pembuatan paraxylene

Download PEMBUATAN PARAXYLENE

Post on 31-Jul-2015

1.238 views

Category:

Documents

73 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

BAB IIDeskripsi ProsesPra Rancangan Pabrik Paraxylene Proses Disproporsionasi Toluene29BAB IIDESKRIPSI PROSES2.1. SPESIFIKASI BAHAN BAKU DAN PRODUK2.1.1. Bahan Baku TolueneFasa : cairKenampakan : jernihKemurnian : min 99,0 % wtImpuritas- p-xylene : max 0,50 % wt- m-xylene : max 0,30 % wt- o-xylene : max 0,20 % wt

2.1.2. Bahan Baku HidrogenFasa : gasKenampakan : tidak berwarnaTekanan : 1 atmKemurnian : min 99,9 % wtImpuritas CH4: max 0,1 % wtBAB IIDeskripsi ProsesPra Rancangan Pabrik Paraxylene Proses Disproporsionasi Toluene302.1.3. Bahan Pembantu Katalis ZeoliteZSM-5 Fasa : padat Bentuk : pellet Diameter : 2 mmUkuran pori pori : 2 4,3 Bulk density : 1,79 g/cm3Carrier : Alumina Silikat dengan ratio 803 22O AlSiO2.1.4. Produk Utama ParaxyleneFasa : cairKenampakan : jernihKemurnian : min 99,5 %wtImpuritas- m-xylene : max 0,30 % wt- o-xylene : max 0,15 % wt- toluene : max 0,05 % wt2.1.5 Produk Samping BenzeneFasa : CairKenampakan : jernih kekuninganKemurnian : min 98,0 % wtImpuritas- Toluene : max 2,0 % wtBAB IIDeskripsi ProsesPra Rancangan Pabrik Paraxylene Proses Disproporsionasi Toluene312.2KONSEP PROSES2.2.1. Latar Belakang ProsesProsespembuatanp-xylenemelaluireaksidisproporsionasitoluene dengankatalisZSM-5padaprinsipnyaadalahpemindahangugusmetyldari suatumolekultoluenekemolekultoluenelainnya.Dengan jalan2moltoluene masukberdifusikedalampermukaankatalismelaluipori-porinya,difusidapat berjalandengancepat.Senyawatolueneyangkehilangangugusmetilnyaakan menjadibenzenedansenyawatolueneyanglainakanmenerima gugusmetylnya membentuk mixed xylenes (orto, meta dan para-xylene).Orto danmetaxylene yangterbentukkemudianakanberisomerisasi dengan cepat dalam pori-pori katalis ZSM-5 membentuk p-xylene. Benzene yang terbentukdarireaksidisproporsionasitoluenedapatdengancepatmeninggalkan permukaankatalis,kemudiandiikutidenganparaxyleneyangterbentuk sedangkano-xylenedanm-xylenelebihlamawaktutinggalnyadalamkatalis(difusivitasnyalebihrendahdaripadadifusivitasp-xylene) danlebihjauhakan mengalami reaksi isomerisasi menjadi p-xylene sebelum keduanya meninggalkan permukaan katalis dengan gerakan difusi yang lambat.Jadi dalam reaksi dengan proses disproposionasi toluene ini, 2 mol toluene akanpecahmenjadi1molbenzenedan1molxylene,reaksiyangterjadi ditunjukan oleh skema berikut :BAB IIDeskripsi ProsesPra Rancangan Pabrik Paraxylene Proses Disproporsionasi Toluene32CH3+CH3CH32TOLUENE BENZENE XYLENEGambar 2.1. Reaksi Disproporsionasi TolueneProsesdisproposionasitoluenesecarateoritiscampuranyangterjadi adalah equimolar : 50% benzene dan 50% xylene. Tetapi pada kenyataannya yangdiperolehdarihasilreaksiadalah37%benzenedan55%xylene(McKetta,hal 257 )Xyleneyangterjadipadareaksiiniadalahmerupakancampuranantara isomer-isomer xylene ( mixed xylenes ). Paraselectivity adalah merupakan jumlah proporsiparaxylenedalamtotalcampuranxyleneyangterbentukdarireaksi. Kenaikanparaselectivity-nyadalamkatalisdisebabkankarenaadanyakontrol difusisecaraselectivedaripori-porikatalis.Selain reaksiutamadiatas,dalam prosesinijugaterjadireaksisekunder yaitureaksiisomerisasio-xylenedan m-xylene dan akhirnya akan menjadi p-xylene yang diinginkanCH3CH3CH3o-xylenem-xylenep-xyleneCH3CH3CH3ACID ACIDGambar 2.2. Reaksi Isomerisasi XyleneBAB IIDeskripsi ProsesPra Rancangan Pabrik Paraxylene Proses Disproporsionasi Toluene332.2.2. Mekanisme ReaksiReaksidisproporsionasiadalahsuatureaksikimiadimanasuatuzatbisa berfungsibaiksebagaioksidatormaupunreduktor(autoredoks).Konsep disproporsionasiinidapatdilihatdarimekanismereaksiyangsecaramolekuler dapat dijelaskan sebagai berikut :Si4++2e-Si2+H22H+ + 2e-C6H5CH3+ H+C6H6+ CH3+C6H6CH3+ CH3+C6H4(CH3)2+ H+2H++ Si2+Si4++ H22C6H5CH3C6H6+ C6H4(CH3)2Mekanisme yang dapat ditinjau dari pembentukan gugus radikal sebagai berikut :1. Mula-mula gas hidrogen diubah menjadigugus radikalhydrogenium oleh katalis Si.2. Radikalhydrogeniuminimasukpadaikatangugusalkyldengan aromatisnya, sehingga ikatan menjadi lemah dan mudah lepas membentuk benzene dan gugus alkyl radikal yang bebas.3. Gugusalkylradikalinilalumenyerangsenyawa aromatisyanglain sehinggaikatannyamenjadilemahterhadapgugushidrogenmembentuk xylene dan radikal hydrogenium.4. Duaradikalhydrogeniumkemudiantereduksimembentukgashidrogen kembali oleh katalis Si, demikian seterusnya.BAB IIDeskripsi ProsesPra Rancangan Pabrik Paraxylene Proses Disproporsionasi Toluene34Reaksi dapat digambarkan sebagai berikut :H2 H++H+

( Journal of catalyst, Januari 1986 )Darikeduamekanismereaksidiatasterlihatbahwaprosespemindahan gugus alkyl tersebut memerlukan bantuan gas hydrogen untuk membentuk radikal hydrogeniumyangaktifmaupunsebagaisumberproton/electronuntukreaksi redoksnya ( disproporsionasinya ).Pada1molekultoluene,penyeranganradikalhydrogeniumterhadap molekultoluenemenunjukkanbahwadalamhalinitolueneberfungsisebagai reduktor(menerimaproton)lalusenyawainimelepaskangugusalkilradikal membentuk benzene. Dalam hal ini toluene berfungsi sebagai oksidator (melepas BAB IIDeskripsi ProsesPra Rancangan Pabrik Paraxylene Proses Disproporsionasi Toluene35proton).Padamolekultoluenelainnya,penyerangangugusalkilradikalterhadap molekultoluenemenunjukkanbahwatolueneberfungsisebagaireduktor lalu senyawaini melepaskan gugus radiakalhydrogeniummembentuk xylene. Dalam hal toluene berfungsi sebagai oksidator. Jadi disini toluene berfungsi baik sebagai oksidator maupun reduktornya (autoredoks). Mekanismereaksi pada katalis dapat dibagi dalam tahap-tahap sebagai berikut :1. Adsorbsi pada permukaan katalistoluene toluene ( s )methyl methyl ( s )pada kondisi ini membutuhkan tekanan dan suhu yang tinggi.2. Reaksi aktivasitoluene ( s ) toluenemethyl ( s ) methylpada kondisi ini membutuhkan suhu yang tinggi.3. Reaksi pada permukaan katalistoluene +methyl xylene ( s )pada reaksi ini memerlukan pada suhu tinggi.4. Deaktivasixylene( s ) xylene ( s )kemudian kembaliakanmengaktifkankatalis,padareaksiinitidak memerlukan suhu tinggi.BAB IIDeskripsi ProsesPra Rancangan Pabrik Paraxylene Proses Disproporsionasi Toluene365. Desorbsixylene ( s ) xylene+s2.2.2. Penggunaan KatalisPadareaksidisproporsionasitoluenemenggunakankatalisyangberpori (zeolite ZSM-5) agar diperoleh konsentrasi paraxylene yang tinggi pada campuran xylene (mixed xylenes). Hal ini dapat dijelaskan dengan gambar berikut ini : Gambar 2.4.Mekanisme isomerisasi xylene dalam katalis zeolite ZSM-5Padagambar2.4 tampakbahwareaksitrans-alkilasitolueneakan membentukbenzene,o-xylene,m-xylenedanp-xylenetetapidalamhalini benzenedapatberdifusidengancepatkeluardarikatalisdanxyleneyang terbentukakanmengalamiisomerasidengancepatdalampori porikatalis. Paraxylene dapat berdifusi keluar lebih cepat dibandingkan dengan isomer lainnya (metadanortoxylene).Halinidisebabkanortodanmetaxylenesulitkeluardari BAB IIDeskripsi ProsesPra Rancangan Pabrik Paraxylene Proses Disproporsionasi Toluene37pori- porikatalis,olehkarenaitukeduanyaberisomerisasi membentuk paraxyleneagardapatkeluar dariporipori katalis.Fenomenadi atasdisebabkan olehefeksteotriphindrancepadamasing masingstrukturmolekulnya (penghalang berdasarkan bentuk molekulnya).Paraxylenerelatiflebihmudahkeluardaripori porikataliskarena strukturmolekulnyalebihrampingdibandingkanortodanmetaxyleneyang mempunyaisisipenghalangpadabagiankiriataukanannya,yaitugugus methylnya.Alasanlainyangmendukungpendapatiniadalahbentukpori poridari katalis yang dapat digambarkan seperti pada gambar 2.5. Pada gambar ini tampak bahwa bentuk pori pori katalis yang sebenarnya adalah bentuk mikroskopis yang tidak teratur, sehingga bagi senyawa yang mempunyai bentuk molekul dengan sisi penghalang akan sukar sekali untuk berdifusi keluar dari katalis tersebut. Dengan demikianmetadanortoxylenesepertidipaksauntukberisomerisasiterlebih dahulu membentuk paraxylene agar dapat berdifusi keluar dari katalis.Gambar 2.5. Pori pori katalis tempat terjadinya difusi dan reaksi kimia(Reff. R. Byrond Bird, Stewart, WE, hal 534)BAB IIDeskripsi ProsesPra Rancangan Pabrik Paraxylene Proses Disproporsionasi Toluene382.2.4. Kondisi Operasi dan ReaktorReaksidisproporsionasitoluenainiberlangsungpadasuhu390-4000C, tekanan30 atm, WHSV = 4-4,5 hr-1dan0,5 H2/HC, pada fasegas menggunakan jenis reaktor Fixed Bed Multitube Catalytic, menggunakan katalis zeolite ZSM-5. Dari keterangan di atas diketahui bahwa reaksi berlangsung pada suhu tinggi dan tekanan tinggi. Hal ini disebabkan karena alasan-alasan sebagai berikut : Suhuyangtinggidiperlukanuntukberlangsungnyareaksiaktivasidan reaksi permukaan pada katalis yang digambarkan padamekanisme reaksi. Suhuyangtinggiinidiperlukanuntukprosesdesorbsidaripori-pori katalis. Tekananyangtinggidiperlukanuntukberlangsungnyaprosesadsorbsi toluenepadapermukaankatalis,dansekaligusjugauntukmendorong masuknya molekul atau uap toluene pada pori-pori katalis.Sedangkandalamperancanganinidipilihsuhureaktanmasukreaktor adalah390C dan keluar pada suhu 400 0C pada tekanan30 atm.Karena operasi reaktorpadasuhuyangtinggisertareaksiyangberlangsungsangateksotermis maka reaktoryangdigunakanadalahfixedbedmultitube cataliticreactor agar tercapai suhukeluardarireaktortidaklebihdari 400C.Bentukreaktoryang dipilih berupa bejana yang berbentuk silinder yang teridiri dari tube tube tempat mengalirkanpendinginreaktordan terdapatbedyangdiisikatalis (zeolite ZSM 5).BAB IIDeskripsi ProsesPra Rancangan Pabrik Paraxylene Proses Disproporsionasi Toluene39Alasan-alasan dipilihnya reactor fixed bed multi tube adalah :1. Reaksiyangterjadibersifatsangateksotermissehingga memerlukan pendingin karena perbedaan suhu pada dasar reactor dan puncak reactor tidak berbeda jauh (T = 10 0C).2. Dari segi konstruksi dan perawatan relatif lebih mudah karena bentuknyasederhana.ReaksiDisproporsionasitoluenemerupakanreaksisearah danbersifat eksotermis.Untukmendapatkanhasilyangoptimumdapatditinjaudarisegi kinetika reaksi dan thermodinamika.2.3. TINJUAN KINETIKA DAN THERMODINAMIKA2.3.1. Tinjauan KinetikaTujuantinjauankinetikauntukmengetahuipengaruhsuhu(T)terhadap konstanta kecepatan reaksi (k) khususnya reaks