BAB II DESKRIPSI PROSES A. Macam-macam Proses …digilib.unila.ac.id/9151/154/BAB II.pdf9 Konversi terhadap propilen oksida adalah sebesar 98,8%, dan distribusi produk yang dihasilkan

37

BAB II

DESKRIPSI PROSES

A. Macam-macam Proses Pembuatan Isopropanolamin

Secara umum, isopropanolamin dapat diproduksi melalui beberapa proses,

yaitu:

1. Proses aqueous

Prosedur aqueous phase merupakan proses pembuatan isopropanolamin

yang ekonomis dan paling aman. Proses ini tanpa menggunakan katalis,

namun menggunakan air yang cukup banyak. Reaksi dijalankan pada

temperatur 32°C dan tekanan 1 atm dengan rasio mol amoniak : propilen

oksida = 5 : 1. Reaksi yang terjadi adalah:

NH3(l) + C3H6O(l) → C3H9NO(l)

(Amoniak) (PO) (MIPA)

C3H9NO(l) + C3H6O(l) → C6H15NO2(l)

(MIPA) (PO) (DIPA)

C6H15NO2(l) + C3H6O(l) → C9H21NO3(l)

(DIPA) (PO) (TIPA)

9

Konversi terhadap propilen oksida adalah sebesar 98,8%, dan distribusi

produk yang dihasilkan yaitu monoisopropanolamin 49,3%,

diisopropanolamin 45,5%, dan triisopropanolamin 5,2%.

(Huang et.al., 2001)

2. Proses anhydrous

Propilen oksida direaksikan dengan ammonia dalam fase cair dengan rasio

molar 1:10 sampai 1:80 pada tekanan 40 atm sampai 200 atm dan pada

temperatur antara 20°C sampai 250°C. Kondisi operasi yang disarankan

dalam proses anhydrous ini adalah pada tekanan 110 atm dan temperatur

150°C, dengan rasio molar propilen oksida dan ammonia 1:40. Konversi

propilen oksida sebesar 95%. amoniak dan propilen oksida dalam storage

tank dipompa ke dalam mixer untuk dicampur, kemudian dipompa menuju

preheater untuk dipanaskan dari 35°C menjadi 75°C. Campuran ini

kemudian diumpankan ke dalam reaktor yang berisi katalis cation

exchange resin. Keluaran reaktor yang berisi campuran

monoisopropanolamin, diisopropanolamin, triisopropanolamin, dan

amoniak yang tidak bereaksi diumpankan ke dalam menara distilasi untuk

dipisahkan.

(United States Patent, 1972)

10

B. Pemilihan Proses

1. Berdasarkan Tinjauan Ekonomi

Tabel 2.1. Harga bahan baku dan produk

Bahan Harga dalam $ Harga dalam Rp.

PO(l) (Propilen Oksida) 1.702,00/ton 26.989.914,00 /ton

NH3(l) (Amoniak) 385,81/ton 4.728.873,17 /ton

MIPA(l)(Monoisopropalamin) 4.000,00/ton 49.028.000,00 /ton

DIPA(l) (Diisopropalamin) 3.000,00/ton 36.771.000,00/ton

TIPA(l) (Triisopropalamin) 2.600,00/ton 25.739.700,00/ton

a. Proses aqueous

Selektivitas:

- MIPA : 49,3 %

- DIPA : 45,5 %

- TIPA : 5,2 %

Konversi PO : 98,8 %

Kapasitas produk : 15.000 ton Isopropanolamin tiap tahun.

Dengan reaksi I :

NH3 (l) + PO (l) → MIPA (l)

Mula 1143564,1 228712,8 -

Bereaksi 111402,4 111402,4 111402,4

11

Sisa 1032161,8 117310,5 111402,4

Dengan reaksi II :

MIPA (l) + PO (l) → DIPA (l)

Mula 111402,4 117310,5 -

Bereaksi 102815,6 102815,6 102815,6

Sisa 8586,8 14494,9 102815,6

Dengan reaksi III :

DIPA (l) + PO (l) → TIPA (l)

Mula 102815,6 14494,9 -

Bereaksi 11750,4 11750,4 11750,4

Sisa 91065,2 2744,6 11750,4

Untuk menghasilkan isopropanolamin 15.000 ton diperlukan 228712,8

kmol PO.

Menentukan NH3 masuk reaktor

A (NH3)umpan = 5 x (PO)umpan

A = 5 x 228712,8 kmol

A = 1143564,1 kmol

Bahan baku yang dibutuhkan:

Mol PO = 228712,8 kmol

12

Massa PO yang dibutuhkan untuk menghasilkan 15.000 ton

isopropanolamin = 13.265.344 kg = 13.265,3 ton

Harga PO = 1.702,00 $ /ton x 13.265,3 ton

= 22.577.615,5 $

Mol NH3 mula-mula = 1.143.564,1 kmol

Massa NH3 yang dibutuhkan untuk menghasilkan 15.000 ton

isopropanolamin = 19.440.590,32 kg = 19.440,590 ton

Harga NH3 = 385,81 $/ ton x 19.440,590 ton

= 7.500.374 $

Jumlah harga bahan baku:

= (22.577.615,5 $ + 7.500.374 $)= 30.077.989,7 $

Massa produk MIPA

Mol MIPA = 8.586,8 kmol

Massa MIPA = 644.009,58 kg = 644,009 ton

Harga produk MIPA = 4.000 $/ ton x 644,009 ton = 2.576.038,3 $

Massa DIPA yang dihasilkan :

Mol DIPA = 91.065,2 kmol

Massa DIPA = 12.111.674 kg = 12.111,67 ton

Harga produk DIPA = 3.000 $/ ton x 12.111,67 ton = 36.335.021 $

Massa TIPA yang dihasilkan :

Mol TIPA = 11.750,4kmol

Massa TIPA = 2.244.316,9 kg = 2.244,3 ton

13

Harga produk TIPA = 2.600 $/ ton x 2.244,3 ton = 5.835.223,9 $

Jumlah harga produk:

= 2.576.038,3 $ + 36.335.021 $ + 5.835.223,9 $ = 44.746.283 $

Keuntungan per tahun = Harga Produk – Harga Reaktan

= 44.746.283 $ - 30.077.989,7 $

= 14.668.293 $

= Rp 181.270.766.374,79

b. Proses anhydrous

Selektivitas:

- MIPA : 95,6 %

- DIPA : 4,3 %

- TIPA : 0,1 %

Konversi PO : 95%

Kapasitas produk : 15.000 ton MIPA tiap tahun

Mol MIPA = Massa MIPA (kapasitas)

BM

Mol MIPA = 15.000.000 kg

75 = 200.000 kmol

Mol DIPA =0,043

0,956x 200.000 = 8.995,82 kmol

Mol TIPA =0,002

0,924x 200.000 = 82,15 kmol

14

Dengan reaksi I :

NH3 (l) + PO (l) → MIPA (l)

Mula A B -

Bereaksi 209.077,96 209.077,96 209.077,96

Sisa A-209.077,96 B-209.077,96 209.077,96

Dengan reaksi II :

MIPA (l) + PO (l) → DIPA (l)

Mula 209.077,96 B-209.077,96 -

Bereaksi 9.077,96 9.077,96 9.077,96

Sisa 200.000 B-218.155,93 9.077,96

Dengan reaksi III :

DIPA (l) + PO (l) → TIPA (l)

Mula 9.077,96 B-218.155,93 -

Bereaksi 82,15 82,15 82,15

Sisa 8.995,82 B-218.238,08 82,15

Menentukan Propilen Oksida

PO sisa reaksi = (100% - 95%) x PO umpan

B-218.238,08 = 0,05 x B

0,95b = 218.238,08

B = 229.724,29 kmol

15

Menentukan NH3 masuk reaktor

A (NH3)umpan = 40 x (PO)umpan

A = 40 x 229.724,29 kmol

A = 9.188.971,68 kmol

Bahan baku yang dibutuhkan:

Mol PO = 229.724,29 kmol

Massa PO yang dibutuhkan untuk menghasilkan 200.000 kmol MIPA

= mol PO x BM PO

= 229.724,29 kmol x 58 kg/kmol

= 13.324.009 kg = 13.324 ton

Harga PO = 2.202,00 $ /ton x 13.324 ton

= 29.339.448 $

Mol NH3 mula-mula = 8.431.480,84 kmol

Massa NH3 yang dibutuhkan untuk menghasilkan 200.000 kmol MIPA

= mol NH3 x BM NH3

= 9.188.971,68 kmol x 17 kg/kmol

= 156.212.519 kg = 156.212,5 ton

Harga NH3 = 385,81 $/ ton x 156.212,5 ton

= 60.268.344,63 $

Jumlah harga bahan baku:

= (29.339.448 $ + 60.268.344,63 $)= 89.607.792,63 $

16

Massa produk MIPA = 15.000.000 kg = 15.000 ton

Harga produk MIPA = 4.000 $/ ton x 15.000 ton = 60.000.000 $

Massa DIPA yang dihasilkan :

Mol DIPA = 8.995,82 kmol

Massa DIPA = 8.995,82 kmol x 133 kg/kmol

= 1.196.444,06 kg = 1.196,44 ton

Harga produk DIPA = 3.000 $/ ton x 1.196,44 ton = 3.589.320 $

Massa TIPA = 82,15 kmol x 191 kg/kmol

= 15.690,65 kg = 15,69 ton

Harga produk TIPA = 2.100 $/ ton x 15,69 ton = 32.949 $

Jumlah harga produk:

= 60.000.000 $ + 3.589.320 $ + 32.949 $ = 63.622.269 $

Keuntungan per tahun = Harga Produk – Harga Reaktan

= 63.622.269 $ - 89.607.792,63 $

= - 25.985.523,63 $

Harga reaktan yang dibutuhkan lebih besar daripada harga produk yang

dihasilkan maka dapat disimpulkan bahwa tidak ada keuntungan yang

didapat (rugi).

17

2. Berdasarkan Tinjauan Termodinamika

Panas reaksi (∆HR)

Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat

reaksi (endotermis/eksotermis) dan reaksi berlangsung secara

spontan atau tidak. Penentuan sifat reaksi eksotermis atau

endotermis dapat ditentukan dengan perhitungan panas

pembentukan standar (H°f) pada P= 1 atm dan T = 298,15 K.

Pada proses pembentukan isopropanolamin terjadi reaksi sebagai

berikut:

a. Proses aqueous

Reaksi 1 :

NH3 + PO MIPA

Harga ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat

dilihat pada Tabel 2.2. sebagai berikut :

Tabel 2.2. Nilai ∆Hf (298) bahan baku dan produk

Komponen ∆Hf (298) (kJ/kmol)

NH3(l) -4,59E+01

C3H6O(l) -9,29E+01

C3H9NO(l) -2,39E+02

(Reid and Prauznitz, 1897)

∆HRx = ∆HR + ∆HRx(298)o + ∆Hp .................... (2.6)

∆H = R ∑ ni ∫Cpig

R

T2

T1 dT ...................... (2.7)

∆H = ΔCpmh x Δt ..................... (2.8)

18

ΔCpmh

R= A + BTam +

C

3(4Tam

2 − T1T2) + D

T1T2 ...................... (2.9)

ΔHRo(298) = ΔHof produk - ΔHof reaktan ................... (2.10)

∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2

Sehingga panas untuk masing - masing reaksi untuk suhu T, K dapat

dihitung dengan persamaan:

Dari persamaan reaksi (2.1)

ΔHRo(298oK) = ΔHfo C3H9NO(l)- (ΔHfo C3H6O + ΔHfo NH3)

= -2,39.102 – (-92,9+(-45,9))

= -1,00.102 kJ/kmol

∆H1 = ΔCpmh x Δt

ΔCpmh

RNH3= −1,82. 102 + (3,36 x 301,5) + ((-1,44.10-2/3) x

((4x301,52) -(298x330))) + (( 2,04.10-5) / (298x330))

ΔCpmh

RNH3= -4,77.102 kJ/kmol

ΔCpmh NH3 = -3,97.103 kJ/kmol K

∆H NH3 = -27.786,3 kJ/kmol

ΔCpmh

RC3H6O = 53,3 + (5,15.10-1 x 301,5) + ((1,8.10-3/3) x

((4x301,52) -(298x330))) + ((2,78.10-6) / (298x330))

ΔCpmh

RC3H6O = 46,1 kJ/kmol

T = 330 K

ΔH1

T = 298 K

ΔHR°298

T = 298 K

ΔH2

T =330 K

19

ΔCpmh C3H6O = 3,84.102 kJ/kmol K

∆H C3H6O = 2.685,092 kJ/kmol

∆H1= ∆H NH3 +∆H C3H6O

∆H1= -27.786,3 kJ/kmol + 2.685,092 kJ/kmol

∆H1= -25101,2 kJ/kmol


ΔCpmh

RC3H9NO= 12 + (1,26 x 301,5) + ((-3,32. 10-03/3) x (( 4 x 301,5

2) – (298 x 330)) + (3,39.10 -06)/ (298 x 330)

ΔCpmh

RC3H9NO =90,6 kJ/kmol

ΔCpmh C3H9NO = 7,53.102 kJ/kmol K

ΔH C3H9NO = -5.270,49 kJ/kmol

∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2

∆HR = -25101,2 kJ/kmol +( -1,00.102 kJ/kmol)+ (-5.270,49 kJ/kmol)

∆HR = -3,05.104 kJ/mol

Reaksi 2 :

MIPA + PO DIPA

Harga ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat

pada Tabel 2.3 sebagai berikut :

20

Tabel 2.3. Harga ΔHof Masing-Masing Komponen

Komponen Harga ΔHof (J/mol)

PO -9,29E+01

MIPA -2,39E+02

DIPA -4,54E+02




ΔHRo(298oK) = ΔHfo C6H15NO(l)- (ΔHfo C3H6O + ΔHfo C3H9NO)

=-92,9 – (-2,39.102+(-4,54.102))

= -1,22.102 kJ/kmol


ΔCpmh

RC3H6O = -53,3 + (5,15.10-1 x 301,5) + ((-1,8.10-3/3) x

((4x301,52) -(298x330))) + ((2,78.10-6) / (298x330))

ΔCpmh



∆H C3H6O = 2.610,42 kJ/kmol

ΔCpmh

RC3H9NO= 12 + (1,26 x 301,5) + ((-3,32. 10-03/3) x (( 4 x 301,5

2) – (298 x 330)) + (3,39.10 -06)/ (298 x 330)

ΔCpmh

RC3H9NO = 92,9 kJ/kmol

21

ΔCpmh C3H9NO = 7,73102 kJ/kmol K

ΔH C3H9NO = 5.408,092kJ/kmol

∆H1= ∆H C3H6O + ∆H C3H9NO

∆H1= 2.610,42 kJ/kmol + 5.408,092kJ/kmol

∆H1= 8018,511 kJ/mol


ΔCpmh

RC6H15NO= -9,46 + (2,38 x 301,5) + ((-5,61. 10-03/3) x (( 4 x

301,5 2) – (298 x 330)) + (5,07.10 -06)/ (298 x 330)

ΔCpmh

RC6H15NO = 197 kJ/kmol


ΔH C6H15NO = -11.487,4kJ/kmol

∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2

∆HR = 8018,511 kJ/mol +( -1,22.102 kJ/kmol)+( -11.487,4kJ/kmol)

∆HR = -3,59.103 kJ/mol

Reaksi 3 :

DIPA + PO TIPA

Harga ΔHof masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat dilihat

pada Tabel 2.4. sebagai berikut :

22

Tabel 2.4. Harga ΔHof Masing-Masing Komponen

Komponen Harga ΔHof (J/mol)

PO -9,29E+01

DIPA -4,54+02

TIPA -6,64E+02




ΔHRo(298oK) = ΔHfo C9H21NO3(l)-(ΔHfo C3H6O +ΔHfo C9H15NO2)

=-92,9 – (-4,54.102+(-6,64.102))

= -1,17.102 kJ/kmol


ΔCpmh

RC3H6O = 53,3 + (5,15.10-1 x 301,5) + ((-1,8.10-3/3) x

((4x301,52) -(298x330))) + ((2,78.10-6) / (298x330))

ΔCpmh



∆H C3H6O = 2.610,42 kJ/kmol

ΔCpmh

RC6H15NO= -9,46 + (2,38.10-01 x 301,5) + ((-5,61. 10-3/3) x (( 4

x 301,5 2) – (298 x 330)) + (5,07.10 -06)/ (298 x 330)

ΔCpmh

RC6H15NO = 1,97.102 kJ/kmol

23


ΔH C6H15NO = 11487,37 kJ/kmol

∆H1= ∆H C3H6O + ∆H C6H15NO2

∆H1= 2.610,42 kJ/kmol + 11487,37 kJ/kmol

∆H1= 14097,79 kJ/mol


ΔCpmh

RC6H15NO2 = -30,9 + (3,49 x 301,5) + ((-7,9. 10-3/3) x (( 4 x

301,5 2) – (298 x 330)) + (6,75.10 -06)/ (298 x 330)

ΔCpmh

RC9H21NO3 = 3,03.102 kJ/kmol

ΔCpmh C9H21NO3 = 2,52.103 kJ/kmol K

ΔH C9H21NO3 = -17656,6 kJ/kmol

∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2

∆HR = 14097,79 kJ/mol +( -1,17.102 kJ/kmol)+(-17656,6 kJ/kmol)

∆HR = 3,68.103 kJ/kmol

Karena harga ΔH298.15K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.

b. Proses anhydrous

Reaksi 1 :

NH3 + PO MIPA

Harga ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298,15 K dapat

dilihat pada Tabel 2.5. sebagai berikut :

24

Tabel 2.5. Nilai ∆Hf (298) bahan baku dan produk

Komponen ∆Hf (298) (J/mol)

NH3(l) -4,59E+04

C3H6O(l) -9,29E+04

C3H9NO(l) -2,39E+06

C6H15NO2(l) -4,54E+06

C9H21NO3(l) -6,64E+06


∆HRx = ∆HR + ∆HRx(298)o + ∆Hp .................... (2.6)

∆H = R ∑ ni ∫Cpig

R

T2

T1 dT ...................... (2.7)

∆H = ΔCpmh x Δt ..................... (2.8)

ΔCpmh

R= A + BTam +

C

3(4Tam

2 − T1T2) + D

T1T2 ...................... (2.9)

ΔHRo(298) = ΔHof produk - ΔHof reaktan ..................... (2.10)

∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2




T = 373K

ΔH1

T = 298 K

ΔHR°298

T = 298 K

ΔH2

T =448K

25

ΔHRo(298oK) = ΔHfo C3H9NO(l)- (ΔHfo C3H6O + ΔHfo NH3)

= -2,39E+06 – (-9,29E+04+(-4,59E+04))

= -100.350 J/kmol = -100,35 kJ/kmol


ΔCpmh

RNH3= 2,73 + (2,38.10-2 x 335,5) + ((-1,71.10-5/3) x

((4x335,52) -(298x373))) + (( -1,19.10-8) / (298x373))

ΔCpmh

RNH3= 29,24 J/mol

ΔCpmh NH3 = 243,1 J/mol K

∆H NH3 = -1121297 J/mol = -1121,297 kJ/mol

ΔCpmh

RC3H6O = -8,46 + (3,26.10-1 x 335,5) + ((1,71.10-5/3) x

((4x335,52) -(298x373))) + ((4,82.10-8) / (298x373))

ΔCpmh

RC3H6O =-30,83 J/mol

ΔCpmh C3H6O = -256,34 J/mol K

∆H C3H6O = -93636,8 J/mol = -93,6368 kJ/mol

∆H1= ∆H NH3 +∆H C3H6O

∆H1= -1121,297 kJ/mol + -93,6368 kJ/mol

∆H1= -1214,9338 kJ/mol


ΔCpmh

RC3H9NO= -7,49 + (4,1.10-01 x 335,5) + ((-2,83. 10-04/3) x (( 4 x

335,5 2) – (298 x 373)) + (8,35.10 -08)/ (298 x 373)

ΔCpmh

RC3H9NO = -47,16J/mol

ΔCpmh C3H9NO = -392,08 J/mol K

26

ΔH C3H9NO = -58.812,5,96J/mol = -58,81 kJ/mol

∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2

∆HR = -1214,9338 kJ/mol + (-100,35 kJ/kmol) + (-58,81 kJ/mol)

∆HR = -1374,09 kJ/mol

Reaksi 2 :

MIPA + PO DIPA






ΔHRo(298oK) = ΔHfo C6H15NO2(l)- (ΔHfo C3H6O + ΔHfo C3H9NO)

= -4,54E+06 – (-9,29E+04+(-2,39E+06))

= -122270 J/kmol = -122,27 kJ/kmol


ΔCpmh

RC3H6O = -8,46 + (3,26.10-1 x 335,5) + ((1,71.10-5/3) x

((4x335,52) -(298x335,5))) + ((4,82.10-8) / (298x335,5))

ΔCpmh



∆H C3H6O = -93636,8 J/mol = -93,6368 kJ/mol

27

ΔCpmh

RC3H9NO= --7,49 + (4,1.10-01 x 335,5) + ((-2,83. 10-04/3) x (( 4

x 335,5 2) – (298 x 373)) + (8,35.10 -08)/ (298 x 373)

ΔCpmh

RC3H9NO = -39,25 J/mol

ΔCpmh C3H9NO = -326,36 J/mol K

ΔH C3H9NO = 225678 J/mol = 225,678 kJ/mol

∆H1= ∆H C3H6O + ∆H C3H9NO

∆H1= -93,6368 kJ/mol + 225,678 kJ/mol

∆H1= 132,0412 kJ/mol


ΔCpmh

RC6H15NO2= -18,4 + (7,16.10-01 x 301,5) + ((-4,39. 10-04/3) x ((

4 x 371 2) – (298 x 448)) + (1,09.10 -07)/ (298 x 448)

ΔCpmh

R C6H15NO2 = -80,35 J/mol

ΔCpmh C6H15NO2 = -668,11 J/mol K

ΔH C6H15NO2 =-498853 J/mol = -498,853 kJ/mol

∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2

∆HR = 132,0412 kJ/mol + (-122,27 kJ/kmol) + (-498,853 kJ/mol)

∆HR = -489,0818 kJ/mol

Reaksi 3 :

DIPA + PO TIPA

28






ΔHRo(298oK) =ΔHfo C9H21NO3(l)-(ΔHfo C3H6O + ΔHfo C6H15NO2)

= -6,64E+06 – (-9,29E+04 +(-4,54E+06))

= -116534,3 J/kmol = -116,5343 kJ/kmol


ΔCpmh

RC3H6O = -8,46 + (3,26.10-1 x 335,5) + ((1,71.10-5/3) x

((4x335,52) -(298x335,5))) + ((4,82.10-8) / (298x335,5))

ΔCpmh



∆H C3H6O = -93636,8 J/mol = -93,6368 kJ/mol

ΔCpmh

RC6H15NO2= -18,4 + (7,16.10-01 x 335,5) + ((-4,39. 10-04/3) x ((

4 x 335,5 2) – (298 x 373)) + (1,09.10 -07)/ (298 x 373)

ΔCpmh

R C6H15NO2 = -68,07 J/mol


ΔH2 C6H15NO2 = -401000 J/mol = -401 kJ/mol

∆H1= ∆H C3H6O + ∆H C6H15NO2

∆H1= -93,6368 kJ/mol + -401 kJ/mol

∆H1= -494,6368 kJ/mol

29


ΔCpmh

RC9H21NO3= -8,457 + (0,33 x 335,5) + ((-1,98. 10-04/3) x (( 4 x

335,52) – (298 x 448)) + (9,81.10 -08)/ (298 x 448)

ΔCpmh

R C6H15NO2 = -65,49 J/mol


ΔH C9H21NO3 =-1410000 J/mol = -1410 kJ/mol

∆HR = ∆H1 + ∆HRo + ∆H2

∆HR = -494,6368 kJ/mol + (-116,5343 kJ/kmol) + (-1410 kJ/mol)

∆HR = -2021,17 kJ/mol

Karena harga ∆HR negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.

Energi Bebas Gibbs (∆G)

Perhitungan energi bebas gibbs (∆G) digunakan untuk meramalkan arah

reaksi kimia cenderung spontan atau tidak. ΔGo bernilai positif (+)

menunjukkan bahwa reaksi tersebut tidak dapat berlangsung secara

spontan, sehingga dibutuhkan energi tambahan dari luar yang cukup besar.

Sedangkan ΔGo bernilai negatif (-) menunjukkan bahwa reaksi tersebut

dapat berlangsung secara spontan dan tidak membutuhkan energi.

ΔGo (298oK) = ΔGo produk - ΔGo reaktan ....................... (2.10)

ΔG = ΔH – TΔS ....................... (2.11)

........... (2.12)

T

dT

R

CpR

T

dT

R

CpR

T

GHTHG

T

T

T

T

Ro

Ro

Rxo

TRo

2

1

2

1298

)298()298()(

30

a. Proses aqueous

Tabel 2.6. Nilai ∆Gf (298) bahan baku dan produk

Komponen ∆Hf (298) (J/mol)

NH3(l) -1,62E+04

C3H6O(l) -2,57E+04

C3H9NO(l) -1,08E+05

C6H15NO2(l) -1,15E+05

C9H21NO3(l) -1,33E+05


Reaksi 1 :

NH3 + PO MIPA

ΔGo (298oK) = (ΔGo C3H9NO(l) ) - (ΔGo NH3(l) + (ΔGo C3H6O(l))

= (-1,08E+05) – ((-1,62E+04) + (-2,57E+04))

= -6,61E+4 J/mol = -66,1 kJ/kmol

ΔG = (−699) − 301,5 x ((−699 + 66,1

298) + (4,73 + 131))

= −40981,26 kJ/kmol

Reaksi 2 :

MIPA + PO DIPA

ΔGo (298oK) =(ΔGoC6H15NO2(l))-(ΔGoC3H9NO(l)+ (ΔGo C3H6O(l))

= (-1,15E+05) – ((-1,08E+05) + (-2,57E+04))

= -1,73E+5 J/mol = -173 kJ/kmol

ΔG = (−65,1) − 301,5 x ((−65,5 + 173

298) + (7,623 + 63,2)

31

= −21526,99 kJ/kmol

Reaksi 3 :

DIPA + PO TIPA

ΔGo (298oK) =(ΔGoC9H21NO3(l))-(ΔGoC6H15NO2(l)+ΔGo C3H6O(l))

= (-1,33E+05) – ((-1,15E+05) + (-2,57E+04))

= -9,18E+4 J/mol = -918 kJ/kmol

ΔG = (−194) − 301,5 x ((77 + −918

298) + (−10,67 + 39,07)

= −7905,72 kJ/kmol

b. Proses anhydrous

Reaksi 1 :

NH3 + PO MIPA

ΔGo (298oK) = (ΔGo C3H9NO(l) ) - (ΔGo NH3(l) + (ΔGo C3H6O(l))

= (-1,08E+05) – ((-1,62E+04) + (-2,57E+04))

= -6,61E+4 J/mol = -66,1 kJ/kmol

ΔG = (−222,36) − 373 x ((−222,36 + 66,1

298) + (−71,7— 378,84)

= −794,125 kJ/kmol

Reaksi 2 :

DIPA + PO TIPA

ΔGo (298oK) =(ΔGoC6H15NO2(l))-(ΔGoC3H9NO(l)+ (ΔGo C3H6O(l))

= (-1,15E+05) – ((-1,08E+05) + (-2,57E+04))

= -1,73E+5 J/mol = -173 kJ/kmol

32

ΔG = (−276,29) − 373 x ((−276,29 + 173

298) + (−72,2— 378,84)

= −2190,759 kJ/kmol

Reaksi 3 :

DIPA + PO TIPA

ΔGo (298oK) =(ΔGoC9H21NO3(l))-(ΔGoC6H15NO2(l)+ΔGo C3H6O(l))

= (-1,33E+05) – ((-1,15E+05) + (-2,57E+04))

= -9,18E+4 J/mol = -918 kJ/kmol

ΔG = (−579,67) − 373 x ((−222,36 + −918

298) + (−71,7— 277,74)

= −3262,343 kJ/kmol

Tabel 2.7. Perbandingan Proses

Proses

Proses aqueous

(Proses I)

Proses anhydrous

(Proses II)

Langkah

proses

Pembuatan isopropalamin

membutuhkan bahan baku

amoniak dan propilen oksida

dengan rasio mol 5:1dan

menggunakan air sebagai

katalis.

Pembuatan isopropalamin

membutuhkan bahan baku

amoniak dan propilen oksida

dengan rasio mol 40:1 dan

menggunakan katalis

Kondisi

Operasi

P = 1,3 atm

T = 32 °C

P = 80 atm

T = 140 °C

Konversi 98,8% 95%

Panas Reaksi MIPA: -6,99. 105 kJ/kmol MIPA: -1374,09 kJ/mol

33

(∆HR) DIPA: -6,51. 104 kJ/kmol

TIPA: -1,94. 105 kJ/kmol

DIPA: -489,0818 kJ/kmol

TIPA: -2021,17 kJ/mol

Energi Bebas

Gibbs (∆G)

MIPA: -40.981,26 kJ/kmol

DIPA: -21.526,99 kJ/kmol

TIPA: -7.905,72 kJ/kmol

MIPA: -794,125 kJ/kmol

DIPA: -2190,759 kJ/kmol

TIPA: -918 kJ/kmol

Keuntungan Rp 181.270.766.374,79

Mengalami kerugian karena

membutuhkan ammonia yang

banyak yang menyebabkan

biaya bahan baku lebih besar

dari produknya

Dari Tabel 2.7. dapat dilihat bahwa proses pembuatan isopropanolamin

dengan metode aqueous phase adalah proses yang paling baik untuk dipilih.

Kelebihan proses ini adalah:

1. Konversi terhadap Propilen Oksida tinggi.

2. Kondisi operasi sangat menguntungkan jika ditinjau dari segi keamanan

dan perancangan alat. Reaktor bekerja pada suhu dan tekanan yang mudah

dicapai.

3. Biaya investasi dan biaya operasi rendah.

C. Uraian Proses

Proses pembuatan monoisopropanolamin dapat dibagi dalam empat tahap

yaitu :

34

1. Tahap penyimpanan bahan baku

2. Tahap penyiapan bahan baku

3. Tahap pembentukan produk

4. Tahap pemurnian produk

1. Tahap penyimpanan bahan baku

Bahan baku isopropanolamin yaitu amoniak dan propilen oksida disimpan

dalam fasa gas dan fasa cair.

2. Tahap penyiapan bahan baku

Amoniak dari tangki penyimpanan (ST-101) diumpankan ke mix point

(MP-101) untuk dicampur dengan air dan hasil recycle yang berasal dari

split point dan menara distilasi pertama. Kemudian keluaran mix point 1

didinginkan dalam cooler 101 (CO-101) hingga suhu 32oC sebelum

diumpankan ke reaktor (RE-201). Propilen oksida dari ST-102 langsung

diumpankan ke dalam reaktor untuk direaksikan dengan amoniak.

3. Tahap pembentukan produk

Di dalam reaktor terjadi reaksi yang bersifat eksotermis dan irreversible

sebagai berikut :

NH3(l) + C3H6O(l) C3H9NO(l) (MIPA)

C3H9NO(l) + C3H6O(l) C6H15NO2(l) (DIPA)

C6H15NO2(l) + C3H6O(l) C9H21NO3(l) (TIPA)

Reaksi terjadi pada fasa cair - cair. Amoniak terpecah dan bergabung

dengan propilen oksida melalui reaksi ammonolisis membentuk MIPA,

DIPA, TIPA dan besarnya konversi propilen oksida mencapai 98,8%.

35

Karena reaksi bersifat eksotermis maka untuk mempertahankan kondisi

operasi diperlukan pendingin.

4. Tahap pemurnian produk

Produk reaktor berupa cairan yang terdiri atas amoniak dan propilen

oksida yang belum bereaksi, air, monoisopropanolamin,

diisopropanolamin, dan triisopropanolamin. Campuran cairan diumpankan

ke dalam heater (HE-201), dipanaskan sehingga keluaran heater akan

menjadi campuran dua fasa yang kemudian diumpankan ke dalam menara

distilasi 1 (DC-301) untuk dipisahkan fasa uap dan fase cairnya. Air,

amoniak dan sedikit monoisopropanolamin yang mempunyai titik didih

lebih rendah dari diisopropanolamin dan triisopropanolamin akan

diperoleh sebagai hasil atas DC-301. Hasil atas dari DC-301 keluar

kemudian dikondensasi dalam CD-301 sehingga menjadi cairan dan

dikembalikan ke reaktor melalui mix point 1. Sebagian kecil air, sebagian

besar monoisopropanolamin serta disopropanolamin, dan

triisopropanolamin yang mempunyai titik didih lebih tinggi akan diperoleh

sebagai hasil bawah DC-301. Hasil bawah DC-301 kemudian diumpankan

ke menara distilasi 2 (DC-302) untuk memisahkan monoisopropanolamin

dari diisopropanolamin dan triisopropanolamin. Hasil atas DC-302 yang

terdiri dari monoisopropanolamin dan sedikit diisopropanolamin, lalu

didinginkan di dalam CO-301, kemudian disimpan dalam tangki ST-301.

Hasil bawah DC-302 yang terdiri atas sebagian kecil

monoisopropanolamin serta diisopropanolamin dan triisopropanolamin

diumpankan ke menara distilasi 3 (DC-303) yang berfungsi untuk

36

memisahkan diisopropanolamin dengan triisopropanolamin. Hasil atas

DC-303 yaitu diisopropanolamin dan sebagian kecil triisopropanolamin

kemudian didinginkan di dalam CO-302 dan disimpan dalam ST-302.

Hasil bawah DC-303 yaitu triisopropanolamin dan sebagian kecil

diisopropanolamin kemudian didinginkan di dalam CO-303 dan disimpan

dalam ST-303.

37

ST-

302

ST-

303

MP-01

RE-

201M-02

MD

01

MD

02

F1

F 11

F7

F 4

F 2

F 5

F8

F11

F3

H2O

F12

F 15

F20

ST-

101

ST-

102

Gambar 2.1 Diagram Alir

RE-

202 F6

MD

03

ST-

301

F16

F19

Documents

BAB II DESKRIPSI PROSES A. Macam-macam Proses …digilib.unila.ac.id/9151/154/BAB II.pdf9 Konversi terhadap propilen oksida adalah sebesar 98,8%, dan distribusi produk yang dihasilkan