II. PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES

II. PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES
Usaha produksi dalam pabrik kimia membutuhkan berbagai sistem proses dan
sistem pemroses yang dirangkai dalam suatu sistem proses produksi yang disebut
teknologi proses. Secara garis besar, sistem proses utama dari sebuah pabrik kimia
adalah sistem reaksi serta sistem pemisahan dan pemurnian. Proses perubahan bahan
baku menjadi produk terjadi dalam sistem reaksi. Sistem pemroses bagi sistem reaksi
adalah reaktor. Sistem pemisahan dan pemurnian bertujuan agar hasil dari sistem
pereaksian sesuai dengan permintaan pasar sehingga layak dijual.
A. Macam-Macam Proses
Ada dua macam reaksi untuk membentuk furfuril alkohol. Yaitu reaksi
Cannizaro dan reaksi hidrogenasi. Berikut masing-masing uraian proses:
A.1. Reaksi Cannizaro (Disproposionasi aldehida dengan NaOH)
Reaksi ini ditemukan pada tahun 1853 dan dinamai dari nama
penemunya, Stanislao Cannizaro. Merupakan reaksi kimia yang melibatkan
disproposionasi aldehida yang di oksidasi-reduksi menggunakan basa
menjadi alkohol dan garam. Dalam hal pembuatan furfuril alkohol, furfural
15
(C5H4O2)
di
reduksi
menggunakan
sodium
hidroksida
(NaOH)
menghasilkan furfural alkohol (C5H6O2) dan asam furat (C5H3O3Na).
Berikut reaksinya :
2C5H4O2(l)
Furfural
+
NaOH(l)
Sodium hidroksida
C5H6O2(l)
+
Furfuril alkohol
C5H3O3Na(l)
Asam furat
Proses ini dilakukan dalam skala laboratorium pada tahun 1864
menggunakan sistem batch. Berlangsung pada fasa cair dengan temperatur
70oC dan tekanan 10 atm. Proses ini tidak komersil digunakan pada skala
industri karena yields maksimal hanya 45% dengan konversi sebesar 50%
(US Patent 2,374,149).
A.2 Reaksi Hidrogenisasi
Reaksi ini merupakan reaksi reduksi furfural menggunakan hidrogen
(hidrogenasi) dengan penambahan katalis logam. Proses ini banyak
dilakukan pada skala industri dengan sistem continue yang kemudian
dikembangkan oleh FN Peters dari Quaker Oats Company dari H. Adkinds
dan R.Connor dari Universitas Winconsin. Reaksi ini berlangsung
eksotermis pada temperatur yang relatif tinggi atau tekanan tinggi namun
dihasilkan konversi yang tinggi.
Proses hidrogenasi untuk memproduksi furfuril alkohol merupakan
reaksi katalitik dan dapat dijalankan pada 2 kondisi, yaitu furfural fasa cair
dan furfural fasa uap (Mc. Ketta, 2003). Pada metode fasa cair reaksi
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
16
berlangsung pada suhu antara 150OC-250 OC dan tekanan sangat tinggi (25–
50 atm). Sedangkan pada vapor-phase reaksi berlangsung pada suhu 170OC
-250OC dan pada tekanan hingga 3 atm. Oleh karena itu, pada proses
hidrogenasi furfural lebih komersil menggunakan metode vapor-phase
sehingga mudah dalam penanganan alat dan murah dalam hal pembiayaan
energi. (US.Patent 2,754,304)
A.2.1. Hidrogenasi pada fasa cair
Hidrogenasi furfural fase cair dapat dilakukan dimana
furfural pada fase cair direaksikan dengan gas hidrogen dengan
menggunakan katalis logam copper, nikel dan alumina. Kondisi
operasi reaktor berlangsung dalam rentang 150OC-250OC dan
tekanan 25–50 atm. Selama proses reaksi berlangsung, kondisi fase
cair furfural harus dikontrol agar tidak terjadi perubahan fase.
Terjadinya penguapan furfural mengakibatkan perubahan reaksi
akan sulit untuk di kontrol. Untuk menjaga kondisi tersebut maka
dipilih tekanan yang tinggi ini (US.Patent 4,251,396). Tingginya
tekanan operasi mengakibatkan biaya operasional menjadi cukup
mahal.
Proses ini biasanya menggunakan katalis Copper Chromite.
Penggunaan katalis ini sangatlah baik jika ditambah Calcium Oxide
sebagai promotor karena bisa menghasilkan konversi maksimum
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
17
hingga 99%. Sintesis katalis tersebut menghasilkan Copper
Chromite Calcium Oxide (CuO-Cr2O3.CaO). Katalis tersebut
dipakai pada reaksi dengan ukuran 200 mesh dan bisa di simpan
hingga 1 bulan tanpa mengurangi aktivitas nya. Katalis ini sangat
beracun sehingga penyimpanan haruslah hati-hati agar
tidak
mencemari lingkungan. Sebelum digunakan katalis harus di cuci
dengan demineralized water disertai pengadukan, dan setelah itu
katalis dikeringkan menggunakan udara panas pada temperatur
95OC. Pada temperatur antara 271OC dan 310OC katalis akan
terdekomposisi sehingga temperatur reaksi haruslah sangat dijaga
agar tidak merusak aktivitas katalis ini. Luas permukaan katalis ini
adalah 88 m2/gram. Katalis ini belum diproduksi di Indonesia,
sehingga untuk mendapatkannya perlu didatangkan impor dari
Jepang atau Korea.
Berikut reaksi yang terjadi :
C5H4O2(l) +
Furfural
H2(g)
hidrogen
CuO-Cr2O3.CaO
P = 29 atm
o
T = 180 C
C5H6O2(l)
furfuril alkohol
Karena bersifat heterogen (cair-gas), maka ketika keluar
reaktor membutuhkan proses separasi untuk memisahkan produk
dengan reaktan yang tidak bereaksi. Kontrol temperatur operasi
pada reaktor autoclave juga cukup rumit untuk menjaga agar tidak
terbentuknya by-product. Karena ketika temperatur tidak sesuai
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
18
maka reaksi juga akan membentuk white product (methylfuran) dan
polimernya. Selain itu tekanan yang digunakan selama operasi juga
sangat tinggi. Sehingga, selain kebutuhan energi tinggi, material
yang digunakan untuk peralatan proses juga harus bahan yang
terbaik sehingga membutuhkan investasi yang tinggi (US.Patent
4,251,396).
A.2.2
Hidrogenasi pada fasa uap
Hidrogenasi furfural fase uap dapat dilakukan dimana
furfural cair (feedstock) diuapkan terlebih dahulu sebelum masuk
reaktor.
Sama seperti halnya pada hidrogenasi fasa cair, pada
reaktor furfural direaksikan dengan gas hidrogen menggunakan
katalis copper, nikel alumina pada temperatur antara 170OC dan
250OC. Namun, karena direaksikan pada fasa uap maka kondisi
operasi di reaktor berada pada rentang tekanan 1 – 5 atm.
Proses ini biasanya menggunakan katalis Copper sillicate
atau Copper oxida . Furfural diumpankan ke dalam reaktor tubular
fixed bed reactor yang didalamnya terdapat katalis copper oxide
berbentuk extrudate CuO di dalam pipa-pipa tubular reaktor.
Sebelum masuk reaktor furfural diuapkan oleh vaporizer dan
bersamaan dengan gas hidrogen diumpankan ke dalam reaktor.
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
19
Reaksi dapat berlangsung pada tekanan 2 atm dan temperatur
190OC. Reaksi bersifat eksotermis, sehingga untuk menjaga
temperatur reaksi reaktor harus dilengkapi oleh sistem pendingin
dengan konversi sebesar 80%.
Pada kondisi ini furfural harus dijaga dalam fase uap lewat
jenuh agar tidak terjadi polimerisasi yang akan menghasilkan white
water product serta mencegah pengembunan furfural di dalam pipa
katalis sehingga tidak terbentuk coloured product. Oleh karena itu,
reaktor dioperasikan pada temperatur reaksi (190OC) namun tidak
boleh lebih dari 200OC agar tidak terbentuk methylfuran (Swadesh.
S, 1956).
Berikut reaksi yang terjadi :
C5H4O2(g)
Furfural
+
H2(g)
hidrogen
CuO
P = 2 atm
T = 190 o C
C5H6O2(g)
furfuril alkohol
(US.Patent 2,754,304)
B. Pemilihan Proses
Pemilihan proses bertujuan untuk menentukan proses mana yang akan dipilih
sehingga menguntungkan baik dari segi ekonomi, energi dan investasi alat.
B.1 Tinjauan Ekonomi
Tinjauan ekonomi ini bertujuan untuk mengetahui keuntungan yang
dihasilkan oleh pabrik per kg produk yang dihasilkan pada masing-masing
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
20
proses yang akan digunakan. Berikut perbandingan keuntungan yang
diperoleh melalui kedua proses di atas.

Disproposionasi aldehida (dengan NaOH)
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
2C5H4O2(l)
Furfural
+
NaOH(l)
C5H6O2(l)
Sodium hidroksida
+ C5H3O3Na(l)
Furfuril alkohol
Asam furat
Basis : 1 kg C5H6O2 (produk/furfuril alkohol)
BM C5H6O2 : 98 g/mol dan BM C5H3O3Na (by product) = 134,24 g/mol
BM C5H4O2 (bahan baku): 96 g/mol dan BM NaOH = 39,99 g/mol
Jumlah Produk C5H6O2 :
11.000 gram
= 10,194 mol
98,1gr / mol
Konversi : 50 % terhadap furfural (C5H4O2)
Reaksi :
50%
2C5H4O2(l) + NaOH(l)
Mula-mula
C5H6O2(l) + C5H3O3Na(l)
x
0,5x
-
-
Bereaksi
20,388
10,194
10,194
10,194
Sisa
x-20,388
10,194
10,194
0,5x-10,194
Mol mula-mula:
x-0,5 x = x-20,388
0,5 x = x-20,388 = 40,776 mol
C5H4O2 = x = 40,776 mol
NaOH = 0,5 x = 20,388 mol
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
21
Jumlah Reaktan yang dibutuhkan
C5H4O2  40,776mol 
96,085 gram
1 kg
= 3,92 kg

1 mol
1000 gram
NaOH  20,388 mol 
1 kg
39,99 gram
= 0,814 kg

1 mol
1000 gram
Jumlah Produk yang terbentuk
C5H6O2  10,194mol 
1 kg
98,1gram

= 1,0000314 kg
1 mol
1000 gram
C5H3O3Na  10,194 mol 
1 kg
134,24 gram
= 1,36 kg

1 mol
1000 gram
Tabel II.1 Harga bahan baku dan produk proses disproposinasi aldehid
$/ton
Bahan Baku
Produk
1. Furfural (C5H402)
1.100*
2. Sodium Hidroksida (NaOH)
460**
3. Furfuril alkohol(C5H602)
2.500***
4. Sodium Furat (C5H3O3Na)
430****
Sumber : */*** web of Puyang Dingxin Chemical Co., Ltd. 12 Feb 2012
**/**** alibaba.com. 9 Feb 2013
Untuk menghitung perolehan keuntungan kasar dapat digunakan
persamaan berikut ini :
EP = Harga Produk – Harga Bahan Baku
EP = ( Harga Furfuril alkohol+ harga sodium furat) - ( harga furfural +
harga hidrogen)
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
22
EP = {(1,0000314 kg) ( $ 2,5/kg) + (1,36 kg) ( $ 0,43/kg)} – {(3,92 kg) ($
1,1/kg) + (0,814) ($ 0,46/kg)}
EP = $ (3,585-5,078)/kg produk = - $ 1,493 /kg produk (-41%)

Proses Hidrogenasi
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :
C5H4O2(g) + H2(g)
C5H6O2(g)
Basis : 1 kg C5H6O2 (produk/furfuril alkohol)
BM C5H6O2 : 98,1 g/mol
BM C5H4O2 (bahan baku): 96,085 g/mol dan BM H2 = 2 g/mol
Jumlah Produk C5H6O2 :
1 1.000
=
98,1
10,194 mol
Konversi : 80% terhadap furfural
Reaksi :
80%
C5H4O2(g)
Mula-mula
+
H2(g)
x
Bereaksi
10,194
Sisa
x-10,194
C5H6O2(g)
-
10,194
10,194
10,194
Mol mula-mula :
x-0,8000 x = x-10,194
0,2000 x = x-10,194
x = 12,7425 mol
C5H4O2 = x = 12,7425 mol
H2
= x = 10,1940 mol
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
23
Jumlah Reaktan yang dibutuhkan
C5H4O2  12,7425mol 
H2  10,194 mol 
1 kg
96 gram
= 0,995 kg

1 mol 1000 gram
1 kg
2 gram
= 0,0204 kg

1 mol 1000 gram
Jumlah Produk yang terbentuk
C5H6O2  10,194mol 
1 kg
98,1gram
= 1,0000314 kg

1 mol
1000 gram
Tabel II.2 Harga bahan baku dan produk proses hidrogenasi
$/ton
Bahan Baku
Produk
1. Furfural (C5H402)
1.100*
2. Hidrogen (H2)
3.000**
3. Furfuril alkohol(C5H602)
2.500***
Sumber : */*** web of Puyang Dingxin Chemical Co., Ltd. 12 Feb 2012
** web of PT Samator Gas Indonesia. 9 Feb 2013
Untuk menghitung perolehan keuntungan kasar dapat digunakan
persamaan berikut ini :
EP = Harga Produk – Harga Bahan Baku
EP = ( Harga furfuril alkohol) – { ( harga furfural + harga hidrogen)}
EP = (1,0000314 kg) ( $ 2,5/kg)– {(0,995 kg) ($ 1,1/kg) + (0,0204)
($ 3/kg)}
EP = $ (3,0000942-(1,194+0,0714))/kg produk
= $ 1,7347 /kg produk (137%)
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
24
B.2 Tinjauan Termodinamika
Perubahan entalpi (ΔH) menunjukkan panas reaksi yang dihasilkan
ataupun panas reaksi yang dibutuhkan selama proses berlangsungnya reaksi
kimia. Dalam hal ini, pada reaksi pembentukkan Furfuril alkoholdari furfural.
Besar atau kecil nilai ΔH tersebut menunjukkan jumlah energi yang
dibutuhkan maupun dihasilkan. ΔH bernilai positif (+) menunjukkan bahwa
reaksi tersebut membutuhkan panas agar berlangsungnya reaksi sehingga
semakin besar ΔH maka semakin besar juga energi yang dibutuhkan dan cost
yang harus dikeluarkan. Sedangkan ΔH bernilai negatif (-) menunjukkan
bahwa reaksi tersebut menghasilkan panas selama proses berlangsungnya
reaksi
sehingga
tidak
membutuhkan
energi
selama
proses
namun
membutuhkan energi untuk penyerapan panas agar reaksi tetap berlangsung
pada temperatur reaksinya. 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.
B.2.1 Disproposionasi aldehida (dengan NaOH)
Reaksi yang terjadi :
2C5H4O2(l)
Furfural
+ NaOH(l)
Sodium hidroksida
C5H6O2(l) +
Furfuril alkohol
C5H3O3Na(l)
Asam furat
Nilai ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat
dilihat pada Tabel II.3. sebagai berikut:
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
25
Tabel II.3 Nilai ΔH°f disproposinasi aldehid
Komponen
ΔH°f, kJ/mol
C5H4O2(l)
-201,6
NaOH(l)
-425,8
C5H6O2(l)
-276,2
C5H3O3Na(l)
-365,8
Sumber: Yaws, Thermodynamic chemical data
ΔH°r 298 K = ΔH°f produk - ΔH°f reaktan
= [ΔH°f C5H6O2(l)+ C5H3O3Na(l) ] – [ 2 x ΔH°f C5H4O2(l)
+ (NaOH(l) ]
= [ (-276,2 + (-365,8) ] – [ (2 x -201,6) + (-425,8) ]
= +187 kJ/mol
Karena nilai ΔH°r 298 K positif, maka reaksi bersifat endotermis
Untuk panas reaksi pada suhu 343 K
ΔHo (343K)
= ΔH298 +( ΔCpmh ΔT)
(Smith, pers. 4.21)
Komponen
Koefisien
A
B
C
D
C5H4O2(l)
2
66,792
7,0755.10-1
-1,8082.10-3
1,9630.10-6
NaOH(l)
1
87,639
-4,8368.10-4
-4,5423.10-6
1,1863.10-9
C5H6O2(l)
1
72,353
9,3499.10-1
-2,4272.10-3
2,5437.10-6
1
57,639
4,2117.10-1
-1,2531.10-3
1,6223.10-6
-1
-91,231
-0,05846
-0,0002334
0,0000023667
C5H3O3Na(l)
Selisih
(produk-reaktan)
Sumber: Yaws, Thermodynamic chemical data
Untuk Tam = 320,5 K
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
26
= -91,231 + ((-0,05846) x (320,5) + ((-0,0002334/3) x ( 4 x 320,5 2 –
298 x 343)) + 0,0000023667 / (298 x 343)
ΔCpmh = 580,347 kJ/mol oK
ΔHrx = 187 + (580,347 x (343 - 298) )
ΔHrx = +26.302,615 kJ/mol
B.2.2 Proses Hidrogenasi

Fasa cair
Reaksi yang terjadi :
C5H4O2(l)
Furfural
+
H2(g)
Hidrogen
C5H6O2(l)
Furfuril alkohol
Nilai ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat
dilihat sebagai berikut :
Tabel II.4 Nilai ΔH°f proses hidrogenasi cair
Komponen
ΔH°f, kJ/mol
C5H4O2(l)
-201,6
H2(g)
0
C5H6O2(l)
-276,2
Sumber: Yaws, Thermodynamic chemical data
ΔH°r 298 K = ΔH°f produk - ΔH°f reaktan
= [ ΔH°f C5H6O2(l)] – [ΔH°f C5H4O2(l) + H2(g) ]
= [(-276,2) – (-201,6)] kJ/mol
= -74,6 kJ/mol
Karena nilai ΔH°r 298 K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis
Untuk panas reaksi pada suhu 453 K
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
27
ΔHo (453K)
= ΔH298 +( ΔCpmh ΔT) (Smith, pers. 4.21)
Komponen
Koefisien
A
B
C
D
C5H4O2(l)
1
66,792
7,0755.10-1
-1,8082.10-3
1,9630.10-6
H2(g)
1
25,399
2,0178.10-2
-3,8549.10-6
3,1880.10-8
C5H6O2(l)
1
72,353
9,3499.10-1
-2,4272.10-3
2,5437.10-6
Selisih
(produk-reaktan)
-1
30,960
0,09125
-0,007689
-0,000005499
Sumber: Yaws, Thermodynamic chemical data
Untuk Tam = 375,5 K
= 30,960 + ((0,09125) x (375,5) + ((-0,007689/3) x ( 4
x 375,5 2 – 298 x 453)) + -0,000005499 / (298 x 453)

ΔCpmh
= -115,122 kJ/mol oK
ΔHrx
= -74,6+ (-115,122 x (543 - 298) )
ΔHrx
= -17.918,51 kJ/mol
Fasa uap
Reaksi yang terjadi :
C5H4O2(g)
+
Furfural
H2(g)
C5H6O2(g)
Hidrogen
Furfuril alkohol
Nilai ΔH°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat
dilihat sebagai berikut:
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
28
Tabel II.5 Nilai ΔH°f proses hidrogenasi uap
Komponen
ΔH°f, kJ/mol
C5H4O2(g)
-151
H2(g)
0
C5H6O2(g)
-211,8
Sumber: Yaws, Thermodynamic chemical data
ΔH°r 298 K = ΔH°f produk - ΔH°f reaktan
= [ ΔH°f C5H6O2(g)] – [ΔH°f C5H4O2(g) + H2(g) ]
= [(-211,8) – (-151)] kJ/mol
= -60,8 kJ/mol
Karena nilai ΔH°r 298 K negatif, maka reaksi bersifat eksotermis
Untuk panas reaksi pada suhu 463 K
ΔHo (463 K) = ΔH298 +( ΔCpmh ΔT)
(Smith, pers. 4.21)
Komponen
Koefisien
A
B
C
D
C5H4O2(g)
1
15,470
2,9835.10-1
-1,9177.10-5
-1,4621.10-7
C5H6O2(g)
1
-7,696
5,5491.10-1
-4,9754.10-4
2,3193.10-8
H2(g)
1
25,399
2,9906.10-2
-3,8549.10-5
-1,7825.10-8
Selisih
(produk-reaktan)
-1
2,233
-0,01569
0,000861
-0,000009154
Sumber: Yaws, Thermodynamic chemical data
Untuk Tam = 380,5 K
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
29
= 2,233 + ((-0,01569) x (370,5) + ((0,000861/3) x ( 4 x
370,5 2 – 298 x 443)) + -0,000009154 / (298 x 443)
ΔCpmh
= -96,743 kJ/mol oK
ΔHrx
= -60,8 + (96,743 x (443 - 298) )
ΔHrx
= -14.088,355 kJ/mol
B.3 Tinjauan termodinamika berdasarkan energi Gibbs (ΔGo)
Energi Gibbs standar menunjukkan spontan atau tidak spontannya suatu
reaksi kimia. ΔGo bernilai positif (+) menunjukkan bahwa reaksi tersebut
tidak dapat berlangsung secara spontan, sehingga dibutuhkan energi tambahan
dari luar. Sedangkan ΔGo bernilai negatif (-) menunjukan bahwa reaksi
tersebut dapat berlangsung secara spontan dan hanya sedikit membutuhkan
energi. Oleh karena itu, semakin kecil atau negatif ΔGo maka reaksi tersebut
akan semakin baik karena untuk berlangsung spontan energi yang dibutuhkan
semakin kecil.
B.3.1 Disproposionasi aldehida (dengan NaOH)
Reaksi yang terjadi :
2C5H4O2(l)
Furfural
+
NaOH(l)
hidroksida
C5H6O2(l) +
Furfuril alkohol
C5H3O3Na(l)
Asam furat
Nilai ΔG°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat
pada Tabel II.6. sebagai berikut :
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
30
Tabel II.6 Nilai ΔG°f proses disproposionasi aldehida
Komponen
ΔG°f, kJ/mol
C5H4O2(l)
-102,87
NaOH(l)
-419,2
C5H6O2(l)
-154
C5H3O3Na(l)
-275,8
Sumber: Yaws, Thermodynamic chemical data
ΔG° 298 K = ΔG°f produk - ΔG°f reaktan
= [ ΔG°f C5H6O2(l)+ C5H3O3Na(l) ] – [ 2 x ΔG°f C5H4O2(l)
+ (NaOH(l) ]
= [ (-154 + (-275,8) ] – [ (2 x -102,87) + (-419,2) ]
= +195,14 kJ/mol
Karena nilai ΔG° 298 K positif, maka reaksi bersifat tidak spontan.
Untuk energi Gibbs pada suhu ΔGo (343 K)
R  TTo
Cp
dT = A (T-To) +
R
(T2-To2) +
(T3-To3) +
(T4-To4)
= -91,231 (343-298) + (-0,05846/2)(3432-2982)+( 0,0002334/3)(3433-2983)+( 0,0000023667/4)(34342984) = +322 ,098 Kj/kmol
R  TTo
Cp dT
= A(ln T – ln To) + B(T-To) +
R T
(T2 - To2) + (T3 - To3)
= -91,231(ln 343-ln 298)+( -0,05846)(343-298)+( 0,0002334/2)(3432-2982)+( 0,0000023667/3)(3433-2983)
= +21,355 kj/kmol
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
31
G o R (T )  H o R (T0 )  R 
G o R (T )
T
To
 H o R (T0 )  G o R (T0 )
Cp
dT  T 
R
To


  RT 

T
To
Cp dT
R T
= +187 + (322,098-343((+187-195,14)/298)) -21,355
= +54 kj/kmol
B.3.2 Proses Hidrogenasi

Reaksi yang terjadi (fasa uap) :
C5H4O2(g)
Furfural
+
H2(g)
Hidrogen
C5H6O2(g)
Furfuril alkohol
Nilai ΔG°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat
pada tabel berikut :
Tabel II.7 Nilai ΔG°f proses hidrogenasi uap
Komponen
ΔG°f, kJ/mol
C5H4O2(g)
-102,87
H2(g)
0
C5H6O2(g)
-154
Sumber: Yaws, Thermodynamic chemical data
ΔG° 298 K = ΔG°f produk - ΔG°f reaktan
= [ ΔG°f C5H6O2(g)] – [ΔG°f C5H4O2(g) + H2(g) ]
= [(-154) - (-102,87)] kJ/mol
= -51,13 kJ/mol
Karena nilai ΔG° 298 K negatif, maka reaksi bersifat spontan
Untuk energi Gibbs pada suhu ΔGo (443 K)
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
32
R  TTo
Cp
dT = A (T-To) +
R
(T2-To2) +
(T3-To3) +
(T4-To4)
= 2,233 (443-298) + (-0,01569/2)(4432-2982)+( 0,007689/3)(4433-2983)+( -0,000009154 /4)(44342984) = -89,398 Kj/kmol
R  TTo
Cp dT
= A(ln T – ln To) + B(T-To) +
R T
(T2 - To2) + (T3 - To3)
= 2,233(ln 443-ln298)+ (-0,01569)(443-298)+( 0,007689/2)( (4432-2982)+( -0,000009154/3)(44332983)
= -17,323 kj/kmol
 H o R (T0 )  G o R (T0 ) 
Cp
Cp dT
  RT  TTo
dT  T 
R
To
R T


= -60,8+(-89,398)-443(-60,8-(-51,13))/298)-(-17,323)
G o R (T )  H o R (T0 )  R  TTo
= -141,390 kj/kmol
Reaksi yang terjadi (fasa cair) :
C5H4O2(l)
Furfural
+
H2(g)
Hidrogen
C5H6O2(l)
Furfuril alkohol
Nilai ΔG°f masing-masing komponen pada suhu 298 K dapat dilihat
pada tabel berikut :
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
33
Tabel II.8 Nilai ΔG°f proses hidrogenasi cair
Komponen
ΔG°f, kJ/mol
C5H4O2(l)
-134,14
H2(g)
0
C5H6O2(l)
-206,5
Sumber: Yaws, Thermodynamic chemical data
ΔG° 298 K = ΔG°f produk - ΔG°f reaktan
= [ ΔG°f C5H6O2(l)] – [ΔG°f C5H4O2(l) + H2(g) ]
= [(-206,5) – (-134,14)] kJ/mol
= -71,46 kJ/mol
Karena nilai ΔG° 298 K negatif, maka reaksi bersifat spontan.
Untuk energi Gibbs pada suhu ΔGo (453 K)
R  TTo
Cp
2
2
3
3
4
4
dT = A (T-To) + (T -To ) + (T -To ) + (T -To )
R
= 30,960(453-298)+(0,09125/2)(4532-2982)+(0,007689/3)(4533-2983)+(-0,000005499/4)(45332983) = -102,472 kj/kmol
R  TTo
Cp dT
= A(ln T – ln To) + B(T-To) +
R T
(T2 - To2) + (T3 - To3)
= 30,960(ln453-ln298)+0,09125(453-298)+
( -0,007689/2)(4532-2982)+( -0,000005499/3)(4533-2983)
= -31,889 kj/kmol
G o R (T )  H o R (T0 )  R  TTo
 H o R (T0 )  G o R (T0 )
Cp
dT  T 
R
To


Cp dT
  RT  TTo
R T

= -74,5+(-102,472)-453(-74,5-(-71,46))/298)-(-31,889) = -149,704 kj/kmol
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
34
Berikut matrik dalam mempertimbangkan pemilihan metode yang akan
digunakan:
Tabel II.9 Matrik pemilihan proses
No
Parameter
1
Temperatur reaksi
2
Tekanan operasi
3
Fasa reaksi
4
Konversi
5
Katalis
6
Kemurnian produk
7
Jenis reaktor
Diproposinasi
dengan NaOH
70o C
Hidrogenasi
(Fasa cair)
150-250 o C
Hidrogenasi
(fasa uap)
170-250 o C
10 atm
10-29 atm
1-5 atm
Cair-Cair
Cair-Gas
Vapor-Gas
50%
Hingga 99%
80%-99%
-
Copper, nickle,
Copper, nickle,
titanium
titanium
97%
Batch/CSTR
99%
90%
Fixed bed multitube
Autoclave
8
Keuntungan
- $ 1,493/kg produk
$ 1,7347 /kg produk
$ 1,7347 /kg produk
(-41%)
(137%)
(137%)
9
Panas reaksi (ΔH )
+26.302,615 kJ/mol
-17.918,51 kJ/mol
-14.088,355 kJ/mol
10
Energi Gibbs (ΔGo)
+54 kJ/mol
-149,704 kJ/mol
-141,390 kJ/mol
11
Produk samping
-
Methylfuran
-
0
Berdasarkan matrik metode proses hidrogenasi di atas, maka di pilih
proses hidrogenasi dengan katalis Copper oxide (CuO) pada fasa uap untuk
memproduksi furfuril alkohol dari furfural dan/hidrogen karena pertimbangan
memberikan kondisi operasi yang relatif aman dan kemurnian yang dihasilkan
lebih baik dari metode yang lain.
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
35
C. Deskripsi Proses
Proses pembuatan furfuril alcohol melalui beberapa tahap sebagai berikut :.
1. Tahap penyiapan bahan baku
2. Tahap pembentukan produk
3. Tahap pemurnian produk
C.1 Tahap penyiapan bahan baku
Bahan baku furfural cair diperoleh dari PT Sree International
Indonesia dan langsung diangkut menuju pabrik menggunakan transportasi
darat. Furfural yang dibeli terdiri dari 99,4% furfural dan 0,6% air (persen
berat) disimpan dalam tangki penyimpanan bahan baku (ST-101) pada
temperatur ruangan 300C dan tekanan 1 atm. Dari tangki penyimpanan,
furfural dialirkan oleh pompa (P-101) menuju Adsorber (AD-101) untuk
menghilangkan kandungan 100% air didalamnya agar memperoleh kemurnian
produk yang tinggi dan peralatan seperti reaktor tidak mudah teroksidasi
dengan menggunakan adsorben zeolit dan dalam kondisi isotermal (tidak ada
perubahan suhu). Setelah itu bahan diumpankan menuju vaporizer (VP-101)
dimana furfural cair akan diubah fasanya menjadi uap. Kemudian oleh
separator drum (SD-101) keluaran vaporizer akan dipisahkan antara fasa uap
dan fasa cair nya. Fasa uap langsung diumpankan ke dalam reaktor dan fasa
cair (kondensat) diumpankan kembali ke vaporizer setelah dicampur dengan
fresh feed untuk diuapkan kembali.
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
36
Gas hidrogen 99,24% (persen mol) dibeli dari PT Air Liquid melalui
sistem piping. Setelah tekanan nya diturunkan oleh Expander (EV-101) bahan
baku gas ini dipanaskan oleh Heater (HT-101) untuk kemudian bercampur
dengan bahan baku lain di mixing point (MP-103). Dari MP-103 bahan
diumpankan ke dalam reaktor fixed bed multitube (RE-201) melalui bagian
atas reaktor yang didalamnya telah terdapat katalis-katalis.
C.2 Tahap pembentukan produk dan pemisahan produk
Di dalam reaktor terdapat tube-tube yang berisi tumpukan katalis
copper silicate, kemudian umpan akan melewati katalis dan terjadi reaksi
hidrogenasi furfural sebagai berikut :
Reaksi utama :
C5H4O2(g) + H2(g)
C5H6O2(g)
Reaksi terjadi pada fase gas-uap dengan katalis copper silicate pada
kisaran temperatur 1900C dan tekanan 2 atm. Karena reaksi bersifat
eksotermis, untuk mempertahankan temperatur dalam reaktor maka diberi
pendingin. Hasil keluaran reaktor berupa uap furfuril alkohol dan furfural juga
gas hidrogen, nitrogen dan oksigen.
Bahan yang keluar dari reaktor ini dialirkan menuju kondensor (CD201) untuk mengkondensasikan seluruh furfuril alkohol dan furfural.
Kemudian keluaran CD-201 ini akan dialirkan menuju Separator Drum (SD201) untuk dipisahkan antara gas dan cairan nya. Gas sebagian di recycle ke
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung
37
reaktor dan sebagian lagi di purge. Sedangkan cairan dialirkan menuju heater
untuk kemudian diumpankan ke dalam menara distilasi untuk dimurnikan.
C.3
Tahap pemurnian produk
Untuk mendapatkan kemurnian sesuai dengan yang diharapkan cairan
dimurnikan dengan menggunakan distilasi. Cairan furfural dan furfuril
alkohol dipanaskan oleh heater (HT-301) hingga suhunya sesuai dengan
suhu operasi menara distilasi. Aliran bottom product kaya akan furfuril
alkohol dialirkan menuju tangki penampungan produk (ST-301) dalam
wujud cair setelah didinginkan oleh Cooler (HE-301). Sedangkan top
product sebagian diembunkan oleh Condensor (CD-301) dan dipisahkan
antara fasa uap dan fasa cair nya oleh Separator Drum (SD-301) dimana fasa
uap produk inilah yang akan dikembalikan ke reaktor (RE-201).
Prarancangan Pabrik Furfuril Alkohol dari Furfural dan Hidrogen Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Lampung