Proses Industri Kimia

TUGAS PROSES INDUSTRI KIMIA

1. Pembuatan Produk Alkohol ( Metanol) Dari Gas Alam

Ada beberapa metode dalam produksi metanol, diantaranya proses penyulingan kayu, gasifikasi batu bara muda dan sintesis gas alam. Reaksi pembuatan Methanol dengan sintesis gas alam adalah sebagai berikut:

                 CH₄ + H₂O                  <--------->  3 H₂ + CO            

                CO  + 2 H₂                  <--------->  CH₃OH

                CO_2(g) + 3 H_2(g)            <--------->  CH₃OH_(g) + H₂O_(g)

Racun H₂S pada Natural Gas ditangkap dengan katalis ZnO, dan racun RSH ditangkap dengan katalis CoMo.

Adapun secara ringkas, tahapan proses sintesis Methanol adalah sebagai berikut:

Prereform: gas alam direaksikan dengan steam superheated, reaksi:

C_nH_2n+2 + n H₂O      <--------->         CO + (2n+1)H₂ -Q

CO       + 3 H₂         <--------->         CH₄ + H₂O +Q

CO       + H₂O         <--------->         CO₂ + H₂ + Q

Reforming : merubah CH₄ menjadi CO dan H₂ dengan bantuan steam, reaksi

CH₄      + H₂O        <--------->          3 H₂ + CO – Q

Autotermal: merubah sisa-sisa CH₄ dengan steam dan O₂, di mana reaksi partial dan sempurna berlangsung sekaligus, reaksi:

2 C_nH_2n+2 + (3+1n)O₂ <---------> 2nCO₂ + (2n+2)H₂O+Q

2 C_nH_2n+2 + 3nO₂       <---------> 2C_nCO+ 2H₂+ 4nH₂O+Q

CH₄        + 2O₂          <---------> CO₂ + 2H₂+ Q

CH₄        + O₂            <---------> CO + H₂ + H₂O+Q

Sintesis   : gas-gas CO, CO₂, dan H₂ lalu disintesis dalam reaktor dengan katalis Cu

                 CO_2(g) + 3 H_2(g)            <--------->  CH₃OH_(g) + H₂O_(g)

Destilasi  : hasil dari sintesis gas di unit reactor kemurniannya masih berkisar 70 %, maka dilakukan tahap akhir yaitu destilasi untuk mendapatkan Methanol dengan kemurnian tinggi.

1.      Jenis katalis yang digunakan:

Ø  Katalis pada tekanan tinggi : Digunakan alkali/ZnO-CuO/Cr2O3 dapat beroperasi pada tekanan 120-300 bar dan temperatur 300-425oC. Katalis ini tahan terhadap sulfur dan klorin yang terdapat dalam syn-gas

Ø  Katalis pada tekanan rendah :Digunakan alkali/CuO-ZnO/Al2O3 dapat beroperasi pada tekanan 50-100 bar dan temperatur 275-310oC (120-300 bar dan suhu 300-425oC, utk tek.tinggi). Penggunaan katalis ini membutuhkan kondisi syn-gas yang murni dari sulfur dan klorin (H2S < 0.1 ppm)

Produksi methanol secara komersial dapat dilakukan melalui berbagai macam proses. Proses yang paling banyak digunakan di industri methanol adalah ICI. 

Ø  Campuran gas sintesis umpan segar ditekan dari 50-100 atm melalui sebuah kompresssor dan diumpan kedalam reaktor berpendingin (quench type converter)yang beroperasi pada 270^oC.

Ø  Quench converter berupa single bed yang mengandung katalis pendukung yang bersifat inert.

Ø  Aliran produk kemudian didinginkan dan methanol akan terkondensasi.

Ø  Aliran gas purge direcycle ke reformer untuk mengubah methanol yang terakumulasi dalam gas sintesis

Ø  Crude methanol akan dipurifikasi dengan cara distilasi.

Selain itu ada juga Proses Tekanan Rendah Lurgi Dalam proses yang ditawarkan oleh Lurgi untuk sintesis methanol, reaktor sintesis dioperasikan pada rentang suhu dari 230 – 270oC dan dengan tekanan operasi 50-100 bar. Perancangan reactor berbeda dengan ICI.

Lurgi menggunakan reaktor quasi-isothermal dengan katalis di dalam tube yang didinginkan dengan sirkulasi boiling water.

Proses Lurgi akan menghasilkan methanol yang murni dengan proses sintesis methanol dan proses pemurniannya.

2. Pembuatan Produk Toluena dari Metilsikloheksana

Mekanisme reaksi :

Proses Hidroforming Toluene

          Toluen diproduksi dari fraksi petroleum yang telah diseleksi dalam nafta dalam proses catalytic reforming atau Hydroforming. Proses ini meliputi catalytic dehydrogenation untuk menghasilkan campuran hidrokarbon aromatik utamanya toluene.

•      Toluena terbentuk dari reaksi dehidrogenasi  metil siklo heksana menjadi toluena dan gas hidrogen

•      Reaksi dehidrogenasi :

     C₆H₁₁ CH_{3 (g)}                            >   C₆H₅CH_{3 (g)} + 3H_{2 (g)}

Reaksi-Reaksi Pada Proses Catalytic Reforming :

1. Reaksi Dehydrogenasi 

Reaksi dehydrogenasi sangat endothermis atau memerlukan panas, dipromote  oleh fungsi metal dari katalis dan mudah terjadi pada suhu tinggi dan tekanan rendah. Reaksi ini bisa terlihat pada penurunan/beda temperatur reaktor terutama reaktor pertama. Bila penurunan temperatur reaktor yang besar, produksi hidrogen tinggi per bbl feed dan kemurnian hidrogen tinggi menunjukkan reaksi dehidrogenasi yang baik. Reaksi dehidrogenasi merupakan reaksi yang paling cepat dalam reaksi reforming, maka diperlukan penggunaan interheater di antara catalyst bed untuk menjaga suhu yang tetap cukup tinggi agar reaksi berlangsung lebih cepat. Contoh reaksi dehydrogenasi yang terjadi :

Alkyl cyclo hexane → aromatic

2. Reaksi Dehidrosiklisasi

Siklisasi dari paraffin ke naphthene adalah reaksi yang paling sulit. Reaksi ini lebih baik pada tekanan rendah, temperature tinggi dengan metal/acid function. Naphthene dengan ring lebih kecil dari 6 atom karbon (misal 5) akan diisomerisasi menjadi 6 terlebih dahulu sebelum didehirogenasi ke aromatic. Contoh :

dehidrosiklisasi Heptane → metyl cyclohexane + H2

3. Reaksi Isomerisasi

Formula molekulnya sama tetapi berbeda dalam struktur internalnya, lebih mudah terjadi pada temperatur rendah. Isomerisasi paraffin dan cyclopentane biasanya menghasilkan produk dengan angka oktan yang lebih rendah selain terbentuknya aromatic.

Contoh :

·         Methyl cyclopentane (RON 91) → cyclohexane (RON 83) (isomerisasi dengan bantuan Cl-)

·         Cyclohexane (RON 83) → Benzene (RON >100>(dehidrogenasi dengan bantuan Pt)

4. Reaksi Hidrokraking

Reaksi hidrokraking adalah eksotermis yaitu reaksi memecah paraffin dengan molekul besar menjadi paraffin yang lebih ringan dan gas. Reaksinya memerlukan hidrogen sehingga menyebabkan penurunan kemurnian hidrogen, memperkecil penurunan delta temperatur pada reaktor terakhir serta menurunkan jumlah produk reformat. Reaksi yang terjadi tergantung pada jenis paraffin yang terdapat dalam feed dan kondisi operasi.

Kondisi Operasi:

•      Proses pembuatan toluene pada industri yaitu dengan proses hydroforming yang termasuk dehidrogenasi katalitik berlangsung pada suhu 537,8 – 576,67°C dan tekanan 150 – 300 psi.

•      Dengan konversi pembentukan toluena 80 – 90%.

•      Katalis yang digunakan adalah 10% molybdenum dioxide on alumina.

•       Reaktor yang digunakan adalah reaktor fixed bed dehydrogenation.

Pemilihan kondisi tersebut didasarkan pada pertimbangan :

•      Reaksi dehidrogenasi bersifat endotermis sehingga pemilihan temperatur operasi bersuhu tinggi sehinga dapat menggeser kesetimbagan kearah produk (toluen).

•      Kecepatan reaksi akan sangat dipengaruhi oleh temperatur, bila temperatur yang digunakan terlalu rendah maka kecepatan reaksinya juga akan rendah.

•      Tekanan yang digunakan juga  tinggi hal ini dikarenakan proses ini berjalan pada fase cair dimana di dalamnya terjadi mekanisme absorpsi dan deabsorpsi yang dapat menyebabkan kontak antara bahan baku dengan katalis, dimana mekanisme ini membutuhkan tekanan yang tinggi.

3. Pembuatan Protein

Dengan bahan baku acetaldehyde dengan bantuan katalis NaCN atau NH₄Cl diubah menjadi 2-Aminopropanenitrile. Kemudian 2-Aminopropanenitrile dengan dipanaskan dan dibantu dengan HCl, HO^-  akan menjadi Alanine yaitu merupakan asam amino alifatik ( 52-60%).