PEMBUATAN PEMBUATAN ETHYL ETH YL CHLORIDE YANG YANG MELIBATKAN M ELIBATKAN PROSES RECYCLE DENGAN MENGGUNAKAN SIMULASI HYSYS
“M. Rifa`i siregar, Muhammad Zaki Salfinur, Ramdhani Asywal” Abstrak
HYSYS adalah program yang dirancang untuk mensimulasikan proses di dalam suatu pabrik. pabrik. Adapun Adapun kasus yang akan disimulasikan disimulasikan di artikel artikel ini adalah adalah pembuatan pembuatan Ethyl Chlorida Chlorida yang melibatkan proses recycle. recycle. Komponen alat yang digunakan dalam kasus ini adalah mixer, reaktor konersi, s!litter dan tee. Tahap awal dalam simulasi ini yaitu menginputkan komponen-komponen reaksi stoikiometri dan kon!ersi. yang ada dikasu dikasus. s. Selan" Selan"utn utnya ya mengin menginput putkan kan kompon komponen en alat alat besert besertaa data data yang yang diperl diperluka ukan n kemudian buka work"ook untuk memasukkan nilai-nilai didalamnya untuk semua kondisi operasi. Hasil dari simulasi HYSYS ini berupa gra#ik untuk dianalisa. $ari hasil analisa diperoleh diperoleh bahwa penginputa penginputan n nilai low "ound, high "ound dan ste! dan ste! si#e di menu menu case studies mempen mempengar garuhi uhi bentuk bentuk gra#ik. gra#ik. $ow "ound, high "ound da dan ste! si#e si#e yang diinputkkan masing-masing % &' dan %. (ika nilai low bound high bound dan ste! si#e diubah maka akan mempengaruhi mempengaruhi batas awal gra#ik dan akhir gra#ik serta "arak antar titik pada gra#ik. mixer, s!litter, s!litter, low "ound, high "ound Kata kunci : Recycle, mixer,
1. 1.1
Pendau!uan Lata" Be!akan# )erkembangan industi kimia di *ndonesia yang berbasiskan pada peman#aatan sumber daya alam minyak dan gas bumi semakin pesat. Hal ini menyebabkan kebutuhan terhadap perhitungan neraca massa dan energi instrumentasi dan pendukungnya yang dilakukan oleh proses engineer akan semakin penting. )erhitungan ini diperlukan tidak hanya hanya saat saat peranc perancang angan an awal awal pabrik pabrik tetapi tetapi "uga "uga pada pada saat saat pabrik pabrik telah telah berop beropera erasi. si. )erhitungan neraca massa dan energi instrumentasi dan pendukungnya harus memiliki harus memiliki tingkat akurasi dan !aliditas yang tinggi dan dapat dipertangg dipertanggung"a ung"awabka wabkan. n. )esatnya )esatnya perkembang perkembangan an teknologi teknologi sangat sangat membantu membantu dalam menyel menyelesa esaika ikan n proble problema ma diatas diatas terbuk terbukti ti dengan dengan berkem berkemban bangny gnyaa software%software software%software perancangan sebagai bantu perhitungan perhitungan bagi insinyur kimia. HYSYS adalah program yang dirancang untuk mensimulasikan proses di dalam suat suatu u pabr pabrik ik.. $eng $engan an meng menggu guna naka kan n prog progra ram m ini ini akan akan memb memban antu tu perh perhit itun unga gan n -perhi -perhitun tungan gan untuk untuk mendes mendesain ain suatu suatu proses proses yang yang rumit rumit +karen +karenaa meliba melibatka tkan n banyak banyak rumus, rumus, dan membutuhkan membutuhkan waktu lama "ika diker"akan diker"akan dengan perhitugan perhitugan manual &"y hand' dapat dengan cepat dilakukan. dilakukan. Simulasi Simulasi proses proses artinya artinya membuat membuat suatu proses proses produksi suatu bahan ke alur sebuah proses + !rocess flow diagram, diagram, dan menghitung neraca massa serta neraca energi pada masing-masing peralatan yang digunakan. HYSYS memiliki memiliki kelebihan kelebihan daripada daripada program-p program-progra rogram m simulasi simulasi proses proses lainnya. lainnya. )rogram )rogram ini bersi#at interakti# karena langsung memberitahukan input apa yang kurang pada saat penggunaannya mendesain suatu proses dan "uga langsung memberitahukan apabila ada kesalahan yang ter"adi.
%
leh karena itu dengan keunggulan yang dimiliki oleh HYSYS kami mencoba untuk menyelesaikan kasus pada proses kimia yaitu pembuatan Ethyl Chlorida yang melibatkan proses recycle dengan menggunakan simulasi HYSYS. 1.$
Tin%auan Pu&taka (. )til *lorida Etil klorida +ethyl chloride, "uga dikenal sebagai chloroethane dan monochloroethane adalah senyawa kimia yang digunakan sebagai re#rigeran agen penghasil busa aditi# anti-ketukan untuk bensin bertimbal dan obat bius. Etil klorida diklasi#ikasikan sebagai hidrokarbon terhalogenasi yang berarti mengandung karbon dan atom hidrogen dengan satu atau lebih atom hidrogen digantikan oleh agen halogen dalam hal ini klorida. Etil klorida diproduksi baik sebagai gas tidak berwarna atau cairan dalam serangkaian reaksi menggunakan aluminium klorida sebagai katalis. Senyawa ini "uga merupakan produk sampingan dari pebuatan !olyinyl chloride. )enggunaan etil klorida saat ini amat terbatas akibat masalah lingkungan yang ditimbulkannya. Etil klorida terutama digunakan dalam produksi kosmetik dan cat di mana senyawa ini digunakan untuk meningkatkan si#at mengikat selulosa. Etil klorida "uga masih digunakan sebagai pendingin kulit dan anestesi serta diman#aatkan sebagai penghilang rasa sakit dan nyeri otot.
+. Mixer Mixer merupakan salah satu alat pencampur dalam sistem emulsi sehingga menghasilkan suatu dispersi yang seragam atau homogen. Terdapat dua "enis mixer yang berdasarkan "umlah !ro!eler -nya +turbin, yaitu mixer dengan satu !ro!eller dan mixer dengan dua !roeiller . Mixer dengan satu !ro!eller adalah mixer yang biasanya digunakan untuk cairan dengan !iskositas rendah. Sedangkan mixer dengan dua propiller umumnya diigunakan pada cairan dengan !iskositas tinggi. Hal ini karena satu propeller tidak mampu mensirkulasikan keseluruhan massa dari bahan pencampur +emulsi, selain itu ketinggi emulsi ber!ariasi dari waktu ke waktu. encampur adalah suatu proses operasi yang menggabungkan dua macam atau lebih komponen bahan yang berbeda hingga tercapai suatu keseragaman. Teori tentang pencampuran bahan yang sistematik dan kuantitati# masih sulit dan kompleks tetapi secara empiris telah berkembang dan umumnya sederhana )erangkat mesin diawali dengan alat pencampur atau mi/er yang digunakan untuk mencampur bahan. )roses pencampuran dimaksudkan untuk membuat suatu bentuk uni#orm dari beberapa konstituen baik likuid-solid +pasta, atau solid-solid dan kadangkadang li0uid-gas. )rinsip pencampuran didasarkan pada peningkatan pengacakan dan distribusi dua atau lebih komponen yang mempunyai si#at yang berbeda. $era"at pencampuran dapat dikarakterisasi dari waktu yang dibutuhkan keadaan produk atau bahkan "umlah tenaga yang dibutuhkan untuk melakukan pencampuran. )rinsip pencampuran bahan banyak diturunkan dari prinsip mekanika #luida dan perpindahan bahan karena pencampuran bahan akan ada bila ter"adi gerakan atau perpindahan bahan yang akan dicampur baik secara horisontal ataupun !ertikal. Ada dua "enis pencampuran yaitu +%, pencampuran sebagai proses terminal sehingga hasilnya merupakan suatu bahan "adi yang siap pakai dan +&, pencampuran merupakan proses
&
pelengkap atau proses yang mempercepat proses lainnya seperti pemanasan pendinginan atau reaksi kimia. . Reaktor *onersi $alam teknik kimia reaktor kimia adalah suatu be"ana tempat berlangsungnya reaksi kimia. 1ancangan dari reaktor ini tergantung dari banyak !ariable yang dapat dipela"ari di teknik kimia. 1eaktor kon!ersi bisa dide#inisikan sebagai reaktor semi batch dan reaktor continuous. )erancangan suatu reaktor kimia harus mengutamakan e#isiensi kiner"a reaktor sehingga didapatkan hasil produk dibandingkan masukan +input, yang besar dengan biaya yang minimum baik itu biaya modal maupun operasi. Tentu sa"a #aktor keselamatan pun tidak boleh dikesampingkan. 2iaya operasi biasanya termasuk besarnya energi yang akan diberikan atau diambil harga bahan baku upah operator dll. )erubahan energi dalam suatu reaktor kimia bias karena adanya suatu pemanasan atau pendinginan penambahan atau pengurangan tekanan gaya gesekan + pengaduk dan cairan, dll. -. S!litter erupakan alat untuk memisahkan salah satu komponen yang dipisahkan tidak berbeda dari komposisi "adi intinya cuma dipecah sa"a alirannya. $. 1. $. +.
,.
De&k"i'&i Pen(e!e&aian Start HYSYS Klik menu )i!e pilih Ne* kemudian Ca&e. Simulation asis Manager akan terbuka. Klik Add. )ilih komponen +ethylene hydrogen3chloride ethyl3chloride and nitrogen,. Kemudian keluar window dengan klik /.
Klik tab )!uid Pk#& pilih Pen# R-in&-n sebagai 2ase )roperty )ackage.
4
/.
Selan"utnya klik tab Reacti-n& kemuadian Add R0n dan pilih con!ersion lalu klik add reaction
.
)ada tab St-ici-2et"( add component +Ethylene HCl dan ClC&, dan stoich coe## di isi -% pada ethylene dan HCl dan % pada ClC&.
5
3.
)ada tab Ba&i& con!ersi C' di isi 6'
4.
Klik Ente" Si2u!ati-n En5i"-n2ent dibagian bawah Simulation asis Manager .
6.
Klik material stream dalam /"0ect 1alette, dan isi temperature &7 'C tekanan % atm dan molar #low %'' kg mol8h
7
17. )ada bagian composition isikan Ethylene '59 HCl '7' dan :& ''&
11. Selan"utnya pilih mi/er pada bagian inlet isikan #eed dan 1; sedangkan bagian
outlet isikan S&
<
1$. )ilih reactor con!ersi pada abgian inlets isikan S& !apor outlet S4 dan =i0uid
inlet isikan =i0uid
1+. )ada tab reaction pilih >lobal 1/n set pada reaction set
?
1,. Selan"utnya plih splitter dan pada bagian inlets isikan S4 o!erhead outlet S5 dan
2ottom utlet ).
1/. )ada bagian splits S5 isikan ' untuk ClC& dan % untuk komponen lainnya dan
pada ) isikan % untuk ClC& dan ' untuk komponen lainnya.
9
1. Selan"utnya pilih TEE dan isikan S5 untuk inlets dan untuk outlet isikan @ dan
1
13. Kemudian pilih 1ecycle dan isikan 1 pada inlets dan 1; untuk ulet
6
14. 2uka 2ork"ook . Cek satuan apakah dalam S*. (ika tidak ubah dengan klik Tools8)re#erences8ariables. 16. asukan nilai-nilai dalam 2ork"ook untuk semua kondisi operasi (i). Bmpan temperature +&7DC, pressure +% atm, dan molar #low +%'' kmol8hr,. $ouble klik %'' +molar #low rate, dan isi komposisi kemudian tutup window. (ii). Aliran recycle& dengan #low rate nol kondisi operasi dan komposisi sama dengan #eed sehingga HYSYS sudah melakukan proses perhitungan. (iii). *si temperature &7 DC % atm untuk aliran split atas and split bawah. +i!,. 2eri nilai molar #low rate aliran @ men"adi %' kmol8hr. $7. Sekarang kita bisa membuka @orksheet untuk melihat hasil perhitungan seperti berikut.
$1. 3ase Study di 4ata"ook bisa digunakan untuk mengin!estigasi pengaruh #low rate purge terhadap #low rate recycle komposisi umpan reactor dan se"umlah reaktan yang tidak bereaksi di aliran @.
%'
$$. 2uka tampilan Data--k dan pastikan bahwa !ariabel-!ariabel di atas sudah terdapat dalam bagian A5ai!a!e Data Ent"ie& di menu 8a"ia!e&. (ika belum masukkan !ariabel tersebut dengan mengklik tombol In&e"t.
$+. 2uka menu Ca&e Studie&. Klik tombol Add pada bagian A5ai!a!e Ca&e Studie& . 2eri nama )ffect of 2 on R and S+ flow rates pada bagian Cu""ent Ca&e Stud(.
$,. Selan"utnya klik 5ie* dan isikan nilai low "ound, high "ound, dan ste! si#e
masing-masing % &' dan % kemudian klik &ta"t
%%
$/. Klik tombol Re&u!t untuk menampilkan hasil.
$. =angkah berikutnya 2uka menu Ca&e Studie&. Klik tombol Add pada bagian A5ai!a!e Ca&e Studie& . 2eri nama )ffect on accumulation of 5itrogen 6as pada
bagian Cu""ent Ca&e Stud( .
%&
$3. Selan"utnya klik 5ie* dan isikan nilai low "ound, high "ound, dan ste! si#e
masing-masing % %7 dan % kemudian klik &ta"t
$4. Klik tombol Re&u!t untuk menampilkan hasil.
%4
+. +.1
+.$
Ana!i&a Ha&i! dan Pe2aa&an Ha&i! P"-duk 1umus olekul C&H7Cl C&H7Cl 666? HCl ''% H& ''& 2erat olekul <57& kg8kgmol Titik didih %&4oC Titik beku -%4<&7 oC Tekanan kritis 7&<6 2ar )anas penguapan &5?7 +k"8mol, o $ensitasF&7 C '96 g8ml Gase gas +Kirk thmer !ol < %664, Tin%auan P"-&e& 9Pe2aa&an: Ethyl chloride will be produced by the gas-phase reaction o# HC= with ethylene o!er a copper chloride catalyst suppprted on silica as C&H5 I HC= C&H7Cl The #eed stream is copmpossed o# 7' mol HC= 59 mol C &H5 and & mol :& at %'' kmol8hr &7 'C and % atm. Since the reaction achie!es only 6' mol con!ersion the ethyl chloride product is separated #rom the uncreated reagents and the latter is recycled. The separation is achie!able. The process is operated at atmospheric pressure and pressure drops are ignored. To pre!ent the accumulation o# innerts in the system %' kmol8hr is with drawn in a purge stream @. S-* te e;;ect -; te ;!-*"ate -; te 'u"#e &t"ea2 < -n te "ec(c!e R and -n te c-2'-&iti-n -; te "eact-" ;eed.
)ertama #eed masuk ke mi/er dengan kondisi operasi T J &7oC
%5
) J % atm olar Glow J %'' kgmol8hr $engan komposisi ethylene 59 mol HCl 7' mol : & & mol Selan"utnya produk dari mi/er +S&, akan diumpankan menu"u reaktor. 1eaktor yang digunakan ialah reaktor kon!ersi. 1eaktor kon!ersi bisa dide#inisikan sebagai reaktor semi batch dan reaktor continuous. $alam hal ini reaksi yang berlangsung ialah reaksi eksoterm karena entalpi ' atau benilai negati#. $ireaktor kon!ersi diberi energi 1-duty guna sebagai energi masuk untuk rekator tersebut. Hasil keluaran reaktor kon!ersi berupa S4 dibagian atas dan li0uid pada bagian bottom. Selan"utnya aliran keluar +S4, dari rekator kon!ersi masuk kedalam splitter. Splitter ber#ungsi sebagai pemecah aliran splitter "uga diberi enrgi masukan berupa S-duty. Hasil keluaran splitter berupa S5 dan )roduk bawah. Kemudian aliran keluar S5 dari splitter masuk menu"u tee yang ber#ungsi sebagai pemecah aliran yang produknya berupa @ dan 1 dalam hal ini 1 berupa recycle yang selan"utnya masuk menu"u recycle yang kemudian hasilnya dikembalikan ke mi/er untuk selan"utnya diproses kemnbali. ,.
Da;ta" Pu&taka
A*Che (ournal !ol 59 no.&. Cambridge Aspen Technology *nc
2rownell =.E. and Young E.H. %676 )rocess E0uipment $esign % st edition (ohn @iley and Sons.*nc. :ew York. Chen Chau-Chyun and )aul . athias. &''&. Applied Thermodynamics #or )rocess odeling.
%7
