MAKALAH TEKNIK REAKSI KIMIA 2

PRA – RANCANGAN

PABRIK FORMALDEHID

DENGAN PROSES HALDOR TOPSOE

KAPASITAS 50.000 TON/TAHUN

Fajar iswahyudhi

Dhunung Mei Fera (2010710450031)

Helma Rakanita (2010710450032)

Yogo Prasetyo

Rika Indah Meisari (2010710450036)

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

JURUSAN TEKNIK KIMIA

UNIVERSITAS JAYABAYA

2013

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik

Keberhasilan proses industrialisasi pada era perdagangan bebas sekarang ini

sangat ditentukan oleh adanya sumber daya alam dan sumber daya manusia yang

berkualitas. Indonesia sebagai salah satu negara yang mempunyai sumber daya

alam maupun sumber daya manusia yang berlimpah sangat berpotensi untuk

mengembangkan industri dalam negeri terutama industri – industri yang bersifat

padat modal maupun padat teknologi dan mempunyai prospek pemasaran yang

menguntungkan. Salah satu industri yang mempunyai persyaratan diatas adalah

industri pembuatan formaldehid.

Formaldehid merupakan senyawa dari gugus aldehid yang penggunaannya

sangat luas di dunia industri. Hal ini disebabkan formaldehid dapat bereaksi dengan

hampir semua senyawa, baik senyawa organik maupun senyawa anorganik.

Formaldehid mempunyai nilai yang sangat strategis dalam perkembangan dunia

industri karena banyak sektor industri yang menggunakan formaldehid sebagai

bahan bakunya.

Kegunaan formaldehid diantaranya pada pembuatan melamin formaldehid,

urea formaldehid, fenolformaldehid, tryoxane. Formaldehid juga digunakan dalam

pembuatan bahan kimia antara lain sintesa 1,4 butadienol, trimethylol propane dan

neophentyl glycol yang digunakan dalam pembuatan produk polyester plastic,

synthetic lubricating oil. Selain itu formaldehid digunakan secara langsung, akan

tetapi dalam jumlah kecil misalnya sebagai pengawet bahan penelitian dan

desinfektan pada ruangan rumah sakit. (Mc. Ketta, vol. 29, hal. 458)

Dalam pembuatan formaldehid ini bahan baku yang dipakai adalah metanol

dan udara. Bahan baku metanol didatangkan dari PT. Kaltim Methanol Indonesia

(KMI) di Bontang Kalimantan Timur dengan kapasitas produksi 660.000 ton/tahun.

Dengan mempertimbangkan adanya bahan baku metanol yang cukup untuk

memproduksi formaldehid dan kebutuhan formaldehid yang cukup banyak pula,

maka sangat memungkinkan untuk mendirikan pabrik formaldehid di Indonesia.

Pendirian pabrik ini juga bertujuan untuk diversifikasi produk menjadi bahan-

bahan yang mempunyai nilai ekonomis tinggi. Formaldehid yang akan diproduksi

berkadar 37 % berat karena disesuaikan dengan kebutuhan industri terutama industri

perekat kayu. Selain itu kadar formaldehid yang terdapat dipasaran nasional

maupun internasional berkadar 37 % sampai 55 % sehingga sesuai dengan

kebutuhan pasar.

1.2. Tujuan Pendirian Pabrik

Tujuan dari pendirian pabrik Formaldehid ini adalah untuk :

1. Tujuan Umum :

a. Mendapatkan keuntungan secara finansial

b. Memenuhi kebutuhan dalam negeri akan kebutuhan formaldehida.

c. Memenuhi kebutuhan pasar luar negeri dengan cara mengekspor produk

agar menambah devisa negara.

d. Menimbulkan dampak yang positif bagi pertumbuhan perindustrian,

khususnya industri kimia.

e. Membuka lapangan kerja baru yang secara tidak langsung dapat

meningkatkan kesejahteraan ekonomi masyarakat.

2. Tujuan khusus :

a. Mengetahui lebih dalam tentang pendirian suatu pabrik dilihat dari segala

aspek.

b. Menerapkan ilmu-ilmu yang telah didapat di bangku kuliah.

c. Mengetahui lebih rinci mengenai proses produksi, alat-alat produksi, tata

letak pabrik, dan analisa ekonomi dari prarancangan suatu pabrik kimia

khususnya pabrik formaldehida.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kegunaan Formaldehid

Formaldehid banyak digunakan dalam industri kimia terutama sebagai

chemical intermediate, diantaranya adalah dalam pembuatan plastik. Sebagian

besar produk formaldehid digunakan dalam pabrik urea formaldehid, resin fenol

formaldehid, dan resin melamin formaldehid. Resin – resin ini bereaksi dengan

asam dan katalis alkalin dimana material produknya dapat diperlakukan dengan

perubahan suhu (thermosetting). Resin ini berfungsi untuk laminating / pelapisan,

coating dan protective coating yang digunakan luas untuk pabrik kertas dan tekstil.

Resin – resin ini juga berguna sebagai zat adesif untuk plywood dan produk kayu

lainnya (Sumber : http://id.wikipedia.org)

2.2. Macam-macam Proses Pembuatan Formaldehid

Ada beberapa macam proses yang dapat digunakan untuk membuat

formaldehid. Proses-proses tersebut adalah sebagai berikut :

2.2.1. Proses Hidrokarbon

Proses hidrokarbon ini adalah proses yang dikembangkan pada awal

perkembangan industri formaldehid. Proses ini merupakan proses oksidasi

langsung dari hidrokarbon yang lebih tinggi dan hidrokarbon ini bereaksi pada suhu

673 – 773 K. Biasanya yang digunakan adalah etilen dengan katalis asam borat

atau asam fosfat atau garamnya dari campuran clay atau tanah diatomik. Proses ini

mempunyai kelemahan, yaitu dihasilkan beberapa hasil samping yang terbentuk

bersama – sama dengan formaldehid, antara lain asetaldehid, propane, asam –

asam organik sehingga tentu saja diperlukan pemurnian untuk mendapatkan

formaldehid dengan kemurnian tertentu. Dengan demikian proses menjadi mahal

dan hasilnya kurang memuaskan sehingga proses ini tidak dikembangkan lagi.

(Kirk & Othmer, hal. 857).

2.2.2. Proses Silver Catalyst

Proses ini menggunakan katalis perak dengan reaktor fixed bed multitube.

Katalis ini berbentuk kristal-kristal perak yang ditumpuk pada tube. Katalis ini

mempunyai umur sekitar 12 bulan. Katalis ini mudah teracuni oleh sulfur dan

beberapa logam dari golongan transisi.

Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:

a. Oksidasi

H= -37,3 kal/mol

b. Dehidrogenasi

H=20,3 kkal/mol

Secara keseluruhan reaksinya adalah reaksi eksotermis pada suhu yang

tinggi yaitu 923 – 973 K dan tekanan sedikit diatas tekanan atmosfer. Pada proses

ini udara yang dimurnikan direaksikan dengan metanol dalam reaktor katalitik.

Produk didinginkan dengan cepat dengan pendingin dowtherm A, selanjutnya

dialirkan ke menara absorber dimana metanol, air dan formaldehid terkondensasi di

dasar menara. Untuk memurnikan produk sesuai dengan keinginan dilakukan

pemurnian dengan proses destilasi. Konversi yang diperoleh dapat mencapai 65,1

% dengan yield keseluruhan mencapai 89,1 %. (Mc. Ketta, vol. 21, hal. 358)

Proses silver catalyst dibagi menjadi dua bagian yaitu:

a. Complete conversion of methanol (BASF)

b. Incomplete conversion and destillative recovery of methanol (ICDRM)

2.2.3. Proses Oksidasi Metanol Haldor Topsoe

Proses ini adalah proses pembuatan formaldehid dengan menggunakan

metanol dan katalis oksida besi. Proses ini beroperasi pada suhu 505 – 560 K dan

Kat Ag.

Kat Ag.

tekanan 1 – 1,5 atm. Metanol uap dicairkan dengan udara dan gas recycle

kemudian direaksikan dengan katalis iron molybdenum oxyde (Fe2O3MoO3Cr2O3)

dalam sebuah reaktor fixed bed multitube. Katalis ini dapat berumur sampai dengan

18 bulan. (Prosiding Soehadi Reksowardojo, 1995)

Konversi yang diperoleh mencapai 98,4 % dengan yield keseluruhan

formaldehid 94,4 %. Gas yang keluar dari reaktor didinginkan melalui waste heat

boiler sebelum memasuki absorber. (Mc. Ketta, vol. 21, hal. 364)

H= -37,3 kal/mol

2.3. Pemilihan Proses

Dari ketiga macam proses yang diuraikan diatas dapat dilihat pada tabel

perbandingan macam pembuatan proses, sebagai berikut :

Tabel 2.1. Proses Pembuatan Formaldehid

Parameter

PembandingSatuan

Macam Proses

HidrocarbonSilver

CatalystHaldor Topsoe

Suhu

Operasi

o K 673-773 923-973 505-560

Konversi % - 65,1 98,4

Katalis -As. Borat /

fosfatAg Fe2O3MoO3Cr2O3

Umur Katalis - 12 12 18

Yield % 90.5 89.1 94.4

Kat. Fe2O3MoO3Cr2O3

Dari berbagai proses diatas digunakan proses Haldor Topsoe, dengan

pertimbangan:

a. Konversi maupun yieldnya tinggi

b. Suhu dan tekanan operasi rendah

c. Proses yang sederhana

Pada prarancangan pabrik formaldehid ini digunakan katalis iron molybdenum

oxyde (Fe2O3MoO3Cr2O3) dengan masa aktif 18 bulan, karena proses oksidasi ini

membutuhkan katalis metal oxyde (iron, molybdenum / vanadium oxyde).

Beberapa keistimewaan dari katalis ini antara lain :

1. Pressure drop rendah dan cukup stabil

2. Uniform packing of the tube

3. Selektifitas tinggi

4. Tidak mudah teracuni

Data-data katalis yang dipakai dapat disajikan pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Data – Data katalis Fe2O3MoO3Cr2O3

Dimensi Bentuk pressed rings

OD

ID

H

4,5 mm

1,7 mm

4 mm

Komposisi :

MoO3

Fe2O3

Cr2O3

81 % berat

15 % berat

4 % berat

(Subekti, 1995)

BAB III

RANCANGAN PABRIK

3.1. Uraian Proses

Proses pembuatan formaldehid dari metanol dan udara dengan katalis iron

molybdenum oxyde merupakan proses oksidasi fase gas.

3.1.1. Dasar Reaksi

Pembentukan formaldehid dari methanol dengan katalis iron molybdenum

oxyde (Fe2O3.MoO3.Cr2O3) didasarkan pada reaksi pada reaksi oksidasi berikut :

ΔH=-36,453 kkal/mol

Secara keseluruhan reaksinya adalah reaksi eksotermis. Untuk oksidasi

metanol beroperasi pada suhu 473 – 560 K dan tekanan sedikit di atas tekanan

atmosfer, udara berlebih digunakan untuk memastikan konversi mendekati

sempurna. (Mc. Ketta, 1984; vol. 23 : 361)

3.1.2. Sifat Reaksi

Reaksi oksidasi metanol menjadi formaldehid bersifat eksotermis dan

irreversibel, hal ini dapat dilihat dari tinjauan termodinamika dan kinetika.

1. Tinjauan termodinamika

Reaksi utama :

ΔH=-36,453 kkal/mol

Ho298 = H produk – H reaktan

= -108570 + (-241818) – (-200660)

= -149728 joule/mol

= -35,770 kkal/mol

Kat. Fe2O3MoO3Cr2O3

Kat. Fe2O3MoO3Cr2O3

Ternyata H menunjukkan harga negatif, maka reaksinya eksotermis.

(Smith & Van Ness, 1975 : 133, 659)

Dari persamaan Van’t Hoff :

dimana:

K = Konstanta kesetimbangan

T = Suhu, K

ΔH = Panas reaksi

(Smith & Van Ness, 1975 : 476)

Terlihat bahwa jika suhu makin tinggi maka tetapan kesetimbangan

semakin besar dan konversi semakin besar.

Apabila ditinjau dari Energi Gibbs (ΔG*)

Go298 = Gf produk – Gf reaktan

= -102530 + (-228572) – (-161960)

= -169142 joule/mol

= -40408,524 kal/mol

(Smith & Van Ness, 1975 : 475, 659)

Jadi, reaksi adalah irreversibel karena harga K yang didapat lebih besar dari 1.

2. Tinjauan kinetika

Apabila ditinjau dari kinetika reaksi, kecepatan reaksi oksidasi metanol

menjadi formaldehid adalah reaksi orde satu.

Persamaan kinetika reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut :

Sedangkan persamaan kinetika reaksi untuk reaksi samping dapat dituliskan

sebagai berikut :

dimana :

ap1 = 567,606 exp (-1125,96 / T)

ap2 = 8,36863.10-5 exp (7124,14 / T)

bp1 = 6,44588.10-9 exp (12195,4 / T)

bp2 = 2,84446.10-3 exp (4803,08 / T)

Kp1 = 5,37227.10-2 exp (-7055,14 / T)

Kp2 = 6,41907.10-9 exp (1292,72 / T)

(Subekti, 1995)

3.1.3. Fase Reaksi

Reaksi berlangsung dalam fase gas dengan katalis padat dan bersifat

eksotermis. Untuk menjaga kondisi temperatur agar optimum, maka dibutuhkan

jenis reaktor yang dapat menghilangkan / menyerap panas yang ditimbulkan selama

reaksi berlangsung.

Jenis reaktor yang dapat memenuhi kriteria tersebut adalah reaktor jenis fixed

bed multitube. Pada reaktor fixed bed multitube reaktan dialirkan di dalam tube yang

berisi katalis sedangkan untuk menghilangkan / menyerap panas yang ditimbulkan

selama reaksi berlangsung digunakan medium pendingin berupa dowtherm A yang

dialirkan melalui shell.

Meskipun biaya perancangan reaktor ini relatif mahal, namun reaktor ini cocok

untuk reaksi gas – gas dengan katalis padat yang memerlukan pengontrolan

temperatur reaksi.

3.1.4. Kondisi Operasi

Kondisi operasi sangat menentukan jalannya proses dan terbentuknya produk

hasil reaksi. Proses pembentukan formaldehid berlangsung pada temperatur

operasi 473 – 560 K dan tekanan 1 – 1,5 atm. (Mc. Ketta, 1984; vol. 23 : 364)

Pada prarancangan pabrik formaldehid dipilih temperatur operasi 543 K dan

tekanan 1,4 atm. Pemilihan temperatur ini berdasarkan hal-hal sebagai berikut :

1. Kecepatan reaksi pembentukan formaldehid dari oksidasi metanol semakin

meningkat dengan kenaikan suhu, sedangkan konversi reaksi akan semakin

besar pada suhu rendah karena merupakan reaksi eksotermis.

2. Katalis iron molybdenum oxyde memiliki temperatur optimal aktif adalah 233 –

287 oC, oleh karena itu dipilih suhu 270 oC dimana kecepatan reaksi cukup besar

dan katalis masih dalam keadaan aktif.

Pada prarancangan pabrik formaldehid dipilih tekanan 1,4 atm dengan alasan

keamanan dan tidak dibutuhkan konstruksi alat yang lebih kuat dibandingkan

apabila digunakan tekanan tinggi.

3.1.5. Katalis Reaktor

Reaksi kimia dapat berjalan apabila kondisi operasinya telah tercapai. Suatu

reaksi kimia yang memiliki suatu barrier energi / energi pengaktifan yang besar baru

dapat memulai reaksinya bila barrier energi itu telah terlampaui. Salah satu cara

melampaui barrier energi tersebut adalah dengan menaikkan temperatur reaksi.

Suatu cara lain untuk menurunkan barrier energi adalah dengan menggunakan

katalis.

Suatu katalis dapat mempercepat reaksi kimia tanpa dirinya mengalami

perubahan kimia yang permanen. Di samping itu keberadaan katalis akan

menyebabkan suatu reaksi dapat berjalan di bawah kondisi temperatur operasinya.

Ini terutama sangat penting untuk mengurangi rendemen dari produk – produk yang

tidak diinginkan. (Keenan, 1998 : 593)

3.1.6. Mekanisme Reaksi

Mekanisme reaksi oksidasi metanol menjadi formaldehid disebut mekanisme

hidroksil. Mekanisme ini adalah bagian dari mekanisme oksidasi metanol menjadi

CO2 dan H2O, maka setiap langkah mekanisme ini akan terbentuk gugus hidroksil.

Berikut mekanisme reaksi oksidasi metanol :

3.1.7. Langkah Proses

Proses pembentukan formaldehid dari metanol dan udara dibagi menjadi tiga

tahap, yaitu:

3.1.7.1. Tahap Penyiapan Bahan Baku

Langkah penyiapan bahan baku dimaksudkan untuk :

a. Mengkondisikan tekanan umpan sehingga sesuai kondisi reaktor

b. Mengubah fase metanol menjadi gas di dalam alat vaporizer

c. Mengkondisikan temperatur umpan metanol dan oksigen sehingga sesuai

dengan kondisi reaktor

Bahan baku utama pembuatan formaldehid adalah metanol dan oksigen.

Bahan baku metanol diambil dari tangki penyimpanan (T-01) pada kondisi cair

temperatur 30oC dan tekanan 1 atm. Metanol diumpankan ke dalam vaporizer (V-

01) menggunakan pompa (P-01) sehingga tekanan umpan metanol naik sampai

dengan 1,5 atm.

Pada alat vaporizer, metanol diubah fasenya dari bentuk cair ke dalam

bentuk gas pada suhu bubble pointnya 75,25oC. Jenis vaporizer yang digunakan

adalah ketel (100 % teruapkan). Steam pada vaporizer disuplai dari alat waste

heat boiler 1 dan 2 (WHB-01 dan 02), sedangkan kondisi steam yang digunakan

mempunyai tekanan 1,5 atm dan suhu 111,76oC.

Bahan baku kedua yaitu oksigen didapat dari udara lingkungan sekitar.

Udara ini dilewatkan pada filter (Fl-01) untuk memisahkan debu dan tetes cairan

yang ada dalam udara. Bahan baku kedua ini kemudian dicampur dengan gas

recycle dan dilewatkan ke dalam blower (B-01) untuk menaikkan tekanannya

menjadi 1,5 atm dengan temperatur 75,59oC.

Untuk memenuhi kondisi operasi reaktor, maka udara dan methanol

dilewatkan ke dalam furnace (F-01) untuk menaikkan temperaturnya hingga

mencapai suhu 200oC.

3.1.7.2. Tahap Pembentukan Formaldehid

Pada tahap ini umpan metanol dan oksigen yang telah dikondisikan akan

bereaksi di dalam reaktor fixed bed multitube (R-01). Reaksi oksidasi metanol

menghasilkan formaldehid pada reaktor fxed bed multitube (R-01) berlangsung

dalam fase gas pada suhu 270 oC dan tekanan 1,4 atm.

Katalis yang digunakan adalah iron molybdenum oxyde (Fe2O3MoO3Cr2O3)

yang memliki masa aktif sampai dengan 18 bulan.

Reaksi oksidasi metanol berlangsung secara non isotermal dan non

adiabatis. Reaksi oksidasi metanol merupakan reaksi eksotermis, sehingga

selama reaksi berlangsung akan dilepas sejumlah panas. Kenaikkan temperatur

yang terjadi di dalam reaktor sangat tidak diinginkan sehingga dibutuhkan

medium pendingin untuk menyerap panas yang terjadi selama reaksi

berlangsung. Medium pendingin yang digunakan adalah dowtherm A yang

dialirkan melalui shell. Pendingin ini akan mempertahankan kondisi operasi

reaktor pada suhu 270 oC dengan tekanan 1,4 atm.

Berikut reaksi yang terjadi didalam reaktor :

ΔH= -36,453 kkal/mol

(Mc. Ketta, 1984;vol. 23 : 361)

Pada temperatur 270 oC dan tekanan 1,4 atm, konversi metanol 98,4 %

dapat terpenuhi dengan baik. Temperatur sangat mempengaruhi konversi yang

terbentuk. Oleh karena itu medium pendingin sangat berperan penting untuk

mencapai konversi yang diinginkan.

3.1.7.3. Tahap Pemurnian Produk

Tahap pemurnian produk dimaksudkan untuk :

a. Memisahkan O2 dan N2 dari produk reaktor

b. Memisahkan larutan formaldehid dari gas untuk diambil sebagai produk.

Pada waste heat boiler (WHB-01), panas dari produk reaktor (270 oC) akan

dimanfaatkan untuk menghasilkan steam bertekanan 1,5 atm dan suhu 111,76

oC yang dapat digunakan sebagai media pemanas pada alat vaporizer. Keluaran

waste heat boiler (WHB-01) yang bersuhu 120 oC, didinginkan kembali sebelum

masuk ke dalam absorber sampai bersuhu 70 oC lewat cooler (C-01). Produk

reaktor dimasukkan ke dalam absorber pada suhu 70 oC dan tekanan 1,2 atm.

Formaldehid dipisahkan dari gas produk reaktor pada alat pemisah absorber (A-

01) dengan pelarut air dengan suhu masuk 30 oC. Air masuk dan disemprotkan

dari atas absorber dengan laju alir 3087,07 kg / jam. Absorber bekerja

berdasarkan sifat kelarutan dimana formaldehid dan metanol akan larut dalam

air, sedangkan O2 dan N2 tidak larut dalam air. Gas yang tidak terserap oleh

absorber sebagian direcycle dan sisanya dipurging.

Produk cair keluaran absorber dengan suhu 60 oC, harus didinginkan lewat

cooler (C-02) sebelum disimpan pada tangki penyimpanan (T-02) pada

temperatur 35 oC.

Kat. Fe2O3MoO3Cr2O3

Diagram Blok dan Diagram Alir Proses

3.2.1. Diagram Blok

Gambar. Blok Diagram

Keterangan :

FL-01 = Filter R-01 = Reaktor

B-01 = Blower C-01 = Cooler 1

T-01 = Tanki 1 A-01 = Absorber

V-01 = Vaporizer C-02 = Cooler 2

F-01 = Furnace T-02 = Tanki 2

UdaraFL-01

T-01

Methanol

B-01

V-01

F-01 R-01

Katalis

C-01 A-01

T-02

Formaldehid

Air

C-02

Spesifikasi Bahan Baku dan Produk

3.3.1. Spesifikasi Bahan Baku

3.3.1.1. Metanol

- Wujud = Cair

- Warna = Jernih, tidak bewarna

- Bau = Seperti etanol

- Kemurnian = 99,9 % berat (minimal)

- Air= 0,1 % berat (maksimal)

3.3.1.2. Udara

- Komposisi a. Oksigen = 20,95 % volume

b. Nitrogen = 78,09 % volume

c. Argon = 0,93 % volume

d. CO2 = 0,03 % volume

(Shreve, 1975 : 111)

3.3.2. Spesifikasi Produk (Formaldehid)

- Wujud = Cairan

- Warna = Jernih

- Bau = Bau tidak enak / menyengat, pedas di

mata

- Kemurnian : a. CH2O = min 37 % berat

b. CH3OH = max 0,5 % berat

c. H2O = max 62,5 % berat

3.3.3. Spesifikasi Bahan Pembantu (Katalis)

- Jenis = Fe2O3MoO3Cr2O3

- Bentuk = Pressed rings

- Diameter = 3,5 mm

- Densitas = 1,8918 g / cm3

- Porositas = 0,55

(Subekti, 1995)

3.4. Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk

3.4.1. Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku

3.4.1.1. Methanol

- Sifat Fisika :

- Densitas pada 293 K = 0,7929 g / cm3

- Viskositas (25 oC) = larutan 0,541 cp

gas 0,00968 cp

- Data thermodinamika :

ΔGf = -39,869 kkal / mol

ΔHf = -57,130 kkal / mol (pada 25 oC fasa gas)

(http://kaltimmethanol.com/home.html)

- Sifat kimia :

a. Reaksi dehidrogenasi

Reaksi dehidrogenasi adalah pelepasan unsur hidrogen. Reaksi ini

dapat dilaksanakan dengan bantuan katalis Mo dan Ag.

b. Reaksi eterifikasi

Reaksi eterifikasi adalah pembentukan senyawa eter misalnya

MTBE.

metanol isobutylene MTBE

c. Reaksi esterifikasi

Reaksi esterifikasi adalah pembentukan senyawa ester dengan jalan

mereaksikan metanol dengan senyawa asam organik. Contohnya

pembentukan senyawa metil asetat.

(Mc.Ketta, 1984; vol. 29 : 420)

3.4.1.2. Udara

- Sifat Fisika

Tabel 3.2. Sifat Fisika Udara

Sifat fisika N2 O2

Berat molekul28,014 31,999

Wujudgas tidak berwarna

gas tidak berwarna

Specific gravity 12,5 1,71

Titik lebur, oC, P = 1 atm -210 -218,79

Titik didih, oC P = 1 atm -195,8 -182,98

Suhu kritis, oK 126,2 154,58

Tekanan kritis, bar 33,9388 50,7638

- Sifat Kimia Oksigen :

a. Bereaksi dengan semua elemen lain kecuali gas helium, neon, dan

argon.

b. Untuk elemen tertentu seperti alkali logam rubidium, cesium, energi

aktivasi pada suhu kamar mencukupi, dan reaksi berjalan secara

spontan.

c. Bahan yang akan direaksikan dengan oksigen harus dipanaskan

terlebih dahulu sampai suhu tertentu untuk pembakaran awal. Jika

direaksikan dengan petroleum, gas alam, atau batu-bara akan

dihasilkan panas, CO, H2O.

(Kirk and Othmer,1996)

3.4.2. Sifat Fisik dan Kimia Produk (Formaldehid)

- Sifat Fisik :

- Densitas pada 18 oC = 1,1 g / cm3

- Boiling point (1 atm) = 99 oC

- Viskositas = 2,0 cp

- Data termodinamika :

ΔHf = -27,7 kkal/mol (pada 25 oC)

Gf = -26,3 kkal/mol (pada 25 oC)

(http://www.topsoe.com/site.nsf/all/BBNN-5PQHCZ?OpenDocument)

- Sifat kimia :

a. Reaksi dengan air

Formaldehid dengan adanya air dapat membentuk methylen

glikol.

b. Reaksi dengan asetaldehid

Formaldehid dengan asetaldehid dalam larutah NaOH dapat

membentuk pentaerythritol dan sodium format.

(Mc. Ketta, 1984; vol. 23 : 350)

BAB IV

KAPASITAS PRODUKSI

PERHITUNGAN KAPASITAS PRODUKSI FORMALDEHID

Berikut tabel impor formaldehid di Indonesia yang kian tahun terus meningkat :

Tahun Impor (ton)

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

9882

11098

13909

15448

18765

20997

21904

23305

25308

(Sumber: Data statistik impor,BPS 2010)

Dari data tersebut dapat diproyeksikan impor formaldehid Indonesia dengan

menggunakan analisa regresi linier.

Tahun NIndeks

(X)

Konsumsi

(Ton/Tahun) (Y)X2 XY

2001 1 -4 9882 16 -39528

2002 2 -3 11098 9 -33294

2003 3 -2 13909 4 -27818

2004 4 -1 15448 1 -15448

2005 5 0 18765 0 0

2006 6 1 20997 1 20997

2007 7 2 21904 4 43808

2008 8 3 23305 9 69915

2009 9 4 25308 16 101232

∑ 0 160616 60 119864

Dari data di atas dapat diketahui :

∑ X = 0

∑ Y = 160616

∑ X2 = 60

∑ XY = 119864

N = 9

Maka persamaannya :

a = ∑ Y . ∑ X2 - ∑ X . ∑ Y

N. ∑ X2 – (∑ X)2

Karena ∑ X = 0

Maka : a = ∑ Y

N

= 160616

9

= 17846,22

Dan b = ∑ XY

∑ X2

= 119864

60

= 1997,733

Dengan :

X = Indeks untuk tahun

Y = Perkiraan Impor Ton/tahun

a = Axist intercept

b = Slope of regression

Sehingga diperoleh persamaan regresi linier:

Y = a + bx

= 17846,22+ 1997,733x

Gambar 1.1. Grafik Impor Formaldehid di Indonesia

Dari data di atas maka dapat dihitung perkiraan kebutuhan formaldehid dari

tahun 2010 – 2021 adalah sebagi berikut :

No. Tahun Indeks Tahun (X) Kapasitas (Ton/Tahun) (Y)

1 2010 5 37824

2 2011 6 39821

3 2012 7 41819

4 2013 8 43817

5 2014 9 45814

6 2015 10 47812

7 2016 11 49810

8 2017 12 51808

9 2018 13 53805

10 2019 14 55803

11 2020 15 57801

12 2021 16 59799

berdasarkan proyeksi konsumsi formaldehyde di Indonesia pada tahun 2016 di

perkirakan jumlahnya terus bertambah sampai 49810 ton dengan kapasitas 50000 ton

pertahun, diharapkan dapat mengganti kebutuhan impor formaldehyde di Indonesia.

BAB IV

NERACA MASSA DAN NERACA ENERGI

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Pembuatan pabrik formaldehid dengan bahan baku methanol dan udara

direncanakan dengan kapasitas 50.000 ton/tahun. Skema perhitungan neraca

massa digambarkan dalam blok diagram pada gambar A.1.

Gambar A.1. Blok Diagram Neraca Massa

a. Spesifikasi Bahan Baku Udara :

Komponen BM % volume

O2

N2

32

28

21

79

(Shreve, 1975 : 111)

b. Spesifikasi Bahan Baku Methanol :

Komponen BM % berat

CH3OH

H2O

32

18

99,9

0,1

(http://kaltimmethanol.com/home.html)

(1)

(2)

(3) (4) (5)

(6)

(7)

(8)(9)

MIXER REAKTOR ABSORBER

SPLITTER

O2 18,9 Kmol

N2 71,1 Kmol

CH3OH 0,03 Kmol

CH2O 0,15 Kmol

CO 0,32 Kmol

CH3OH 9,97 Kmol

H2O 0,18 Kmol

O2 13,78 Kmol

N2 71,1 Kmol

CH3OH 0,16 Kmol

CH2O 9,59 Kmol

CO 0,72 Kmol

H2O 10,42 Kmol

Penyelesaian Neraca Massa

A. Neraca Massa Di Reaktor

Reaksi yang terjadi di reaktor :

1. ...... (x1)

2. ...... (x2)

Basis : 10 Kmol CH3OH

Excess: 90 Kmol Udara (O2, N2,)

Komponen BM % volume

O2

N2

32

28

21

79

Aliran Jumlah

Komponen

Komponen

2 1 CH3OH

3 6 Udara (O2, N2), CH2O, CO, CH3OH, H2O

4 6 CH3OH, H2O, O2, N2, CH2O, CO

Variabel 13

REAKTOR

(2)

(4)(3)

Laju Reaksi : x1 dan x2

Neraca Komponen:

1. Nkeluar N2 = Nmasuk N2

2. Nkeluar H2O = 0 + x1 + x2

3.Nkeluar O2 = Nmasuk O2 – ½ x1 – ½ x2

4.Nkeluar CO = 0 + x2

Diketahui :

Konversi CH3OH = 98.4%

Yield = 94.4%

Kemurnian CH3OH = 99.9% ( 0.1% H2O)

Perbandingan mol CH3OH dan O2 = 0.56

Maka,

1. Nkeluar N2 = Nmasuk N2

= 0.79 x 90 kmol udara = 71.1 kmol

= 71.1 x 28 = 1990.8 Kg

2. x1 = Jumlah CH3OH yang bereaksi dengan O2 membentuk CH2O

= x . N masuk CH 3OH = 0.984 x 10 kmol = 9.84 kmol

δ CH3OH 1

3. x2 = Jumlah CH2O yang terlibat pada reaksi samping

Yield = CH2O out = 0.944

10

CH2O out = 9.44 kmol

9,44 = x1 – x2

x2 = 9.84 – 9.44 = 0.4 kmol

4. Nkeluar H2O = 0 + x1 + x2

= 0 + 9.84 kmol + 0.4 kmol

= 10.24 kmol

= 10.24 x 18 = 184.32 Kg

5. Nkeluar O2 = Nmasuk O2 – ½ x1 – ½ x2

= (0.21 x 90kmol) – (½ x 9.84 kmol) – (½ x 0.4 kmol)

= 13.78 kmol

= 13.78 x 32 = 440.96 Kg

6. Nkeluar CO = 0 + x2

= 0.4 kmol

= 0.4 x 28 = 11.2 Kg

7. Nkeluar CH3OH = (100 – 98.4) x 10 kmol CH3OH = 0.16 kmol100

= 0.16 x 32 = 5.12 Kg

8. Nkeluar CH2O = 9.44 kmol

= 9.44 x 30 = 283.2 Kg

Neraca Komponen Di Reaktor

KomponenBobot Molekul

(BM)

N. Massa masuk

( Kmol x BM)

N. Massa Keluar

( Kmol x BM)

CH3OH 32 320 5.12

CH2O 30 283.2

H2O 18 184.32

CO 28 11.2

N2 28 1990.8 1990.8

O2 32 604.8 440.96

Total 2915.6 2915.6

Neraca Overall Di Reaktor

KOMPONEN

MASUK KELUAR

FRESH FEED

Metanol DARI MIXER

DARI

REAKTOR

ALIRAN 2 3 4

N2   1990.8 1990.8

O2   604.8 440.96

CO   8.96 20.16

CH2O   4.5312 287.7312

H2O 3.1890 187.509

CH3OH 318.9044 1.0956 5.12

TOTAL 322.0934 2610.18682932.2802

  2932.2802

Didapatkan hasil produk yang dihasilkan adalah 750.0973 Kg/Jam dari basis

bahan baku CH3OH 10 Kmol/Jam dan udara ditambahkan excess 90 kmol/jam.

Untuk memenuhi kebutuhan sebanyak 50.000 ton/tahun perlu dihitung faktor

koreksinya.

Basis waktu operasi = 1 jam operasi

Hari kerja dalam setahun = 330 hari

Jam kerja dalam sehari = 24 jam

Kapasitas produksi formaldehid = 50.000 ton/tahun

Flow massa =

= 6313,13 kg/jam

Faktor koreksi = 6313.13 Kg/Jam

750.0973 Kg/Jam

= 8.42

Jadi angka perhitungan di neraca massa over all selanjutnya

disajikan dalam tabel setelah dikalikan faktor koreksi 8.42 dan digunakan

selanjutnya untuk perhitungan neraca energi dan spesifikasi alat.

Berikut hasil perhitungan neraca massa yang sudah dikalikan dengan

faktor (8,42)

Neraca massa overall reaktor

KOMPONEN

MASUK KELUAR

FRESH FEED

Metanol

DARI

MIXER DARI REAKTOR

ALIRAN 2 3 4

N2   16762.536 16762.536

O2   5092.416 3712.8832

CO   75.4432 169.7472

CH2O   38.152704 2422.696704

H2O 26.85138 1578.82578

CH3OH 2685.175048 9.224952 43.1104

TOTAL 2712.026428 21977.7728624689.79928

  24689.79928