bab ii deskripsi proses a. macam-macam proses …digilib.unila.ac.id/9151/154/bab ii.pdf9 konversi...
Post on 15-Mar-2019
237 Views
Preview:
TRANSCRIPT
37
BAB II
DESKRIPSI PROSES
A. Macam-macam Proses Pembuatan Isopropanolamin
Secara umum, isopropanolamin dapat diproduksi melalui beberapa proses,
yaitu:
1. Proses aqueous
Prosedur aqueous phase merupakan proses pembuatan isopropanolamin
yang ekonomis dan paling aman. Proses ini tanpa menggunakan katalis,
namun menggunakan air yang cukup banyak. Reaksi dijalankan pada
temperatur 32°C dan tekanan 1 atm dengan rasio mol amoniak : propilen
oksida = 5 : 1. Reaksi yang terjadi adalah:
NH3(l) + C3H6O(l) → C3H9NO(l)
(Amoniak) (PO) (MIPA)
C3H9NO(l) + C3H6O(l) → C6H15NO2(l)
(MIPA) (PO) (DIPA)
C6H15NO2(l) + C3H6O(l) → C9H21NO3(l)
(DIPA) (PO) (TIPA)
9
Konversi terhadap propilen oksida adalah sebesar 98,8%, dan distribusi
produk yang dihasilkan yaitu monoisopropanolamin 49,3%,
diisopropanolamin 45,5%, dan triisopropanolamin 5,2%.
(Huang et.al., 2001)
2. Proses anhydrous
Propilen oksida direaksikan dengan ammonia dalam fase cair dengan rasio
molar 1:10 sampai 1:80 pada tekanan 40 atm sampai 200 atm dan pada
temperatur antara 20°C sampai 250°C. Kondisi operasi yang disarankan
dalam proses anhydrous ini adalah pada tekanan 110 atm dan temperatur
150°C, dengan rasio molar propilen oksida dan ammonia 1:40. Konversi
propilen oksida sebesar 95%. amoniak dan propilen oksida dalam storage
tank dipompa ke dalam mixer untuk dicampur, kemudian dipompa menuju
preheater untuk dipanaskan dari 35°C menjadi 75°C. Campuran ini
kemudian diumpankan ke dalam reaktor yang berisi katalis cation
exchange resin. Keluaran reaktor yang berisi campuran
monoisopropanolamin, diisopropanolamin, triisopropanolamin, dan
amoniak yang tidak bereaksi diumpankan ke dalam menara distilasi untuk
dipisahkan.
(United States Patent, 1972)
10
B. Pemilihan Proses
1. Berdasarkan Tinjauan Ekonomi
Tabel 2.1. Harga bahan baku dan produk
Bahan Harga dalam $ Harga dalam Rp.
PO(l) (Propilen Oksida) 1.702,00/ton 26.989.914,00 /ton
NH3(l) (Amoniak) 385,81/ton 4.728.873,17 /ton
MIPA(l)(Monoisopropalamin) 4.000,00/ton 49.028.000,00 /ton
DIPA(l) (Diisopropalamin) 3.000,00/ton 36.771.000,00/ton
TIPA(l) (Triisopropalamin) 2.600,00/ton 25.739.700,00/ton
a. Proses aqueous
Selektivitas:
- MIPA : 49,3 %
- DIPA : 45,5 %
- TIPA : 5,2 %
Konversi PO : 98,8 %
Kapasitas produk : 15.000 ton Isopropanolamin tiap tahun.
Dengan reaksi I :
NH3 (l) + PO (l) → MIPA (l)
Mula 1143564,1 228712,8 -
Bereaksi 111402,4 111402,4 111402,4
11
Sisa 1032161,8 117310,5 111402,4
Dengan reaksi II :
MIPA (l) + PO (l) → DIPA (l)
Mula 111402,4 117310,5 -
Bereaksi 102815,6 102815,6 102815,6
Sisa 8586,8 14494,9 102815,6
Dengan reaksi III :
DIPA (l) + PO (l) → TIPA (l)
Mula 102815,6 14494,9 -
Bereaksi 11750,4 11750,4 11750,4
Sisa 91065,2 2744,6 11750,4
Untuk menghasilkan isopropanolamin 15.000 ton diperlukan 228712,8
kmol PO.
Menentukan NH3 masuk reaktor
A (NH3)umpan = 5 x (PO)umpan
A = 5 x 228712,8 kmol
A = 1143564,1 kmol
Bahan baku yang dibutuhkan:
Mol PO = 228712,8 kmol
12
Massa PO yang dibutuhkan untuk menghasilkan 15.000 ton
isopropanolamin = 13.265.344 kg = 13.265,3 ton
Harga PO = 1.702,00 $ /ton x 13.265,3 ton
= 22.577.615,5 $
Mol NH3 mula-mula = 1.143.564,1 kmol
Massa NH3 yang dibutuhkan untuk menghasilkan 15.000 ton
isopropanolamin = 19.440.590,32 kg = 19.440,590 ton
Harga NH3 = 385,81 $/ ton x 19.440,590 ton
= 7.500.374 $
Jumlah harga bahan baku:
= (22.577.615,5 $ + 7.500.374 $)= 30.077.989,7 $
Massa produk MIPA
Mol MIPA = 8.586,8 kmol
Massa MIPA = 644.009,58 kg = 644,009 ton
Harga produk MIPA = 4.000 $/ ton x 644,009 ton = 2.576.038,3 $
Massa DIPA yang dihasilkan :
Mol DIPA = 91.065,2 kmol
Massa DIPA = 12.111.674 kg = 12.111,67 ton
Harga produk DIPA = 3.000 $/ ton x 12.111,67 ton = 36.335.021 $
Massa TIPA yang dihasilkan :
Mol TIPA = 11.750,4kmol
Massa TIPA = 2.244.316,9 kg = 2.244,3 ton
13
Harga produk TIPA = 2.600 $/ ton x 2.244,3 ton = 5.835.223,9 $
Jumlah harga produk:
= 2.576.038,3 $ + 36.335.021 $ + 5.835.223,9 $ = 44.746.283 $
Keuntungan per tahun = Harga Produk – Harga Reaktan
= 44.746.283 $ - 30.077.989,7 $
= 14.668.293 $
= Rp 181.270.766.374,79
b. Proses anhydrous
Selektivitas:
- MIPA : 95,6 %
- DIPA : 4,3 %
- TIPA : 0,1 %
Konversi PO : 95%
Kapasitas produk : 15.000 ton MIPA tiap tahun
Mol MIPA = Massa MIPA (kapasitas)
BM
Mol MIPA = 15.000.000 kg
75 = 200.000 kmol
Mol DIPA =0,043
0,956x 200.000 = 8.995,82 kmol
Mol TIPA =0,002
0,924x 200.000 = 82,15 kmol
14
Dengan reaksi I :
NH3 (l) + PO (l) → MIPA (l)
Mula A B -
Bereaksi 209.077,96 209.077,96 209.077,96
Sisa A-209.077,96 B-209.077,96 209.077,96
Dengan reaksi II :
MIPA (l) + PO (l) → DIPA (l)
Mula 209.077,96 B-209.077,96 -
Bereaksi 9.077,96 9.077,96 9.077,96
Sisa 200.000 B-218.155,93 9.077,96
Dengan reaksi III :
DIPA (l) + PO (l) → TIPA (l)
Mula 9.077,96 B-218.155,93 -
Bereaksi 82,15 82,15 82,15
Sisa 8.995,82 B-218.238,08 82,15
Menentukan Propilen Oksida
PO sisa reaksi = (100% - 95%) x PO umpan
B-218.238,08 = 0,05 x B
0,95b = 218.238,08
B = 229.724,29 kmol
15
Menentukan NH3 masuk reaktor
A (NH3)umpan = 40 x (PO)umpan
A = 40 x 229.724,29 kmol
A = 9.188.971,68 kmol
Bahan baku yang dibutuhkan:
Mol PO = 229.724,29 kmol
Massa PO yang dibutuhkan untuk menghasilkan 200.000 kmol MIPA
= mol PO x BM PO
= 229.724,29 kmol x 58 kg/kmol
= 13.324.009 kg = 13.324 ton
Harga PO = 2.202,00 $ /ton x 13.324 ton
= 29.339.448 $
Mol NH3 mula-mula = 8.431.480,84 kmol
Massa NH3 yang dibutuhkan untuk menghasilkan 200.000 kmol MIPA
= mol NH3 x BM NH3
= 9.188.971,68 kmol x 17 kg/kmol
= 156.212.519 kg = 156.212,5 ton
Harga NH3 = 385,81 $/ ton x 156.212,5 ton
= 60.268.344,63 $
Jumlah harga bahan baku:
= (29.339.448 $ + 60.268.344,63 $)= 89.607.792,63 $
16
Massa produk MIPA = 15.000.000 kg = 15.000 ton
Harga produk MIPA = 4.000 $/ ton x 15.000 ton = 60.000.000 $
Massa DIPA yang dihasilkan :
Mol DIPA = 8.995,82 kmol
Massa DIPA = 8.995,82 kmol x 133 kg/kmol
= 1.196.444,06 kg = 1.196,44 ton
Harga produk DIPA = 3.000 $/ ton x 1.196,44 ton = 3.589.320 $
Massa TIPA = 82,15 kmol x 191 kg/kmol
= 15.690,65 kg = 15,69 ton
Harga produk TIPA = 2.100 $/ ton x 15,69 ton = 32.949 $
Jumlah harga produk:
= 60.000.000 $ + 3.589.320 $ + 32.949 $ = 63.622.269 $
Keuntungan per tahun = Harga Produk – Harga Reaktan
= 63.622.269 $ - 89.607.792,63 $
= - 25.985.523,63 $
Harga reaktan yang dibutuhkan lebih besar daripada harga produk yang
dihasilkan maka dapat disimpulkan bahwa tidak ada keuntungan yang
didapat (rugi).
17
2. Berdasarkan Tinjauan Termodinamika
Panas reaksi (∆HR)
Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat
reaksi (endotermis/eksotermis) dan reaksi berlangsung secara
spontan atau tidak. Penentuan sifat reaksi eksotermis atau
endotermis dapat ditentukan dengan perhitungan panas
pembentukan standar (H°f) pada P= 1 atm dan T = 298,15 K.
Pada proses pembentukan isopropanolamin terjadi reaksi sebagai
berikut:
a. Proses aqueous
Reaksi 1 :
NH3 + PO MIPA
Harga ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat
dilihat pada Tabel 2.2. sebagai berikut :
Tabel 2.2. Nilai ∆Hf (298) bahan baku dan produk
Komponen ∆Hf (298) (kJ/kmol)
NH3(l) -4,59E+01
C3H6O(l) -9,29E+01
C3H9NO(l) -2,39E+02
(Reid and Prauznitz, 1897)
∆HRx = ∆HR + ∆HRx(298)o + ∆Hp .................... (2.6)
∆H = R ∑ ni ∫Cpig
R
T2
T1 dT ...................... (2.7)
∆H = ΔCpmh x Δt ..................... (2.8)
18
ΔCpmh
R= A + BTam +
C
3(4Tam
2 − T1T2) + D
T1T2 ...................... (2.9)
ΔHRo(298) = ΔHof produk - ΔHof reaktan ................... (2.10)
∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2
Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat
dihitung dengan persamaan:
Dari persamaan reaksi (2.1)
ΔHRo(298oK) = ΔHfo C3H9NO(l)- (ΔHfo C3H6O + ΔHfo NH3)
= -2,39.102 – (-92,9+(-45,9))
= -1,00.102 kJ/kmol
∆H1 = ΔCpmh x Δt
ΔCpmh
RNH3= −1,82. 102 + (3,36 x 301,5) + ((-1,44.10-2/3) x
((4x301,52) -(298x330))) + (( 2,04.10-5) / (298x330))
ΔCpmh
RNH3= -4,77.102 kJ/kmol
ΔCpmh NH3 = -3,97.103 kJ/kmol K
∆H NH3 = -27.786,3 kJ/kmol
ΔCpmh
RC3H6O = 53,3 + (5,15.10-1 x 301,5) + ((1,8.10-3/3) x
((4x301,52) -(298x330))) + ((2,78.10-6) / (298x330))
ΔCpmh
RC3H6O = 46,1 kJ/kmol
T = 330 K
ΔH1
T = 298 K
ΔHR°298
T = 298 K
ΔH2
T =330 K
19
ΔCpmh C3H6O = 3,84.102 kJ/kmol K
∆H C3H6O = 2.685,092 kJ/kmol
∆H1= ∆H NH3 +∆H C3H6O
∆H1= -27.786,3 kJ/kmol + 2.685,092 kJ/kmol
∆H1= -25101,2 kJ/kmol
∆H2 = ΔCpmh x Δt
ΔCpmh
RC3H9NO= 12 + (1,26 x 301,5) + ((-3,32. 10-03/3) x (( 4 x 301,5
2) – (298 x 330)) + (3,39.10 -06)/ (298 x 330)
ΔCpmh
RC3H9NO =90,6 kJ/kmol
ΔCpmh C3H9NO = 7,53.102 kJ/kmol K
ΔH C3H9NO = -5.270,49 kJ/kmol
∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2
∆HR = -25101,2 kJ/kmol +( -1,00.102 kJ/kmol)+ (-5.270,49 kJ/kmol)
∆HR = -3,05.104 kJ/mol
Reaksi 2 :
MIPA + PO DIPA
Harga ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat
pada Tabel 2.3 sebagai berikut :
20
Tabel 2.3. Harga ΔHof Masing-Masing Komponen
Komponen Harga ΔHof (J/mol)
PO -9,29E+01
MIPA -2,39E+02
DIPA -4,54E+02
Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat
dihitung dengan persamaan:
Dari persamaan reaksi (2.1)
ΔHRo(298oK) = ΔHfo C6H15NO(l)- (ΔHfo C3H6O + ΔHfo C3H9NO)
=-92,9 – (-2,39.102+(-4,54.102))
= -1,22.102 kJ/kmol
∆H1 = ΔCpmh x Δt
ΔCpmh
RC3H6O = -53,3 + (5,15.10-1 x 301,5) + ((-1,8.10-3/3) x
((4x301,52) -(298x330))) + ((2,78.10-6) / (298x330))
ΔCpmh
RC3H6O = 44,9 kJ/kmol
ΔCpmh C3H6O = 3,73.102 kJ/kmol K
∆H C3H6O = 2.610,42 kJ/kmol
ΔCpmh
RC3H9NO= 12 + (1,26 x 301,5) + ((-3,32. 10-03/3) x (( 4 x 301,5
2) – (298 x 330)) + (3,39.10 -06)/ (298 x 330)
ΔCpmh
RC3H9NO = 92,9 kJ/kmol
21
ΔCpmh C3H9NO = 7,73102 kJ/kmol K
ΔH C3H9NO = 5.408,092kJ/kmol
∆H1= ∆H C3H6O + ∆H C3H9NO
∆H1= 2.610,42 kJ/kmol + 5.408,092kJ/kmol
∆H1= 8018,511 kJ/mol
∆H2 = ΔCpmh x Δt
ΔCpmh
RC6H15NO= -9,46 + (2,38 x 301,5) + ((-5,61. 10-03/3) x (( 4 x
301,5 2) – (298 x 330)) + (5,07.10 -06)/ (298 x 330)
ΔCpmh
RC6H15NO = 197 kJ/kmol
ΔCpmh C6H15NO = 1,64.103 kJ/kmol K
ΔH C6H15NO = -11.487,4kJ/kmol
∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2
∆HR = 8018,511 kJ/mol +( -1,22.102 kJ/kmol)+( -11.487,4kJ/kmol)
∆HR = -3,59.103 kJ/mol
Reaksi 3 :
DIPA + PO TIPA
Harga ΔHof masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat
pada Tabel 2.4. sebagai berikut :
22
Tabel 2.4. Harga ΔHof Masing-Masing Komponen
Komponen Harga ΔHof (J/mol)
PO -9,29E+01
DIPA -4,54+02
TIPA -6,64E+02
Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat
dihitung dengan persamaan:
Dari persamaan reaksi (2.1)
ΔHRo(298oK) = ΔHfo C9H21NO3(l)-(ΔHfo C3H6O +ΔHfo C9H15NO2)
=-92,9 – (-4,54.102+(-6,64.102))
= -1,17.102 kJ/kmol
∆H1 = ΔCpmh x Δt
ΔCpmh
RC3H6O = 53,3 + (5,15.10-1 x 301,5) + ((-1,8.10-3/3) x
((4x301,52) -(298x330))) + ((2,78.10-6) / (298x330))
ΔCpmh
RC3H6O = 44,9 kJ/kmol
ΔCpmh C3H6O = 3,73.102 kJ/kmol K
∆H C3H6O = 2.610,42 kJ/kmol
ΔCpmh
RC6H15NO= -9,46 + (2,38.10-01 x 301,5) + ((-5,61. 10-3/3) x (( 4
x 301,5 2) – (298 x 330)) + (5,07.10 -06)/ (298 x 330)
ΔCpmh
RC6H15NO = 1,97.102 kJ/kmol
23
ΔCpmh C6H15NO = 1,64.103 kJ/kmol K
ΔH C6H15NO = 11487,37 kJ/kmol
∆H1= ∆H C3H6O + ∆H C6H15NO2
∆H1= 2.610,42 kJ/kmol + 11487,37 kJ/kmol
∆H1= 14097,79 kJ/mol
∆H2 = ΔCpmh x Δt
ΔCpmh
RC6H15NO2 = -30,9 + (3,49 x 301,5) + ((-7,9. 10-3/3) x (( 4 x
301,5 2) – (298 x 330)) + (6,75.10 -06)/ (298 x 330)
ΔCpmh
RC9H21NO3 = 3,03.102 kJ/kmol
ΔCpmh C9H21NO3 = 2,52.103 kJ/kmol K
ΔH C9H21NO3 = -17656,6 kJ/kmol
∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2
∆HR = 14097,79 kJ/mol +( -1,17.102 kJ/kmol)+(-17656,6 kJ/kmol)
∆HR = 3,68.103 kJ/kmol
Karena harga ΔH298.15K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.
b. Proses anhydrous
Reaksi 1 :
NH3 + PO MIPA
Harga ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat
dilihat pada Tabel 2.5. sebagai berikut :
24
Tabel 2.5. Nilai ∆Hf (298) bahan baku dan produk
Komponen ∆Hf (298) (J/mol)
NH3(l) -4,59E+04
C3H6O(l) -9,29E+04
C3H9NO(l) -2,39E+06
C6H15NO2(l) -4,54E+06
C9H21NO3(l) -6,64E+06
(Reid and Prauznitz, 1897)
∆HRx = ∆HR + ∆HRx(298)o + ∆Hp .................... (2.6)
∆H = R ∑ ni ∫Cpig
R
T2
T1 dT ...................... (2.7)
∆H = ΔCpmh x Δt ..................... (2.8)
ΔCpmh
R= A + BTam +
C
3(4Tam
2 − T1T2) + D
T1T2 ...................... (2.9)
ΔHRo(298) = ΔHof produk - ΔHof reaktan ..................... (2.10)
∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2
Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat
dihitung dengan persamaan:
Dari persamaan reaksi (2.1)
T = 373K
ΔH1
T = 298 K
ΔHR°298
T = 298 K
ΔH2
T =448K
25
ΔHRo(298oK) = ΔHfo C3H9NO(l)- (ΔHfo C3H6O + ΔHfo NH3)
= -2,39E+06 – (-9,29E+04+(-4,59E+04))
= -100.350 J/kmol = -100,35 kJ/kmol
∆H1 = ΔCpmh x Δt
ΔCpmh
RNH3= 2,73 + (2,38.10-2 x 335,5) + ((-1,71.10-5/3) x
((4x335,52) -(298x373))) + (( -1,19.10-8) / (298x373))
ΔCpmh
RNH3= 29,24 J/mol
ΔCpmh NH3 = 243,1 J/mol K
∆H NH3 = -1121297 J/mol = -1121,297 kJ/mol
ΔCpmh
RC3H6O = -8,46 + (3,26.10-1 x 335,5) + ((1,71.10-5/3) x
((4x335,52) -(298x373))) + ((4,82.10-8) / (298x373))
ΔCpmh
RC3H6O =-30,83 J/mol
ΔCpmh C3H6O = -256,34 J/mol K
∆H C3H6O = -93636,8 J/mol = -93,6368 kJ/mol
∆H1= ∆H NH3 +∆H C3H6O
∆H1= -1121,297 kJ/mol + -93,6368 kJ/mol
∆H1= -1214,9338 kJ/mol
∆H2 = ΔCpmh x Δt
ΔCpmh
RC3H9NO= -7,49 + (4,1.10-01 x 335,5) + ((-2,83. 10-04/3) x (( 4 x
335,5 2) – (298 x 373)) + (8,35.10 -08)/ (298 x 373)
ΔCpmh
RC3H9NO = -47,16J/mol
ΔCpmh C3H9NO = -392,08 J/mol K
26
ΔH C3H9NO = -58.812,5,96J/mol = -58,81 kJ/mol
∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2
∆HR = -1214,9338 kJ/mol + (-100,35 kJ/kmol) + (-58,81 kJ/mol)
∆HR = -1374,09 kJ/mol
Reaksi 2 :
MIPA + PO DIPA
Harga ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat
pada Tabel 2.3 sebagai berikut :
Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat
dihitung dengan persamaan:
Dari persamaan reaksi (2.1)
ΔHRo(298oK) = ΔHfo C6H15NO2(l)- (ΔHfo C3H6O + ΔHfo C3H9NO)
= -4,54E+06 – (-9,29E+04+(-2,39E+06))
= -122270 J/kmol = -122,27 kJ/kmol
∆H1 = ΔCpmh x Δt
ΔCpmh
RC3H6O = -8,46 + (3,26.10-1 x 335,5) + ((1,71.10-5/3) x
((4x335,52) -(298x335,5))) + ((4,82.10-8) / (298x335,5))
ΔCpmh
RC3H6O =-30,83 J/mol
ΔCpmh C3H6O = -256,34 J/mol K
∆H C3H6O = -93636,8 J/mol = -93,6368 kJ/mol
27
ΔCpmh
RC3H9NO= --7,49 + (4,1.10-01 x 335,5) + ((-2,83. 10-04/3) x (( 4
x 335,5 2) – (298 x 373)) + (8,35.10 -08)/ (298 x 373)
ΔCpmh
RC3H9NO = -39,25 J/mol
ΔCpmh C3H9NO = -326,36 J/mol K
ΔH C3H9NO = 225678 J/mol = 225,678 kJ/mol
∆H1= ∆H C3H6O + ∆H C3H9NO
∆H1= -93,6368 kJ/mol + 225,678 kJ/mol
∆H1= 132,0412 kJ/mol
∆H2 = ΔCpmh x Δt
ΔCpmh
RC6H15NO2= -18,4 + (7,16.10-01 x 301,5) + ((-4,39. 10-04/3) x ((
4 x 371 2) – (298 x 448)) + (1,09.10 -07)/ (298 x 448)
ΔCpmh
R C6H15NO2 = -80,35 J/mol
ΔCpmh C6H15NO2 = -668,11 J/mol K
ΔH C6H15NO2 =-498853 J/mol = -498,853 kJ/mol
∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2
∆HR = 132,0412 kJ/mol + (-122,27 kJ/kmol) + (-498,853 kJ/mol)
∆HR = -489,0818 kJ/mol
Reaksi 3 :
DIPA + PO TIPA
28
Harga ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat
pada Tabel 2.3 sebagai berikut :
Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat
dihitung dengan persamaan:
Dari persamaan reaksi (2.1)
ΔHRo(298oK) =ΔHfo C9H21NO3(l)-(ΔHfo C3H6O + ΔHfo C6H15NO2)
= -6,64E+06 – (-9,29E+04 +(-4,54E+06))
= -116534,3 J/kmol = -116,5343 kJ/kmol
∆H1 = ΔCpmh x Δt
ΔCpmh
RC3H6O = -8,46 + (3,26.10-1 x 335,5) + ((1,71.10-5/3) x
((4x335,52) -(298x335,5))) + ((4,82.10-8) / (298x335,5))
ΔCpmh
RC3H6O =-30,83 J/mol
ΔCpmh C3H6O = -256,34 J/mol K
∆H C3H6O = -93636,8 J/mol = -93,6368 kJ/mol
ΔCpmh
RC6H15NO2= -18,4 + (7,16.10-01 x 335,5) + ((-4,39. 10-04/3) x ((
4 x 335,5 2) – (298 x 373)) + (1,09.10 -07)/ (298 x 373)
ΔCpmh
R C6H15NO2 = -68,07 J/mol
ΔCpmh C6H15NO2 = -565,95 J/mol K
ΔH2 C6H15NO2 = -401000 J/mol = -401 kJ/mol
∆H1= ∆H C3H6O + ∆H C6H15NO2
∆H1= -93,6368 kJ/mol + -401 kJ/mol
∆H1= -494,6368 kJ/mol
29
∆H2 = ΔCpmh x Δt
ΔCpmh
RC9H21NO3= -8,457 + (0,33 x 335,5) + ((-1,98. 10-04/3) x (( 4 x
335,52) – (298 x 448)) + (9,81.10 -08)/ (298 x 448)
ΔCpmh
R C6H15NO2 = -65,49 J/mol
ΔCpmh C6H15NO2 = -544,54 J/mol K
ΔH C9H21NO3 =-1410000 J/mol = -1410 kJ/mol
∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2
∆HR = -494,6368 kJ/mol + (-116,5343 kJ/kmol) + (-1410 kJ/mol)
∆HR = -2021,17 kJ/mol
Karena harga ∆HR negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.
Energi Bebas Gibbs (∆G)
Perhitungan energi bebas gibbs (∆G) digunakan untuk meramalkan arah
reaksi kimia cenderung spontan atau tidak. ΔGo bernilai positif (+)
menunjukkan bahwa reaksi tersebut tidak dapat berlangsung secara
spontan, sehingga dibutuhkan energi tambahan dari luar yang cukup besar.
Sedangkan ΔGo bernilai negatif (-) menunjukkan bahwa reaksi tersebut
dapat berlangsung secara spontan dan tidak membutuhkan energi.
ΔGo (298oK) = ΔGo produk - ΔGo reaktan ....................... (2.10)
ΔG = ΔH – TΔS ....................... (2.11)
........... (2.12)
T
dT
R
CpR
T
dT
R
CpR
T
GHTHG
T
T
T
T
Ro
Ro
Rxo
TRo
2
1
2
1298
)298()298()(
30
a. Proses aqueous
Tabel 2.6. Nilai ∆Gf (298) bahan baku dan produk
Komponen ∆Hf (298) (J/mol)
NH3(l) -1,62E+04
C3H6O(l) -2,57E+04
C3H9NO(l) -1,08E+05
C6H15NO2(l) -1,15E+05
C9H21NO3(l) -1,33E+05
(Reid and Prauznitz, 1897)
Reaksi 1 :
NH3 + PO MIPA
ΔGo (298oK) = (ΔGo C3H9NO(l) ) - (ΔGo NH3(l) + (ΔGo C3H6O(l))
= (-1,08E+05) – ((-1,62E+04) + (-2,57E+04))
= -6,61E+4 J/mol = -66,1 kJ/kmol
ΔG = (−699) − 301,5 x ((−699 + 66,1
298) + (4,73 + 131))
= −40981,26 kJ/kmol
Reaksi 2 :
MIPA + PO DIPA
ΔGo (298oK) =(ΔGoC6H15NO2(l))-(ΔGoC3H9NO(l)+ (ΔGo C3H6O(l))
= (-1,15E+05) – ((-1,08E+05) + (-2,57E+04))
= -1,73E+5 J/mol = -173 kJ/kmol
ΔG = (−65,1) − 301,5 x ((−65,5 + 173
298) + (7,623 + 63,2)
31
= −21526,99 kJ/kmol
Reaksi 3 :
DIPA + PO TIPA
ΔGo (298oK) =(ΔGoC9H21NO3(l))-(ΔGoC6H15NO2(l)+ΔGo C3H6O(l))
= (-1,33E+05) – ((-1,15E+05) + (-2,57E+04))
= -9,18E+4 J/mol = -918 kJ/kmol
ΔG = (−194) − 301,5 x ((77 + −918
298) + (−10,67 + 39,07)
= −7905,72 kJ/kmol
b. Proses anhydrous
Reaksi 1 :
NH3 + PO MIPA
ΔGo (298oK) = (ΔGo C3H9NO(l) ) - (ΔGo NH3(l) + (ΔGo C3H6O(l))
= (-1,08E+05) – ((-1,62E+04) + (-2,57E+04))
= -6,61E+4 J/mol = -66,1 kJ/kmol
ΔG = (−222,36) − 373 x ((−222,36 + 66,1
298) + (−71,7— 378,84)
= −794,125 kJ/kmol
Reaksi 2 :
DIPA + PO TIPA
ΔGo (298oK) =(ΔGoC6H15NO2(l))-(ΔGoC3H9NO(l)+ (ΔGo C3H6O(l))
= (-1,15E+05) – ((-1,08E+05) + (-2,57E+04))
= -1,73E+5 J/mol = -173 kJ/kmol
32
ΔG = (−276,29) − 373 x ((−276,29 + 173
298) + (−72,2— 378,84)
= −2190,759 kJ/kmol
Reaksi 3 :
DIPA + PO TIPA
ΔGo (298oK) =(ΔGoC9H21NO3(l))-(ΔGoC6H15NO2(l)+ΔGo C3H6O(l))
= (-1,33E+05) – ((-1,15E+05) + (-2,57E+04))
= -9,18E+4 J/mol = -918 kJ/kmol
ΔG = (−579,67) − 373 x ((−222,36 + −918
298) + (−71,7— 277,74)
= −3262,343 kJ/kmol
Tabel 2.7. Perbandingan Proses
Proses
Proses aqueous
(Proses I)
Proses anhydrous
(Proses II)
Langkah
proses
Pembuatan isopropalamin
membutuhkan bahan baku
amoniak dan propilen oksida
dengan rasio mol 5:1dan
menggunakan air sebagai
katalis.
Pembuatan isopropalamin
membutuhkan bahan baku
amoniak dan propilen oksida
dengan rasio mol 40:1 dan
menggunakan katalis
Kondisi
Operasi
P = 1,3 atm
T = 32 °C
P = 80 atm
T = 140 °C
Konversi 98,8% 95%
Panas Reaksi MIPA: -6,99. 105 kJ/kmol MIPA: -1374,09 kJ/mol
33
(∆HR) DIPA: -6,51. 104 kJ/kmol
TIPA: -1,94. 105 kJ/kmol
DIPA: -489,0818 kJ/kmol
TIPA: -2021,17 kJ/mol
Energi Bebas
Gibbs (∆G)
MIPA: -40.981,26 kJ/kmol
DIPA: -21.526,99 kJ/kmol
TIPA: -7.905,72 kJ/kmol
MIPA: -794,125 kJ/kmol
DIPA: -2190,759 kJ/kmol
TIPA: -918 kJ/kmol
Keuntungan Rp 181.270.766.374,79
Mengalami kerugian karena
membutuhkan ammonia yang
banyak yang menyebabkan
biaya bahan baku lebih besar
dari produknya
Dari Tabel 2.7. dapat dilihat bahwa proses pembuatan isopropanolamin
dengan metode aqueous phase adalah proses yang paling baik untuk dipilih.
Kelebihan proses ini adalah:
1. Konversi terhadap Propilen Oksida tinggi.
2. Kondisi operasi sangat menguntungkan jika ditinjau dari segi keamanan
dan perancangan alat. Reaktor bekerja pada suhu dan tekanan yang mudah
dicapai.
3. Biaya investasi dan biaya operasi rendah.
C. Uraian Proses
Proses pembuatan monoisopropanolamin dapat dibagi dalam empat tahap
yaitu :
34
1. Tahap penyimpanan bahan baku
2. Tahap penyiapan bahan baku
3. Tahap pembentukan produk
4. Tahap pemurnian produk
1. Tahap penyimpanan bahan baku
Bahan baku isopropanolamin yaitu amoniak dan propilen oksida disimpan
dalam fasa gas dan fasa cair.
2. Tahap penyiapan bahan baku
Amoniak dari tangki penyimpanan (ST-101) diumpankan ke mix point
(MP-101) untuk dicampur dengan air dan hasil recycle yang berasal dari
split point dan menara distilasi pertama. Kemudian keluaran mix point 1
didinginkan dalam cooler 101 (CO-101) hingga suhu 32oC sebelum
diumpankan ke reaktor (RE-201). Propilen oksida dari ST-102 langsung
diumpankan ke dalam reaktor untuk direaksikan dengan amoniak.
3. Tahap pembentukan produk
Di dalam reaktor terjadi reaksi yang bersifat eksotermis dan irreversible
sebagai berikut :
NH3(l) + C3H6O(l) C3H9NO(l) (MIPA)
C3H9NO(l) + C3H6O(l) C6H15NO2(l) (DIPA)
C6H15NO2(l) + C3H6O(l) C9H21NO3(l) (TIPA)
Reaksi terjadi pada fasa cair - cair. Amoniak terpecah dan bergabung
dengan propilen oksida melalui reaksi ammonolisis membentuk MIPA,
DIPA, TIPA dan besarnya konversi propilen oksida mencapai 98,8%.
35
Karena reaksi bersifat eksotermis maka untuk mempertahankan kondisi
operasi diperlukan pendingin.
4. Tahap pemurnian produk
Produk reaktor berupa cairan yang terdiri atas amoniak dan propilen
oksida yang belum bereaksi, air, monoisopropanolamin,
diisopropanolamin, dan triisopropanolamin. Campuran cairan diumpankan
ke dalam heater (HE-201), dipanaskan sehingga keluaran heater akan
menjadi campuran dua fasa yang kemudian diumpankan ke dalam menara
distilasi 1 (DC-301) untuk dipisahkan fasa uap dan fase cairnya. Air,
amoniak dan sedikit monoisopropanolamin yang mempunyai titik didih
lebih rendah dari diisopropanolamin dan triisopropanolamin akan
diperoleh sebagai hasil atas DC-301. Hasil atas dari DC-301 keluar
kemudian dikondensasi dalam CD-301 sehingga menjadi cairan dan
dikembalikan ke reaktor melalui mix point 1. Sebagian kecil air, sebagian
besar monoisopropanolamin serta disopropanolamin, dan
triisopropanolamin yang mempunyai titik didih lebih tinggi akan diperoleh
sebagai hasil bawah DC-301. Hasil bawah DC-301 kemudian diumpankan
ke menara distilasi 2 (DC-302) untuk memisahkan monoisopropanolamin
dari diisopropanolamin dan triisopropanolamin. Hasil atas DC-302 yang
terdiri dari monoisopropanolamin dan sedikit diisopropanolamin, lalu
didinginkan di dalam CO-301, kemudian disimpan dalam tangki ST-301.
Hasil bawah DC-302 yang terdiri atas sebagian kecil
monoisopropanolamin serta diisopropanolamin dan triisopropanolamin
diumpankan ke menara distilasi 3 (DC-303) yang berfungsi untuk
36
memisahkan diisopropanolamin dengan triisopropanolamin. Hasil atas
DC-303 yaitu diisopropanolamin dan sebagian kecil triisopropanolamin
kemudian didinginkan di dalam CO-302 dan disimpan dalam ST-302.
Hasil bawah DC-303 yaitu triisopropanolamin dan sebagian kecil
diisopropanolamin kemudian didinginkan di dalam CO-303 dan disimpan
dalam ST-303.
top related