Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila · PDF filedikutip dalam literatur, dan penilaian harus ... Zat-zat kimia yang volume produksi pabriknya kecil ( 5 ton/hari) umumnya dibuat secara

1Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Laju produksi sebaiknya dinyatakan dalamsatuan massa atau molar. Anggap waktukerja tahunan 8000 jam. Putuskan apakahkerja tahunan 8000 jam. Putuskan apakahproses kontinyu atau (batch) partaian.Proses kontinyu cocok untuk komoditasbanyak, sementara proses partaian lebihbermanfaat untuk produktertentu, batasan sekitar 10.000 ton pertahun.

Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila 2

1. Stoikiometri semua reaksi yang terjadi Menunjukkan persamaan stoikiometri untuk

komponen utama yang dapat dihubungkandengan tahap reaksi dalam pembuatan produk-produk yang diinginkan. Termasuk produk antara(intermediates) yang dapat dipisahkan dandidaur ulang (recycle). Pada setiap tahapmengindikasikan fasa reaksi, dan kisaran suhuserta tekanan yang memungkinkan.mengindikasikan fasa reaksi, dan kisaran suhuserta tekanan yang memungkinkan.

Daftar efek suhu untuk setiap reaksi. Identifikasireaksi yg sangat eksotermis, seperti reaksi yangsensitive terhadap suhu dengan energi aktivasiyang tinggi.

Daftar batasan (constraints) teknologi, sepertirasio reaktan pada masukan reaktor, konsentrasimaksimum yang diperbolehkan, batasan sifatmudah terbakar dan eksplosif.



Kisaran temperatur dan tekanan reaksi

Fasa sistem reaksi

Beberapa informasi tentang distribusiproduk terhadap konversi (dankemungkinan suhu reaktor, rasio molarreaktan, dan/atau tekanan)

Beberapa informasi konversi terhadapBeberapa informasi konversi terhadapspace velocity/waktu tinggal

Jika katalis digunakan, tentang keadaankatalis (homogen, slury, packedbed, serbuk, dll), beberapa ttg lajudeaktivasi dan regenerasi katalis danmetode regenerasi (pencucian solven, dll).


2. Selektifitas

Daftar reaksi sekunder yang mengarah kepadapembentkan produk samping, dalam kisaransuhu dan tekanan yang disebutkan di atas.

Temukan data tentang selektifitas danvariasinya dengan konversi. Informasi inipenting dalam perancangan koseptual. Datapenting dalam perancangan koseptual. Datatentang distribusi produk pada kondisi yangberbeda juga perlu diperoleh.

Berikan perhatian khusus terhadap informasipengotor dalam reaktor kimia. Termasukreaksi yang melibatkan pengotor yang masukdengan bahan baku.


3. Kesetimbangan Kimia

Analisis kesetimbangan kimia memungkinkan menemukankonversi per-pass maksimum dicapai dan komposisi campuranreaksi pada kesetimbangan. Dengan demikian, ini dapatmenyarankan satu ukuran untuk meningkatkan konversi danselektivitas.


4. Katalis

Daftar katalis yang potensial. Perkirakanharganya.

Uji pengaruh suhu dan pengotor terhadapaktivitas katalis.

Uji masalah lingkungan yang muncul denganregenerasi seperti kebutuhan pelarut dan zatregenerasi seperti kebutuhan pelarut dan zatkimia khusus.

Perkirakan harga regenerasi dan pembuangan.


5. Reactor Engineering

Uraikan tipe reaktor alternative. Kumpulkaninformasi tentang perancangan reaktor.Minimal data waktu tunggal, suhu dantekanan operasi

Daftar batasan reaksi : Suhu umpanminimum, suhu maksimum dan tekananminimum, suhu maksimum dan tekananseperti aspek keselamatan.

Cari informasi tentang kinetika reaksiutama, sebagaimana tentang selektifitas.Terakhir ini adalah paling krusial untukperancangan proses yang realistis.


a. Harga produk terhadap kemurnian

Identifikasi pengotor yang berpengaruh terhadapharga produk.

Temukan informasi tentang variasi harga terhadapkemurnian. Disini Anda dapat mendata aplikasiturunan dan potensi pasar.

Temukan juga harga untuk produk samping dan Temukan juga harga untuk produk samping danproduk antara yang bernilai.

b. Harga Bahan Baku

Dapatkan informasi tentang harga bahan baku sebagaifungsi kemurnian. Pertimbangkan harga internal, jikaproses dapat diintegrasikan pada program yang sudahada.

Untuk sumber yang jauh pertimbangkan termasukbiaya transportasi dan biaya penyimpanan.


c. Harga Utilitas

Daftar harga untuk utilitas : bahanbakar, steam (high, medium and lowpressure), air pendingin, airkondensat, garam, listrik, dan refeigerasi.

Tentukan batasan ketersediaan.

d. Harga Pembuangan Limbahd. Harga Pembuangan Limbah

Daftar biaya pembuangan produksamping, sebagaimana biaya untuk mengolahkomponen organic yang menguap (volatileorganic components), polychlorinatedbiphenyls (PCBs), dan pengotor lain yangdilarang oleh peraturan lingkungan.


Cooling Tower


a. Lokasi.

Dekat dengan sumber bahan baku lebihdipilih.

Pertimbangkan sebagai pertimbanganpertama integrasi dengan program proyekyang telah ada dimana proses lain dapatyang telah ada dimana proses lain dapatmensuplai bahan baku atau produk antarapada harga yang lebih rendah.

Pertimbangkan pula lokasi yang baik untukpengiriman produk.





b. Fasilitas Penyimpanan (Storage facilitie)

Biaya penyimpanan bahan baku, produk danproduk antara signifikan dalam kasuskomoditas skala besar.

c. Iklim

Dapatkan data tentang suhu minimum danDapatkan data tentang suhu minimum danmaksimum, kelembapan, angin danvariaabilitas meteorology.

Data ini perlu dalam merancang isolasiperalatan dan dalam menguji keumungkinanpenggunaan pendingin udara.


d. Sistem Utilitas

Tentukan tipe utilitas yang tersedia padatempat yang dipilih, terutama level steamproses (high, medium and lowpressure), suhu air pendingin (yang direcycledari cooling towers), gas inert, fasilitasrefrigerasi.refrigerasi.

e. Peraturan Lingkungan.

Daftar kebutuhan khusus dimana proses harusmemenuhinya yang berkaitan denganperaturan lingkungan , seperti gas rumahkaca, atanah dan polusi air.


a.Explosions risks.

Daftar campuran yang potensial terbakar yangterlibat dengan komponen dalam reaktor danfasilitas penyimpanan. Tentukan kisaran suhudan konsentrasi, terutama untuk campuran gas-udara.

b. Fire risks.b. Fire risks.

Temukan informasi tentang flash point, suhuauto-ignition dan flammability limits.

c.Toxicity.

Tentukan karakter toksik dan non-toksik zatkimia utama yang terlibat dalam proses. Indikasivolatilitas kompoenen cairan beracun adalahkeharusan.


Api (atau terbakar / pembakaran):• Reaksi kimia pada substansi menggabungkan dengan oksidator danmelepaskan energi oksidasi eksotermik cepat bahan bakar dinyalakan

FIRE

20

Kebakaran terjadi karena kombinasi dari tiga komponen: Oksidasi: oksigen, oksidator Bahan bakar / bahan mudah terbakar: uap / gas, cair, padat Sumber pemicu: percikan, api, panas, listrik statis, elektro-

magnetik, dll

Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Fuels:• Solids : coal, wood-dust, fiber, plastic, metals• Liquids : gasoline, kerosene, acetone, methanol, ether, benzene• Vapor : acetylene, propane, methane, CO, H2.

Oxidizers:• Solids : Ammonium nitrite, metal peroxide

21

• Solids : Ammonium nitrite, metal peroxide• Liquids : H2O2, HNO3, HClO3 (perchloric acid)• Vapor : O2.


The TRIANGLE of FIRE

22

Combustion always occurs in the vapor phase.



Important parameters: heat radiation intensity (kW/m2)

Forms of fire:• Flash fire (Fire on pool).• BLEVEs• Jet or Torch Fire

Characteristics affecting the radiation intensity:

24

Characteristics affecting the radiation intensity:• Shape of the flame• Direction/orientation of the flame• Amount of soot (debu2 hasil pembakaran) produced• Effect of wind drag on the flame

Heri Rustamaji Teknik KimiaUnila

FIRE DAMAGE

A burningpool ofliquid

BLEVE(fireball):

Boiling LiquidExpandingFire

Types

25

liquid

Torch: e.g. ajet of flame

from rupturepipe

Flame: asudden rapid

combustion of acloud gas.

ExpandingVapor Explosion

Running: acascade of

burning fueldown a

structure

Types


HAZARDIDENTIFICATION

SCENARIOIDENTIFICATION

HazardIdentification

SourceCharacterization

AccidentScenario

• Location• Condition (P, T)• Rate• State (gas, liquid)

- Monitoring- Math. model- Sci. estimates

26

PROBABILITY CONSEQUENCES

RISKDETERMINATION

ExposureAssessment

Dose ResponseAssessment

RiskCharacterization

• NOEL (No ObservableEffect Level)• TD (Toxic Dose)• LD (Lethal Dose)• etc.

• Chemical species• Frequency• Duration• Routes

Data


Heri Rustamaji Teknik KimiaUnila 27

Penting untuk membedakan antara konversidan yield. Konversi berkaitan denganreaktan, dan yield berkaitan dengan produk.

Konversi adalah ukuran dari fraksi reaktanyang bereaksi.

Untuk mengoptimalkan desain reaktor danUntuk mengoptimalkan desain reaktor danmeminimalkan pembentukan produksamping, konversi dari pereaksi tertentusering kurang dari 100%.

Jika lebih dari satu reaktan yangdigunakan, di mana konversi didasarkanharus ditentukan.


Konversi didefinisikan oleh ekspresi berikut:


Selektivitas adalah ukuran efisiensi reaktordalam mengkonversi reaktan menjadi produkyang diinginkan. Ini adalah fraksi dari bahanyang bereaksi yang telah dikonversi menjadiproduk yang diinginkan.

Jika tidak ada produk samping yangterbentuk, maka selektivitas adalah 100%. Jikareaksi terjadi dan produk sampingterbentuk, maka selektivitas menurun.


Selektivitas selalu dinyatakan sebagaiselektivitas umpan A untuk produk B dandidefinisikan oleh persamaan berikut:


Selektivitas biasanya ditingkatkan denganmengoperasikan reaktor pada konversi yangrendah. Pada konversi yang tinggi, reaktormemiliki konsentrasi rendah setidaknya satureaktan dan konsentrasi produktinggi, sehingga reaksi yang membentukproduk samping lebih cenderung terjadi.produk samping lebih cenderung terjadi.

Reaktan yang tidak dikonversi dalam reaktordapat direcovery dan didaur ulang.

Reaktan yang dikonversi menjadi produksamping biasanya tidak dapat dipulihkan, danproduk samping harus dimurnikan untuk dijualatau dibuang sebagai limbah.


Yield adalah ukuran kinerja reaktor ataupabrik. Beberapa definisi yield yang berbedadigunakan, sehingga penting untukmenyatakan secara jelas basis jumlah yield.

Hal ini sering tidak dilakukan ketika yielddikutip dalam literatur, dan penilaian harusdigunakan untuk menentukan apa yangdimaksudkan.


Yield produk B dari umpan didefinisikan oleh:

Untuk reaktor, Yield = perkalian konversi dan Untuk reaktor, Yield = perkalian konversi danselektivitas


Dengan reaktor industri, perlu untukmembedakan antara yield reaksi “Reactionyield”, yang hanya mencakup kehilangansecara kimia terhadap produk samping, danyield keseluruhan “Reaktor yield'', yang jugamencahup kehilangan secara fisik, sepertikerugian akibat penguapan ke dalam gasbuang.kerugian akibat penguapan ke dalam gasbuang.

Jika konversi sudah mendekati 100%, hal itumungkin tidak layak memisahkan dan mendaurulang bahan yang tidak bereaksi; yield reaktorkeseluruhan kemudian akan tercakup dalamkehilangan materi yang tidak bereaksi.


Yield pabrik adalah ukuran kinerja keseluruhpabrik dan mencakp kehilangan secara kimiadan fisik.



Dalam meproduksi ethanol dengan hidrolisisethylene, diethyl ether dihasilkan sebagaiproduk samping. Sebuah campuran dengankomposisi aliran umpan adalah ethylene55%, inerts 5%, 40% water, dan aliran produk :55%, inerts 5%, 40% water, dan aliran produk :ethylene 52,26%, ethanol 5,49%, ether0,16%, 36,81% water, 5,28% inerts.

Hitung selektivitas ethylene terhadap ethanoldan ether.


Penyelesaian :

Basis : 100 mol umpan

Reaksi :

Catatan: Aliran inerts akan konstan, karena mereka tidakbereaksi, dan dengan demikian dapat digunakan untukmenghitung arus lain dari komposisi.


Aliran Umpan :

Aliran produk :

Etilen yang bereaksi:

Selektivitas ethylene untuk ethanol:

1 mol ethanol dihasilkan per mol ethylene, faktor stoikiometri adalah 1.


Selektivitas ethylene untuk ether

Faktor stoikiometri adalah 0,5; 2 mol etilena menghasilkan 1 molether.

Konversi

Selektivitas berdasarkan air (water) juga bisa dihitung tapi kurangpenting, air relatif murah dibandingkan dengan etilen. Water jelasdiumpankan ke reaktor yang melebihi cukup.

Yield ethanol berdasarkan ethylene adalah :


Partaian : pengumpanan/pemuatan bahanmentah dan pengambilan produk berselang-seling. Bejana pemroses diisi bahan-bahanmentah, dioperasikan sam-pai pengolahantuntas, dibongkar/dikeluarkan produknya, di-tuntas, dibongkar/dikeluarkan produknya, di-cuci/dibersihkan, diisi lagi bahan-bahan mentah, dst.

Sinambung : bahan-bahan mentah mengalirsecara sinambung (terus menerus) untukdiolah dan produk mengalir keluar secarasinambung pula, 24 jam sehari tanpainterupsi.


Zat-zat kimia yang volume produksi pabriknya kecil( 5 ton/hari) umumnya dibuat secara partaian. Unitproduksinya bisa menghasilkan aneka produksejenis (fleksibel).

bahan-bahan obat, pigmen, zatwarna, celup, aneka bubuhan (additives) untukpangan, produk ramuan, dsb.

Proses partaian : Proses partaian :

modal awal (investasi) relatif kecil;

teknik pengendalian relatif sederhana;

tenaga kerja per satuan produk relatif besar;

ongkos produksi per satuan produk relatif besar.


Proses Batch dipertimbangkan hanya jika salah satuberikut terjadi. Berikut karakter prosesfarmasi, makanan, dan plastik tertentu.

1. Operasional proses hanya beberapa bulan.Produk hanya satu dimana perusahaan pertamayang memasarkan memenagkan manfaatkonpetitif

2. Hanya memerlukan beberapa hari produksiuntuk suplai setahun.

2. Hanya memerlukan beberapa hari produksiuntuk suplai setahun.

3. Kita memiliki sedikit informasi desain dan prosessensitive terhadap variasi pengaturan

4. Produk akan memiliki umur 1-2 tahunsebelumproduk alain datang dan menggantinya

5. Nilai produk jauh diatas biaya untukmenghasilkannya.


Pabrik-pabrik kimia berskala besar dan pabriksintesis eka-guna umumnya bermode operasisinambung : ongkos produksi per satuan produk relatif kecil;

non padat-karya;

dikendalikan secara otomatik ( komputer);

investasi besar.

Mode operasi semi-partaian / semi-sinambung : Mode operasi semi-partaian / semi-sinambung :

bahan mentah utama dan produk diisikandikeluarkan secara partaian, reagen lain atau bahanpembantu diumpankan sinambung (misal :pengumpanan udara dan nutrien dalam bioprosesyang menggunakan ‘jasa’ langsungmikroorganisme).

Pabrik sintesis serba-guna lazim bermode operasipartaian atau semi-partaian.


Basis Perancangan

a) Reaksi

Reaksi Utama :

C6H5CH3 + H2 C6H6 + CH4

Reaksi samping :

C6H6 C12H10 + H2

Kondisi reaksi :

Suhu masuk reaksi > 1150oF

Tekanan reaktor : 500 psia

Selektivitas:

Siterkonversyangtoluenmol

reaktorkeluarbenzenmolasselektivit

Konversi :

xreaktormaskyangtoluenmol

iterkonversyangtoluenmolonversik

544,1)x1(

0036,01S

S 0,99 0,985 0,977 0,97 0,93

x 0,5 0,6 0,7 0,75 0,85

Selektivitas proses HDA

0.1

0.1 1

y = 0.003x-1.59

R² = 0.999

0.01

1-S

1-x

Fasa Reaksi : fasa gas

Katalis : tanpa katalis

b) Laju produksi benzen : 265 mol/jam

c) Kemurnian produk benzen, xD = 0,9997

d) Bahan baku : toluen murni; aliran H2 mengandung 95%H2, 5% CH4 pada 550 psia, 100oF

e) Constraint :

H /aromatic > 5 pada inlet reaktor (untuk H2/aromatic > 5 pada inlet reaktor (untukmencegah coking);

suhu outlet reaktor 1300oF (untuk mencegah reaksihydrocracking);

Pendinginan cepat keluar reaktor sampai 1150oF(untuk mencegah cocking)

x < 0,97 untuk korelasi distribusi produk


Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila · PDF filedikutip dalam literatur, dan penilaian harus ... Zat-zat kimia yang volume produksi pabriknya kecil ( 5 ton/hari) umumnya dibuat secara

Documents