BAB II URAIAN PROSES 2.1. Jenis-Jenis Proses Benzil alkohol

7
BAB II
URAIAN PROSES
2.1. Jenis-Jenis Proses
Benzil alkohol dikenal pula sebagai alpha hidroxytoluen, phenyl methanol,
atau
phenyl
carbinol.
Benzil
alkohol
mempunyai
rumus
molekul
C6H5CH2OH. Proses pembuatan benzil alkohol dapat dilakukan dengan
beberapa macam cara :
1. Reduksi Katalis dengan benzaldehida
Reduksi diperoleh dengan menggunakan Raney Nickel atau Sodium
Amalgam dan air. Bahan pereaksi yang ekivalen dengan benzaldehid bisa
menggunakan asam benzoat atau turunan asam benzoat. Persamaan
reaksinya sebagai berikut :
C6H5CHO + H2
Sodium amalgam
C6H5CH2OH
Reaksi ini berlangsung pada suhu 25oC dan tekanan 3 atm.
2. Reaksi Cannizaro
Pada reaksi ini formaldehida dioksidasi menjadi asam formiat, aldehid
aromatik direduksi menjadi alkohol, yang berlangsung pada fase homogen
(cair-cair) pada temperatur 207 oC, dan tekanan 6,1 atm.
8
Digunakan benzaldehida sebagai agen pereduksi dengan katalis berupa
alkali. Konversi reaksi ini sebesar 60%. Pada reaksi ini hanya setengah dari
aldehid yang tereduksi menjadi alkohol, setengahnya lagi teroksidasi
menjadi asam.
Persamaan reaksinya sebagai berikut :
alkali
2C6H5CHO + KOH
C6H5CO2K + C6H5CH2OH
3. Reaksi Hidrolisa
Reaksi hidrolisa terjadi antara Benzil Klorida dengan larutan Natrium
Karbonat. Kemurnian produk yang dihasilkan 99%. Konversi terhadap
produk sebesar 99%, berlangsung pada fase cair pada suhu 110oC dan
tekanan 2 atm, tanpa menggunakan katalis.
Persamaan reaksinya sebagai berikut :
2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O
2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2
2.2. Pemilihan Proses
Pemilihan proses dilakukan dengan membandingkan keuntungan dan
kerugian semua proses pembuatan benzil alkohol yang telah diuraikan diatas
sebagai berikut :
9
a. Tinjauan Ekonomi
Tinjauan ekonomi ini bertujuan untuk mengetahui bruto yang
dihasilkan oleh pabrik ini selama setahun dengan kapasitas 50.000
ton/tahun. Berikut ini perbandingan beberapa harga bahan baku dan
harga produk pada tahun 2013.
Tabel 2.1 Harga bahan baku dan produk
Bahan
Harga dalam $
Harga dalam Rp.
Benzaldehida
4000 USD/ton
40.000.000/ton
Kalium hidoksida
300 USD/ton
3.000.000/ton
Benzil Klorida
1476 USD/ton
14.760.000/ton
Natrium Karbonat
200 USD/ton
2.000.000/ton
Benzil Alkohol
3400 USD/ton
34.000.000/ton
Sumber: * www.alibaba.com,2013
1. Reduksi Katalis dengan benzaldehida
Konversi : 75%
Kapasitas produk : 50.000 ton benzil alkohol tiap tahun
𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 =
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑦𝑙 𝑎𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 (𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠)
𝐵𝑀
𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 =
50.000.000 𝑘𝑔
108
𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 = 462,962 𝑘𝑚𝑜𝑙
10
Dengan reaksi :
Sodium amalgam
C6H5CHO + H2
Mula
a
Bereaksi
Sisa
C6H5CH2OH
b
(462,962) (462,962)
(462,962)
(a-462,962) (b-462,962)
(462,962)
Dari reaksi diatas, untuk menghasilkan 50.000 ton atau 462,962 kmol
benzil alkohol dengan konversi reaksi 75% maka dibutukan reaktan
sebagai berikut
𝑎: 𝑏 =

100%
𝑥 462,983 𝑘𝑚𝑜𝑙 = 617,31 𝑘𝑚𝑜𝑙
75%
Mol benzaldehida = 617,31 kmol
Benzaldehid yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg
benzil alkohol
= mol benzaldehida * BM benzaldehid
= 617,31 kmol x 106 kg/kmol
= 65.434,86 kg = 65,434 ton
11

Mol Hidrogen = 617,31 kmol
Kalium hidoksida yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000
kg benzil alkohol
= mol hidrogen * BM hidrogen
= 617,31 kmol x 2 kgr/kmol
= 13.234,62 kg = 13,234 ton
Jumlah harga bahan baku:
= (65,434 ton x $ 4000/ton) + (13,234 ton x $ 3000/ton)
= $ 301.438.000
Harga produk benzi alkohol
= (50.000 ton/tahun x $ 3400/ton)
= $ 170.000.000 /tahun
Keuntungan per tahun
= Harga Produk – Harga Reaktan
= $ 170.000.000 /tahun - $ 301.438.000
= $ -131.438.000
= Rp. – 1.314..438.000
Harga produksi/kg benzil alkohol :
=
ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑢 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑠𝑒𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛
𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑏𝑟𝑖𝑘
12
=
$ 301.438.000/tahun
50.000.000 kg/tahun
= $ 6,028/ kg = $ 6028/ ton
= Rp. 60.280/ kg ($1 = Rp 10000)
Harga pembuatan per kg benzil alkohol dengan menggunakan proses ini
sebesar $ 6028/ ton, lebih mahal dibandingkan harga jual benzil alkohol
sebesar $ 3400 /ton.
2. Reaksi Cannizaro
Konversi : 60%
Kapasitas produk : 50.000 ton benzil alkohol tiap tahun
𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 =
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝑎𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 (𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠)
𝐵𝑀
𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 =
50.000.000 𝑘𝑔
108
𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 = 462,962 𝑘𝑚𝑜𝑙
Dengan reaksi :
2C6H5CHO + KOH
Mula
a
Bereaksi
Sisa
C6H5CO2K + C6H5CH2OH
b
(462,962) (462,962)
(a-462,962) (b-462,962)
(462,962)
(462,962)
(462,962)
(462,962)
13
Dari reaksi diatas, untuk menghasilkan 50.000 ton atau 277,778 kmol benzil
alkohol dengan konversi reaksi 60% maka dibutukan reaktan sebagai berikut
𝑏=
100%
𝑥 462,983 𝑘𝑚𝑜𝑙 = 771,638 𝑘𝑚𝑜𝑙
60%%
𝑎: 𝑏 = 2: 1 𝑚𝑎𝑘𝑎 𝑎 = 1543,276 𝑘𝑚𝑜𝑙

Mol benzaldehida = 1543,276 kmol
Benzaldehida yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg
benzil alkohol
= mol benzaldehid * BM benzaldehid
= 1543,276 kmol x 106 kg/kmol
= 163.587,276 kg = 163,587 ton

Mol Kalium hidoksida = 771,638 kmol
Kalium hidoksida yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000
kg benzil alkohol
= mol kalium hidoksida * BM kalium hidoksida
= 771,638 kmol x 56 kgr/kmol
= 43.211,728 kg = 43,211 ton
Jumlah harga bahan baku:
= (163,587 ton x $ 2000/ton) + (43,211 ton x $ 4000/ton)
= $ 205.561.400
14
Harga produk benzil alkohol
= (50.000 ton/tahun x $ 3400/ton)
= $ 170.000.000 /tahun
Keuntungan per tahun
= Harga Produk – Harga Reaktan
= $ 170.000.000 /tahun - $ 205.561,400
= $ -129.996.000
= Rp. – 1.299.960.000.000
Harga produksi/kg benzil alkohol :
=
ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑢 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑠𝑒𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛
𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑏𝑟𝑖𝑘
=
$ 205.561.400/tahun
50.000.000 kg/tahun
= $ 6,850/ kg = $ 6850/ ton
= Rp. 68.500/ kg ($1 = Rp 10000)
Harga pembuatan per kg benzil alkohol dengan menggunakan proses ini
sebesar $ 6850/ ton, lebih mahal dibandingkan harga jual benzil alkohol
sebesar $ 3400 /ton.
3. Reaksi Hidrolisa
Konversi : 99%
Kapasitas : 50.000 ton benzil alkohol tiap tahun
15
𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 =
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝑎𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 (𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠)
𝐵𝑀
𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 =
50.000.000 𝑘𝑔
108
𝑀𝑜𝑙 𝐵𝑒𝑛𝑧𝑖𝑙 𝐴𝑙𝑘𝑜ℎ𝑜𝑙 = 462,962 𝑘𝑚𝑜𝑙
Dengan reaksi :
2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O
Mula
a
b
Bereaksi 462,962
462,962
2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2
c
462,962
Setimbang(a-462,962) (b-462,962)(c-462,962)
462,962
462,962 462,962
462,962
462,962 462,962
Dari reaksi diatas, untuk menghasilkan 50.000 ton atau 462,962 kmol
benzil alkohol dengan konversi reaksi 99% maka dibutukan reaktan
sebagai berikut
𝑎 = 𝑏 = 𝑐 = 2: 1: 1
𝑏, 𝑐 =
100%
99%
𝑥 462,962 𝑘𝑚𝑜𝑙 = 467,638 𝑘𝑚𝑜𝑙
a = 2 x 467,638 = 935,276 kmol

Mol benzil klorida = 935,276 kmol
Benzil klorida yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg
benzil alkohol
= mol benzil klorida * BM benzil klorida
= 935,276 kmol x 108 kg/kmol
= 101.009,808 kg = 101,009 ton
16

Mol natrium karbonat = 467,438 kmol
Natrium karbonat yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000
kg benzil alkohol
= mol natrium karbonat * BM natrium karbonat
= 467,438 kmol x 106 kg/kmol
= 49.569,628 kg = 49,569 ton

Mol H2O = 467,438 kmol
H2O yang dibutuhkan untuk menghasilkan 50.000.000 kg benzil
alkohol
= mol H2O * BM H2O
= 467,438 kmol x 18 kg/kmol
= 8.413,884 kg = 8,413 ton
Jumlah harga bahan baku:
= (101,009 ton/tahun x $ 1476/ton) + (49,569 ton/tahun x $ 200/ton) +
(8,413 ton/tahun x $ 100/ton )
= $ 159.003,08/tahun
Harga produk benzil alkohol:
= (50.000 ton/tahun x $ 3400/ton)
= $ 170.000.000 /tahun
17
Keuntungan per tahun
= Harga Produk – Harga Reaktan
= $ 170.000.000 - $ 159.003,08
= $ 169.840.996,9
= Rp. 1.698.409.969.000
Harga produksi per kg benzil alkohol :
=
ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑢/𝑡𝑎ℎ𝑢𝑛
𝑘𝑎𝑝𝑎𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 𝑝𝑎𝑏𝑟𝑖𝑘
=
$ 159.003.084 /tahun
50.000.000 kg/tahun
= $ 3,1/ kg = $ 3100/ ton
= Rp. 31000/ kg ($1 = Rp 10000)
Harga pembuatan per kg benzil alkohol dengan menggunakan proses ini
sebesar $ 3100/ ton, lebih murah dibandingkan harga jual benzil alkohol
sebesar $ 3400 /ton.
b. Tinjauan termodinamika
Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat
reaksi (endotermis/eksotermis). Penentuan panas reaksi yang berjalan
secara eksotermis atau endotermis dapat dihitung dengan perhitungan
panas pembentukan standar (ΔH°f) pada P = 1 atm dan T = 298 K.
18
 Proses 1 ( Reduksi Katalis dengan benzaldehid)
Reaksi yang terjadi adalah :
Sodium amalgam
C6H5CHO + H2
C6H5CH2OH
Nilai ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat
dilihat pada Tabel 2.2 sebagai berikut :
Tabel 2.2 Nilai ΔH°f masing-masing Komponen
ΔHof
Komponen
298
(kJ/mol)
C6H5CHO
-86,8
H2 (g)
0
C6H5CH2OH
-352
Sumber : Perry’s Tabel 2-196
Persamaan :
ΔH°r 298 K = ΔH°f produk - ΔH°f reaktan
ΔH°r 298 K = ΔH°f produk - ΔH°f reaktan
= [(ΔH°f C6H5CH2OH) – ( ΔH°f C6H5CHO + ΔH°f H2)]
= [(-352) – (-86,8 + 0)] kJ/mol
= - 265,2 kJ/mol
Karena nilai ΔH°r 298 K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.
19
Dari energi bebas Gibbs dari reaktan dan produk adalah :
Tabel 2.3 Nilai ΔG°f masing-masing Komponen
ΔGof
Komponen
298
(kJ/mol)
C6H5CHO
9,4
H2 (g)
0
C6H5CH2OH
-27,5
Sumber : Perry’s Tabel 2-196
Persamaan :
ΔGo = Σ(nΔGof) produk – Σ(nΔGof) reaktan
ΔG°r 298 K
= ΔG°f produk - ΔG°f reaktan
= [(ΔG°f C6H5CH2OH) – ( ΔG°f C6H5CHO + ΔG°f H2)]
= [(-27,5) – ( 9,4 + 0)] kJ/mol
= -36,9 kJ/mol
Berdasarkan nilai ∆Go yang telah di dapatkan sebesar -36,9 kJ/mol
menunjukkan bahwa reaksi yang terjadi di dalam reaktor dapat
berlangsung tanpa membutuhkan energi yang besar, karena diinginkan
nilai ∆Go < 0 agar tidak membutuhkan energi berupa panas yang terlalu
besar (konsumsi energi kecil). Dalam parameter perancangan pabrik kimia
berupa parameter termodinamika bahwa nilai ∆Go < 0 masih dapat
terpenuhi.
20

Proses 2 (Reaksi Cannizaro )
Reaksi yang terjadi adalah :
alkali
2C6H5CHO + KOH
C6H5CO2K + C6H5CH2OH
Nilai ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada
Tabel 2.4 sebagai berikut :
Tabel 2.4 Nilai ΔH°f masing-masing Komponen
Komponen
ΔHof 298
(kJ/mol)
C6H5CHO
-86,8
KOH
-352
C6H5CH2OH
-161
C6H5CO2K
Sumber : Perry’s Tabel 2-196
-385,05
Persamaan :
ΔH°r 298 K = ΔH°f produk - ΔH°f reaktan
ΔH°r 298 K
= ΔH°f produk - ΔH°f reaktan
= [(ΔH°f C6H5CH2OH + ΔH°f C6H5CO2K) –
( ΔH°f C6H5CHO + ΔH°f KOH)]
= [(-161 + -385,05) – (-86,8 + -352 )
= -984,25 kJ/mol
Karena nilai ΔH°r 298 K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.
21
Dari energi bebas Gibbs dari reaktan dan produk adalah :
Tabel 2.5 Nilai ΔG°f masing-masing Komponen
ΔGof
Komponen
298
(kJ/mol)
C6H5CHO
9,4
KOH
-379
C6H5CH2OH
-27,5
C6H5CO2K
-245,26
Persamaan :
ΔG°r 298 K = ΔG°f produk - ΔG°f reaktan
ΔG°r 298 K
= ΔG°f produk - ΔG°f reaktan
= [(ΔG°f C6H5CH2OH + ΔG°f C6H5CO2K) –
( ΔG°f C6H5CHO + ΔG°f KOH)]
= [(-27,5 + -245,26) – (9,4 + -379)]
= 96,84 kJ/mol

Reaksi 3 ( Reaksi Hidrolisa )
Persamaan reaksi :
2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O
2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2
Nilai ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat pada
Tabel 2.6 sebagai berikut :
22
Tabel 2.6 Nilai ΔH°f masing-masing Komponen
ΔHof
Komponen
298
(kJ/mol)
C6H5CH2Cl
26.136
Na2CO3
-1130,9
H2O
-285,8
C6H5CH2OH
-352
NaCl
-410
CO2
-393,5
Sumber : Perry’s Tabel 2-196
Persamaan :
ΔH°r 298 K = ΔH°f produk - ΔH°f reaktan
ΔH°r 298 K
= ΔH°f produk - ΔH°f reaktan
= [(2 x ΔH°f C6H5CH2OH + 2 x ΔH°f NaCl + ΔH°f CO2 ) –
( 2 x ΔH°f C6H5CH2Cl + ΔH°f Na2CO3 + ΔH°f H2O )]
= [((2 x -352) + (2 x -410) + (-393,5)) – ((2 x 26.136) +
(-1130,9) + (-285,8))]
= - 553,072 kJ/mol
Karena nilai ΔH°r 298 K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis.
23
Dari energi bebas Gibbs dari reaktan dan produk adalah :
Tabel 2.7 Nilai ΔG°f masing-masing Komponen
ΔGof
Komponen
298
(kJ/mol)
C6H5CH2Cl
92.4
Na2CO3
-1047,7
H2O
-237,2
C6H5CH2OH
-27,5
NaCl
-384
CO2
-394,4
Sumber : Perry’s Tabel 2-196
Persamaan :
ΔG°r 298 K
= ΔG°f produk - ΔG°f reaktan
ΔG°r 298 K
= ΔG°f produk - ΔG°f reaktan
= [( 2 x ΔG°f C6H5CH2OH + 2 x ΔG°f NaCl + ΔG°f CO2 ) –
( 2 x ΔG°f C6H5CH2Cl + ΔG°f Na2CO3 + ΔG°f H2O )]
= [((2 x -27,5) + (2 x -384) + (-394,4)) – ((2 x 92.4) +
(-1047,7) + (-237,2))]
= -117,3 kJ/mol
24
Tabel 2.8 Kriteria penilaian pemilihan proses
Kriteria Penilaian
PROSES I
(Hidrogenasi)
PROSES II
(Cannizaro)
PROSES III
(Hidrolisis)
1. Tekanan
3 atm
6,1 atm
2 atm
2. Suhu
25oC
207oC
110oC
-
60%
99%
Ada
Tidak Ada
Tidak Ada
5. Ekonomi
$ -131.438.000
$ -129.996.000
$ 169.840.996
6. Energi Gibbs
-36,9 KJ/mol
96,84 KJ/Mol
-117,3 KJ/Mol
3. Konversi
4. Katalis
Berdasarkan tabel 2.6 tersebut, maka dipilih proses 3, yaitu pembuatan benzil
alkohol secara hidrolisis dengan menggunakan benzil klorida, air dan natrium
karbonat.
Reaksi yang terjadi:
2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O
2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2
2.3. Uraian Proses
a. Persiapan Bahan Baku
1. Benzil Klorida
Benzil Klorida merupakan bahan baku utama yang diperoleh dengan cara
import dari luar negeri yaitu dibeli dari
Shandong Liaocheng Luxi
Chemical Sale Co. Ltd, China, dalam bentuk cair dan disimpan dalam
tangki T-01 dengan tekanan 1 atm (14,7 psia) dan suhu 30oC (303 K).
Benzil Klorida akan dipompa, dimasukkan ke dalam reaktor, setelah
25
sebelumnya dipanaskan melalui heat exchanger (HE-101) sehingga
temperatur Benzil Klorida menjadi 110oC.
2. Natrium Karbonat
Natrium Karbonat juga merupakan bahan baku utama. Diperoleh dari
Pabrik Aneka Kimia Raya, Surabaya, dalam bentuk serbuk padat dan
disimpan dalam solids storage (SS-101) dengan tekanan 1 atm (14,7 psia)
dan suhu 30oC (303 K). Natrium Karbonat akan ditampung dalam hopper
(HO-101) menggunakan srew conveyor dan bucket elevator (BE-101).
Dari hopper kemudian akan dimasukkan ke dalam tangki pencampur (MT101) untuk dilarutkan dengan H2O, lalu dipompa dan dipanaskan dengan
pemanas HE-102 sampai suhu 110oC, kemudian dimasukkan ke dalam
reaktor RE-201.
b. Tahap Reaksi
Reaksi antara Benzil Klorida dan larutan Natrium Karbonat dijalankan
dalam Reaktor tangki berpengaduk, dengan waktu reaksi 0,39 jam, suhu
reaktor 110oC, dan tekanan 2 atm.
Di dalam reaktor terjadi reaksi sebagai berikut :
2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O
2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2
Reaksi ini merupakan reaksi endotermis, sehingga untuk mempertahankan
temperatur diperlukan pemanas. Pemanas yang digunakan adalah steam
26
jenuh pada suhu 210oC yang berada dalam jaket pemanas. Hasil reaksi
yang berupa uap akan diolah ke UPL. Sedangkan hasil reaksi dari reaktor
2 didinginkan hingga suhunya menjadi 40oC, kemudian dimasukkan ke
dalam decanter (DE) untuk dipisahkan antara fraksi berat dan ringannya.
c. Tahap Pemurnian
Produk keluar reaktor yang berupa cairan dipompakan ke cooler (C0-101)
untuk menurunkan suhu produk menjadi 40oC, kemudian dipompakan ke
dalam decanter (DE-101). Dalam decanter ini larutan Benzil Alkohol
sebagai fase ringan dan Na2CO3 dan NaCl, serta sebagian besar air sebagai
fase berat akan dipisahkan. Hasil fase berat pada decanter akan dialirkan
ke unit pengolahan lanjut (UPL). Fase ringan sebagian besar terdiri dari
Benzil Alkohol, dan masih ada sisa reaktan yaitu Benzil Klorida, Toluena,
dan H2O. Hasil fase ringan dari decanter (DE-301) akan diumpankan ke
dalam menara distilasi (DC-301) untuk memurnikan Benzil Alkohol.
Umpan masuk dalam DC-301 pada suhu 143,5oC dan tekanan 1 atm.
Dalam DC-301 Benzil Alkohol akan terpisahkan sebagi produk bawah dari
campuran larutannya dengan kemurnian 99%, dan didinginkan dalam
Cooler (C0-301) dan Cooler (C0-302) dari suhu bawah menara 201,67oC
sampai suhu 30oC. Hasil Benzil Alkohol disimpan dalam tangki (ST-401)
pada tekanan 1 atm. Hasil atas DC-301 akan dialirkan ke dalam tangki
penyimpanan (AC-301) sebagai produk samping.
27
Tinjauan Termodinamika
Reaksi :
2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O  2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2
A
+
B
+
C  D
+
E
+
F
Kondisi operasi : T = 110 °C = 383 K
P = 2 atm
Untuk mengetahui apakah reaksi dapat berlangsung pada suhu 110○C secara
spontan maka perlu di cek dengan menggunakan energi Gibbs.
∆G383 = - RT ln K383……………………………………………........ (1)
Untuk memastikan suhu operasi, didekatkan dengan hubungan antara neraca
panas dan neraca massa pada kondisi adiatatis sehingga :
a. Neraca massa
Dimana:
C A  C AO (1  X e ) ………………………………………………………(2)
C B  C BO  C AO
M 
1
X e ……………………...……………………………(3)
2
C BO
………………………………………………………….……(4)
C AO
Untuk menghasilkan benzil alkohol 99% maka perbandingan mol antara
benzil klorida, natrium karbonat dan air adalah 1 : 0,6 : 24, sehingga :
(United States Patent number 5,750,801 )
28
M=
0,6
1
M=
3
5
C B  C A0 ( M 
1
X e ) ………………………………………………..……(5)
2
3 1
C B  C AO (  X e ) …………………………………………….…..……(6)
5 2
CB 
1
6
C A0 (  X e ) …………………………………………….….…….(7)
2
5
C D  C AO X e ………………………………………………..……………...(8)
C E  C AO X e …………………………………….……………….…….…..(9)
C F  C AO
1
X e ……………………………………………...…..….……(12)
2
Maka
1
3
3
C A0 X e
2
……………………………….……….…(13)
K
1
2 6
C A0 (  X e )(1  X e )
2
5
K
C AO X e
3
6
(  X e )(1  X e )
5
……………………………………………...….…(14)
29
Sehingga ,
Dengan persamaan arhenius :
k  Ae (  E.RT )
ln k  ln A 
T
B
T

ln K   .
……………………………………………...….…(15)
α dan β merupakan konstanta dari kinetika reaksi.
b. Neraca Panas Pada Kondisi Adiabatis
Tabel I.6 Kapasitas Panas Bahan
Cp = A + B.T + C.T2 + D.T3 + E. T4 (Cp = joule/mol.K)
Komponen
A
B
C
D
E
CO2
-8304300
104370
-433.33
0.60052
0
H2O
276370
-2090.1
8.125
-0.014116
9.3701E-06
T
140140
-152.3
0.695
0
0
BC
106100
257
0
0
0
BA
16030
674.5
0
0
0
Na2CO3
140010
48.571
-0.0016402
0
0
NaCl
51110
72.24
-0.07583
0.00002314
0
Data Cp dari Chemcad
H T
Reaktan
T = 110oC
Produk
H R
25oC
H P
H 25
25oC
T = 110oC
30
Sehingga:
∆HReaktan
= T∫298Cp C5H6CH2Cl dT + T∫298Cp Na2CO3 dT+ T∫298Cp H2O dT
∆Hf298
=
(∆H298 C6H5CH2OH
+
∆H298 NaCl
+
∆H298 CO2)
–
(∆H298C6H5CH2Cl + ∆H298Na2CO3 + ∆H298H2O )
∆HProduk
T
298∫ Cp
=
C6H5CH2OH dT+
T
298∫ Cp
T
298∫ Cp
NaCl dT+
CO2 dT
(dalam kjoule/kgmol)
Maka :
∆HT
= ∆HReaktan + ∆H298 x Xa + ∆HProduk…………………...….…(16)
∆HT
=0
T = 298 +Cp (f(X,T)) ………………….…….…….…….…….…...….…(17)
c. Hubungan antara Neraca Panas Dan Neraca Massa
Dari persamaan 15 dan 17 sehingga didapatkan hubungan konversi (X) dan T
(suhu).
Hubungan antara Suhu dan Konversi
490
470
Suhu (K)
450
430
410
cp
390
nm
370
350
0,999
0,9992
0,9994
0,9996
0,9998
1
Konversi
Gambar 1. Grafik Hubungan antara Konversi dan Suhu
31
Dari grafik dapat dilihat pada konversi mendekati 100% didapatkan suhu 383K
(1100C) sehingga digunakan suhu reaksi 1100C dan konversi 99%. ∆G423
bernilai negatif sehingga reaksi dapat berlangsung pada suhu 110 oC.
Tinjauan Kinetika
Kinetika berhubungan erat dengan kecepatan reaksi kimia. Konsentrasi, suhu
dan tekanan sangat berpengaruh pada konstanta kecepatan reaksi maupun
pada kecepatan reaksi.
Reaksi yang terjadi pada pembuatan Benzil Alkohol :
2C6H5CH2Cl + Na2CO3 + H2O  2C6H5CH2OH + 2NaCl + CO2
Ditulis dalam bentuk sederhana :
2A + B  2D + 2E + F
Maka kecepatan reaksi menjadi :
 rA   kCA 2 …………………………………............……..…….(4)
Dengan asumsi bahwa CB berlebih. Maka A sebagai limiting reactant.
Digunakan orde satu semu.
32
Penyelesaian persamaan reaksi :
 rA   kCA 2
(  rA )  
dC A
dt
dC A
2
 k .C A
dt
dX A
2
C Ao
 k .C Ao .(1  X A ) 2
dt
CA
t
dC A
 

k
.
2
0 dt
CAo C A

1
C Ao
XA

0
t
dX A
 k . dt
(1  X A ) 2
0
1
1
1
XA


.
 k .t
CA
C Ao
C Ao 1  X A
Diketahui :
Konversi design = 0,99 dengan waktu reaksi 5 jam atau 300 menit.
C Ao 
FAo 70,1478kgmol

 17,178.10 4 kgmol/liter
Fv
40835,93liter
Maka :
XA
1
.
 k .t
C Ao 1  X A
1
0,99
.
 k .300
4
17,178.10 (1  0,99)
liter
k  1829,589
kgmol.menit