Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 17.000 ton/tahun Diskripsi Proses Fitriyani Ariska Putri D500110015 Universitas Muhammadiyah Surakarta 17 BAB II DISKRIPSI PROSES 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk 2.1.1 Spesifikasi bahan baku a. Molasses Bentuk : Cair Warna : Kuning kecoklatan pH : 5,5 Berat jenis : 1,47 g/cc Komposisi C 12 H 22 O 11 : 53,77% H 2 O : 10,95% Ca(OH) 2 : 0,89% Impuritas : 34,39% Abu : 12% Nitrogen : 4,39% Fruktosa : 10% Glukosa : 8% (PT Perkebunan Nusantara X) b. Asam nitrat Bentuk : Cair Rumus molekul : HNO 3 Berat jenis : 1,51 g/cc Titik didih : 86 Titik lebur : -42 Panas pembakaran : -41,53 kkal/mol Komposisi
36
Embed
BAB II DISKRIPSI PROSES 2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produkeprints.ums.ac.id/52366/12/BAB II.pdf · Perbandingan reaktan pada pembuatan asam oksalat dehydrate dengan bahan baku
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 17.000 ton/tahun
Diskripsi Proses
Fitriyani Ariska Putri
D500110015
Universitas Muhammadiyah Surakarta 17
BAB II
DISKRIPSI PROSES
2.1 Spesifikasi Bahan Baku dan Produk
2.1.1 Spesifikasi bahan baku
a. Molasses
Bentuk : Cair
Warna : Kuning kecoklatan
pH : 5,5
Berat jenis : 1,47 g/cc
Komposisi
C12H22O11 : 53,77%
H2O : 10,95%
Ca(OH)2 : 0,89%
Impuritas : 34,39%
Abu : 12%
Nitrogen : 4,39%
Fruktosa : 10%
Glukosa : 8%
(PT Perkebunan Nusantara X)
b. Asam nitrat
Bentuk : Cair
Rumus molekul : HNO3
Berat jenis : 1,51 g/cc
Titik didih : 86
Titik lebur : -42
Panas pembakaran : -41,53 kkal/mol
Komposisi
Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 17.000 ton/tahun
Diskripsi Proses
Fitriyani Ariska Putri
D500110015
Universitas Muhammadiyah Surakarta 18
Asam nitrat : 65%
H2O : 35%
(PT Multi Nitrotama Kimia)
2.1.2 Katalis
i. Asam sulfat (H2SO4)
Rumus molekul : H2SO4
Berat molekul : 98,02 kg/mol
Sifat dan kenampakan : Korosif, cairan
Titik didih normal : 337
Kemurnian : 98%
Titik beku : -83,9
Spesifik grafity : 1,165
(PT Liku Telaga)
ii. Vanadium pentoksida
Rumus moleku : V2O5
Wujud : Powder (solid), tidak berbau
Berat molekul : 181 g/mol
Warna : Kuning – orange
Titik didih : 1750oC (3182
oF)
Titik lebur : 690oC (1274
oF)
Spesific gravity : 3,357
Komposisi
V2O5 : min 99%
Si : maks 0,15%
Fe : maks 0,2%
P : maks 0,03%
As : maks 0,01%
(Tiampeng manganese industri co.,Itd)
Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 17.000 ton/tahun
Diskripsi Proses
Fitriyani Ariska Putri
D500110015
Universitas Muhammadiyah Surakarta 19
2.1.3 Spesifikasi produk
Asam Oksalat Dihydrate
Rumus molekul : C2H2O4.2H2O
Berat molekul : 126,07 kg/kmol
Kenampakan : Kristal putih halus
Kadar : 99%
Densitas, d : 1,653 g/ml
Index reaktif, n : 1,475
Panas pembakaran, (18 ) : -1442 kJ/mol
Titik lebur : 101 - 102
(Kirck and Othmer, 1994)
2.2 Konsep Dasar
2.2.1 Dasar reaksi
Reaksi oksidasi molasses dan asam nitrat adalah sebagai berikut :
C2H12O6 + 6HNO3 3(COOH)2 + 6NO + 6H2O …..(2.1)
Molasses diproses terlebih dahulu untuk memisahkan molasses dari
impuritasnya, kemudian dimasukan ke dalam reaktor yang sebelumnya telah
mengalami pemanasan hingga suhu mencapai 71oC. Lalu, asam nitrat
ditambahkan kedalam reaktor secara perlahan. Setelah terjadi reaksi, produk
dari reaktor dimasukan ke dalam kristalizer. Produk yang berupa kristal asam
oksalat selanjutnya di lewatkan belt conveyor lalu masuk ke rotary dryer
untuk mengeringkan kristal asam oksalat.
2.2.2 Fase reaksi
Reaksi antara molasses dan asam nitrat menjadi asam oksalat
dilakukan pada fase cair–cair dengan bahan baku molasses dan asam nitrat
yang berbentuk liquid menjadi asam oksalat berbentuk dehydrate.
Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 17.000 ton/tahun
Diskripsi Proses
Fitriyani Ariska Putri
D500110015
Universitas Muhammadiyah Surakarta 20
2.2.3 Kondisi operasi
Produksi asam oksalat dengan proses oksidasi molasses dan asam
nitrat dilakukan dalam reaktor yang terbuat dari stainless steel yang
dilengkapi dengan pengaduk dan jaket pendingin. Reaksi pembuatan asam
oksalat beroperasi pada suhu 71oC dan tekanan 1 atm. Hal ini berdasarkan
pertimbangan bahwa reaksi pembentukan asam oksalat dari molasses dan
asam nitrat adalah reaksi eksotermis irreversible, dimana dengan kenaikan
suhu akan menurunkan konstanta kesetimbangan.
(Keyes, 1957)
2.2.5 Tinjauan kinetika
Dari segi kinetika, laju reaksi akan bertambah jika suhu dinaikkan. Hal
ini ditunjukan oleh hubungannya dalam persamaan Archenius :
k = Ae –E/RT
…..(2.2)
Dimana, k = konstanta laju rekasi
A = faktor tumbukan tingkat pencampuran zat – zat yang bereaksi
E = energi aktivasi
R = tetapan gas umum
T = suhu mutlak
Harga k akan mempengaruhi kecepatan reaksi yang ditunjukan dengan
persamaan berikut :
Reaksi : aA + bB cC + dD …..(2.3)
Sehingga : r = k.CA.CB …..(2.4)
Jika nilai konstanta laju reaksi (k) besar, maka harga laju reaksi (r)
yang dihasilkan akan besar pula, sehingga reaksi berjalan dengan cepat dan
juga sebaliknya. Oleh karena itu, ada faktor–faktor yang mempengaruhi harga
k dalam pembuatan asam oksalat, antara lain :
Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 17.000 ton/tahun
Diskripsi Proses
Fitriyani Ariska Putri
D500110015
Universitas Muhammadiyah Surakarta 21
a) Temperatur
Ditinjau dari hukum Archenius, bahwa suhu tinggi akan mempercepat
laju reaksi dan memperbesar nilai k. Untuk pembuatan asam oksalat,
suhu reaksi dijaga agar tidak semakin naik karena hal tersebut dapat
mempengaruhi tingkat viskositas.
b) Tingkat pencampuran
Dalam reaktor pembuatan asam oksalat, untuk memperbesar faktor
tumbukan atau meningkatkan homogenitas campuran maka reaktor
dilengkapi dengan pengaduk.
c) Konsentrasi
Semakin tinggi konsentrasi, maka molekul atau atom tumbukan yang
terkandung semakin banyak sehingga laju reaksi akan semakin cepat.
Hal tersebut dikarenakn tumbukan antar molekul tersebar. Harga
konsentrasi yang tinggi menghasilkan harga r yang besar.
2.2.5 Tinjauan termodinamika
Reaksi pembuatan asam oksalat yang terjadi adalah sebagai berikut:
C6H12O6 + 6HNO3 3C2H2O4 + 6NO + 6H2O …..(2.4)
G dan H untuk reaksi yang terjadi :
C6H12O6 + 6HNO3 3(COOH)2 + 6NO + 6H2O …..(2.5)
G = -RTlnK …..(2.6)
…..(2.7)
Keterangan :
= Energi bebas gips standar (T = 298K) = kkal/mol
= Panas reaksi = kkal/mol
= Konstanta kesetimbangan
T = Temperatur = 71oC
R = Tetapan gas = 1,987 kal/mol.K
Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 17.000 ton/tahun
Diskripsi Proses
Fitriyani Ariska Putri
D500110015
Universitas Muhammadiyah Surakarta 22
Tabel 2.1 Data dan masing – masing komponen
Komponen (kKal/mol) (kKal/mol)
C6H12O6 -217.6 -304.7323
HNO3 -19.1 -41.6109
C2H2O4 -166.81 -197.7055
NO 20.69 21.5703
H2O -56.687 -68.315
(Perry and Green, 1999)
= produk - reaktan
=
Dari hasil tersebut dapat diketahiu bahwa harga entalphi pembentukan negatif,
hal tersebut berarti reaksi bersifat eksotermis.
= produk - reaktan
=
=
Dari persamaan (2.6) dapat dicari konstanta kesetimbangan pada T = 298 K
Masuk dalam persamaan (2.7)
Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 17.000 ton/tahun
Diskripsi Proses
Fitriyani Ariska Putri
D500110015
Universitas Muhammadiyah Surakarta 23
Kesetimbangan reaksi untuk reaksi pembentukan asam oksalat adalah :
Dapat diambil kesimpulan dari harga K yang sangat besar bearti reaksi
irreversible.
2.2.6 Perbandingan Mol Reaktan
Perbandingan reaktan pada pembuatan asam oksalat dehydrate dengan
bahan baku molasses dan asam nitrat adalah 1 : 6.
(US Paten 2,057,119)
2.3 Diagram Alir Proses
2.3.1 Langkah proses
Pembuatan asam oksalat merupakan reaksi eksotermis yang dimana
bahan bakunya adalah molasses dan asam nitrat yang terdiri dari lima tahapan
proses, yaitu :
Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 17.000 ton/tahun
Diskripsi Proses
Fitriyani Ariska Putri
D500110015
Universitas Muhammadiyah Surakarta 24
1. Tahap persiapan bahan baku
2. Tahap reaksi pembentukan asam oksalat
3. Tahap pengkristalan asam oksalat
4. Tahap pengeringan asam oksalat dihydrate
5. Tahap pengemasan asam oksalat dihydrate
2.3.1.1 Tahap persiapan bahan baku
Bahan baku molasses disimpan dalam tangki penyimpanan (F-101).
Kapasitas tangki dibuat untuk persiapan persediaan molasses selama 15 hari
dengan kondisi operasi pada suhu kamar. Dan jumlah tangki penyimpanan
molasses ada 1 buah. Sebelum direaksikan, molasses dihidrolisis terlebih dahulu
dalam tangki molasses treatment (R-100) untuk mendapatkan monosakarida
(C6H12O6) dan memisahkan impuritasnya. Kemudian campuran C6H12O6 dan
impuritasnya dipisahkan menggunakan centrifuge (H-110) untuk mendapatkan
C6H12O6 yang benar–benar bebas dari impuritasnya.C6H12O6 dipompa ke
reaktor sebagai umpan.
Bahan baku asam nitrat disimpan dalam tangki penyimpanan (F-122).
Kapasitas tangki dibuat untuk persediaan selama 15 hari. Kemudian asam nitrat
dipompa ke reaktor sebagai umpan. Selain dari tangki penyimpanan, asam nitrat
didapatkan dari recovery gas nitrogen monosida yang dihasilkan dari reaksi
oksidasi glukosa dengan asam nitrat.
Katalis vanadium pentoksida disimpan dalam silo katalis (F-01).
Kapasitas silo katalis dibuat untuk persediaan 30 hari. Sebelum digunakan,
V2O5 dilarutkan dengan asam sulfat dalam tangki penampung mother liquor.
Bahan asam sulfat disimpan dalam tangki penyimpanan (F-05).
Kapasitas tangki dibuat untuk persediaan 15 hari. Lalu, asam sulfat dipompa ke
tangki penampungan mother liquor (TA-01) sebagai katalis. Dalam tangki
tersebut, asam sulfat dicampur dengan vanadium pentoksida dan juga sebagai
Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 17.000 ton/tahun
Diskripsi Proses
Fitriyani Ariska Putri
D500110015
Universitas Muhammadiyah Surakarta 25
katalis. Kebutuhan asam sulfat dan vanadium pentoksida selanjutnya hanya
untuk make-up saja.
Kondisi operasi penyimpanan bahan baku yaitu pada suhu 30oC dan
tekanan 1 atm.
2.3.1.2 Tahap reaksi pembentukan asam oksalat
Asam nitrat yang keluar dari tangki penyimpanan dan absorber dipompa
ke reaktor (R-01) untuk direaksikan dengan monosakarida (C6H12O6) yang
keluar dari centrifuge (CF-01) dan cairan induk (mother liquor) yang keluar dari
evaporator (V-01). Selain sisa reaktan, cairan induk yang keluar dari evaporator
terdiri dari campuran H2SO4 (asam sulfat) dan V2O5 (vanadium pentoksida)
yang digunakan sebagai katalis reaksi. Kondisi operasi reaktor pada suhu 71oC
dan tekanan 1 atm.
Dalam reaktor terjadi reaksi berikut :
Hasil reaksi berupa gas NO akan keluar melalui pipa pembuangan yang
terletak di bagian atas reaktor. Gas NO di roses lagi (recovery) menjadi asam
nitrat yang akan digunakan menjadi bahan baku. Gas NO dioksidasi dengan
udara sehingga menghasilkan gas NO2 dalam Plug Flow Reactor (Reaktor
pipa). Panas reaksi ( oksidasi gas NO dengan oksigen sebesar -57,1
kJ/mol. Udara dimasukan ke dalam heat exchanger (E – 01) dengan
menggunakan blower (G – 01) untuk menaikkan suhu menjadi 71oC. Kemudian
gas NO2 diserap dengan H2O sebagai solvent penyerap pada absorber. Kondisi
operasi di absorber adalah nonisotermal dimana suhu umpan gas pada 62,77oC
dan suhu umpan H2O 30oC.
Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 17.000 ton/tahun
Diskripsi Proses
Fitriyani Ariska Putri
D500110015
Universitas Muhammadiyah Surakarta 26
Hasil reaksi sebagai produk reaktor yang berupa asam oksalat dan
impuritas dialirkan menuju cooling crystallizer (S-01). Hasil reaksi tersebut
terdiri dari C2H2O4, H2SO4, V2O5, dan sisa reaktan.
2.3.1.3 Tahap Pengkristalan Asam Oksalat
Asam oksalat yang keluar dari reaktor dimasukan ke cryslalizer untuk
mengkristalkan asam oksalat menjadi asam oksalat dehydrate. Tipe kritalizer
yang digunakan adalah cooling crystallizer dan suhu yang keluar yaitu 40oC.
Kemudian campuran asam oksalat dehydrate dan cairan induk
dipisahkan dengan menggunakan centrifuge (H-140). Untuk mendapatkan
kemurnian asam oksalat yang tinggi, hasil kristal asam oksalat dicuci dengan air
dalam tangki redissolving (M-150). Sedangkan cairan induknya dipompa
menuju ke tangki mother liquor (M-190). Kemudian hasil produk dari tangki
redissolving dipisahkan dari cairan induknya menggunakan centrifuge (H-170).
Sedangkan untuk cairan induk dimasukan ke dalam tangki mother liquor. Dan
dari tangki penampungan, cairan induk dievaporasi untuk mengurangi jumlah
air dalam evaporator. Kemudian dikembalikan ke reaktor. Dan untuk hasil atas
evaporator di masukkan dalam menara distilasi (MD-01) untuk memurnikan
asam nitrat. Hasil atas dari menara distilasi di kondensasi kemudian dialirkan
menggunakan pompa (L-12) menuju reaktor. Untuk hasil bawah menara
distilasi dialirkan ke unit pengolahan limbah (UPL).
2.3.1.4 Tahap Pengeringan Asam Oksalat Dihydrate
Kristal asam oksalat dehydrate (C2H2O4.2H2O) yang keluar dari
centrifuge 3 (H-170) diumpankan ke rotary dryer (B-180) dengan
menggunakan belt conveyor (J–181) untuk dikeringkan. Pada rotary dryer
digunakan udara panas suhu 131oC yang telah dipanaskan menggunakan heat
exchanger (E–186). Udara yang keluar dari rotary dryer masih sedikit
mengandung asam nitrat, sehingga dimasukan ke unit pengolahan limbah.
Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 17.000 ton/tahun
Diskripsi Proses
Fitriyani Ariska Putri
D500110015
Universitas Muhammadiyah Surakarta 27
2.3.1.5 Tahap pengemasan asam oksalat dihydrate
Kristal C2H2O4.2H2O yang telah kering diangkut menggunakan bucket
elevator (J–171) kemudian dibawa ke bin produk (F–183). Selanjutnya
dilakukan pengemasan di unit pengemasan (gudang).
2.3.2 Diagram Alir Proses
Diagram alir proses dapat dilihat pada gambar 2.1
DIAGRAM ALIR KUALITATIF
Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 17.000 ton/tahun
Diskripsi Proses
Fitriyani Ariska Putri
D500110015
Universitas Muhammadiyah Surakarta 28
DIAGRAM ALIR KUANTITATIF
Prarancangan Pabrik Asam Oksalat Dihydrate dari Molasses dan Asam Nitrat dengan Kapasitas 17.000 ton/tahun