proposal acetonitrile (rizki gaga).docx
TRANSCRIPT
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Memasuki era globalisasi saat ini, Indonesia perlu melakukan pembangunan
dalam berbagai bidang, salah satunya dalam bidang industri kimia. Hal ini dilakukan
dengan tujuan agar dapat mengurangi ketergantungan impor pada negara lain dalam
memenuhi kebutuhan dalam negeri dan juga dapat meningkatkan pertumbuhan
ekonomi serta dapat memperluas kesempatan tenaga kerja. Industri kimia indonesia
dari tahun ke tahun telah mengalami peningkatan baik kualitas maupun kuantitas,
sehingga kebutuhan akan bahan baku maupun bahan pembantu semakin meningkat,
salah satunya asetonitril.
Asetonitril adalah senyawa kimia dengan rumus CH3CN. Cairan tidak
berwarna ini adalah nitril organik sederhana (hidrogen sianida). Bahan ini diproduksi
terutama sebagai produk sampingan dari pembuatan akrilonitril. Asetonitril
digunakan sebagai pelarut aprotik polar dalam sintesis organik dan dalam pemurnian
butadiena. Di laboratorium, asetonitril digunakan sebagai pelarut media-polaritas
yang larut dengan air dan berbagai pelarut organik.
Asetonitril adalah produk dari pembuatan akrilonitril yang digunakan untuk
mendukung proses akrilonitril tapi diperkirakan beberapa ribu ton disimpan untuk
aplikasi yang disebutkan di atas. Produksi untuk asetonitril umumnya mengikuti
orang-orang dari akrilonitril. Asetonitril juga dapat diproduksi oleh banyak metode
lain yaitu dengan dehidrasi acetamide atau dengan hidrogenasi dari campuran karbon
Melihat banyak kegunaan dari asetonitril maka timbul pemikiran untuk
mendirikan pabrik asetonitril agar dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri, dan
mengurangi tingkat pengangguran atau dapat membuka lapangan kerja baru sehingga
perkonomian Indonesia dapat meningkat dan menghemat devisa negara dengan
mengurangi ketergantungan impor dari negara lain. Selain itu pendirian pabrik
Prodi Teknik KimiaUPN “Veteran” Yogyakarta 1
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
asetonitril ini diharapkan akan merangsang munculnya pabrik-pabrik atau industri
baru yang menggunakan asetonitril sebagai bahan baku.
I.2. Prospek Pasar
I.2.1. Data impor Asetonitril
Untuk mengurangi ketergantungan impor, perlu didirikan asetonitril dengan
kapasitas yang memadai. Berikut ini adalah tabel yang menunjukkan data impor
asetonitril dari tahun 2009-2013 :
Tabel 1.1 Data Ekspor-Impor Asetonitril di Indonesia
Tahun Impor (Kg/Tahun)
2009 797,842
2010 838,532
2011 1.025,357
2012 1.578,361
2013 1.715,632
(Sumber : BPS 2009-2013)
Dari tabel diatas dapat dibuat grafik kebutuhan import Asetonitril sebagai berikut :
2008 2009 2010 2011 2012 2013 20140
200400600800
100012001400160018002000
f(x) = 257.5409 x − 516723.627500001
DATA BPS
DATA BPSLinear (DATA BPS)
Grafik 1. Grafik Impor Asetonitril
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 2
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
I.2.2. Prediksi Kapasitas
Daftar pabrik Acetonitrile di dunia
Nama PabrikKapasitas Pabrik
Acetonitrile 2012Lokasi Pabrik
Dixie Chemical Co. 40.000 ton/tahunBayport, Texas
Amerika Serikat
Kingsford Chemical Co. 35.000 ton/tahunIron Mountain, Mich
Amerika Serikat
Mars Chemical Corp. 50.000 ton/tahunAtlanta, Ga
Amerika Serikat
Retzloff Chemical Co. 50.000 ton/tahunHouston, Texas
Amerika Serikat
(Alibaba, 2014)
Berdasarkan pertimbangan pabrik yang sudah berjalan dan masih terdapatnya
kekurangan kebutuhan produk Acetonitriel di Indonesia maka pabrik Acetonitrile ini
akan dibangun dengan kapasitas 50.000 ton/tahun.
Kapasitas produksi dirancang dengan pertimbangan :
1. Kebutuhan dinatrium fosfat dihidrat dalam negeri dan peluang ekspor
Untuk memenuhi kebutuhan dinatrium fosfat dihidrat di Indonesia yang
selama ini masih mengimpot dari luar negeri dan sebagian di ekspor ke
negara lain.
2. Kapasitas produksi yang sudah ada
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 3
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
Di Indonesia saat ini belum ada pabrik Dinatrium Fosfat Dihidrat yang
berdiri sehingga pendirian pabrik ini akan memberikan manfaat yang sangat
besar, yaitu memperbesar pendapatan devisa negara.
I.2.3. Lokasi Pabrik
Pendirian pabrik asetonitril direncanakan di kawasan industri yaitu di lokasi
Bekasi jawa barat ini dipilih karena:
1) Bahan baku
Bahan baku mempunyai peranan penting dalam pemilihan lokasi sebab
lokasi yang dekat dengan bahan baku maka akan lebih menguntungankan.
Bahan baku pabrik asetonitril yang akan didirikan adalah Asam asetat dan
amonia. Dimana Asam asetat dapat disuplai dari PT asidatama, Jawa Tengah.
Sedangkan amonia di dapat dari PT Kujang, Jawa Barat. Lokasi pabrik
mendekati sumber bahan baku amonia karena amonia merupakan bahan
bertekanan tinggi sehingga resiko dapat ditekan.
2) Pemasaran
Lokasi pabrik dekat dengan konsumen produk yang dihasilkan
sehingga memudahkan dalam hal pemasaran produk. Asetonitril merupakan
bahan intermediate pembuatan fiber, parfum dan pestisida. Maka kota bekasi
merupakan pertimbangan daerah pemasaran. Sebab di daerah tersebut terdapat
industri lain yang berhubungan dengan penggunaan asetonitril sebagai bahan
baku industri.
3) Sarana Transportasi
Bekasi merupakan kota yang dekat dengan kota-kota besar seperti
jakarta dan tangerang, dimana sarana transportasi telah tersedia.
4) Utilitas
Sumber air untuk keperluan pabrik berasal dari sungai cikarang yang
berada disekitar pabrik. Kebutuhan listrik diperoleh dari PLN setempat, dan
sebagai cadangan disediakan satu buah unit generator.
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 4
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
I.3 TINJAUAN PUSTAKA
Nitrile merupakan suatu senyawa yang mengandung gugus fungsi C=N
kadang-kadang disebut juga senyawa siano atau sianida. Bebarapa nirile diberi nama
menurut nama trivial, untuk asam karboksilat dengan menggatnti imbuhan asam at
menjadi akhiran nitrile. Gugus siano ini mengandung ikatan rangkap tiga dengn
ikatan sigma dan dua ikatan phi. (Fessenden, 1989)
Asetonitril (CH3CN) adalah senyawa yang tidak berwarna dengan aroma yang
sedikit harum asetonitril mudah larut dalam air dan beberapa senyawa organik lainya.
Beberapa gas juga mempunyai kelarutan tinggi terhadap asetonitril misalnya HCl,
olefin, hidrokarbon, halida, SO2, dan H2S. (Kirk Othmer, 1964)
Proses pembuatan nitrile secara umum antara lain dengan mereaksikan asam
karboksilat atau ester dengan amonia kemudian hasil reaksi ini di embunkan untuk
mendapatkan nitrile. Mekanisme reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut
RCOOH + NH3 RCN + 2 H2O
Proses ini juga dapat dilakukan dengan fase uap pada suhu 300-500 0C
I.3.1. Tinjauan berbagai bahan dan proses
Pembuatan asetonitrile dapat di lakukan dengan beberapa cara antara lain :
1. Dengan mereaksikan methane dengan cyanogen chlorida dengan proses
kontinyu dan waktu tanggal yang singkat dalam fase uap pada suhu 350 0C
dan tekanan normal. Reaksinya:
CH4 + ClCN CH3CN+ HCl
2. Dalam fase uap dan proses kontinyu pada suhu 450-700 0C dan tekanan
atmosferis dari reaksi asam asetat dan amonia dan silika alumina sebagai
katalis.
CH3COOH + NH3 CH3CN + 2H2O
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 5
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
(Longmans Inc, 1983)
Di pilih point dua untuk pra perancangan pabrik asetonitril, karena
pertimbangan bahan baku yang mudah di dapat dan berdasarkan referensi
pabrik yang sudah ada menggunakan bahan baku asam asetat dan amonia,
kemudian konversi yang di dapat juga lebih besar di bandingkan reaksi
pertama dan kedua.
I.3.2 Tinjauan Perkiraan Ekonomi
Tabel 2. Harga bahan baku dan produk asetonitril
No Komponen Harga
1 Asetonitril (CH3CN) US$ 2500/ton
2 Asam Asetat (CH3COOH) US$ 500/ton
3 Amonia (NH3) US$ 600/ton
4 Asam Klorida (HCl) US$ 900/ton
5 Cyanogen Klorida (ClCN) US$ 1100/ton
6 Metana (CH4) US$ 1000/ton
7 H2O Free
(Sumber: www.alibaba.com)
1. Proses 1 (Bahan Metana dan Cyanogen Chlorida)
Reaksi: CH4 + ClCN CH3CN + HCl
Perkiraan Ekonomi = Nilai Produk – Nilai Bahan Baku
= (2500+900)-(1000+1100) US$/ton
= US$ 1000/ton
2. Proses 2 (Bahan Asam Asetat dan Amonia)
Reaksi: CH3COOH + NH3 CH3CN + 2H2O
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 6
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
Perkiraan Ekonomi = Nilai Produk – Nilai Bahan Baku
= (2500) - (500 + 600) US$/ton
= US$ 1400/ton
I.3.3. Pemilihan Proses
Berdasarkan uraian dan perhitungan di atas, maka pra rancangan pabrik
Asetonitril akan menggunakan proses dengan menggunakan proses 2 (bahan asam
asetat dan amonia). Hal ini disebabkan oleh beberapa pertimbangan antara lain dapat
dilihat pada tabel di bawah ini :
Tabel 3. Pemilihan Proses Pembuatan Asetonitril
No Parameter Proses 1 Proses 2
1 Bahan baku Metana (CH4) dan
Cyanogen Chlorida
(ClCN)
Asam Asetat (CH3COOH) dan Amonia (NH3)
2 Alat tambahan Tidak ada (***) Tidak ada (***)
3 Kondisi operasi reaktor T =350 °C
P = 1 atm (**)
T = 450-700 °C
P = 1 atm (**)
4 Perkiraan ekonomi US$ 1000/ton (**) US$ 1400/ton (***)
5 Produk samping Asam Klorida (HCl)
(*)
Air (H2O)
(**)
Total Skor 8 10
Keterangan :
* : kurang
** : Cukup
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 7
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
*** : Baik
I.3.4. Tinjauan ekonomi
Menghitung potensial ekonomi
Tabel daftar harga bahan baku dan produk
Tabel 4. Harga untuk bahan baku dan produk Acetonitrile
No KomponenBM
(kg/kgmol)
Harga
(US$/kg)
BM x Harga
(US$/kgmol)
1 CH3COOH 60 0,5 30
2 NH3 17 0,6 10,2
3 CH3CN 41 2,5 102,5
(Sumber: Badan Pusat Statistika 2014)
Maka perhitungan potensial ekonomi (PE) sebagai berikut:
Reaksi:
CH3COOH + NH3 CH3CN + 2H2O ………………….(d)
PE = Nilai produk – Biaya bahan baku
= 205,9(US$/kgmol) – ( 10,6 + 86,24)(US$/kgmol)
= 109,06(US$/kgmol)
Berdasarkan pertimbangan potensial ekonomi yang bernilai positif maka dapat
dipastikan pabrik layak untuk didirikan.
I.3.5 Tinjauan Termodinamika
Untuk mengetahui apakah reaksi pembentukan acetonitrile merupakan proses
eksotermis atau endotermis maka dapat dicek dengan melihat entalpi reaksi (ΔH).
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 8
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
Reaksi
CH3COOH + NH3 CH3CN + 2H2O
Energi pembentukan (ΔHf) pada suhu 25oC (lange’s) sebagai berikut:
ΔHf CH3COOH 298 : -484,4 kj/mol
ΔHf NH3 298 : -45,94 kj/mol
ΔHf CH3CN 298 : 31,4 kj/mol
ΔHf H2O 298 : -285,830 kj/mol
Maka untuk mencari panas reaksi pada temperatur 848° K adalah sebagai berikut
ΔHo358 = ΔHo
298 + ΔHoP .............................................................................................(1)
Panas reaktan (ΔHo298)
ΔHro298 = ΔHf
0produk – ΔHf
0reaktan ...............................................................................(2)
∆Hrº298 =(ΔHfoCH3CN-ΔHfo
H2O) – (ΔHfoCH3COOH–ΔHfo
NH3) .......................................(3)
∆Hrº298 = ((31,4) + (2 x (-413,26))) – ((-484,4) + (-45,94))
= - 9,92 Kj/mol
= - 9920 J/mol
Panas produk (ΔHoP)
Dari buku yaws dapat diketahui Cp untuk Acetonitrile pada temperatur 575°C yaitu
595,940 J/mol K
ΔHoP = n ∫
298
848
CpdT ...............................................................................................(4)
= ∫298
358
595,940 dT
= 595,940 (848 - 298)
= 327767 J/mol
Sehingga harga entalpy reaksi pada T =848 K
ΔHo848 = ΔHo
298 + ΔHoP ..............................................................................................(5)
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 9
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
= (- 9,92 + 327767) J/mol
= 327757,08 J/mol
Maka harga enthalpy reaksi pembuatan Acetonitrile dari Asam Asetat dan
Amonia adalah sebesar 327757,08 J/mol, sehingga reaksi tersebut merupakan reaksi
endotermis.
Untuk mengetahui reaksi pembentukan acetonitrile berjalan secara spontan
atau tidak spontan maka dapat di cek dengan melihat energi gibbs. Berikut keterangan
(Yaws. 1999) :
ΔGR< 0 kJ/mol = Reaksi pasti terjadi
0 < ΔGR< 50 kJ/mol = Reaksi mungkin terjadi
ΔGR> 50 kJ/mol = Reaksi tidak mungkin
Data ΔHf diperoleh dari Lange’s
ΔG CH3COOH 298 : -390,2 kj/mol
ΔG NH3 298 : -16,4 kj/mol
ΔG CH3CN 298 : 86,5 kj/mol
ΔG H2O 298 : -237,14 kj/mol
Perhitungan ΔG sebagai berikut:
Reaksi: CH3COOH(l) + NH3(l) → CH3CN(l) + H2O(l) ............(e)
ΔG0298 = ΔG0
produk - ΔG0reaktan ....................................................................................(6)
ΔG0298 =(ΔGo
CH3CN + ΔGoH2O) – (ΔGo
CH3COOH + ΔGoNH3) ………….........................(7)
= ((186,5) + ( 2 x (-237,14))) – ( -390,2 + (-16,4))
= 18,82 kj/mol
= 4,480949 kkal/mol
= 4480,949 kal/mol
Dari harga ΔG0298 maka disimpulkan bahwa reaksi pada suhu 298° K terjadi
tidak spontan, kemudian untuk mengetahui reaksi pada suhu 848°K spontan atau
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 10
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
tidak spontan dapat menggunakan rumus sebagai berikut :
∆ G848° = ∆ H ° reaksi - T x ∆ S ° .......................................................................
(8)
So CH3COOH = 159,9
So NH3 = 192,776
So CH3CN = 149,7
So H2O = 69,53
CH3COOH(l) + NH3(l) → CH3CN(l) + H2O(l).....................................................(f)
ΔS = ΔSo produk - ΔSoreaktan ..........................................................................................(9)
ΔS = (ΔSoCH3CN+ΔSo
H2O) – (ΔSoCH3COOH+ΔSo
NH3) ...................................................(10)
= (149,7 + ( 2 x (69,53)) – ( 159,9 + 192,776)
= -63,916 kj/mol
ΔGo848 = ΔHo
reaksi - T x ΔSo .....................................................................................(11)
= ( 327757,08 J/mol) – 848 K x (-63,916) J/K.mol
= ( 327757,08 + 54200,768) J/mol
= 381957,848 J/mol
Dari harga ΔG0 maka disimpulkan bahwa reaksi terjadi tidak spontan.
Kemudian untuk mengetahui apakah reaksi ireversibel atau reversibel maka dapat
ditinjau dari harga kesetimbangan. Berikut perhitungan untuk mencari harga K.
ΔGo298 = -RT ln K ..................................................
(12)
ΔGo298 = -1,987 x 298 x ln K
4480,949 kal/mol = -592,125 x ln K
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 11
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
ln K 298 = -7,567
K = 5,1724x10-4
Dimana kondisi operasi pada saat T = 850C= 358oK
lnK 2K 1
=
−ΔHR
X ( 1T 2
−1T 1
) ..............................(13)
lnK 2K 1
=
- 327757,088 , 3144
X ( 1848
− 1298 )
ln K2 - ln K1 = 85,796
ln K2- 7,567 = 85,796
ln K2 = 78,229
K2 = 9,428x1033
Reaksi pembuatan acetonitrile mempunyai harga konstanta kesetimbangan
reaksi K yang sangat besar (K>>>1), pada suhu 5750C. Dengan demikian reaksinya
bersifat irreversible.
1.3.5. Tinjuan Kinetika
Menentukan Konstanta Kecepatan Reaksi
Reaksi : CH3COOH + NH3 ===> CH3CN + 2H2O
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 12
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
Reaksi diatas dapat disederhanakan menjadi
A+B →C+D
Persamaan kecepatan reaksinya dapat ditulis sebagai berikut:
−r A=− 1V
dN A
dT=k .C ACB
..........................................................................(14)
Dengan harga konstanta kecepatan reaksi (k) dan factor tumbukan A adalah:
..............................................................................................(15)
A=(δA+δB )
22
2N
103 [8 .3 , 14 . k . T ( 1M A
+ 1MB
)]12 . .
....................................................(16)
Sehingga:
−r A≡kC A CB
−r A≡A . exp− E
RT C ACB
−r A=
(δ A+δB )22
2N
103 [8 .3 , 14 . K . T ( 1M A
+ 1M B
)]12 . exp
− ERT .C A .CB
.........................(17)
Dimana:
−r A = Kecepatan reaksi A
δ = Diameter molekul, cm
N = Bilangan Avogadro (6,023.1023 molekul/mol)
K = Konstanta boltzman (1,30.10-16 erg/0K)
M = Berat molekul/N (gr)
E = Energi aktifasi (cal/mol)
R = konstanta gas , 1,987 cal/mol K
Ca, Cb = konsentrasi zat A dan B
Jika diketahui :
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 13
k=A . exp− E
RT
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
Reaksi pembentukan Acetonitrile berdasarkan reaksi :
CH3COOH + NH3 ===> CH3CN + 2H2O
Dari patent diperoleh data sebagai berikut :
1. Waktu reaksi = 1,5 dt
Diambil waktu reaksi = 1,5 dt
2. Suhu Operasi = 375 oC
3. Perbandingan reaktan CH3COOH : NH3 = 1 : 4
4. Konversi yang dapat dicapai = 0,93
Neraca massa
CH3COOH + NH3 ===> CH3CN + 2H2O
A + B C + 2D
Mula-mula : 100 400
Reaksi : 100 . Xa 100 . Xa
Hasil : 100 (1 – Xa) 400 – 100 Xa
Komposisi awal
A = 100 gmol
B = 400 gmol
500 gmol
Tekanan = 5 atm
Suhu = 575 oC
Maka untuk reaktor Fixed bed :
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 14
VFv
=CAo∫0
xadXa−ra
τ=CAo∫ dXAk CA CB
τ=CAo∫ dXAk CAo (1−XA) CAo ( M−XA )
τ=CAo∫ dXA
k CAo2(1−XA ) ( M−XA )
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
dXa = Konversi
10 = 0,093
Hasil Integrasi = dXa
3 x Itot = 14,3793503
Konsentrasi awal A (CH3
Cao = nA 0 x Pt
nT x R x T
= 100 x5
500 x 82,06 x 848
= 1,437 x 10-5
Perbandingan reaktan
M = nBonAo
= 400100
= 4
Waktu reaksi () = 1,5 detik
Konversi
Xa = 0,93
k = 1
cA 0 x x hasil integrasi
k = 1
1,4271 x 10¯ ⁵ x 14,3793503
k = 667076,083 cm3/gmol.det
Setiap kenaikan suhu 10 oC maka kecepatan reaksi menjadi 2 kali lipatnya (Levenspiel)
T1 = 848 K ===> k1 = 667076,083 cm3/gmol.det
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 15
k= 1θ CAo ∫
dXA(1−XA ) ( M−XA)
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
T2 = 858 K ===> k2 = 800491,3 cm3/gmol.det
Persamaan empiris Arhenius
atau
ln 667076,083 = ln A + B
848
ln 800491 , 3 = ln A + B
848
-0,1823216 = B x ( 1848
− 1858 )
-0,1823216 = B x 1,3744x10-5
B = -13265,425
ln 667076,083 = ln A + 13265,4
848
ln A = 29,053849
A = 4,1488x1012
Maka diperoleh :
A = 4,1488x1012
B = -13265,425
Atau :
k = 4,1488x1012
exp( 13265,425
T ) cm3/gmol.det
Maka:
A =
(6,68 x10−08+5,09x 10−08)2
22 x6,023 x1023
103 x [8 x3.14 x 1,30 x10−16 x358 x1,7599x 10−22+1.6271x10−22
1,7599 x10−22 x1.6271 x10−22 ]1/2
A= 3,4633.10-15 x 6,023.1020 x 117592,4631
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 16
k=Ae(−E .RT )
ln k=ln A+ BT
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
A=2,6348.1011 liter/mol sec
Energi aktifasi dapat dihitung dengan persamaan semenov yaitu :
E = 11,5-0,25 q ………………………………………………………………...(18)
Dimana q = panas reaksi 298 K, maka
E = 11,5-0,25 (-42370) j/mol
= 10604 J/mol
Sehingga:
E/R = 10604 J /mol
8,3144 J /mol K = 1275,3776 K-1
Konsatanta kecepatan reaksi:
k=A . exp− E
RT
k = 2,4529x1011 exp (-1275,3776/T)
Jadi pada suhu 85°C diperoleh harga Konstanta kecepatan reaksi :
k = 2,4529.1011 exp (- 1275,3776/358)
k = 6958291162 lt/mol sec
BAB II
DISKRIPSI PROSES
Proses pembuatan asetonitril dan asam asetat dan amonia dapat di bagi
menjadi tiga tahap yaitu :
1. Persiapan Bahan Baku
Bahan baku asam asetat yang di beli di PT acidatama di simpan dalam tangki
penyimpan (T-01) pada suhu 300C dan tekanan 1 atm. Kemudian dari tangki
penampung asam asetat di alirkan menuju reaktor (R-01). Sebelum masuk reaktor
amonia di alirkan ke vaporizer (VP-01) untuk di ubah menjadi fase gas pada suhu
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 17
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
1810C dan tekanan 5 atm kemudian di pisahkan dalam separator (SP-01) pada suhu
1810C.
Bahan baku amonia yang di beli di PT Kujang di simpan dalam tangki
penampung (T-02) pada suhu 300C dan tekanan 19,33 atm. Kemudian dari tangki
penampung, amonia di alirkan menuju reaktor (R-01). Sebelum masuk reaktor
amonia di alirkan ke vaporizer (VP-02)untuk di ubah menjadi fase gas pada suhu 49 0C dan tekanan 19,33 atm kemudian di pisahkan dalam separator (SP-02) pada suhu
490C. Selanjutnya tekanan amonia di turunkan dari tekanan 19.33 atm menjadi 5 atm.
Asam asetat pada suhu 1810C dan tekanan 5 atm di campur dengan amonia
pada suhu 490C dan tekanan 5 atm dan amonia recycle pada suhu 820C dan tekanan 5
atm. Kemudian campuran yang mempunyai suhu campuran yang mempunyai suhu
campuran 1100C dan tekanan 5 atm tersebut di pisahkan dalam HE-01 menjadi suhu
3500C kemudian di panaskan lagi dalam HE-02 menjadi suhu 5000C dan di alirkan ke
dalam reaktor (R-01).
2. Proses Reaksi
Reaktor yang di pergunakan adalah reaktor fixed bed dengan bantuan
katalisator silika alumina. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
CH3COOH + NH3 T=500C,P= 5 atm CH3CN + 2H2O
Asam asetat + amonia T=500C,P= 5 atm asetonitril + air
Reaksi yang terjadi merupakan reaksi endotermis, sehingga proses reaksi berjalan
dengan baik apabila di tambahkan panas dari luar. Sebagai sumber panas di peroleh
dari udara panas yang mengalir melalui dinding shell dalam reaktor. Kondisi operasi
dalam reaktor pada suhu 500C dan tekanan 5tm. Perbandingan mol asam asetat dan
amonia adalah 1 : 4
3. Proses Pemisahan dan Pemurnian
Produk keluar reaktor adalah asetonitril, sisa amonia, sisa asam asetat dan air
dimana semuanya dalam fase gas. Gas keluar reaktor di manfaatkan panasnya untuk
memanasi vaporizer dan HE kemudian didinginkan dalam CL-01 menjadi suhu
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 18
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
150oC. Selanjutnya di embunkan dalam kondensor dan diturunkan tekananya dari
tekanan 4,5 atm menjadi tekanan 1,5 atm dan di pisahkan dalam separator pada suhu
82oC. Hasil atas separot berupa gas yang teridiri dari amonia, sedikit asetonitril dan
air di recycle ke dalam reaktor untuk mengurangi jumlah umpan segar amonia. Hasil
bawah separator berupa air, asetonitril dan asam asetat, selanjutnya di alirkan ke
dalam menara distilasi. Sebelum di umpankan ke MD-01 cairan hasil bawah separator
di panaskan dalam HE-03 menjadi suhu 90C. Kondisi umpan MD-01 pada suhu 97oC
dan tekanan 1.05 atm. Kondisi operasi atas MD-01 pada suhu 81oC dan tekanan 1
atm. Kondisi operasi atas MD-01 pada suhu 105C dan tekanan 2 atm. Hasil atas
menara distilasi mengandung produk utamas yaitu asetonitiril 98.99%w dengan
impurities air yang kemudian di dinginkan dalam CL-02 dan di sipan dalam tangki
penampung (T-03) pada suhu 35oC dan tekanan 1 atm. Hasil bawah menara distilasi
berupa asam asetat,air dan sedikit asetonitril di alirkan ke unit pengolahan limbah.
BAB III
SPESIFIKASI BAHAN
A. Bahan Baku
1. Amonia (NH3)
Berat molekul : 17,0306 gr/mol
Titik Leleh : -77,73 oC
Titik didih : -33,34 oC
Density : 0,61 gr/m3
Sifat : korosif (MSDS Ammonia)
2. Asam asetat (CH3COOH)
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 19
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Acetonitrile dari Acetic Acid dan Amoniak
Berat molekul : 17,0306 gr/mol
Titik Leleh : 16.5 °C (289.6 ± 0.5 K) (61.6 °F)
Titik didih : 118.1 °C (391.2 ± 0.6 K) (244.5 °F)
Density : 1.049 g cm−3, cairan 1.266 g cm−3
(Material Safety Data Sheet Glacial Acetic Acid, AA99)
B. Katalisator
1. Silika Alumina (SiO2AL2O3)
Berbentuk : Pellet
Berat molekul : 162
Density : 1,0 g/m (Sumber : Alcan)
C. Produk Utama
1. Asetonitril (CH3CN)
Berat molekul : 41,05 gr/mol
Titik Leleh : -45 oC
Titik didih : 82 oC
Density : 0,786 gr/ml pada 20 oC
Solubility : Dapat bercampur dengan air dan pelarut organic
Sifat : Berbahaya,Beracun dan Mudah Terbakar
(Acetonitrile MSDS)
D. Produk samping
1. Air (H2O)
Berat molekul : 18 gr/mol
Titik didih : 100oC
Titik Beku : 0 oC
Density : 0,998 gr/ml
Ttik Leleh : 0 oC
Viskositas :0.001 µPa pada 20 oC
Prodi Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta 20