produk.

a. Dehidrogenasi Adiabatis

Proses ini dikembangkan oleh Dow Chemical Coo. Dan Badger Company,Inc.

Hampir 75% plant menggunakan reaksi dehidrogenasi secara adiabatis dengan

multiple reaktor atau reaktor bed yang disusun seri.

(sumber : Ulmann.,2005)

Umpan ethylbenzene dicampur dengan recycle lalu dievaporasikan. Dilution

steam harus ditambahkan untuk mencegah ethylbenzene dari terbentuknya coke. Aliran

ini dipanaskan dengan heat exchanger hingga mencapai temperatur reaksi (640°C)

dengan menggunakan superheated steam sebagai pemanas. Aliran ini selanjutnya

melewati katalis pada reaktor pertama. Reaksi adibatis akan mengakibatkan penurunan

temperatur, sehingga aliran yang keluar harus dipanaskan ulang (reheated) sebelum

masuk reaktor kedua. Pada reaktor pertama dapat dicapai konversi sebesar 35% dan

65% secara keseluran sistem. Reaktor berjalan pada tekanan rendah sehingga lebih

aman dan mudah diaplikasikan. Keluaran reaktor yang memiliki temperatur tinggi akan

digunakan sebagai pemanas untuk mengurangi konsumsi energi, selanjutnya akan

dikondensasikan dan dipisahkan menjadi vent gas, crude styrene, dan steam

condensate. Crude styrene akan didstilasi. Steam condensate akan direuse.

b. Dehidrogenasi Isotermal

Proses ini dikembangkan oleh BASF. Reaktor dibangun seperti shell and tube

heat exchanger dimana ethylbenzene dan steam akan mengalir melalui tube yang

dipacking katalis. Panas reaksi disuplai dari flue gas pada shell. Perbandingan steam :

oil mass adalah 1 : 1 dengan temperatur steam lebih rendah dibandingkan

dehidrogenasi adibatis. Kekurangan dari proses ini adalah terbatasnya ukuran pada

reactor-exchanger, dimana sebuah single-train plant membutuhkan 150x103 t/a, yang

berarti membutuhkan investasi investasi besar untuk plant yang besar.

(Sumber: Ulmann.,2005)

Dengan pemanasan tidak langsung menggunakan flue gas, temperatur reaktor

dapat dijaga pada kisaran 580-610C,hasilnya thermal cracking dapat ditekan. Rasio

steam:ethylbenzene berkisar 0,6-0,9. Proses ini menghasilkan konversi dan selktifitas

tinggi.

2. Proses Pembuatan Styrene dari Oksidasi Propylene

Proses lain yang juga dapat digunakan dalam pembuatan styrene adalah proses

pembuatan dari oksidasi propylene. Tahap awal dalam proses ini adalah dengan

mereaksikan ethylbenzene dengan udara pada suhu 130 0C dan tekanan 0,2 MPa;

sehingga didapat ethylbenzene hydroperoxide (EBHP), α-methylbenzyl alcohol

(MBA), dan acetophenone (ACP). Adapun reaksinya adalah sebagai berikut:

Setelah itu ethylbenzene hydroperoxide (EBHP) yang didapat, direaksikan

dengan propylene dengan bantuan katalis logam (titanium) pada suhu 110 0C sehingga

terbentuk propylene oxide (PO) dan menambah jumlah MBA. Reaksi yang terjadi

adalah sebagai berikut:

Untuk meningkatkan yield dari MBA, maka ACP dihidrogenasi dalam fase

cair pada suhu 90 - 150 0C dan tekanan 8MPa dengan katalis ZnO dan CuO.

Dan tahap terakhir dari proses ini adalah dengan mendehidrasi MBA yang

telah diperoleh menjadi styrene pada suhu 250 0C dan tekanan rendah, dengan

bantuan katalis Al2O3.

Berikut adalah flowsheet pembuatan styrene dengan proses styrene - propylene

oxide:

(Sumber: Ulmann.,2005)

Walaupun proses ini juga dapat menghasilkan styrene, tetapi dibutuhkan

investasi modal dan juga biaya produksi yang tinggi dalam memproduksi styrene

dibanding proses konvensional yang ada. Namun hasil dari produk samping berupa

PO dapat menutup semuanya itu, dan secara keseluruhan operasi tetap menghasilkan

profit. Ada sekitar 15% industi styrene didunia yang menggunakan proses ini dalam

kegiatan produksinya.

3. Proses Pembuatan Styrene dari Butadiene

Proses ini merupakan proses pembuatan styrene dengan melakukan dimerisasi

pada 1,3-butadiene untuk membentuk 4-vinylcyclohexene-1 (VCH) pada kondisi

1400C dan tekanan 4MPa ataupun dengan batuan katalis nitrosyl halide – iron

complexes pada suhu 0 - 80 0C dan tekanan 0,1 - 1,30 MPa. VCH yang didapat ini

kemudian didehidrogenasi sehingga membentuk ethylbenzene, atau dapat secara

langsung melakukan dehidrogenasi secara oksidatif sehingga didapat styrene. Reaksi

yang terjadi adalah sebagai berikut:

Keuntungan dari proses ini adalah yield yang dihasilkan tinggi, proses

pemurnian yang sederhana, dan bahan baku C4 yang dapat diambil baik itu dari

naphtha - gas oil steam cracker ataupun dari butadiene yang telah dimurnikan terlabih

dahulu. Secara ekonomi proses ini memang belum menguntungkan, akan tetapi

mengingat ketersediaan dan harga dari butadiene dimasa datang maka proses ini tetap

memungkinkan untuk dilakukan.

4. Proses Pembuatan Styrene dari Toluene

Proses pembuatan styrene dari toluene dapat dilakukan dengan memproduksi

stilbene dari toluene yang dioksidasi menggunakan udara. Proses ini dilakukan dalam

reaktor fluidized bed dengan bantuan katalis. Stilbene yang didapat direaksikan

dengan ethylene dengan katalis molybdenum sehingga diperoleh styrene. Reaksi yang

terjadi adalah sebagai berikut:

Keuntungan dari proses ini terletak pada bahan baku toluene yang mudah

didapat dan harganya relatif murah, serta sifat bahan dari toluene yang tidak beracun.

Akan tetapi biaya untuk memproduksi styrene dari bahan baku toluene relatif mahal.

II.3 Analisa Kelebihan dan Kelamahan Proses

NO KeteranganDehidrogenasi

AdibatisDehidrogenasi

Isotermal

Proses Oksidasi

Propylene

Stryrene dari Butadiene

Styrene dari Toluene

1. Bahan BakuEthylbenzene :

Stabil (+)Ethylbenzene:

Stabil (+)Propylene :

Stabil (+)

Butadiene : mahal,mudah terbakar( -)

Toluene : murah,tidak beracun dan

mudah didapat (+)

2. Proses Sederhana (+) Sederhana (+) Kompleks (-) Kompleks (-) Belum komersial (-)

3. Tekanan Rendah (+) Vacum (-) Rendah (+) 4Mpa (-)

4. Temperatur 640C (-) 600C (-) 250 C (+) 140C (+)

5. Katalis Fe2O3 (+) Fe2O3 (+)Titanium, ZnO, CuO,

Al2O3 (-)

nitrosyl halide – iron complexes

Molybdenum

6. Utilitas steam Fuel gas, steam

II.4 Pemilihan Proses

Dari proses-proses pembuatan styrene yang ada dipilih proses dehydrogenasi

ethylbenzene adiabatis dengan pertimbangan :

1. Dehydrogenasi ethylbenzene memiliki proses yang lebih sederhana dibandingkan

proses lainnya.

2. Pada proses dehydrogenasi ethylbenzene terdapat proses pencampuran steam yang

berfungsi dalam regenarasi katalis dengan cara bereaksi dan membawa keluar coke

dari permukaan katalis.

3. Pada proses dehydrogenasi ethylbenzene secara adiabatis hanya digunakan bahan

pembantu steam dan katalis Fe2O3 , sedangkan pada proses laiinya menggunakan

bahan pembantu yang lebih banyak.

Pada proses dehidrogenasi adibatis, kebanyakan pabrik styrene menggunakan Lummus

UOP technology atau Fina Badger technology.

1. Lummus/UOP Classic SM TM

Proses Lummus/UOP Classic SMTM merupakan plant komersial pertama yang banyak

dipakai sejak 1972. Proses ini dimulai dengan memasukan bahan baku ethylbenzene

yang telah dicampur dengan steam ke dalam reaktor dehidrogenasi. Hasil keluaran

dari reaktor dehidrogenasi ini nantinya akan dikondensasi, kemudian dipisahkan

sehingga didapat gas, kondensat, dan campuran dehidrogenasi. Gas yang didapat ini

ternayata kaya akan hidrogen, sehingga dapat digunakan kembali sebagai bahan

bakar. Kemudian pada kondensat yang diperoleh juga perlu dilakukan proses

pemisahan untuk menghilangkan senyawa organik yang terkandung didalamnya, hal

ini bertujuan agar kondensat dapat dijual lagi ataupun digunakan dalam pabrik

pembuatan styrene. Dan yang terakhir adalah melakukan proses separasi pada

campuran dehidrogenasi dengan empat kolom destilasi. Hasil dari proses pemisahan

ini berupa ethylbenzene (yang tidak terkonversi) yang nantinya dapat direcycle,

styrene, benzene, dan toluene.

(Sumber :Encyclopedia of Chemical Processing.,2006)

2. Fina/Badger Styrene Process

Dalam proses Fina/Badger Styrene bahan baku ethylbenzene yang telah dicampur

dengan steam akan dimasukan kedalam reaktor yang kemudian akan bereaksi. Hasil

dari reaksi ini akan dikondensasi sehingga menghasilkan vent gas, kondensat, dan

senyawa hydrokarbon. Vent gas ini nantinya akan digunakan sebagai bahan bakar

karena kaya akan hidrogen. Kemudian pada kondensat yang didapat bisa digunakan

sebagai air umpan dalam sistem pembangkit uap. Dan pada senyawa hidrokarbon

akan dilakukan proses pemisahan lebih lanjut dengan menggunakaan tiga menara

destilasi yang dioperasikan dalam kondisi vakum untuk meminimalisir suhu yang

digunakan dan pembentukan polimer. Hasil dari pemisahan ini berupa ethylbenzene

(yang tidak terkonversi), styrene, benzene, dan toluene.

(Sumber :Encyclopedia of Chemical Processing.,2006)

Proses dehidrogenasi yang terdapat dalam paten Lummus/UOP Classic SMTM

merupakan proses yang paling banyak dipakai oleh industri dalam memproduksi styrene;

hal ini didasarkan karena prosesnya yang sederhana, mudah dilakukan, dan memeliki

efektivitas yang cukup tinggi dalam menghasilkan produk styrene.

BAB III

METODE SINTESA PRODUK

III.1 Distribute the Chemical

Reaksi utama pembuatan styrene adri ethybenzene bersifat reversible dan endoterm :

Dengan adanya katalis reaksi memiliki yield yang tinggi. Berdasarkan reaksi fase gas

diatas membentuk 2 mol produk dari 1 mol reaktan. Tekanan rendah akan mengarahkan

reaksi ke produk. Seacara kinetika dan termodinamika kenaikan suhu akan meningkatkan

produk, namun menyebabkan reaksi samping yang akan mengurangi selektifitas styrene.

Hasil samping yang dihasilkan reaktor adalah benzene dan toluene. Pembentukan

toluene menyebabkan penurunan yield terbesar sekitar 2% dari produksi styrene ketika

katalis dengan selektifitas tinggi digunakan.

Pembentukan benzene menyebabkan penurunan yield sebesar 1% dari produksi styrene.

Terbentuknya karbon dapat mnyebabkan poison katalis. Ketika potassium bergabung

dengan katalis iron-oxide, menyebabkan katalis dapat membersihkan dirinya (self-

cleaning). Ketika karbon bertemu dengan steam akan membentuk karbondioksida dan

H2.

Secara komersial reaktor beroperasi pada suhu 620°C dengan tekanan rendah, dengan

konversi 50-70 wt% dan yield 88-95mol%. Rasio Ethylbenzene : steam adalah sebsar

1:3. Katalis yang sering digunakan adalah Shell 105 yang mengandung 84.3%

Fe2O3,2.4% Cr2O3, dan 13.3% K2CO3. Hasil keluar reaktor berupa styrene, sisa

etylbenzene, toluene, dan benzene.Ethylbenzene dari tangki akan dipompa meunuju

mixer. Di dalam mixer terjadi pencampuran dengan recycle ethylbenzene hasil distilasi.

Selanjutnya, reaktan Ethylbenzene bercampur dengan steam yang masuk kedalam

reaktor. Hasil keluar reaktor mengandung styrene, toluene, benzene, dan sisa

ethylbenzene yang selanjutnya akan dipisahkan dengan distilasi. Dalam proses distilasi

akan dipisahkan antara styrene, toluene, benzene, dan ethylbenzene. Styrene, toluene,

dan benzene hasil distilasi akan ditampung dalam storage tank, sedangkan ethylbenzene

akan direcycle.

Gambar 3.2 Flowsheet Distribution of Chemical

III.2 Eliminate Difference in Composition

Dari proses dehidrgenasi yang dilakukan maka akan didapat crude styrene dengan

komposisi sebagai berikut:

Senyawa Boiling point (0C) Konsentrasi

Benzene 80 1%

Toluene 110 2%

Ethylbenzene 136 32%

C6H5CH3

Styrene 145 64%

Others - 1%

Untuk mendapatkan styrene yang diinginkan maka perlu dilakukan proses

separasi. Proses separasi dari crude styrene merupakan proses yang sederhana, akan

tetapi dalam proses ini dibutuhkan suhu yang cukup tinggi untuk meminimalkan reduksi

dari polimerisasi styrene. Secara umum ada tiga langkah dalam proses separasi crude

styrene ini. Umpan masuk kolom distilasi 1, sebagai hasil bawah berupa styrene. Dan

sebagai hasil atas berupa campuran etyhlbenxene, benxene, dan toluene yang selanjutnya

masuk sebagai umpan di kolom distilasi 2, sebagai hasil bawah berupa ethylbenzene

yang selanjutnya direcycle kembali. Dan sebagai hasil atas berupa toluene dan benzene

yang selanjutnya masuk sebagai umpan pada kolom distilasi 3. Sebagai hasil atas berupa

benzene dan bawah toluene. Berikut adalah gambar yang menunjukan tentang proses

separasi yang dilakukan :

Gambar 3.3 Flowsheet Eliminate Difference in Composition

III.3 Eliminate Difference Temperature, Pressure, and Phase

Fresh feed Ethylbenzene dari tangki penyimpanan dipompa ke dalam mixer. Di

mixer terjadi pencampuran antara fresh feed dari tangki penyimpanan Ethylbenzene

dengan hasil recycle. Dari mixer selanjutnya mixed feed dipompa ke preheater 1 untuk

pemanasan awal hingga mencapai kondisi cair jenuh pada suhu 155,94° C kemudian

dialirkan ke vaporizer untuk diubah fasanya menjadi fasa gas, karena reaksi di dalam

reaktor berada pada fasa gas. Fasa uap keluar vaporizer dimasukkan ke dalam furnace I

untuk dinaikkan suhunya sampai 520°C. Superheated steam pada suhu 717°C dihasilkan

oleh furnace II dicampur bersama mixed feed untuk selanjutnya masuk ke dalam reaktor.

Reaktor beroperasi pada suhu 630C dan tekanan 1,5 atm. Keluaran reaktor pertama pada

suhu 550 CC ditambah steam agar suhu campuran naik sampai 630 C sebelum masuk

reaktor kedua. Produk keluar reaktor kedua pada suhu 607 C dan tekanan 1,4 atm.

Produk keluar reaktor II dimanfaatnkan panasnya untuk menghasilkan saturated steam di

Wate Heat Boiler (WHB) sehgga suhunya turun samapai 210 C. Produk reaktor keluar

WHB dimanfaatkan panasnya untuk vaporizer sehingga suhunya turun menjadi 187C.

Produk reaktor keluar vaporizer dimanfaatkan lagi panasnya di preheater I

sehingga suhunya turun sampai 170C dan selanjutnya masuk preheater II sehingga

suhunya turun sampai 160C. Selanjutnya campuran produk dikondensasikan di drum

separator pada suhu di bawah bubble pointnya 90C. Selanjutnya campuran dipompa ke

dekanter. Hasil dekanter dipompa menuju preheater II untuk dipanaskan sampai suhu

bubble point 152C, kemudian dimasukan ke kolom distilasi untuk dimurnikan.

Umpan masuk kolom distilasi 1, sebagai hasil bawah berupa styrene yang

selanjutnya didinginkan di cooler hingga suhu 50°C. Dan sebagai hasil atas berupa

campuran etyhlbenxene, benxene, dan toluene yang selanjutnya masuk sebagai umpan di

kolom distilasi 2, sebagai hasil bawah berupa ethylbenzene yang selanjutnya direcycle

kembali. Dan sebagai hasil atas berupa toluene dan benzene yang selanjutnya masuk

sebagai umpan pada kolom distilasi 3. Sebagai hasil atas berupa benzene dan bawah

toluene. Keduanya didinginkan terlebih dahulu hingga suhu 50°C sebelum masuk ke

tangki penyimpanan masing-masing.

Gambar 3.3 Flowsheet Perubahan Temperatur, Tekanan, dan Fasa

III.4 Task Integration

1. Reaktor Dehidrogenasi

Reaktor yang digunakan adalah fixed bed adibatic non isthermal. Reaktor

beroperasi pada suhu 630 C dan tekanan 1,5 atm. Katalis yang dunakan adalah

Shell 105. Katalis yang digunakan umumnya berumur 18-24 bulan (Kirk

Othmer.,1983).

2. Preheater

Pada proses pembuatan styrene terdapat 2 preheater. Preheater I berfungsi

menaikkan suhu umpan sebelum masuk vaporizer hingga mencapai titik didihnya

yaitu sebesar 155°C. Preheater II berfungsi untuk menaikkan suhu campuran

produk sebelum masuk kolom distilasi hingga mencapai 152°C. Pre heater yang

digunakan memiliki tipe shell and tube.

3. Vaporizer

Vaporizer berfungsi untuk menguapkan umpan yang akan masuk reaktor. Hal ini

dikarenakan reaktan bereaksi pada fase gas. Pengupan terjadi pada suhu 155°C.

4. Pompa

Pompa berfungsi untuk memindahkan bahan baku ethylbenzene dari tangki menuju

mixel. Pompa yang digunakan berjenis pompa sentifugal.

5. Kolom Distilasi

Distilasi digunakan untuk memisahkan styrene dari campuran ethylbenzene-

benzene-toluene. Kolom yang digunakan berjenis tray tower dengan jumlah plate

aktual 29 buah. Umpan masuk pada suhu 426°K dan tekanan 1,3 atm. Kondisi atas

kolom memiliki suhu 402°K dan tekanan 1,1 atm, sedangkan kondisi bawah kolom

memiliki suhu 431 °K dan tekanan 1,4 atm.

6. Kondesor

Kondensor berfungsi untuk mengembunkan hasil atas menara distilasi . Kondensor

yang digunakan adalah horisontal kondensor.

7. Reboiler

Reboiler berfungsi untuk menguapkan hasil bawah menara

BAB IV

HEURISTICS for PROCESS SYNTHESIS

Gambar 4.1 Flowsheet Proses Pembuatan Styrene

IV.1 Raw Material and Chemical Reaction

Heurustic 1 :

“Select raw material and chemical reaction to avoid or reduce, the handling and

storage of hazardouz and toxic chemicals.”

Berdasarkan Material Safety Data Sheet, Ethylbenzene termasuk bahan yang mudah

terbakar sehingga penyimpanan ethylbenzene harus didalam tangki tertutup dan

terhindar dari sumber api, pada suhu 300C dan tekanan 1 atm.

IV.2 Distribution of Chemical

Heuristic 7 :

“ for competing reactions, both in series and parallel, adjust the temperature,

pressure, and catalyst to obtain high yields of the desired products. In the initial

distribution of chemicals, assume that these conditions can be satisfied. Before

developing a base-case design, obtain kinetics data and check this assumption.”

Pada proses dehidrogenasi ethylbenzene, reaksi bersifat bolak-balik dan terdapat

reaksi samping yang menghasilkan toluene dan benzene.Dehidrogenasi bersifat

endotermis. Kecepatan reaksi bergantung pada besarnya suhu. Berdasarkan

termodinamika dan kinetika akan mendukung reaksi, namun kenaikan suhu akan

menyebabkan meingkatkan reaksi samping yang menurunkan yield. Sehingga kondisi

operasi reaktornya berada pada suhu 6300C dan tekanan 1,5atm.

IV.3 Separation Operation-Liquid and Vapor Mixtures

Heuristic 9 :

“ Separate liquid mixtures using distillation, stripping, enhanced (extractive,

azeotropic, reactive) distillation, liquid-liquid extraction, crystallization, and/or

adsorption. The selection between these alternatives is considered in Chapter 7.”

Heuristic 10 :

“ Attempt to condense or partially condense vapor mixtures with cooling water or a

refrigerant. Then, use Heuristic 9.”

Produk hasil reaksi mengandung styrene, ethylbenzene, toluene, dan benzene akan

dikondensasi sebelum dipisahkan. Berdasarkan heuristic 9 pemisahan fasa cair dapat

dilakukan dengan distilasi, stripping, ekstraksi, kristalisasi, dan adsorpsi.

Berdasarkan perbedaan titik didih yang cukup besar, pemisahan distilasi digunakan

untuk mendapat produk styrene dengan kemurnian lebih tinggi. Styrene, toluene, dan

benzene hasil distilasi akan ditampung dalam storage tank, sedangkan ethylbenzene

akan direcycle. Kondisi umpan distilasi pada 26°K dan tekanan 1,3 atm, serta

menghasilkan hasil atas kolom pada suhu 402°K dan tekanan 1,1 atm, sedangkan

kondisi bawah kolom memiliki suhu 431 °K dan tekanan 1,4 atm.

Gambar 4.2 Flowsheet Pemisahan Liquid

IV.4 Heat Removal and Addition

Heuristic 24 :

“ For less endothermic heats of reaction, circulate reactor fluid to an external heater,

or use the jacketed vessel or heating coils. Also, consider the use of interheaters

between adiabatic reaction stages.”

Pada proses dehidrogenasi adiabatis digunakan interheater sebelum umpan masuk

reaktor yang kedua. Hal ini dikarenakan reaksi bersifat endotermis sehingga terjadi

penurunan suhu setelah keluar reaktor (5500C) sehingga perlu dilakukan pemanasan

hingga mencapai suhu 6300C sebelum masuk reaktor 2.

Gambar 4.3 Reaktor Dehidrogenasi Ethylbenzene

IV.5 Heat Exchangers and Furnaces.

Heuristic 25 :

“ Unless required as part the design of the separator or reactor, provide

necessary heat exchange for heating or cooling process fluid streams, with or

without utilities, in an external shell-and-tube heat exchanger using

countercurrent flow. However, if a process stream requires heating above 7500F,

use a furnace unless the process fluid is subject to chemical decomposition.”

Furnace digunakan untuk memanaskan bahan baku dari suhu 155,940C hingga

520°C sebelum masuk reaktor dan untuk menghasilkan steam.

Heuristic 27

“When using cooling water to cool or condense a process stream, assume a water

inlet temperature of 90°F (from a cooling water) and a maximum water outlet

temperature 120°F.”

Cooling water digunakan pada proses kondensasi hasil atas distilasi serta untuk

mendinginkan produk sebelum masuk tangki penyimpanan. Suhu masuk heat

exchanger dan kondenser diasmsikan sebesar 90°F dan maximum suhu keluar

120°F.

IV.6 Pumping Liquid or Compressing Gas

Heuristic 43 :

“ To increase the pressure of a steam, pump a liquid rather than compress a gas,

unless refrigeration is needed.”

Ethylbenzene dari tangki liquid berada pada suhu 30°C dan tekanan 1 atm ,

sedangkan umpan reaktor berada fasa gas 1.7 atm dan suhu 630°C. Terdapat 2

alternatif proses yang dapat dipilih yaitu pompa liquid terlebih dahulu atau

pengupan terlebih dahulu.

Berdasarkan energi yang dibutuhkan , pemompaan liquid (menjadi fluida

bertekanan 1,7atm) terlebih dahulu dan diikuti dengan pengupan dan pemanasan

(hingga mencapai 6300C) akan membutuhkan energi yang lebih sedikit daripada

penguapan terlebih dahulu.

Gambar 4.4 Alternatif Perubahan Fasa, dan Peningkatan Suhu, serta Tekanan

BAB V

PENUTUP

V.1 Kesimpulan

1. Styrene dapat dibuat dari proses dehidrogenasi ethylbenzene, oksidasi propylene,

butadienem dan toluene.

2. Proses dehidrogenasi ethylbenzene merupakan reaksi endotermis dengan bantuan

katalis Fe2O3.

3. Reaksi berlangsung dalam reaktor adiabatis non isothermal pada suhu 620°C dan

tekanan 1,5 atm.

V.2 Saran

1. Spesifikasi bahan baku dipenuhi agar produk yang dihasilkan sesuai dengan

spesifikasi.

2. Memperhatikan material safety data sheet ethylbenzene untuk penanganan bahan

baku.

DAFTAR PUSTAKA

Kirk Othmer. 1983. “Encylopedia of Chemical Technology”. 4th ed., vol 22, Interscience

Publication. Joh Wiley and Sons.

James, Denis H and Castor,William M.2005. “Ullmann’s Encylopedia of Industrial

Chemistry”.Wiley-VCH Verlag Gmbh and Co

PT CHANDRA ASRI PETROCHEMICAL Tbk.2012.” PAPARAN PUBLIK TAHUNAN

TAHUN 2012 LAPORAN HASIL PRESS CONFERENCE EMITEN”. Jakarta

Sciene Lab. “Ethylbenzene MSDS”. Houston : Scienece Lab.com,Inc.

Santoso,Budi and Gunawan. 2005. “Pra rancangan Pabrik Styrene dengan Proses

Lummus/UOP Classic SM Kapasitas 140.000 ton/tahun”. Semarang

Woddle, Guy B.2006. “Encylopedia of Chemical Processing”. Taylor and Francis.